《电工电子学》实验指导书

《电工电子学》实验指导书Version3.0编者：张蓬石油大学机电学院2004年1月实验要求1、实验前必须充分预习，完成指定的预习任务。预习要求如下：1、）认真阅读实验指导书，分析、掌握实验电路的工作原理，并进行必要的估算。2、）按要求预习各实验中指定的内容。2、）熟悉实验任务。3、）复习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项。2、使用仪器和实验箱前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用时应严格遵守。3、实验时接线要认真，相互仔细检查，确定无误才能接通电源，初学或没有把握应经指导教师审查同意后再接通电源。4、模拟电路实验注意：l、）在进行小信号放大实验时，由于所用信号发生器及连接电缆的缘故，往往在进入放大器前就出现噪声或不稳定，有些信号源调不到毫伏以下，实验时可采用在放大器输入端加衰减的方法。一般可用实验箱中电阻组成衰减器，这样连接电缆上信号电平较高，不易受干扰。2、）做放大器实验时如发现波形削顶失真甚至变成方波，应检查工作点设置是否正确，或输入信号是否过大，由于实验箱所用三极管hfe较大，特别是两级放大电路容易饱和失真。5、实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象（例如有元件冒烟、发烫或有异味）应立即关断电源，保持现场，报告指导教师。找出原因、排除故障，经指导教师同意再继续实验。6、实验过程中需要改接线时，应关断电源后才能拆、接线。7、实验过程中应仔细观察实验现象，认真记录实验结果（数据波形、现象）。所记录的实验结果经指导教师审阅签字后再拆除实验线路。8、实验结束后，必须关断电源、拔出电源插头，并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理。9、实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告。实验室学生守则（一）学生在实验课前，必须认真预习，明确实验目的和要求，了解实验的基本原理、方法、步骤，熟悉仪器设备的操作规程和注意事项，懂得实验的安全知识，经实验教师检查合格后，才能进行实验。未预习或预习未达到要求的不准参加本次实验。（二）实验前按指定的实验桌检查个人专用仪器、用具是否齐全完好。如有缺损，应及时向实验教师或实验人员报告，不得随意挪用邻桌的仪器、用具，不准随意动用实验室其它仪器设备。（三）服从实验教师的指导，按规定格式做好原始记录，经教师审阅同意后方可结束实验，并按照要求完成实验报告。（四）实验进行中不得脱离岗位，必须离开时需经实验教师同意。（五）要爱护仪器、拥挤，节约药品、材料，实验后按原样摆放整齐。（六）损坏、丢失实验室的设备器材，应立即报告实验教师或实验、人员，并进行登记，按我校《设备器材损坏丢失处理和赔偿办法》办理。（七）禁止在实验室吸烟、打闹、随地吐痰、乱扔纸屑以及做与实验无关的活动，保持室内安静、整洁。每次实验后，要将室内打扫干净，并按照要求关好水、电、气、门、窗，保证实验室的安全。（八）每学期上实验课前，由实验教师结合实验室具体情况，讲解本规则。石油大学（北京）2000年6月目录实验一、基本定理、定律验证1实验二、三相电路5实验三、基本放大电路7实验四、集成运算放大电路11实验五、数字电路——组合逻辑设计14实验六、数字电路——时序逻辑设计16附录Ⅰ、TPE—DG2电路分析实验箱使用说明18附录Ⅱ、A3380系列钳型表使用说明21附录Ⅲ、TPE—A3模拟电路实验箱使用说明27附录Ⅳ、KENWOODCS-4125A20MHz2通道示波器控制面板说明31附录Ⅴ、YB1602P系列功率函数信号发生器使用说明38附录Ⅵ、EM1652系列数字信号源使用说明43附录Ⅶ、THD—4数字电路实验箱使用说明46附录Ⅷ、部分集成电路管脚及内部结构说明50附录Ⅸ、NY4520型双道交流毫伏表使用说明53石油大学非电类专业《电工电子学》实验指导书-1-实验一、电路基本定律一、实验目的1．验证基氏定律（KCL、KVL）2．验证迭加定理3．验证戴维南定理4．加深对电流、电压参考方向的理解5．正确使用直流稳压电源和万用电表二、仪器设备1．TPE—DG2电路分析实验箱1台2．MF－10型万用表或数字万用表各1台三、预习内容：1．熟悉实验定理；认真阅读TPE—DG2电路分析实验箱使用说明（见附录Ⅰ）2．预习实验内容步骤；写预习报告，设计测量表格并计算理论值3．根据TPE—DG2电路分析实验箱设计好连接线路四、实验原理：1．验证基尔霍夫电流、电压定律及叠加定理（1．）验证基尔霍夫电流定律（KCL）基尔霍夫电流定律（KCL）：在集总电路中，在任一瞬时，流向某一结点的电流之和应该等于由该结点流出的电流之和。其电路原理图及电流的参考方向如图1-2所示。测量E1、E2共同作用下，流入和流出结点A的电流I1、I2、I3。根据KCL应有：I1+I2-I3=0成立，将所测得的结果与理论值进行比较，并注意电流表显示的“+、-”号所代表的意义。图1-1验证基尔霍夫电流、电压定律电路原理图（2．）验证基尔霍夫电压定律（KVL）基尔霍夫电压定律（KVL）：在集总电路中，在任一瞬时，沿任一回路所有支路电压的代数和恒等于零。其电路原理图及电流的参考方向如图1-1所示。测量E1、E2共同作用下，R1R2R3E1E2ABI1I2I3石油大学非电类专业《电工电子学》实验指导书-2-任选一回路测量各元件上的电压。根据KVL应有：E1-UR1-UR3=0；或E1-UR1+UR2-E2=0；或E2-UR1-UR2=0成立，将所测得的结果与理论值进行比较。（3．）验证叠加定理叠加原理不仅适用于线性直流电路，也适用于线性交流电路，为了测量方便，我们用直流电路来验证它。叠加定理可简述如下：在线性电路中，任一支路中的电流（或电压）等于电路中各个独立源分别单独作用时在该支电路中产生的电流（或电压）的代数和，所谓一个电源单独作用是指除了该电源外其他所有电源的作用都去掉，即理想电压源所在处用短路代替，理想电流源所在处用开路代替，但保留它们的内阻，电路结构也不作改变。由于功率是电压或电流的二次函数，因此叠加定理不能用来直接计算功率。其电路原理图及电流的参考方向如图1-2所示。图1-2叠加原理电路原理图分别测量E1、E2共同作用下的电流I1、I2、I3；E1单独作用下的电流I1、I2、I3′和E2单独作用下的电流I1、I2、I3。根据叠加原理应有：I1=I1-I1；I2=-I2+I2；I3=I3′+I3成立，将所测得的结果与理论值进行比较。2．验证戴维南定理戴维南定理指出：任何一个线性有源一端口网络，对于外电路而言，总可以用一个理想电压源和电阻的串联形式来代替，理想电压源的电压等于原一端口的开路电压UOC，其电阻（又称等效内阻）等于网络中所有独立源置零时的入端等效电阻Req、，见图1—3。图1—3戴维南定理示意图R1R2R3E1E2ABI1I2I3=R1R2R3E1ABI1'I2'I3'R1R2R3E2ABI1I2I3+线性有源二端网络ab等效成+-abUOCReq石油大学非电类专业《电工电子学》实验指导书-3-具体的来说在图1—1中对于R3来讲从A、B两端看进去为一线性有源二端网络如下图1—4（A）虚框中所示，将R3开路测得A、B端开路电压UOC，然后再去掉所有的独立源E1、E2并用短路线来代替，测得等效的内阻Req，再将电路接成图1—4（B）的形式，测量流过R3的电流I3，并和图1—1中测得的I3比较分析两次测量结果。图1—4验证戴维南定理原理图五、实验内容与步骤1、实验内容：1）验证基尔霍夫电流定律（KCL）2）验证基尔霍夫电压定律（KVL）3）验证叠加定理4）验证戴维南定理以上实验所用实验装置为TPE—DG2电路分析实验箱中的电路基本定律模块，TPE—DG2电路分析实验箱的使用参见附录Ⅰ中的TPE—DG2电路分析实验箱使用说明书，其中电路基本定律模块见下图1—5所示，图1—5实验箱电路基本定律模块面板R1R2R3E1E2ABI1I2I3等效成+-ABUOCReqR3I3图1—4（A）图1—4（B）1kΩ1kΩ1kΩ1kΩ510Ω510Ω电路基本定律接线端子电位器调节旋钮E1E2石油大学非电类专业《电工电子学》实验指导书-4-2、实验步骤1）上述几个实验线路中的E1=3V、E2=6V，R1=R2=R3=1KΩ2）根据上述实验原理图和实验面板设计好接线图。3）自拟实验步骤和实验表格4）分别连接好电路进行测量，将所测量的数据填入表格中注意：一定要接好线后在开电源，切勿带电接线表1—1为验证基尔霍夫电流定律（KCL）的参考表格，其它表格请同学们自拟。表1—1验证基尔霍夫电流定律（KCL）六、实验报告要求1．数据分析：用你所测得的实验数据如何验证定律及定理的？2．与计算值比较，分析误差原因。3．请回答问题：1）你是如何通过电流表的串入，测试并理解参考方向这一概念的？2）在验证戴维南定理的实验中，如果线性二端网络的内阻和你所用的万用电表内阻接近，还能用实验原理中讲述的方法测量Req吗？又应该如何得到Req的测量值？)(1mAI)(2mAI)(3mAI计算测量误差计算测量误差计算测量误差1E作用2E作用1E、2E作用石油大学非电类专业《电工电子学》实验指导书-5-实验二、三相电路一、实验目的：1．验证三相电路中线量与相量的关系；2．学习三相负载的星形联接方法及中线的作用；3．学习三相负载的三角形联接方法。二、实验仪器：伏特表一台A3380系列钳型表一台三、预习要求：1）复习三相电的内容，熟悉实验步骤，写预习报告。2）预习A3380系列钳型表的使用（见附录Ⅱ）3）根据负载（灯泡40w，220V）的参数估算电路中负载电流的大小四、实验内容及步骤：1．测量所提供的两种三相电源的线电压与相电压并填入下表：线电压ABU相电压AUBCUBUCAUCU2．电灯负载（灯箱）作Y形联接如图2—1：（负载为40w，220V灯泡）（1）每相开5盏灯构成对称负载，电源电压为线电压380V时，分别在有中线和无中线两种情况下测量负载上各相电压、相电流及中线电流I0、填入下表，比较两种情况下灯的亮度有无变化。（2）各用分别开1、3、5盏灯构成不对称负载，分别在：1）电源电压为线电压380V、有中线；2）电源电压为线电压220v、无中线；两种情况下测量负载上各相电压、相电流及中线电流I0，填入下表，比较两种情况下灯的亮度有无变化。图2—1IAIBICI0ABCN石油大学非电类专业《电工电子学》实验指导书-6-量名相电压中线各相电流及灯亮度AVBVCV0I灯数AI亮度比较灯数BI亮度比较灯数CI亮度比较对称有中线无中线不对称有中线无中线3．电源电压为线电压220V，负载作三角形联接如图2－2，分别在对称负载（每相5个灯）及不对称负载（1．3．5个灯）。两种情况下测量线电流及相电流，并观察两种情况下灯亮度变化。图2—2对称不对称线I相I五、实验报告要求：1．用实验数据说明在什么情况下电压、电流的线、相量间有3关系？2．在什么情况下才能取消中线？ABCIAIAB石油大学非电类专业《电工电子学》实验指导书-7-实验三、基本放大器——静态工作点及电压放大倍数的测试一、实验目的：1．学习测量和调整放大器的静态工作点；2．学会测量电压放大倍数；3．学习用示波器观察输入信号与输出信号的波形，了解静态工作点对非线性失真及电压放大倍数的影响；4．学习放大电路的动态性能。二、仪器设备1．MF－10型万用表或数字万用表1台2．TPE—A3模拟电路实验箱1台3．YB1602P系列功率函数信号发生器或EM1652系列数字信号源1台4．KENWOODCS-4125A20MHz2通道示波器1台5．NY4520型双通道交流毫伏表1台三、实验原理简述1）静态工作点的选取与调整放大器的静态工作点是指当放大器输入信号iV=0时，晶体管各级上的电压及电流值，BQI、BEQU、CQI和CEQV为了保证放大器能放大输入信号，而且输出信号与输入信号波形一样（即不失真），必须给放大器选择合适的静态工作点。静态工作点选择不当，或输入信号幅值太大都会使晶体管进入饱和或截止区产生失真。在电路组成及CCV与CR确定了的情况下，静态工作点主要取决于BQI（或