电路与电子技术实验指导书.docx
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电路与电子技术实验指导书
电路与电子技术
实验指导书
主编：
郭艳清
中原工学院
电子信息学院电工电子教研室
二零零九年九月
前言
为适应当前教学改革的需要，根据非电专业电子技术课程的教学基本要求，考虑所选设备的特点，我们重新组织编写了《电路与电子技术实验指导书》。
本书是电路与电子技术课程的配套实验指导书。
主要容包括:
共九个实验，其中综合性实验一个。
本书是在原电工电子教研室编写的电工技术实验指导书和电子技术实验指导书的基础上整合修改而成，并参考部分重点大学的实验指导。
其容的选择主要考虑本院学生的实际，既实现对学生基本技能的训练，又体现创新能力的培养，还符合教学的先进性、实用性。
本书力求做到容丰富、取材得当，先进实用。
使用本书在满足教学基本要求的基础上，必将有利于提高非电专业学生综合应用电子技术的能力。
参编本书实验容的教师有：
郭艳清、伟峰、马艳霞、晓荃、王凤歌、王永林、王燕、王瑷珲和武超等，郭艳清和申旭老师对全书进行了审定，实验室的薛立、建勋和方向前老师对实验参数的确定等提出了许多改进意见。
由于编写时间仓促，疏漏与不妥之处在所难免，敬请读者批评指正。
编者
二零零九年九月
第一章概述
电工学课程是工科院校本科非电专业学生的一门技术基础课。
电工学实验是电工学课程重要的实践性教学环节。
电工学实验教学不仅能帮助学生巩固和加深理解所学的知识，更重要的是要训练学生的实验技能，提高学生分析问题、解决问题的能力，为学生进一步学习专业知识，拓宽专业领域，运用新的技术打下良好基础。
本实验指导书是我院电路与电子技术课程的配套教学用书。
实验项目主要包含九个常规实验和一个综合设计性实验。
常规性实验的选取的主要依据是教学大纲。
通过一些基础性的验证性的实验，使学生巩固所学基本知识，掌握基本仪器的使用，培养学生的搭接电路、调试电路、分析故障的基本能力。
综合设计性实验根据非电学生的实际，增加一些较深、较宽的学习容，使学生了解和掌握课堂上没有讲解的知识，侧重培养学生对基础知识的综合应用能力和对实验的综合分析能力。
第二章实验要求及注意事项
电工电子实验须知
一、实验的目的和要求
实验是电工电子课程重要的实践性教学环节，实验的目的不仅要巩固和加深理所学的知识，更重要的是要训练实验技能，学会独立进行实验，树立工程实际观点和严谨的科学作风。
对学生实验技能训练的具体要：
1．能正确使用常用的电工仪表、电工设备及常用的电子仪器。
2．能按电路图正确接线和查线。
3．学习查阅手册，对常用的电子元器件具有使用的基本知识。
4．能准确读取实验数据，观察实验现象，测绘波形曲线。
5．能整理分析实验数据，独立写出容完整的、条理清楚的、整洁的实验报告。
二、实验课前学生应作的准备工作
1．认真阅读实验指导书，明确实验目的，理解有关原理，熟悉实验电路、容步骤及实验中的注意事项。
2．完成实验指导书中有关预习要求的容。
3．做好数据记录表格等准备工作。
三、实验总结报告的要求
一律用学校规定的实验报告纸认真书写实验报告。
实验报告的具体容为：
1．实验目的
2．实验原理电路图及主要仪器设备的型号规格。
3．课前完成的预习容：
包括指导书所要求的理论计算、回答问题、设计记录表格等。
4．实验数据及处理：
根据实验原始记录，整理实验数据，并按指导书要求加以必要处理。
5．实验总结：
完成指导书要求的总结、问题讨论及心得体会，如有曲线应用坐标纸作出。
四、实验规则
1．严禁带电接线、拆线或改接线路。
2．接线完毕后，要认真复查，确信无误后，经教师同意，方可接通电源进行实验。
3．实验过程中如果发生事故，应立即关断电源，保持现场，报告指导教师。
4．实验完毕后，先由本人检查实验数据是否符合要求，然后再请教师检查，经教师认可后才可拆线，并将实验器材整理好。
5．室仪器设备不准任意调换，非本次实验所用的仪器设备，未经教师允许不得动用。
没有弄懂仪表、仪器及设备的使用方法前，不得贸然使用。
若损坏仪器设备，必须立即报告教师，作书面检查，责任事故要酌情赔偿。
6．实验要严肃认真，保持安静、整洁的学习环境。
基本实验技能和要求
我们要求通过本课程的实验，培养同学掌握实验的基本技能，希望同学在实验中注意培养和训练。
一、安全操作训练和科学作风：
1．接线：
最后接电源部分（拆线时应先拆电源部分），接完线后仔细复查。
严禁带电拆、接线。
遇有事故应立即断开电源，并向教师报告情况，检查原因。
勿乱拆线路。
2．接完电路后，开始实验前应作好准备工作，例如：
a．调压器或三端变阻器的可动端应放在无输出电压位置上或放在线路中电流为最小的位置上。
b．电压表、电流表或其他测量仪器（如万用表，数字繁用表）的量程应放在经过估算的一档或放在最大量程档上。
3．合电源闸前要得到教师和同组人的允许。
每次开始操作前应与同组人打好招呼，互相密切配合，加负荷或变电路参数时应监视各仪表，若有异常现象，如冒烟、烤糊味，指针到极限位置，指针打弯等，应立即断电检查。
4．注意各种仪表仪器的保护措施。
如电流表的短路开关（防止电动机起动电流冲击）；有些仪器作保险丝作过载保护，不得随便更换；监视仪表过载指示灯，过载跳闸机构等等。
5．预操作习惯（在实验前先操作和观察一下），其目的在于：
a．看看电路运行及仪表指示是否正常。
b．看看所测电量数据变化趋势，以便确定实验曲线取点。
c．找出变化特殊点，作为取数据时的重点。
d．熟悉操作步骤。
二、实验技能训练：
1．接线能力：
a．合理安排仪表元件的位置，接线该长则长，该短则短，达到接线清楚，容易检查，操作方便的目的。
b．接线要牢固可靠。
c．先接电路的主回路，再接并联支路。
有些电路（如电机控制），主回路电流大用粗导线，控制电流小用细导线。
2．合理读取数据点：
应通过预操作，掌握被测曲线趋势和找出特殊点；凡变化急剧的地方取点密，变化缓慢得取点疏。
使取点尽量少而又能真实反映客观情况。
3．正确，准确地读取电表指示
a．合理选择量程，应力求使指针偏转大于2/3满量程时较为合适，同一量程中，指针偏转越大越准确。
b．在电表量程与表面分度一致，可以直读。
不一致时可读分度数，即记下指针指示的格数，再进行换算，并注意读出足够的有效数字，不要少读或多读。
4．配合实验结果的有效数字，选择曲线坐标比例尺，避免夸大或淹没了实验结果的误差。
三、使用设备的一般方法：
1．了解设备的名称，用途，铭牌规格，额定值及面板旋钮情况。
2．着重搞清楚设备使极限值。
a．着重搞清楚设备：
要注意其最大允许的输出值，如调压器、稳压电源有最大输出电流限制；电机有最大功率输出限制；信号有最大输出功率及最大信号电流限制。
b．量测仪表仪器，要注意最大允许的输入量。
如电流表、电压表和功率表要注意最大的电流值或电压值。
万用表、数字万用表、数字频率计、示波器等的输入端都规定有最大允许的输入值，不得超过，否则损坏设备。
多量程仪表（如万用表）要正确使用量程，千万不可用欧姆表测电压，或用电流档测电压。
3．了解设备面板上各旋钮的作用。
使用时应放在正确位置。
禁止无意识乱拔动旋钮。
4．正式使用设备时设法判断是否正常。
有自校的可通过自校信号对设备进行检查。
如示波器有自校正弦波或方波；频率计有自校标准频率。
第三章实验项目
实验一直流网络定理
一、实验目的
1、加深对叠加原理的容和适用围的理解；
2、用实验方法验证戴维宁定理的正确性；
3、学习线性有源二端网络等效电路参数的测量方法。
二、实验属性：
验证性实验。
三、实验仪器设备及器材
电工实验装置：
DG012T、DY031T、DG051T
四、实验要求
实验前些预习报告，凭预习报告参加实验。
预习叠加原理和戴维宁定理。
实验中听从安排，正确使用仪表，记录测量数据，实验后根据要求认真书写实验报告。
五、实验原理
1、叠加原理
线性电路中，任一电压或电流都是电路中各个独立电源单独作用时，在该处产生的电压或电流的叠加。
2、戴维宁定理
一个含独立电源、线性电阻和受控源的二端网络，对外电路来说，可以用一个电压源和电阻的串联组合等效置换，如图1-1所示。
此电压源的电压等于二端网络的开路电压Uoc，电阻等于二端网络的全部独立电源置零后的等效电阻R0。
图1-1
对于已知的线性有源二端网络，其等效电阻R0可以从原网络计算得出，也可以通过实验手段测出。
下面介绍几种测量方法。
方法一：
由戴维宁定理和定理可知：
因此，只要测出线性有源二端网络的开路电压Uoc和短路电流ISC，Ro就可得出，这种方法最简单。
但是，对于不允许将外部电路直接短路的网络，不能采用此法。
方法二：
测出线性有源二端网络的开路电压Uoc以后，在端口处接一负载电阻RL，然后在测出负载电阻的端电压URL，因为：
则等效电阻为：
方法三：
令线性有源二端网络中的所有独立电源置零，然后在断口处加一给定电压U，测得流入端电流I（如图1-2a所示），则：
图1-2a图1-2b
也可以在端口处接入电流源I‘，测得端口电压U‘（如图1-2b所示），则：
图1-3
六、实验步骤
1、叠加原理
实验电路如图1-3。
（1）把K2掷向短路线一边，K1掷向电源一边，使US1单独作用，测量各电流、电压，并记录在表1-1中；
（2）把K1掷向短路线一边，K2掷向电源一边，使US2单独作用，测量各电流、电压，并记录在表1-1中；
两电源共同作用时，测量各电流、电压，并记录在表1-1中。
表1-1
I1（mA）
I2（mA）
I3（mA）
Uab（V）
Ubc（V）
Ubd（V）
US1单独作用
US2单独作用
US1、US2共同作用
验证叠加原理
2、戴维宁定理
（1）、线性有源二端网络的外部特性
按图1-4接线，改变电阻RL值，测量对应的电流和电压值，数据填在表1-2。
根据测量结果，求出对应于戴维宁等效参数Uoc，ISC。
图1-4
表1-2
RL（Ω）
0
100
200
300
500
700
800
∞
I（mA）
U（V）
（2）求等效电阻Ro
利用原理及说明介绍的3种方法求R0，并将结果填入表1-3中，方法
（1）、方法
（2）数据在表1-2中取，方法（3）实验线路如图1-5所示。
图1-5
表1-3
方法
方法
（1）
方法
（2）
方法（3）
公式
Ro=Uoc/ISC
公式
R0=（UOC/UrL-1）RL
（RL=500Ω）
公式Ro=U/I
U（V）=
I（mA）=
Ro（KΩ）
Ro的平均值
（3）戴维宁等效电路
根据测量结果，利用图1-6构成戴维宁等效电路。
测得其外特性U=f（I）。
将数据填在表1-4中。
图1-6
表1-4
RL（Ω）
0
100
200
300
500
700
800
∞
I（mA）
U（V）
七、报告要求
1、用表1-1的数据验证叠加原理。
2、按图1-3给定参数，计算表1-1中所列各项并与实验结果进行比较。
3、完成实验容2的要求，根据实验容
（1）和（3）的测量结果，在同一座标纸上作他们的外特性曲线，并作分析比较
实验二日光灯交流电路的研究
一、实验目的
1、学习功率表的使用；
2、学习通过U、I、P的测量计算交流电路的参数；
3、学会如何提高功率因数。
二、实验属性：
验证性实验。
三、实验仪器设备及器材
电工实验装置：
DG032T、DY02T、DG051T
四、实验要求
1、实验前要认真预习关于交流电路的连接方法；
2、实验前要熟悉实验仪器的工作原理；
3、测电压、电流时，一定要注意表的档位选择，测量类型、量程都要对应；
4、功率表电流线圈的电流、电压线圈的电压都不可超过所选的额定值；
5、自耦调压器输入输出端不可接反；
6、注意安全，线路接好后，须经指导老师检查无误后，再接通电源。
7、实验报告要对功率表的接线情况用图形说明，说明功率因数提高的原因和意义，说明电容是否能提高功率因数。
五、实验原理
日光灯结构图如图2-1所示，K闭合时，日光灯管不导电，全部电压加在启辉器两触片之间，使启辉器中氖气击穿，产生气体放电，此放电产生的一定热量使双金属片受热膨胀与固定片接通，于是有电流通过日光灯管两端的灯丝和镇流器。
短时间后双金属片冷却收缩与固定片断开，电路中电流突然减小；根据电磁感应定律，这时镇流器两端产生一定的感应电动势，使日光灯管两端电压产生400至500V高压，灯管气体电离，产生放电，日光灯点燃发亮。
日光灯点燃后，灯管两端电压降为100V左右，这时由于镇流器的限流作用，灯管中的电流不会过大。
同时并联在灯管两端的启辉器，也因电压降低而不能放电，其触片保持断开状态。
日光灯工作后，灯管相当于一电阻R，镇流器可等效为电阻RL和电感L的串联，启辉器断开，所以整个电流等效为一个R、L串联电路，其电路模型如图2-2所示。
图2-1图2-2
六、实验步骤
1、测量交流参数
对照实验板如图2-3接线（不接电容C）。
图2-3
调节自耦调压器输出，使U=220V，进行测试，填表2-1。
表2-1
U（V）
测量值
P（W）
I1（mA）
U1（V）
U2（V）
220
2、提高功率因数
按照表2-2的电容值并联电容C，令U=220V不变，将测试结果填入表2-2中。
表2-2
C
测量值
计算值
P（W）
I1（mA）
I2（mA）
IC（mA）
cosφ
1μf
2.88μf
4.7μf
七、报告要求
1、若直接测量镇流器功率，功率表如何接线，作图说明。
2、说明功率因数提高的原因和意义。
3、串联电容能否提高功率因数。
实验三低频电压放大器
一、实验目的
1、掌握静态工作点的测试及调整方法。
2、观察负载对电压放大倍数的影响。
3、学习输入电阻、输出电阻的测量方法。
4、观察静态工作点的改变对非线性失真的影响。
5、进一步熟悉毫伏表、示波器及信号发生器的使用方法。
二、实验属性：
验证性实验
三、实验仪器设备及器材
1、实验箱（台）2、示波器3、毫伏表4、数字万用表
三、预习要求
1.复习放大器的工作原理，估算放大电路的静态工作点，根据微变等效电路计算放大电路的输入电阻、输出电阻，空载和有负载时的电压放大倍数。
2.预习放大电路的动态和静态测试方法，ri和ro的测量方法和原理。
3．了解饱和失真和截止失真的形成原因及改变方法。
4．预习信号发生器及示波器的使用。
五、实验容及步骤
实验前校准示波器，检查信号源。
1、测量并计算静态工作点
●按图5－1接线。
图5－1
●将输入端对地短路，调节电位器Rb2（在面板上标为W1，下同）使Vc=Ec/2，测静态工作点Vc、VE、VB。
及VRb1的数值，记入表5－1中。
●按下式计算IB、Ic，并记入表5－1中。
表5-1
调整Rb2
测量
计算
VC（V）
VE（V）
VB（V）
VRb1（V）
IC（mA）
IB（µA）
6
2、测量电压放大倍数及观察输入，输出电压相位关系。
在实验步骤1的基础上，把输入与地断开，接入f=1KHZ、V1=5mV的正弦信号，负载电阻分别为RL=2KΩ和RL=∞，用毫伏表测量输出电压的值，用示波器观察输入电压和输出电压波形，并比较输入电压和输出电压的地位，画于表5－2中，在不失真的情况下计算电压放大倍数：
AV=VO/V1，把数据填入表5－3中：
表5－2
电压
波形
V1
VO
表5－3
RL（Ω）
V1（mV）
V0（V）
Av
2K
∞
3、观察负载电阻对放大倍数的影响。
在实验步骤2基础上，把负载电阻2K换成5.1K，重新测定放大倍数，将数据填入表5－4中。
表5－4
RL（Ω）
Vi（V）
V0（V）
AV
5.1K
4.按图5—2接线。
（1）、测量电压参数，计算输入电阻和输出电阻。
●输入端接入f=1KHz、Vi=5mV的正弦信号。
●分别测出电阻R1两端对地信号电压Vi及Vi’，按下式计算出输入电阻ri：
图5－2
●测出负载电阻RL开路时的输出电压V∞，和接入RL（2K）时的输出电压V0，然后按下式计算出输出电阻r0：
将测量数据及实验结果填入表5—5中。
表5—5a表5—5b
Vi（mV）
Vi’（mV）
ri（Ω）
V∞（V）
V0（V）
r0（Ω）
（2）、观察静态工作点对放大器输出波形的影响，将观察结果分别填入表5-6中。
●输入信号不变，用示波器观察正常工作时输出电压V0的波形井描画下来。
●逐渐减小Rb2的阻值，观察输出电压的变化，在输出电压波形出现明显失真时，把失真的波形描画下来，并说明是哪种失真。
如果Rb2=0Ω后，仍不出现失真，可以加大输入信号Vi，或将Rbl由100KΩ改为I0KΩ，直到出现明显失真波形。
●逐渐增大Rb2的阻值，观察输出电压的变化，在输出电压波形出现明显失真时，把失真波形描画下来，并说明是哪种失真。
如果Rb2=1M后，仍不出现失真，可以加大输入信号Vi，直到出现明显失真波形。
表5—6
阻值
波形
何种失真
正常
Rb2减小
Rb2增大
六、实验报告
1、整理实验数据，填入表中，并按要求进行计算。
2、总结电路参数变化对静态工作点和电压放大倍数的影响。
3、讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。
实验四集成与非门与组合逻辑电路
1.实验目的
1.了解与非门引脚排列。
2.学习与非门逻辑功能测试。
3.掌握用与非门设计组合逻辑电路的方法与测试方法。
2.实验属性：
验证性实验
3.实验仪器设备及器材
1.数字实验箱
+5V电源，单脉冲源，连续脉冲源，逻辑电平开关，LED显示；
2.集成电路器件
集成2输入与非门74LS00（CC4011）；
集成4输入与非门74LS20（CC4012，T063）
集成非门74LS04（4069）；
图8-1与非门引脚图
7400:
7420:
7404
4.实验要求
1.实验预习
1）熟悉基本逻辑关系，了解与非门输入端空脚的处理方法。
2）预习组合逻辑电路的分析与设计步骤。
3）填写原始记录表中的预测值。
2.实验要求
1）了解试验台数字电路部分结构。
2）实验前完成预习及预习报告，
3）按实验步骤完成实验容，记录实验数据并填表，对实验结果进行分析。
4）实验中要注意，集成电路工作时，将+5V电源及地线引入相应管脚。
5.实验原理
1．组合逻辑电路的分析过程，一般分为如下三步进行：
1）由逻辑图写出输出端的逻辑表达式；
2）列出真值表；
3）根据对真值表进行分析，确定电路功能。
2．组合逻辑电路的设计过程，一般分为如下四步进行：
图8-2组合逻辑电路设计方框图
&
&
&
A
B
C
F
D
图8-3
设计过程中，"最简"是指电路所用器件最少，器件的种类最少，而且器件之间的连线也最少。
若用与非门设计电路图，将最简的与或表达式两次求反即可。
下例逻辑图为8-3。
例如：
F=ABC+CD=
6.实验步骤
一）、非门逻辑功能的测试
1、基本逻辑功能测试
利用数字电路实验箱上的电源、逻辑开关、电平指示灯对74LS00芯片的与非门进行检测。
首先将实验箱上的+5V电源及地线（GND）用插接线正确接入74LS00芯片的相应脚，再任选74LS00芯片中的一个与非门，按图8-4接线，即A、B输入端各接到一个逻辑开关的插孔实现高、低电平的输入，Y输出端接到电平指示灯插孔显示输出端是高电平还是低电平，按与非门真值表检测功能。
完成表8-1，若符合逻辑，则证明该门逻辑功能正常。
表8-1真值表
A
B
Y
0
0
0
1
1
0
1
1
图8-4
2）与非门的“封锁”控制作用
将与非门的任一输入端接“电位模拟信号”，其余输入端中任取一个接单脉冲，剩余输入端悬空。
a.接通电源，将模拟信号为“1”时，不断输入单脉冲，观察输出端Y的电平。
b.将模拟信号为“0”时，重复上述步骤。
c.画出图8-5中两种不同状态的波形，并总结出与非门作“封锁”的控制作用。
表8－2真值表
t
t
t
VA
VB
Vy一
图8-5控制门输入端输出端波形图
A
B
Y1
Y2
0
0
0
1
1
0
1
1
图8－6
二）、分析组合逻辑电路的逻辑功能
利用提供的二片74LS00集成芯片，逻辑开关用作输入器件，电平指示灯作为输出器件，搭接成图8-6电路，按表8-2真值表要求输入高、低电平，记录输出端Y1、Y2的状态。
提示：
a、使用多块芯片接线时，注意每块芯片都要接电源和地线。
b、改接线路前，要先关电源。
三）、设计题：
1）、设在举重比赛中，有A、B、C、D四个裁判，其中A为主裁判。
当三名以上裁判且必须有Ａ在按电钮认为运动员上举杠铃合格后，显示灯才亮，指示本次举重成功，否则显示灯不亮，举重不成功。
试用最少二输入端与非门设计判断举重是否成功的逻辑电路。
（设裁判认为合格为“1”，举重成功为“1”）
2）、试用实验给定的两片74LS00或74LS20芯片按所设计的逻辑电路图接线，并检查结果是否正确。
七、报告要求
1）整理实验数据并填表，对实验结果进行分析。
2）总结组合逻辑电路的分析与设计方法。
实验五 触发器、计数器及其应用
一、 实验目的
1.掌握集成J-K触发器和D触发器的逻辑功能，学习用触发器组成计数器。
2.掌握集成计数器74LS290的逻辑功能和使用方法。
3.学习中规模集成显示译码器和数码显示器配套使用的方法。
二、实验属性：
综合性实验
三、实验仪器设备和器材
数字实验箱1台；直流稳压电源1台；信号发生器1台；74LS112、74LS74、74LS290；译码显示电路板等。
四、实验要求
1．预习有关触发器、计数器的容。
2．预习有关译码器的工作原理
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