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电工实验册

2实验一.常用电子仪器的使用

一．实验目的

通过实验,了解常用电子仪器的用途及主要性能指标，初步掌握正确使用常用电子仪器的方法和注意事项，初步掌握使用常用电子仪器观察各种电信号波形，测量各种波形参数的方法。

二．实验仪器

电子实验教学仪一台

数字万用表一台

双踪示波器一台

函数信号发生器一台

毫伏表一台333

直流稳压电源一台

三．实验原理与说明

在模拟电子技术实验中经常用到的仪器设备有示波器、函数信号发生器、交流毫伏表

直流稳压电源和万用表等。

它们可以用来完成对电子电路的静态和动态工作情况的测试。

如图1－1

实验信号输出波形

静态测试动态测试

图1－1

实验中要对仪器进行综合使用，按照信号的流向，以连线简捷，调节顺手，观察与读取方便等原则进行合理布局。

接线时应注意，为防止外界干扰，各仪器的公共接地端应连接在一起，称为共地。

在实验过程中不能反复开、关仪器，待实验结束并经教师检查试验数据后，再关闭仪器并整理好实验台方可离开。

1．直流稳压电源

直流稳压电源是一种将交流电变换成直流电的设备。

用于供给电子电路稳定的直流工作电压。

实验室用直流稳压电源一般都有两路或多路输出端子。

使用方法：

（1）开机前检查各仪表指针应处于（机械）零点。

（2）单电源工作方式：

选择其中任一路，先将输出电压调到需要的大小，然后再接入电路。

（3）双电源工作方式：

若需要正、负电源供电时，其连接方式如图1－2所示。

图1－2

（4）串联工作方式：

以两路串联为例，将第Ⅰ路的负极与第Ⅱ路的正极接在一起即可。

（即图1－2中两路之间的连线不要接地）

注意事项：

（1）不能将正、负极输出端子用导线直接联系起来。

（2）接线时应先将连接导线的一端与实验电路接好，然后再将连接导线的另一端与电源相接（注意正、负极不能接反），拆线时应先拆去电源那一端。

2．函数信号发生器

函数信号发生器是一种能够产生多种波形的仪器设备，用于给被测电路提供所需波形，幅值和频率的测量信号。

使用方法：

（1）开机前应先将“幅度微调”旋钮逆时针旋至最小。

（2）选择波形：

按下“波形选择”按钮开关中对应波形的按钮即可。

（3）幅度调节：

顺时针逐渐调节“幅度威调”按钮至所需要的信号大小。

如果需要输出较小信号，可将一个或几个“幅度衰减”按钮按下，以便于调节。

此时衰减量按dB数相加。

（4）频率调节：

将“频段选择”按钮中所需频段的按钮按下，再顺时针调节“频率微调”旋钮至所需频率。

注意事项：

（1）不能将输出短路（输出电缆线的两个夹子不要相接）。

（2）不能直接接到带有较高直流电压的两点之间。

3．晶体管毫伏表

晶体管毫伏表是用来测量交流信号电压有效值的测量仪表。

如DA－16型晶体管毫伏表，可测量频率为20HZ－1MHZ，幅度为0.1mv－300v的正弦信号电压有效值。

分成1mv、3mv、10mv、30mv…….100v、300v共十一个量程档级。

使用方法：

（1）开机前检查仪表指针应位于（机械）零点，并将“量程开关”置于较大量程，如3v以上量程。

（2）电调零：

将输入端子短接后打开电源，若仪表指针不能稳定在零点，调节“调零”旋钮，使指针处于零点位置。

改变量程时应重新调整。

（3）选择量程：

测量前应置于较大或最大量程，待接入被测信号后再逐渐减小量程。

为了减小测量误差，应使仪表指针处于满刻度的三分之一以上。

（4）正确读数：

观测者位于仪表正前方适当距离。

当量程开关位于1mv或10mv…..100v量程时读表盘刻度0－10，当量程开关位于3mv或30mv…..300v量程时读表盘刻度0－30，且满刻度值＝量程开关指示值。

改变量程或被测信号幅度后，应使指针稳定后再读取。

注意事项：

（1）地线应“先接后拆”，即接线时先接地线，拆线时后拆地线。

（2）被测电压的幅值不应超过毫伏表的最大允许输入电压。

4．示波器

示波器是一种既可用于定性的观察各种电信号波形，也可定量的测量电信号一些参数的测量仪器。

模拟示波器主要由三部分组成，即显示屏、垂直通道和水平通道。

显示屏：

将电信息变成光信息，用来显示波形和参数。

目前有阴极射线管显示屏和液晶显示屏等。

垂直通道：

待测信号输入和预处理通道。

用来耦合、放大、衰减和切换（多通道输入时）被测信号。

水平通道：

用来产生代表时间轴的扫描时基信号，并提供同步，触发信号，保证波形清晰、稳定的显示。

使用方法：

（1）开启电源。

扫描方式（SWEEPMODE）置“自动（AUTO）”，找到扫描线，如果找不到，则耦合方式置“地（┻）”，搞清扫描线偏离屏幕的方向，然后回到AC或DC耦合方式，调节Y通道上下位置（POSITION），让扫描线出现在显示屏中间。

（2）如果扫描线比较模糊，可调节亮度（ILLUM）和聚焦（FOCUS），使之清晰。

（3）从探头输入待测信号（高频时用10：

1探头）。

垂直模式（VERTMODE）选择。

单通道用CH1（或CH2），双通道用“DUAL”。

调节垂直通道灵敏度（VOLTS/DIV），使信号显示大小适中。

（4）调节时基（TIME/DIV），使信号显示疏密合适。

触发源（TRIGSOURCE）选内（INT），即触发信号来自通道1（CH1）或通道2（CH2）。

调节触发电平（LEVEL），使波形显示稳定。

注意事项：

（1）显示亮度不宜过亮，且不应长时间显示固定亮点。

（2）被测电压的幅值（直流加交流的峰值）不应超过示波器的最大允许输入电压。

（3）不要将磁性物体（如指针式万用表）紧靠示波器，否则会使扫描基线倾斜。

四、实验内容与要求

1．检查示波器本机标准信号

示波器本身有1KHZ/0.3V（或0.5V）的标准方波输出信号，用于检查示波器的工作状态。

将CH1通道输入探头接至校准信号的输出端子上，按表1－1调节示波器的控制开关以显示稳定方波。

若波形在垂直方向占三格（或5格）。

波形的一个周期在水平方向占5格，说明示波器工作正常。

（1格为1cm单位长度）。

表1－1

控制件名称

作用位置

控制件名称

作用位置

亮度

适中

触发源

INT

聚焦

适中

内触发源*

CH1

水平和垂直位移

适中

触发耦合方式

垂直工作方式

CH1

扫描方式

AUTO

输入耦合方式

扫描速率

0.2mS/DIV

幅度衰减

0.1V/DIV

扫描微调

校准位置CAL

幅度微调

校准位置CAL

内触发源*——有的示波器面板上没有该控制开关。

2．用示波器和万用表测量直流电压

按表1－2操作，示波器屏幕上显示出一条水平扫描线。

调节“垂直位移”，使水平线处于适当位置（例如中心位置），可作为测量直流电压的“基准”。

将示波器CH1通道接至稳压电源输出端，稳压电源输出电压分别为表1－3所示。

然后将表1－2中“输入耦合方式”置DC，调节“幅度衰减”开关，使“基线”向上或向下偏离“基准”位置的距离适中。

将测量结果填入表1－3中。

表1－2

控制件名称

作用位置

控制件名称

作用位置

亮度

适中

输入耦合方式

GND

聚焦

适中

扫描方式

AUTO

水平和垂直位移

适中

扫描速率

0.5mS/DIV

垂直工作方式

CH1

表1－3

直流稳压电源输出电压（V）

2.5V

示波器幅度衰减开关位置（V/DIV）

被测电压偏离基准位置的距离（h）

电压测量值（V）（示波器）

电压测量值（V）（万用表）

3．用示波器和毫伏表测量正弦信号

将函数信号发生器的输出与示波器的CH1通道输入端以及晶体管毫伏表输入端相连接，调节函数信号发生器，使输出频率为1KHZ的正弦信号，其输出电压有效值分别为表1－4所示，调节示波器的“扫描速率”开关，显示3－5个稳定波形；调节示波器的“幅度衰减”开关，使波形在垂直方向的高度尽量大些，示波器的其他控制开关的调节参见表1－1。

将测量数据处理后填入表1－4中。

表1－4

交流毫伏表指示的电压有效值Vset

100mV

示波器幅度衰减开关位置（V/DIV）

峰到峰电压波形的高度（格）h

峰到峰电压测量值VP-P=V/DIV·h

峰到峰电压理论值VP-P=2

Vset

4．用示波器测量周期或频率

因为f＝1/T，在要求不太高的情况下，可以用示波器直接测量信号的周期。

在预先校正好的条件下，此时扫描速率开关“t/div”的刻度值表示屏幕横向坐标每格所表示的时间值。

根据被测信号波形在横向所占的格数直接读出信号的周期，若要测量频率只需将被测的周期求倒数即为频率值。

将示波器的CH1通道输入端接至函数信号发生器的输出，调节函数信号发生器的输出信号频率分别为表1－5所示，输出波形为正弦波，幅值适中。

调节示波器的“幅度衰减”开关，使波形在垂直方向的高度适中，调节示波器的“扫描速率”开关，使波形的一个周期在水平方向的距离尽量大些，示波器的其他控制开关的调节参见表1－1，将测量数据处理后填入表1－5中。

表1－5

函数发生器的输出信号频率f

400Hz

1kHz

125kHz

示波器扫描速率开关位置（TIEM/DIV）

波形的一个周期所占水平距离（格）X

信号周期测量值T=TIEM/DIV·X

信号频率测量值f=1/T

利用示波器测量某信号频率的方法还有李沙育图形法。

将被测信号加到示波器的Y轴输入为fY，将信号发生器输出信号作为已知频率的信号加到示波器的X轴输入为fX，调节信号发生器的频率fX，当fX和fY之间成一定倍数关系时，屏幕上就能显示李沙育图形，由该图形及fX的读数即可定出被测信号的频率fY。

调节信号发生器的频率，当示波器屏幕上出现圆形或椭圆形波形时，说明此时fX=fY，即此时信号发生器的输出频率就是被测信号的频率。

五、思考题

1．什么是电压的有效值？

什么是峰值？

晶体管毫伏表测量出来的电压值是什么值？

2．如果示波器测出某正弦波的电压峰值为2.8V，该信号的有效值为多少？

3．使用示波器时若要达到以下要求应调节哪些旋钮和开关。

波形清晰，亮度适中；波形稳定；移动波形位置；改变波形的个数；改变波形的高度；同时观察两路波形。

实验二.半导体分立元件特性及主要参数的测试

一、实验目的

了解晶体管特性图示仪的有关知识，学习用晶体管特性图示仪测量晶体二极管、稳压管、晶体三极管的特性和主要参数，学习用万用表判断二极管、三极管的电极和性能。

二、实验仪器

数字万用表一台

晶体管特性图示仪一台

三、实验原理与说明

晶体管特性图示仪是一种利用电子扫描原理，在示波管的荧光屏上直接显示晶体二极管、稳压管、晶体三极管、场效应管等器件的特性曲线的仪器。

利用晶体管特性图示仪不仅可以直接观测晶体管的各种参数和特性曲线，还可以迅速比较两个同类晶体管的特性，以便于挑选配对。

另外，还可以用来测试某些集成电路和光电器件的特性和曲线。

晶体管特性图示仪的原理框图如图2－1所示

图2－1

同步脉冲发生器：

其作用是产生同步脉冲信号，使基极阶梯波信号和集电极扫描电压保持同步，以显示正确而稳定的特性曲线。

基极阶梯波发生器：

提供大小呈阶梯变化的基极电流。

集电极扫描电压发生器：

提供集电极扫描电压。

一般直接将50HZ、220V的交流市电经全波整流后得到的半波正弦电压作为被测晶体管的集电极扫描电压。

测试转换开关：

用以转换测试不同接法和不同类型的晶体管特性曲线参数。

示波器部分：

由垂直放大器，水平放大器和示波管组成，用以显示被测晶体管的特性曲线，其工作原理与普通示波器相同。

四、实验内容与要求

1．二极管、稳压管正向特性显示

将二极管的正极（P）插入“C”插孔，负极（N）插入“E”插孔，垂直标尺Ic（mA/div）的选择视管子电流大小而定（一般开关管，检波管电流较小，整流管电流较大）。

电压极性选“＋”。

将X轴峰值电压由0增大，显示出特性曲线。

2．二极管、稳压管反向特性显示

将电压极性选“－”，或用PNP，二极管正极（P）仍插入“C”插孔，负极（N）插入“E”插孔，增大X轴峰值电压，出现击穿特性。

从中可以读出反向击穿电压。

3．测量晶体管3DG6的共射输出特性并测量其主要参数。

（1）显示输出特性

3DG6为NPN管，故管型选择开关置NPN，极性置“＋”。

Y轴偏转因数设置：

3DG6为小功率三极管，集电极电流IC旋钮置1－10mA/div，视曲线疏密而定。

X轴扫描电压：

集电极峰值电压旋钮应从零开始逐渐增大，灵敏度可选1－2V/div左右，视曲线显示范围合适而定。

如果不测击穿电压，则集电极峰值电压最好不要太大。

基极阶梯电流：

一般为1－10级可调，电流大小视管子需要而定。

对于3DG6之类的小功率晶体管，可选10－20µV/级左右，极性为“＋”。

置重复显示，不要置单次显示。

调整好各旋钮位置后，插上晶体管，选“共发射极”，打开测试开关，在显示屏上可获得输出特性曲线。

（2）测量参数

根据输出特性曲线，可以测得Q点（UCEQ=5V）的交流β值

小功率硅管的ICEO很小，约为纳安量级，所以将IC量程置最小，如10µA/div，然后按下“零电流”按键（即IB=0），显示屏将显示一条曲线，读出该曲线的IC值即为ICEO。

将集电极峰值电压加大，UCE量程也加大（如加大到10V/div），使曲线出现击穿现象，读出对应IB=0的曲线击穿电压，即U（BR）CEO值。

*4．用万用表判断二极管的质量与极性

根据二极管单向导电特性，用万用表电阻档量程RX100或RX1K分别用红表笔与黑表笔碰触二极管的两个电极，表笔经过两次对二极管的交换测量，若测量的结果电阻由明显的差异，则可认定被测二极管是好的。

测量结果呈低电阻时黑表笔所接电极为二极管的正极，另一端为负极。

因万用表内部电池正极接黑表笔，而电池负极接红表笔，所以黑表笔带正电压，红表笔带负电压，测量结果可对照表2－1来进一步对二极管的质量作出判断。

表2－1

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

短路损坏

∞

开路损坏

正、反向电阻比较接近

管子失效

表中规定的只是大致范围。

实际上，正，反向电阻不仅与被测管有关，还与万用表型号有关。

若RX1K档的欧姆中心值不同，虽然电池电压均为1.5v，向二极管提供的电流却不相等。

反映的电阻值就有一定的差异。

若选择RX100档或RX1K档，则电阻档愈低向被测管提供的电流愈大，测出的电阻值愈小。

*5．用万用表判断三极管的电极

用万用表RX100或RX1K档，将红表笔任意接一管脚，黑表笔分别接另外两个管脚，可测出两个阻值；然后再将红表笔换接另一个管脚，重复上述测量。

共测三次，得三组电阻值（每组有两个阻值），其中必有一组两个阻值在同一数量级，对应着这组测量时红表笔所接得那个管脚是基极b。

如这组阻值小，则此管为PNP管；如这组阻值都较大，则为NPN管。

为慎重起见，若该组电阻都大，可调换表笔，如测得此时该组电阻都小，则证实为NPN管。

确定三极管基极后，再测量e、c极间的电阻，然后交换表笔重测一次，两次测量的结果应不相等，其中电阻值较小的一次为正常接法，正常接法对于NPN管，红表笔接的是e极，黑表笔接的是c极；对于PNP管，黑表笔接的是e极，而红表笔接的是c极。

实验三．共发射极单管放大器

一、实验目的

1．学习交流放大器静态工作点的调整、测试方法，了解静态工作点对输出波形失真的影响，复习常用电子仪器（示波器、晶体管毫伏表、函数信号发生器）的使用。

2．学习放大器动态指标电压放大倍数AU、输入电阻RI、输出电阻RO的测试方式，进一步了解电路元件参数对放大器性能的影响。

二、实验仪器

电子实验教学仪一台

双踪示波器一台

函数信号发生器一台

毫伏表一台

数字万用表一只

三、实验原理与说明

图3-1为共发射极单管放大器，采用分压式电流负反馈偏置电路。

其中Rbl=Rpl+R3，Rb2=Rp2+R4分别为上下偏置电阻。

基极偏置电压由Rbl和Rb2分压供给，反馈电阻RE=R6＋R7串接在射极电路中，CE=C2为交流旁路电容，Rl与R2组成输入信号的分压电路，即

，构成对US信号衰减100倍的电路，其目的在于使毫伏表在同一量程下测量US和UO，减小因仪器不同量程带来的附加误差，同时也可减小干扰而提高信噪比，（即有用信号与干扰噪声信号之比）。

因此有电压放大倍数为

。

图3－1

晶体管放大器的主要性能指标有电压放大倍数AU，输入电阻RI，输出电阻RO等。

对于图3－1电路，在开关K1闭合条件下，各性能指标的计算式为

1．电压放大倍数

式中，

＝RC//RL，rbe为晶体管输入电阻。

2．输入电阻

Ri=Rb1//Rb2//rbe≈rbe

放大器的输入电阻反映了它消耗输入信号源的功率的大小。

若Ri》RS（信号源内阻），放大器从信号源获取较大电压；若Ri《RS，放大器从信号源吸取较大电流；若Ri=RS，则放大器从信号源获取最大功率。

3．输出电阻

RO=rO//RC≈RC

式中rO为晶体管输出电阻

放大器输出电阻的大小反映了它带负载的能力。

RO愈小，带负载的能力愈强。

当RO《RL时，放大器可等效为一个恒压源。

四、实验内容与要求

1．静态工作点的调整与测量

放大器的静态工作点Q通常是指管压降UCEQ和集电极电流ICQ，记做Q（UCEQ、ICQ）。

放大器的直流负载电阻RC，电源电压UCC,上偏置电阻Rb1、下偏置电阻Rb2和晶体管特性等，都会影响静态工作点。

当放大器及晶体管确定后，可以通过调整上偏置电阻Rb1或下偏置电阻Rb2达到所需要的静态工作点。

电流ICQ的测量可以直接测量，也可间接测量。

将万用表串接在电路的7点与8点之间可以测出ICQ，也可将7点与8点之间短接，用万用表测出电阻R5两端电压，然后间接求出ICQ=UR5Q/R5。

电路中7点与8点为断开状况，是为了直接测量IC而预留的插孔，本实验采用间接测量IC的方法，因此需得将7点与8点短接。

将开关K1打在闭合位置，电路中3点与4点短接，调节信号发生器，使其输出频率为1KHZ。

有效值为1V的正弦波信号。

加到电路的1点与2点之间，（即US=1V,Ui=10mv），同时观察输出波形，调节偏置电阻使输出波形不出现失真，逐渐增加输入信号幅值，同时调节偏置电阻，直到同时产生饱和与截止失真为止。

此时，静态工作点已调好，放大电路处于最大不失真工作状态。

放大器的静态工作点是指放大器不加输入信号时有关的直流值。

所以撤去交流信号，用万用表测量相关数值。

按表3－1测量各静态值，并将结果填入表中。

表3—1

测量值

计算值

UCQ（V）[8]

UBQ（V）[6]

UEQ（V）[9]

UR5Q（V）[5,7]

UCEQ（V）

UBEQ（V）

ICQ（mA）

4.62

1.4

2．观察静态工作点变化时对放大器输出波形的影响

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。

工作点过高或过低，都会使输出波形产生失真。

在电路1点和2点加入f＝1KHZ，US=1V得正弦交流信号，调节偏置电阻，改变静态工作点，当输出波形产生失真时，测量有关数据填入表3－2中。

表3—2

UR5（V）[5,7]

IC（mA）[UR5/R5]

UCE（V）[8，9]

Uo波形[11]

失真情况

管子工作状态

<1.5

截止

4.62

正常

放大

饱和

3．电压放大倍数的测量

放大器的基本任务是在保证输出信+号不失真[改变Us幅值]的情况下对输入信号进行放大处理。

其电压放大倍数与静态工作点的选择和负载电阻的大小有密切的关系。

输入正弦信号，US=1V,f＝1KHZ，测量有关数据填入表3－3中

表3－3

负载

UCE（V）

UBE（V）

Ui（mv）[6]

Uo（V）[11]

Ic=0.5mA

UR5=1.65V

RL=∞

常数

Us/100

Uoc

RL=2KΩ

同上

常数

Us/100

Uol

Ic=1.3mA

UR5=4.29V

RL=∞

常数

Us/100

RL=2KΩ

同上

常数

Us/100

Ic=2mA

UR5=6.6V

RL=∞

常数

Us/100

RL=2KΩ

同上

常数

Us/100

表5

UR5=4.62V

RL=∞

Uoc（V）

1.*

※

RL=2KΩ

UoL（V）

※

4．输入电阻的测量

用“串联电阻法”测量放大器的输入电阻RI。

即在信号源输出与放大器输入端之间，串联一个已知电阻R（一般选择R的值接近RK值为宜），如图3－2，在输出波形不失真的情况下，分别测出US和Ui的值，则

图3－2

11，21断开，UR5=4.62V

3,4断开

函数信号发生器US<150mV

表3－4

US（V）

Ui（V）[3，2]

Ri（计算值）

<150mV

5、输出电阻的测量

输出电阻RO的测量方法如图3－4所示。

在输出波形不失真的情况下，首先测量放大器负载开路时的输出电压UOC值，然后接入负载RL再测量放大器负载上的电压UOL值，则

图3－3

UR5=4.62V

表3－5

UoC（V）

UoL（V）

Ro（计算值）

五、思考题

1、如何正确选择放大器的静态工作点，在调试中应注意什么？

2、从实验结果说明静态工作点的设置对放大器的性能有何影响？

1．放大器的静态与动态测试有何区别？

2．该实验中放大器的输出电压与输入电压相位关系如何？

3．为了提高放大器的电压放大倍数，应采取哪些措施？

测量值

计算值

UCQ（V）[8]

UBQ（V）[6]

UEQ（V）[9]

UR5Q（V）[5,7]

UCEQ（V）

UBEQ（V）

ICQ（mA）

7.**

3.*

2.*

4.62

0.58-0.74

1.4

UR5（V）[5,7]

IC（mA）[UR5/R5]

UCE（V）[8，9]

Uo波形[11]

失真情况

管子工作状态

<1.5

9V以上

截止

4.62

4，5V左右

正常

放大

6/7.*

1，2V左右

饱和

测量点[5，7]

负载

UCE（V）[8，9]

UBE（V）

[6，9]

Ui（mv）[6，2]

Uo（V）[11，22]

Ic=0.5mA

UR5=1.65V

RL=∞

常数

Us/100

Uoc=0.3-0.9

30-90

RL=2KΩ

同上

常数

Us/100

UoL=0.5Uoc略有误差

Ic=1.3mA

UR5=4.29V

RL=∞

常数

Us/100

Uoc=1

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