电工电子综合实践9001.docx
《电工电子综合实践9001.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子综合实践9001.docx（55页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电工电子综合实践9001
四川大学网络教育学院
实践课程报告
实践课程电工电子综合实践9001
校外学习中心贵州遵义奥鹏学习中心[4]A
专业电气工程及其自动化
层次专升本
年级0909
学生姓名王汝鑫
学号aDH1092k5008
2012年7月1日
实验内容:
一、L、C元件上电流电压的相位关系
二、电路功率因素的提高
三、虚拟一阶RC电路
四、用数字电桥测交流参数.
五、差动放大电路
六、负反馈电路
七、算术运算电路
八、整流、滤波和稳压电路
九、编码器和译码器
十、数据选择器
十一、触发器
十二、计数器
院校：
四川大学电气信息学院
专业：
电气工程及其自动化
实验人：
王汝新，同组人：
时间：
2012年2月6日
实验报告一L、C元件上电流电压的相位关系
一、实验目的
1、在正弦电压激励下研究L、C元件上电流，电压的大小和它们的相位关系，以及输入信号的频率对它们的影响。
2、学习示波器、函数发生器以及数字相位仪的使用
二、仪器仪表目录
1、交流电流表、交流电压表
2、数字相位计
三、实验线路、实验原理和操作步骤
操作步骤：
1、调节ZH-12实验台上的交流电源，使其输出交流电源电压值为24V。
2、按图电路图接线，先自行检查接线是否正确，并经教师检查无误后通电。
3、用示波器的观察电容两端电压uC和电阻两端电压uR的波形，（原理同上）。
仔细调节示波器，观察屏幕上显示的波形并将结果记录。
四、实验结果：
1、在电感电路中，电感元件电流强度跟电压成正比，即I∝U.用1/（XL）作为比例恒量，写成等式，就得到I=U/（XL）这就是纯电感电路中欧姆定律的表达式。
电压超前电路90°。
分析：
当交流电通过线圈时，在线圈中产生感应电动势。
根据电磁感应定律，感应电动势为
（负号说明自感电动势的实际方向总是阻碍电流的变化）。
当电感两端有自感电动势，则在电感两端必有电压，且电压u与自感电动势e相平衡。
在电动势、电压、电流三者参考方向一致的情况下，则
设图所示的电感中，有正弦电流
通过，则电感两端电压为：
波形与相量图如下：
2、在交流电容电路中
对电容器来说，其两端极板上电荷随时间的变化率，就是流过连接于电容导线中的电流，而极板上储存的电荷由公式q=Cu决定，于是就有：
也可写成：
设：
电容器两端电压
由上式可知：
，即
实验和理论均可证明，电容器的电容C越大，交流电频率越高，则
越小，也就是对电流的阻碍作用越小，电容对电流的“阻力”称做容抗，用Xc代表。
波形与相量图如下：
结论：
1.电容元件电压电流大小关系：
Uc=U/ωC=XcIc，Ic=ωCU=Uc/Xc;
2.相位关系，电流超前电压90°。
实验二日光灯电路及其功率因数的提高
一、实验目的
1．了解日光灯电路的工作原理
2．掌握提高功率因数的意义与方法
二、实验器材
1．1台型号为RTDG－3A或RTDG－4B的电工技术实验台
2．1根40W日光灯灯管
3．1台型号为RTZN13智能存储式交流电压／电流表
4．1个型号为RTDG－08的实验电路板，含有镇流器、启辉器、电容器组
三、实验内容
测量日光灯电路有并联电容和没有并联电容这两种情况下的功率因数，掌握提高功率因数的方法。
四、实验原理
在正弦交流电路中，功率因数的高低关系到交流电源的输出功率和电力设备能否得到充分利用。
为了提高交流电源的利用率，减少线路的能量损耗，可采取在感性负载两端并联适当容量的补偿电容，以改善电路的功率因数。
并联了补偿电容器C以后，原来的感性负载取用的无功功率中的一部分，将由补偿电容提供，这样由电源提供的无功功率就减少了，电路的总电流Ỉ也会减小，从而使得感性电路的功率因数cosφ得到提高。
图4－1日光灯电路原理图
五、实验过程
1.日光灯没有并联电容时的操作过程
（1）先切断实验台的总供电电源开关，按照实验电路图4—1来连线。
用导线将调压器输出相线端、总电流测量插孔、日光灯电流测量插孔、镇流器、日光灯灯丝一端、启辉器、日光灯灯丝另一端、调压器输出地线端按顺序联接到实验线路中。
（2）用导线将电容器电流测量插孔与电容器组串联再与上述日光灯电路并联，并将电容器组中各电容器的控制开关均置于断开位置。
注意，电容器电流测量插孔应联接在总电流测量插孔的后面。
（3）实验电路接线完成后，需经过实验指导教师检查无误，方可进行下一步操作。
（4）将安装在电工实验台左侧面的自耦变压器调压手柄按照逆时针方向旋转到底。
（5）闭合实验台的总供电电源开关，按下启动按键。
（6）按下调压按键，使实验台的调压器开始工作，这时实验台上的三相电压表显示调压器的输出电压。
（7）闭合交流电表开关，用导线将交流电压表与调压器输出端相联接，按顺时针方向旋转自耦变压器的调压手柄，用交流电压表监测，将调压器输出电压逐渐调升至220V。
这时安装在实验台内部的日光灯灯管将会点亮，日光灯电路开始正常工作。
（8）使用交流电压表、交流电流表，按表4—1中的顺序测量电路端电压U、电路总电流I、日光灯灯管电压UR，将测量结果记入表4—1中。
表4—1日光灯电路的测量
项目
U（V）
I（A）
UR（V）
cosФ
测量值
210
220
71.8
0.34
2.日光灯并联电容时的操作过程
按照表4—2中列出的电容器容量值，逐项测量电路总电流I、日光灯支路电流IR（或IL）、电容器支路电流IC的数值，并将测量结果记入表4—2中。
表4－2并联电容提高功率因数
项目
电容值
I（mA）
IR或IL（mA）
IC（mA）
cosФ
0μF
220
220
0
0.34
1μF
160
140
20
0.48
2.2μF
90
10
100
0.83
4.7μF
100
190
290
0.78
9.4μF
480
180
660
0.17
六、注意事项
（1）实验前需要做充分的准备：
预习实验内容，写出预习报告。
无预习报告者不得进入实验室做实验。
（2）本实验使用220V动力线路供电，在进行日光灯电路的联接线操作时，务必切断实验台总供电电源开关，严禁带电操作。
在本次实验中需要测量三条支路电流，需要在实验电路中接入三个电流测量插孔，如果接入的电流测量插孔个数不够，将无法正常完成电流数值的测量。
如果实验电路接线正确，接通工作电源后日光灯不能正常点亮，可转动启辉器以使日光灯点亮。
（5）在实验连线中、检查实验连线时以及实验结束后拆线时，均应切断电源，在断电状态下操作。
（6）实验完毕，拆线时用力不要过猛，以防拔断导线，最好是轻轻的旋拔。
做完实验后，收拾好实验设备与器材，经实验指导老师检查并签字后方可离开实验室。
七、实验报告要求
画出实验原理图。
根据表4—1中的实验数据，计算日光灯电路的功率因数cosφ值。
根据表4—2中的实验数据，计算在并联不同容量值的电容器时日光灯电路的功率因数cosφ值。
由表4—2中计算出的功率因数cosφ值分析，使日光灯电路功率因数改善效果最佳的电容器容量值为多少。
答：
最佳电容器电容值为：
2.2uf
实验报告三虚拟一阶RC电路
一、实验目的
1、在ElectronicsworkbenchMultisim电子电路仿真软件中，对一阶电路输入方波信号，用示波器测量其输入，输出之间的波形，以验证RC电路的充放电原理。
2、熟悉示波器的使用
二、实验原理
RC电路充放电如实验图所示。
实验图R电路C充放电
电容具有充放电功能，充放电时间与电路时间常数
有关。
当
足够小就构成微分电路，从电阻端输出的电压与输入电源电压之间呈微分关系，如实验图。
实验图RC微分电路
而当
足够大就构成积分电路，从电容两端输出的电压与输入电源电压之间呈积分关系，如实验图
实验图RC积分电路
三、实验内容与步骤
1、RC电路的充放电特性测试
（1）在EWB的电路工作区按图连接。
按自己选择的参数设置。
（2）选择示波器的量程，按下启动\停止开关，通过空格键使电路中的开关分别接通充电和放电回路，观察不同时间常数下RC电路的充放电规律。
（3）依照实验表计算其时间常数。
四、实验结论
输入为频率为50Hz的方波，经过微分电路后，输出为变化很陡峭的曲线。
当第一个方波电压加在微分电路的两端（输入端）时，电容C上的电压开始因充电而增加。
而流过电容C的电流则随着充电电压的上升而下降。
电流经过微分电路（R、C）的规律可用下面的公式来表达
i=（V/R）e-（t/CR）
i-充电电流（A）；
v-输入信号电压（V）；
R-电路电阻值（欧姆）；
C-电路电容值（F）；
e-自然对数常数（2.71828）；
t-信号电压作用时间（秒）；
CR-R、C常数（R*C）
由此我们可以看出输出部分即电阻上的电压为i*R，结合上面的计算，我们可以出输出电压曲线计算公式为：
iR=V[e-（t/CR）]
积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波，还可将锯齿波转换为抛物波。
电路原理很简单，都是基于电容的冲放电原理，这里就不详细说了，这里要提的是电路的时间常数R*C，构成积分电路的条件是电路的时间常数必须要大于或等于10倍于输入波形的宽度。
输出信号与输入信号的积分成正比的电路，称为积分电路。
原理：
Uo=Uc=（1/C）∫icdt,因Ui=UR+Uo,当t=to时，Uc=Oo.随后C充电，由于RC≥Tk,充电很慢，所以认为Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故Uo=（1/c）∫icdt=（1/RC）∫icdt
这就是输出Uo正比于输入Ui的积分（∫icdt）
RC电路的积分条件：
RC≥Tk
实验报告四用数字电桥测交流参数
一、实验目的
用TH2080型LCR数字交流电桥测量RLC的各种参数，了解电阻、电容、电感的特性
二、实验元件
TH2080型LCR数字测量仪、待测元件
三、实验原理
图是交流电桥的原理线路。
它与直流单臂电桥原理相似。
在交流电桥中，四个桥臂一般是由交流电路元件如电阻、电感、电容组成；电桥的电源通常是正弦交流电源；交流平衡指示仪的种类很多，适用于不同频率范围。
频率为200Hz以下时可采用谐振式检流计；音频范围内可采用耳机作为平衡指示器；音频或更高的频率时也可采用电子指零仪器；也有用电子示波器或交流毫伏表作为平衡指示器的。
本实验采用高灵敏度的电子放大式指零仪，具有足够的灵敏度。
指示器指零时，电桥达到平衡。
四、实验结论
交流电桥的平衡条件
我们在正弦稳态的条件下讨论交流电桥的基本原理。
在交流电桥中，四个桥臂由阻抗元件组成，在电桥的一个对角线cd上接入交流指零仪，另一对角线ab上接入交流电源。
当调节电桥参数，使交流指零仪中无电流通过时（即I0=0），cd两点的电位相等，电桥达到平衡，这时有
Uac=UadUcb=Udb
即：
I1Z1=I4Z4I2Z2=I3Z3
两式相除有：
当电桥平衡时，I0=0，由此可得：
I1=I2，I3=I4
所以Z1Z3=Z2Z4
上式就是交流电桥的平衡条件，它说明：
当交流电桥达到平衡时，相对桥臂的阻抗的乘积相等。
由图4-13-1可知，若第一桥臂由被测阻抗Zx构成，则：
当其他桥臂的参数已知时，就可决定被测阻抗Zx的值
实验五差动放大电路实验
一、实验目的
①．熟悉差动放大器工作原理；
②掌握差动放大器的基本测试方法。
二、实验仪器
①双踪示波器；②数字万用表；③信号源；
三、实验原理及预习要求
1计算图5-1的静态工作点（Rbc=3K，β=100）及电压放大倍数。
②在图5-1基础上画出单端输入和共模输入的电路。
四、实验内容及步骤
实验电路如图5-1所示。
图5-1
（1）调零
将输入端短路并接地，接通直流电源，调节电位器Rp1使双端输出电压Vo=0。
（2）测量静态工作点
测量V1、V2、V3各极对地电压填入表5-1中。
表5-1
1．测量差模电压放大倍数。
在输入端加入直流电压信号Vid=+-0.1V按表5-2要求测量并记录，由测量数据算出单端和双端输出的电压放大倍数，数以百计点调好DC信号的OUT1和OUT2，使其分别为+0.1V和-0.1V再接入Vi1和Vi2。
2．测量共模电压放大倍数。
将输入端b1、b2短接，接到信号源输入端，信号源号另一端接地。
DC信号分先后接OUT1和OUT2，分别测量并填表5-2。
由测量数据算出单端和双端输出的电压放大倍数。
进一步算出共模抑制比CMRR=|Ad/Ac|。
表5-2
3．在实验板上组成单端输入的差放电路进行下列实验。
（1）在图1中将b2接地，组成单端输入差动放大器，从b1端输入直流信号Vi=+0.1V，测量单端及双端输出，填表5-3记录电压值。
计算单端输入时的单端及双端输出的电压放大倍数。
并与双端输入时的单端及双双端差模电压放大倍数进行比较。
表5-3
（2）从b1端加入交流信号Vi=0.05V，f=1000Hz分别测量、记录单端及双端输出电压，填入表5-3计算单端及双端的差模放大倍数。
五、实验结果分析
从测量的实验结果来和实际计算结果来看，它们存在一定的误差，造成这种误差的原因有多方面，如在计算的过程中有些值是取约等值，当时作实验时仪器的调节不够准确，仪器的性能性等等。
六、实验总结
通过这次实验，我了解了差动放大电路的性能和特点，以及其与前面学习的其它放大电路的区别；还有差动放大电路能够抑制零点漂移，输入大信号的时候，具有良好的限幅特性。
差动放大电路对不同的输入信号放大能力不同，如差动放大电路对差模输入信号和共模输入信号的放大能力的不同。
实验六负反馈电路
一、实验目的：
1．加深对负反馈放大电路放大特性的理解。
2．学习负反馈放大电路静态工作点的测试及调整方法。
3.掌握多级放大电路的电压放大倍数，输入电阻，输出电阻的测试方法。
掌握负反馈对放大电路动态参数的影响。
二、实验原理：
实际放大电路由多级组成，构成多级放大电路。
多级放大电路级联而成时，会互相产生影响。
故需要逐级调整，使其发挥发挥放大功能。
三、实验步骤
1.两级阻容耦合放大电路（无反馈）
两级阻容耦合放大电路图
（1）
测输入电阻及放大倍数
由图可得输入电流Ii=107.323nA
输入电压Ui=1mA
输出电压Uo=107.306mV.
则由输入电阻
Ri=Ui/Ii=9.318kOhm.
放大倍数Au=Uo/Ui=107.306
（2）测输出电阻
输出电阻测试电路
由图可得输出电流
Io=330.635nA.
则输出电阻
Ro=Uo/Io=3.024kOhm.
（3）频率响应
幅频相应与相频相应
由左图可知当放大倍数下降到中频的0.707倍对应的频率为上限频率或下限频率。
由下表可知，中频对应的放大倍数是601.1943则上限频率或下限频率对应的放大倍数应为425.044左右。
故下限频率为fL=50.6330kHZ
上限频率为fH=489.3901kHZ
则频带宽度为438.7517kHZ
（4）非线性失真
当输入为10mA时开始出现明显失真，输出波形如下图所示
2.有串联电压负反馈的两级阻容耦合放大电路
有串联电压负反馈的两级阻容耦合放大电路图
（1）测输入电阻及放大倍数
由图可得输入电流Ii=91.581nA.输入电压Ui=1mA.输出电压Uo=61.125mV.
则由输入电阻Ri=Ui/Ii=10.919kOhm.
放大倍数Au=Uo/Ui=61.125
（2）测输出电阻
由图可得输出电流Io=1.636uA.
则输出电阻Ro=Uo/Io=611.247Ohm
（3）频率响应
幅频相应与相频相应
由图可知当放大倍数下降到中频的0.707倍对应的频率为上限频率或下限频率。
由下表可知，中频对应的放大倍数是85.6793。
则上限频率或下限频率对应的放大倍数应为60.575左右。
故下限频率为fL=9.7757kHZ，上限频率为fH=3.0049MHZ
频带宽度为3.0049MHZ
（4）非线性失真
当输入为21mA时开始出现明显失真，输出波形如下图所示
（5）验证Af1/F
由上图可知Xf=925.061uV.Xo=61.154mV.
又由负反馈中Af=Xo/Xi=61.154
F=Xf/Xo
1/F=Xo/Xf=66.1081
显然Af1/F
四、实验分析：
1、在降低放大倍数的同时，可以使放大器的某些性能大大改善
2、负反馈使放大器的净入信号有所减小，因而使放大器增益下降，但却改善了放大性能，提高了它的稳定性
五、实验结论
上述实验结论可知,放大电路中加了串联电压负反馈之后，电路的放大倍数，输入电阻，输出电阻，频带宽度以及非线性失真情况都发生了改变，比较之后可以得出以下结论：
串联电压负反馈可以减少电压放大倍数
串联电压负反馈可以增加输入电阻。
串联电压负反馈可以减少输出电阻。
串联电压负反馈可以扩展频带宽度。
串联电压负反馈可以改善非线性失真。
实验报告七算术运算电路
一、实验目的
1.了解集成运放开环放大倍数
和最大输出电压
的测试方法。
2.掌握比例运算、加法运算、减法运算、积分运算电路的调整，微分运算电路的连接与测试。
了解集成运算放大器非线性应用的特点。
二、实验步骤
放大电路的调试：
Rf
反相比例放大电路R1
1．反相比例放大电路的特点UIRPUo741
由运算放大器组成的反相比例放大电路如图1所示。
根据集成运算放大器的基本原理，反相比例放大电路的闭环特为：
闭环电压增益：
（1）
图1反相比例放大器
输入电阻
（2）输出电阻
（3）其中：
Auo为运放的开环电压增益，
环路带宽
（4）其中：
BWo为运放的开环带宽。
最佳反馈电阻
=
（5）
上式中：
Rid为运放的差模输入电阻，Ro为运放的输出电阻。
平衡电阻
（6）
从以上公式可以看出，由运算放大器组成的反相输入比例放大电路具有以下特性：
（1）在深度负反馈的情况下工作时，电路的放大倍数仅由外接电阻R1和Rf的值决定。
（2）由于同相端接地，故反相端的电位为“虚地”，因此，对前级信号源来说，其负载不是运放本身的输入电阻，而是电路的闭环输入电阻R1。
由于Rif=R1，因此反相比例放大电路只适用于信号源对负载电阻要求不高的场合（小于500kΩ）
（3）在深度负反馈的情况下，运放的输出电阻很小。
2．反相比例放大电路的设计
反相比例放大电路的设计，就是根据给定的性能指标，计算并确定运算放大器的各项参数以及外电路的元件参数。
例如，要设计一个反相比例放大电路，性能指标和已知条件如下：
闭环电压增益Auf，闭环带宽BWf，闭环输入电阻Rif，最小输入信号UImin，最大输出电压UOmax，负载电阻RL，工作温度范围。
设计步骤如下：
（1）选择集成运算放大器
选用集成运算放大器时，应先查阅有关产品手册，了解以下主要参数：
运放的开环电
压增益Auo，运放的开环带宽BWo，运放的输入失调电压UIO、输入失调电压温漂UIO/T，输入失调电流IIo、输入失调电流温漂IIO/T，输入偏置电流IIB，运放的差模输入电阻Rid和输出电阻Ro等。
为了减小比例放大电路的闭环电压增益误差，提高放大电路的工作稳定性，应尽量选
用输入失调参数小，开环电压增益和差模输入电阻大，输出电阻小的集成运放。
为了减小比例放大电路的动态误差，（主要是频率失真与相位失真），集成运算放大器的增益带宽积Au·BW和转换速率SR还应满足以下关系：
Au·BW>∣Auf∣·BWfSR>2πfmaxUOmax
上式中，fmax是输入信号的最高工作频率。
UOmax是集成运算放大器的最大输出电压。
（2）计算最佳反馈电阻
按以下公式计算最佳反馈电阻：
=
为了保证放大电路工作时，不超过集成运算放大器所允许的最大输出电流IOmax，Rf值
的选取还必须满足：
。
如果算出来的Rf太小，不满足上式时，应另外选择一个最大输出电流IOmax较大且能满足
式
（1）中要求的运算放大器。
在放大倍数要求不高的情况下，可以选用比最佳反馈电阻值大的Rf。
（3）计算输入电阻R1
由上式计算出来的R1必须大于或等于设计要求规定的闭环输入电阻Rif。
否则应改变Rf
的值，或另选差模输入电阻高的集成运算放大器。
（4）计算平衡电阻RP
RP=R1//Rf
（5）计算输入失调温漂电压
要求ΔUI<一般应使UImin>100ΔUI，这样才能使温漂引起的误差小于1%。
若ΔUI不满足要求，应另外选择漂移小的集成运算放大器。
3．反相比例放大电路的调试与性能测试
（1）消除自激振荡
按照所设计的电路和计算的参数，选择元件，安装电路，弄清集成运放的电源端，调
零端、输入与输出端。
根据所用运放的型号和Auo的大小，考虑是否需要相位补偿。
若需要相位补偿，应从使用手册中查出相应的补偿电路及其元件参数。
当完成相位补偿后，将放大电路的输入端接地，检查无误后，接通电源。
用示波器观察其输出端是否有振荡波形。
若有振荡波形，应适当地调整补偿电路的参数，直至完全消除自激振荡为止。
在观察输出波形时，应把噪声波形和自激振荡波形区分开来。
噪声波形是一个频率不定，幅值不定的波形，自激振荡波形是一个频率和幅度固定的周期波形。
（2）调零
把输入端接地，用直流电压表测量输出电压，检查输出电压UO是否等于零，若UO不等于零，应仔细调节运放的调零电位器，使输出电压为零。
（3）在输入端加入UI=0.1V的直流信号,用直流电压表测量输出电压。
将测量值与计算值
进行比较，看是否满足设计要求。
（4）观察输出波形
在输入端加入f=1000Hz，Uim=1V的交流信号，用示波器观察输出波形，若输出波形出现“平顶形”失真，表明运放已进入饱和区工作，此时应提高电源电压，以消除“平顶形”失真。
R1Rf
R1RfUo
（二）同相比例放大电路
1．同相比例放大电路的特点由运算放大器组成的同相输入比例R1741Uo
放大电路如图2所示。
UI
同相放大器的电压放大倍数为：
Rf
（7）
同相放大器的输入电阻为：
图2同相比例放大器
Rif=R1//Rf+Rid（1+Auo•F）（8）
其中：
Rid是运放的差模输入电阻，Auo是集成运放的开环电压增益，F=R1/（R1+Rf）为反馈系数。
输出电阻：
Ro≈0
放大器同相端的直流平衡电阻为：
RP=Rf//R1。
（9）放大器的闭环带宽为：
（10）最佳反馈电阻
2．同相比例放大电路的设计
要求设计一个同相比例放大电路，性能指标和已知条件如下：
闭环电压放大倍数Auf，闭环
升级会员 