课时6实验教案.docx
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课时6实验教案
《电工电子学及实验》
实验讲义
盐城师范学院物理科学与电子技术学院
实验一戴维宁定理的验证
一．实验目的
1．用实验方法验证戴维宁定理，加深对戴维宁定理的理解。
2．学习常用直流仪器仪表的使用方法。
二．实验原理
任何一个线性网络，如果只研究其中的一个支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作一个含源一端口网络。
而任何一个线性含源一端口网络对外部电路的作用，可用一个等效电压源来代替，该电压源的电动势等于这个含源一端口网络的开路电压
，其等效内阻
等于这个含源一端口网络中各电源均为零时（电压源短接，电流源断开）无源一端口网络入端电阻。
这个结论是戴维宁定理。
如果用等效电流源来替代上述线性含源一端口网络，其等效电流Is等于这个含源一端口网络的短路电流Isc，其等效内阻电导等于这个含源一端口网络各电源均为零（电压源短接，电流源断开）时所对应的无源一端口网络的入端电导，这个结论是诺顿定理。
三．仪器设备和选用组件箱
名称
设备名称
可调直流电流电压源
GDS-03
数字式直流电流电压表
GDS-10
常规负载箱
GDS-06
可变电阻箱
GDS-07
四．实验任务及过程
1．测出含源一端口网络的端电压UAB和端电流IR，并绘出它的外特性曲线
。
a．按图1-1接好实验线路，负载电阻R用单元板的电阻箱。
其中，
，
，
。
b．调节单元板上的直流电流源，使其输出电流为20mA。
再调直流电压源，使其输出电压为3V，调节前直流电压源应先置零。
c．改变负载电阻R，对每个R值，测出对应的UAB和IR值，记入表1-1，特别要注意要测出R=∞（此时测出的UAB即为A、B端开路的开路电压Uoc）和R=0（此时测出的电流即为A、B端短路时的短路电流Isc）时的开路电压和短路电流。
作出
曲线。
表1-1有源一端口网络的外特性
R（Ω）
0
100
200
300
400
500
600
700
∞
UAB（V）
0
0.922
1.152
1.256
1.320
1.358
1.380
1.406
1.520
IR（mA）
22.50
9.06
5.70
4.19
3.55
2.68
2.31
2.02
0
2．计算无源一端口网络的入端电阻。
根据表1-1中，R=∞时测出的开路电压
，R=0时测出的短路电流
，由
计算所得。
=22.50/1.520=67.6Ω
3．验证戴维宁定理
按图1-2接好实验电路，开路电压等于在步骤1中所测得的当电阻无穷大时的电压，输入电阻为步骤2所计算的电阻阻值。
改变负载电阻R，对每个R值，测出对应的UAB和IR值，计入表1-2。
表1-2等效电压源的外特性
R（Ω）
0
100
200
300
400
500
600
700
∞
UAB（V）
0
1.011
1.278
1.301
1.350
1.372
1.493
1.501
1.564
IR（mA）
22.49
6.99
4.58
3.32
2.61
2.16
1.84
1.65
0
五．实验报告
1．根据实验测得的
及
数据，分别绘出曲线，验证它们的等效性，并分析误差产生的原因。
2．根据戴维宁定理，确定含源一端口网络中各电源均为零时（电压源短接，电流源断开）无源一端口网络入端电阻就是输入电阻，与步骤二中计算所得输入电阻进行比较。
3．试说明几种一端口网络等效电阻的测量方法，并定性分析它们的优缺点。
实验二三相交流电路电压、电流的测量
一．实验目的
1．学会三相负载星形和三角形的连接方法，掌握这两种连接法的线电压和相电压，线电流和相电流的测量方法。
2．观察分析三相四线制中，当负载不对称时中线的作用
二．实验原理
三相电源分别是U、V、W相，三相负载如图2-1所示，每相最多可连三个灯泡。
将三相灯负载的一端U2，V2，W2连接在一起，形成中点。
各相的另一端U1，V1，W1则分别接至三相电源即为负载星形连接，如图2-2所示。
这时相电流等于线电流，线电压是对应的相电压的矢量差，在负载对称时，即当Z1=Z2=Z3时，它们的有效值相差
倍，即
。
此时各相电流也对称，电源中点N与负载中点N´之间的电压为零，如用中线将两中点之间连接起来，中线电流也等于零。
如果负载不对称，则中线就有电流流过，这时如将中线断开，三相负载的各相电压不在对称，各相电灯出现亮、暗不同的现象，这就是中点位移引起各相电压不等的结果。
如果将实验图2-1的三相负载的U2与V1，V2与W1，W2与U1分别相连，在这些连接点上引出三根导线至三相电源，即为三角形连接法，如图2-3所示。
这时线电压等于相电压，但线电流为对应的两相电流的矢量差，负载对称时，它们也有
倍的关系，即
。
若负载不对称，虽然不在有
倍的关系，但线电流仍为相应的相电流矢量差。
这时只有通过矢量图方能计算它们的大小和相位。
三．仪器设备和选用组件箱
名称
设备名称
电源控制屏
GDS-01
三相负载
GDS-08
交流电压表
GDS-11
交流电流表
GDS-12
四．实验任务及过程
1．三相负载星形连接
将三相负载按星形连接法联接，并接至电源控制屏组件箱上三相可调电源输出端子U、V、W、N，如图2-2所示。
调节电压调节旋钮，将三相电压调至100V左右。
（a）．将三相负载每相连上一个灯泡，此时，三相负载对称，在中线情况下测量各线电压UAB、UBC、UCA，相电压UA、UB、UC，各相线电流Ia、Ib、Ic和中线电流IN、负载中点与电源中点间电压UN的数值，记入表2-1。
此时，中线电流IN基本为零，中点间电压UN也为零。
（b）．三相负载仍对称，将中线拆除，测各线电压、相电压、相线电流及中点间电压UN，记入表2-1中。
看一看此时三相灯亮度是否有不同。
此时，中线电流IN为零，中点间电压UN应为一很小数值。
（c）．测量有中线时，三相负载不对称（如U相一盏灯，V相二盏灯，W相三盏灯）情况下各线电压、相电压、相线电流及中线电流IN，记入表2-1中，并观察一下三相灯亮度是否有不同。
此时，中点间电压UN为零。
（d）．测量无中线时，三相负载不对称情况下各线电压、相电压、相线电流及中点间电压UN，记入表2-1中，观察一下三相灯亮度是否有不同，分析中线作用。
表2-1三相负载星形连接时电压电流关系
测量值
负载
线电压（V）
相电压（V）
相线电流（A）
IN
（A）
UN
（V）
灯亮度
UAB
UBC
UCA
UA
UB
UC
IA
IB
IC
负载对称
有中线
U
V
W
无中线
U
V
W
负载不对称
有中线
U
V
W
无中线
U
V
W
2．三相负载三角形连接
将三相负载按三角形连接法联接，并接至电源控制屏组件箱上三相可调电源输出端子U、V、W，如图2-3所示。
调节电压调节旋钮，将三相电压调至100V左右。
（a）．将三相负载每相连上一个灯泡，此时，三相负载对称，三角形连接无法连接中线，此时相电压等于线电压。
测量各相线电压、线电流、相电流，计入表2-2中，并观察三相灯亮度是否有不同。
（b）．三相负载不对称，如U相一盏灯，V相二盏灯，W相三盏灯，再测各相线电压、线电流、相电流，记入同一表中。
观察三相灯亮度。
表2-2三相负载三角形连接时电压电流关系
测量值
负载
相线电压（V）
线电流（A）
相电流（A）
灯亮度
UAB
UBC
UCA
IA
IB
IC
IAB
IBC
ICA
各相相比
与Y相比
负载
对称
负载
不对称
五．实验报告
1．根据实验数据总结星形对称负载相电压与线电压之间的数值关系。
2．根据实验数据总结三角形对称负载相电流与线电流之间的数值关系。
3．说明中线的作用。
4．实验中三相电源为什么不能取220V电压？
实验三常用电子器件和仪器的认识与检测
一、实验目的
1．掌握万用表的使用方法；
2．学习电子电路实验中常用的电子仪器——示波器、函数信号发生器、交流毫伏表、等的主要技术指标、性能及正确使用方法；
3．了解电阻、电位器、电容和晶体管的基本常识，知道如何检测这些元器件。
二、实验设备与器件
1．指针万用表
2．电阻器、电容器、晶体二极管、晶体三极管若干
三、实验原理
1．色环电阻的识别
普通电阻用4条色环表示电阻及误差，其中3条表示阻值，1条表示误差，详见图1及表1。
表1四色环电阻颜色标记
颜色
黑
棕
红
橙
黄
绿
蓝
紫
灰
白
金
银
无色
有效数值
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
倍率
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
10-1
10-2
允许误差
+50%~-20%
±5%
±10%
±20%
例：
电阻器上的色环依次为：
棕、红、黑、银，这表示该电阻器为12Ω±10%的电阻器；如果是红、黄、红、金，这表示该电阻器为2.4kΩ±5%的电阻器。
精密电阻用五条色环表示标称阻值和允许误差，如图2及表2所示。
注意电阻的标称值的单位是欧姆（Ω）。
表2五色环电阻颜色标记
颜色
黑
棕
红
橙
黄
绿
蓝
紫
灰
白
金
银
有效数值
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
倍率
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
10-1
10-2
允许误差
±1%
±2%
±0.5%
±0.25%
±0.1%
例：
电阻器上的五色环依次为：
棕、蓝、绿、黑、棕，则表示该电阻器为165Ω±1%的电阻器。
2．晶体二极管
（1）鉴别正、负极性
万用表欧姆档的内部电路可以用图3（a）所示电路等效，由图可见，黑棒为正极性，红棒为负极性。
将万用表选在R×100档，两棒接到二极管两端如图3（b），若表针指在几KΩ以下的阻值，则接黑棒一端为二极管的正极，二极管正向导通；反之，如果表针指很大（几百千欧）的阻值，则接红棒的那一端为正极。
由不同材料制作的二极管的Rb不一样，从而引起万用表指针的偏转程度不一样。
偏转大的为锗材料，偏转小的为硅材料。
（即正向电阻小的为锗，正向电阻大的为硅。
）
正向电阻
反向电阻
管子好坏
一百欧到
几千欧
几千欧到
几百千欧
好
0
0
短路损坏
∞
∞
开路损坏
正、反向电阻比较接近
管子失效
（2）鉴别性能
将万用表的黑棒接二极管正极，红棒接二极管负极，测得二极管的正向电阻。
一般在几KΩ下为好，要求正向电阻愈小愈好。
将红棒接二极管的正极，黑棒接二极管负极，可测出反向电阻。
一般应大200KΩ以上。
测量结果可对照表3来进一步对二极管的质量做出判断。
若反向电阻太小，二极管失去单向导电作用。
如果正、反向电阻都为无穷大，表明管子已断路；反之，二者都为零表明管子短路。
3．晶体三极管
分立器件中双极型三极管比场效应管应用广泛，三极管的封装有金属壳和塑料封装等，常见三极管封装外形及管脚排列如图4所示。
需指出，图中的管脚排列方法是一般规律，对于外壳上有管脚指示标志的，应按标志识别，对管壳上无管脚标志的，应以测量为准。
晶体三极管的结构犹如"背靠背"的两个二极管，如图5所示。
测试时用R×100或R×1k档。
4．常用电子仪器的使用
在模拟电子电路实验中，经常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表及频率计等。
它们和万用电表一起，可以完成对模拟电子电路的静态和动态工作情况的测试。
①交流毫伏表
YB2173交流毫伏表是双显指针式毫伏表，可同时测试两路信号，便于对放大器的输入输出信号进行比较。
交流毫伏表只能在其工作频率范围之内，用来测量正弦交流电压的有效值。
为了防止过载而损坏，测量前一般先把量程开关置于量程较大位置上，然后在测量中逐档减小量程。
使用要点：
（1）使用前要机械调零，然后开机预热，稳定后再进行零输入校零；
（2）准确读数：
①视线要垂直于面板②档位要合适③逢1档位读上面刻度，逢3档位读下面刻度④注意同色指针和档位旋钮的对应关系；
（3）适用正弦波，示数为有效值；
（4）红夹接有效端，黑夹接共地端；
（5）注意MOOD键弹出。
②函数信号发生器
YB1639函数信号发生器按需要可输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。
输出电压最大可达20VP－P。
通过输出衰减开关和输出幅度调节旋钮，可使输出电压在毫伏级到伏级范围内连续调节。
函数信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关和频率调节旋钮进行调节。
使用要点：
（1）使用前要检查是否具备：
波形选择键、频率范围选择键正确设置，其余键弹出，电压输出调至最小；
（2）频率单位为kHz，输出电压值由交流毫伏表来读出；
（3）作频率计时注意两处同时切换；
（4）红夹接有效端，黑夹接共地端；
（5）函数信号发生器作为信号源，它的输出端不允许短路。
③示波器
示波器是一种用途很广的电子测量仪器，它既能直接显示电信号的波形，又能对电信号进行各种参数的测量。
现着重指出下列几点：
（1）寻找扫描光迹
将示波器Y轴显示方式置“Y1”或“Y2”，输入耦合方式置“GND”，开机预热后，若在显示屏上不出现光点和扫描基线，可按下列操作去找到扫描线：
①适当调节亮度旋钮。
②触发方式开关置“自动”。
③适当调节垂直（
）、水平（
）“位移”旋钮，使扫描光迹位于屏幕中央。
（若示波器设有“寻迹”按键，可按下“寻迹”按键，判断光迹偏移基线的方向。
）
（2）双踪示波器一般有五种显示方式，即“Y1”、“Y2”、“Y1＋Y2”三种单踪显示方式和“交替”“断续”二种双踪显示方式。
“交替”显示一般适宜于输入信号频率较高时使用。
“断续”显示一般适宜于输入信号频率较低时使用。
（3）为了显示稳定的被测信号波形，“触发源选择”开关一般选为“内”触发，使扫描触发信号取自示波器内部的Y通道。
（4）触发方式开关通常先置于“自动”调出波形后，若被显示的波形不稳定，可置触发方式开关于“常态”，通过调节“触发电平”旋钮找到合适的触发电压，使被测试的波形稳定地显示在示波器屏幕上。
有时，由于选择了较慢的扫描速率，显示屏上将会出现闪烁的光迹，但被测信号的波形不在X轴方向左右移动，这样的现象仍属于稳定显示。
（5）适当调节“扫描速率”开关及“Y轴灵敏度”开关使屏幕上显示一～二个周期的被测信号波形。
如图7所示。
在测量幅值时，应注意将“Y轴灵敏度微调”旋钮置于“校准”位置，即顺时针旋到底，且听到关的声音。
在测量周期时，应注意将“X轴扫速微调”旋钮置于“校准”位置，即顺时针旋到底，且听到关的声音。
还要注意“扩展”旋钮的位置。
①信号幅值的测量
根据被测波形在屏幕坐标刻度上垂直方向所占的格数（div或cm）与“Y轴灵敏度”开关指示值（v/div）的乘积，即可算得信号幅值的实测值。
如果荧光屏上信号波形的峰-峰值为ydiv，示波器探头衰减为10：
1，Y轴灵敏度为0.02V/div，则所测电压的峰-峰值为
VP-P=0.02V/div×ydiv×10=0.2yV
式中0.02V/div是示波器无衰减时的灵敏度，即每格代表20mV；10为探头的衰减量；y为被测信号在Y轴方向上峰-峰之间的距离，单位为格（div）。
②时间（周期）的测量
时间测量时在X轴上读数，量程由X轴的扫描速度开关“t/div”决定。
I．测量前对示波器进行扫描速度校准，测量时间过程中使该“微调”始终处于“校准”位置上。
（信号频率较低时，波形不太稳定，有时需要适当调整X轴扫速微调旋钮才能使波形稳定）。
II．测量信号波形任意两点间的时间间隔t。
A、将被测信号送入Y轴，调节有关旋钮使荧光屏上出现1-2个稳定波形，如图8所示，然后测量P、Q两点的时间间隔t。
B、读出P、Q两点在X轴上的距离为ydiv。
C、记录“t/div”扫描档位上的指示值，如为“Nms/div”，然后利用公式t=Nms/div×ydiv=N×yms，计算时间间隔。
根据f=1/T，先按时间的测量方法，测出周期，便可求得频率。
③上升时间tr、下降时间tf的测量
将方波信号输入到示波器，扫描微调旋扭置于校准位置，调节灵敏度粗、微调旋扭，使信号的高电平线和低电平线分别与刻度板100%和0%刻度线相重合，读出上升沿与10%和90%两条刻度线交点的水平格数Lr和下降沿与10%和90%两条刻度线交点的水平格数Lf，那么
上升时间tr=Lr格×us/格
下降时间tf=Lf格×us/格
前期调节简要口诀（适用于YB4320型示波器）：
①仅按一键（CH1或CH2）②两个位移（上下、左右位移居中）③三处到底（电平锁定、扫描速度校准微调、Y轴灵敏度微调全部顺时针旋到底）④四档最上（两个AC-GND-DC耦合选择开关、触发源选择开关、触发方式开关都打到最上面）⑤五档校准（校准时幅度和时间档位置0.5v/div、0.5ms/div）。
注意：
要开机预热，注意保护屏幕（暂时不用可将辉度调至最暗），必须使用专用探头（一般选择×1档）。
四、实验内容及方法
1．色环电阻的测试
随机选取若干色环电阻，读出标称阻值，并测量实际电阻值，记入表4。
表4
色环
标称值
实测值
2．用万用表鉴别晶体二极管的正、负极性，正向电阻、反向电阻，并判断其材料，记入表5。
表5
型号
材料
正向电阻
反向电阻
3．用机内校正信号对示波器进行自检
标准值
实测值
幅度Up-p（V）
频率f（KHz）
上升沿时间μS
≤2
下降沿时间μS
≤2
五、思考题
1．用万用表的×100档测得某电阻阻值为8.7KΩ，有没有问题？
2．万用表在测量电阻时，黑棒和红棒分别接内部电池的什么极？
实验四晶体管共射极单管放大器的研究
一、实验目的
1．学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。
2．掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。
3．熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。
二、实验设备与器件
1．双踪示波器； 2．函数信号发生器；
3．交流毫伏表； 4．万用表；
5．DZX－2B型电子学综合实验装置；
6．晶体三极管3DG6×1（β＝50～100）或9011×1，电阻器、电容器若干。
三、实验原理
图4-1为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。
它的偏置电路采用RB1和RB2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻RE，以稳定放大器的静态工作点。
当在放大器的输入端加入输入信号ui后，在放大器的输出端便可得到一个与ui相位相反，幅值被放大了的输出信号u0，从而实现了电压放大。
在图4-1电路中，当流过偏置电阻RB1和RB2的电流远大于晶体管T的基极电流IB时（一般5～10倍），则它的静态工作点可用下式估算
UCE＝UCC－IC（RC＋RE）
电压放大倍数
输入电阻
Ri＝RB1//RB2//[rbe+（1+β）RF1]
输出电阻
RO≈RC
由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。
在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。
一个优质放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。
因此，除了学习放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。
放大器的测量和调试一般包括：
放大器静态工作点的测量与调试，消除干扰与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。
1．放大器静态工作点的测量与调试
（1）静态工作点的测量
测量放大器的静态工作点，应在输入信号ui＝0的情况下进行，即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流IC以及各电极对地的电位UB、UC和UE。
一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用
算出IC（也可根据
，由UC确定IC），
同时也能算出UBE＝UB－UE，UCE＝UC－UE。
为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。
（2）静态工作点的调试
放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流IC（或UCE）的调整与测试。
静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。
如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时u0的负半周将被削底（注意输出波形和输入波形的倒相关系），如图4-2（a）所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即u0的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显，应仔细观察波形是否上下对称），如图4-2（b）所示。
这些情况都不符合不失真放大的要求。
所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的输入电压ui，检查输出电压u0的大小和波形是否满足要求。
如不满足，则应调节静态工作点的位置。
改变电路参数UCC、RC、RB（RB1、RB2）都会引起静态工作点的变化，如图4-3所示。
但通常多采用调节偏置电阻RB2的方法来改变静态工作点，如减小RB2，则可使静态工作点提高等。
最后还要说明的是，上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如输入信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。
所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。
如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。
2．放大器动态指标测试
放大器动态指标包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压（动态范围）和通频带等。
（1）电压放大倍数AV的测量
调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压ui，在输出电压u0不失真的情况下，用交流毫伏表测出ui和u0的有效值Ui和U0，则
（2）输入电阻Ri的测量
为了测量放大器的输入电阻，按图4-4电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R，在放大器正常工作的情况下，用交流毫伏表测出US和Ui，则根据输入电阻的定义可得
测量时应注
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