电工与电子技术实验.pdf

1/36 实验一、叠加原理和戴维南定理 实验预习：一、实验目的 1、牢固掌握叠加原理的基本概念，进一步验证叠加原理的正确性。2、验证戴维南定理。3、掌握测量等效电动势与等效内阻的方法。二、实验原理 叠加原理：在线性电路中，有多个电源同时作用时，在电路的任何部分所产生的电流或电压，等于这些电源分别单独作用时在该部分产生的电流或电压的代数和。为了验证叠加原理，可就图 1-2-1 的线路来研究。当 E1和 E2同时作用时，在某一支路中所产生的电流 I，应为 E1单独作用在该支路中所产生的电流 I 和 E2单独作用在该支路中所产生的电流 I 之和，即 I=I+I。实验中可将电流表串接到所研究的支路中分别测得在E1和 E2单独作用时，及它们共同作用时的电流和电压加以验证。I +E1I+E1+E2+E2I 图1-2-1 叠加原理图 (a)(b)图 1-2-2 戴维南定理图 戴维南定理：一个有源的二端网络就其外部性能来说，可以用一个等效电压源来代替，该电压源的电动势 E 等于网络的开路电压 UOC；该电压源的内阻等于网络的入端电阻（内电阻）Ri。图 1-2-2 的实验电路，现研究其中的一条支路（如 RL支路）。那么可以把这条支路以外的虚线部分看作是一个有源二端网络，再把这个有源网络变换成等效电动势和内阻 Ri串联的等效电路。三、预习要求与计算仿真 1、本次实验涉及到以下仪器：直流稳压电源、直流电压表、直流毫安表，电流插头、插座。关于这些设备的使用说明，详见附录，在正式实验前应予以预习。2/36 2、根据图 1-2-3、1-2-4 中的电路参数，计算出待测量的电流、电压值，记入表中，以便与实验测量的数据比较，并帮助正确选定测量仪表的量程。3、利用 PSPICE 仿真软件，根据图 1-2-3、1-2-4 设计仿真电路，并试运行。（PSPICE 仿真软件的使用方法详见附录）四、注意事项 1、测量各支路的电流、电压时，应注意仪表的极性以及数据表格中“+、-”号的记录。2、电源不作用时，不可将稳压源直接短接。3、用万用表直接测内阻时，网络内的独立电源必须先置零，以免损坏万用表，其次，欧姆表必须经调零后再进行测量。4、改接线路时，要关掉电源。五、思考题 1.叠加原理中E1、E2分别单独作用，在实验中应如何操作？2.各电阻所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？为什么？试用具体数据分析说明。3.在求戴维南等效电路时，作短路实验，测ISC的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？实验内容：一、实验线路 实验线路如图 1-2-3、1-2-4 所示。ACBDE1E2I3I1I2S1S2 10RL200510510300+-12VmAAB 图 1-2-3 叠加原理实验电路 图 1-2-4 戴维南定理实验电路 二、实验设备 序号 名称 规格型号 数量 1 直流稳压电源 WYK303B3 双路 1 2 电流表 直流 0-1A 1 3 万用表 VC9801A 1 4 直流电路实验板 1 三、实验步骤 1、叠加原理实验 实验前，先将两路直流稳压电源接入电路，令 E1=12V，E2=6V。按图 1-2-3 接线，并将开关 S1、S2投向短路一侧。（开关 S1和 S2分别控制 E1、E2两电源3/36 的工作状况，当开关投向短侧时说明该电源不作用于电路。）1）接通 E1=12V 电源，S2投短路侧（E1单独作用），测量此时各支路电流，测量结果填入表 1-2-1 中。2）接通 E2=6V 电源，S1投短路侧（E2单独作用），测量此时各支路电流，测量结果填入表 1-2-1 中。3）接通 E1=12V 电源，E2=6V 电源（E1和 E2共同作用），测量此时各支路电流，测量结果填入表 1-2-1 中。2、戴维南定理实验 按图 1-2-4 接线，将一路直流稳压电源接入电路，令 U 保持 12V。1）测网络的开路电压 UOC。将 RL断开，用电压表测有源二端网络开路电压 UOC，（A、B 两点间电压），即得等效电压源的等效电动势 ES。记入表 1-2-2 中。2）测网络的短路电流 ISC。将 RL断开，并将 A、B 两点间用一根短路导线相连，用电流表测有源二端网络短路电流 ISC，（A-mA-B 支路的电流），即得等效电流源的等效电流 IS。记入表 1-2-2 中。3）测有源二端网络入端电阻 Ri。三种方法测量，结果记入表 1-2-2 中。a)先将电压源及负载 RL从电路中断开，并将原电压端所接的两点用一根短路导线相连。用万用表测出 A、B 两点间的电阻 RAB（RAB=Ri）。b)测有源二端网络开路电压UOC和有源二端网络短路电流ISC，算出入端电阻Ri。（Ri=UOC/ISC）c)先断开 RL，测网络的开路电压 UOC。再将 RL接上，用电压表测负载 RL的两端电压 UAB，调节 RL，使 UAB=（1/2）UOC，则此时 Ri=RL。（为什么？）4）A、B 间接 RL（任意值），测 RL两端电压和流过 RL上的电流，记入表 1-2-3 中。四、表格与数据 表 1-2-1 I1（mA）I2（mA）I3（mA）测量 计算 误差 测量 计算 误差 测量 计算 误差 U1=12V U2=6V U1=12V U2=6V 表 1-2-2 开 路 电 压UOC（V）短路电流 ISC（mA）等效内阻 Ri a)b)c)测量值 计算值 表 1-2-3 URL（V）IRL（mA）计算值 测量值 计算值 测量值 4/36 RL=RL=五、实验报告 1、完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。2、根据实验数据验证线性电路的叠加性与齐次性，验证戴维南定理的正确性。3、说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法，并比较其优缺点，考虑是否有其它测量方法。4、心得体会及其它。注：1、如下图所示，实验时可能会出现的类似电路。F12 图 1-2-5 叠加原理实验电路 图 1-2-6 戴维南定理实验电路 5/36 实验二、单相交流电路 实验预习：一、实验目的 1、通过对 R-L 串联电路及其与 C 并联的单相交流电路的实际测定，查找出它们的电压、电流及功率之间的关系。2、学习电路元件参数的测量方法（间接法测定 R、r、L、C 等）。3、掌握感性负载并联电容提高功率因数的方法，并进一步理解其实质。4、学习并掌握功率表的使用。二、实验原理 1、R-L 串联电路 LXSURrSZRU100VU 图 1-8-1 R-L 串联电路 图 1-8-1 表示了一个 R-L 串联电路，其电感为空心线性电感。由于空心线性电感的内阻不可忽略，这里用内阻 r 与理想电感 XL串联来代替空心电感，设其总阻抗为 ZS。根据0U，列出LrRSRUUUUUU 电感线圈上的正弦电压 US将超前电流 I 一个1角度，相量图如图 1-8-2 所示。由相量图上的电压三角形，根据余弦定理，得：US2 =UR2+U2-2 U UR Cos1 从而求出1，而 U（R+r）=U Cos1 式中 U（R+r）=UR+U r 又因为 UL=U Sin1，这样可求得：R=UR/I1；r=U r/I1；X L=UL/L ；L=X L/=X L/2f 2、研究感性负载电路提高功率因数的方法。感性负载电路的功率因数一般比较低，为了提高电路的功率因数，常在感性负载电路的两端并联电容器，以提高电路的功率因数。并入电容后的电压、电流相量图如图 1-8-3 所示。电容支路的电流 IC在相位上超前电源电压 90（以 U 为参考）。图1-8-2 R-L串联电路中电压、电流相量图 图 1-8-3 感性负载并联电容后的电流相量图 R 6/36 并联电容后线路的总电流 0I CIII1 由图 1-8-3 的相量图，根据余弦定理得：I12 =IC2+I2-2 I IC COS（90+）：式中 COS（90+）=-Sin 。这样，只要测量出 I、I1、IC，即可根据上式求得角及 COS 1，因为角 COS 1，功率因数得以提高。由此可以充分说明感性负载电路并联电容后，能够提高电路的功率因数，并入的电容容量由下式决定：C=（tg 1-tg）P/U2 ；式中1，为并联电容补偿前和补偿后的功率因数角。3、功率表的结构、接线与使用。功率表（又称瓦特表）是一种动圈式仪表，其电流线圈与负载串联（两个电流线圈可串联或并联，因而可得两个电流量限），其电压线圈与负载并联，电压线圈可以与电源并联使用，也可与负载并联使用，此即为并联电压线圈的前接法与后接法之分，后接法测量会使读数产生较大的误差，因并联电压线圈所消耗的功率也计入了功率表的读数之中。图 1-8-4 是功率表电压线圈前接法的外部连接线路。图 1-8-4 功率表外部连接电路 三、预习要求与计算仿真 1、本次实验涉及到以下仪器：功率表、交流电压表、交流电流表、自耦调压器。关于这些设备的使用说明，详见附录，在正式实验前应予以预习。2、根据图 1-8-5 中的电路参数，估算出待测量的电流、电压值，记入表中，以便与实验测量的数据比较，并帮助正确选定测量仪表的量程。3、利用 PSPICE 仿真软件，根据图 1-8-5，选择合适参数，设计仿真电路，并试运行。（PSPICE 仿真软件的使用方法详见附录）四、注意事项 1、本实验用交流市电 100V，务必注意用电和人身安全。2、在接通电源前，应先将自耦调压器手柄置在零位上。调节时，使其输出电压从零开始逐渐升高，每次改接实验线路或实验完毕，都必须先将其旋柄慢慢调回零位，再断电源。必须严格遵守安全操作规程。3、功率表要正确接入电路，使用时注意实验电流、电压不超过功率表电压和电流的量限，读数时应注意量程和标度尺的折算关系。五、思考题 7/36 1、为什么电感性负载在并联电容器后可以提高功率因数？是否并联电容越大，功率因数越高？2、RL 串联电路在并联电容后，电路的总功率 P 及 RL 支路中的电流怎样变化？3、电感性负载串联电容后线路的功率因数是否发生变化？4、为什么不用串联电容的方法来提高线路的功率因数？实验内容：一、实验线路 实验线路如图 1-8-5 所示。（为电流插座，用来串入电流表测量电流 I，I1，IC）图 1-8-5 单相交流电路功率因数改善的实验电路 二、实验设备 序号 名称 规格 型号 数量 1 功率表 D342 1 2 交流电流表 D351 1 3 交流电压表 D361 1 4 自耦调压器 5 实验线路板 6 线性电感 1500 匝 3000 匝 1 7 滑动变阻器 330 1 三、实验步骤 按图 1-8-5 线路接线，取 R=330（实验台上滑线变阻器取 1/3 处），电感 3000 匝。调整自耦调压器，使二次侧输出电压为 100V。1、3000 匝电感线圈负载实验 1）R-L 串联电路实验 闭合开关 S，断开开关 S1，即为 R-L 电路。用功率表、电压表、电流表量测并读取 U，8/36 UR，US，I，I1，及 P 等数据，记入表 1-8-1 中。（注意：此时，电容未并入电路，I=I1）2）R-L 串联电路并电容 C 实验 闭合开关 S，逐步选择并入的电容 C 的数值，并再次测量 U，UR，US，I，I1，IC及 P 等数据，将不同的电容 C 值时对应的上述数据值记入表 1-8-1 中。2、1500 匝电感线圈负载实验*将图 1-8-5 中电感改为线性电感（1500 匝，40mH），重复 1 实验步骤。四、表格与数据 表 1-8-1 数据 项目 测量值 计算值 U UR US I I1 IC P R XL XC ZS r cos V A W 未投 C C=1F C=2.2F C=3.2F C=4.7F C=5.7F C=6.9F C=7.9F 五、实验报告 1、根据实验所得数据，计算出电路中各元件参数值，填入表中。2、根据实验时测量数据，以电压 U 为参考量、按比例绘出相量图。并分析在逐渐增加并联电容数值时，总电流 I 将如何变化？判断 COS的变化情况？3、作出电流随电容变化的关系曲线 I=f（C）注：1.在某些实验台上，电容 C 无法像表 1-8-1 中那样取值，此时可取 2、3、4、6、7、8F 等。9/36 实验三、三相交流电路 实验预习：一、实验目的 4、掌握三相负载星形、三角形联接的方法。5、验证在这两种接法下，三相负载线电压与相电压、线电流与相电流之间的关系。6、充分理解三相四线制供电系统中，中线的作用。二、实验原理 ABCNILAIPAIN ABCIPABILA 图 1-10-1 三相负载星形连接 图 1-10-2 三相负载三角形连接 1如图 1-10-1 所示，负载作星（Y）形联接。端线上的电流（线电流）IL就是负载中的电流（相电流）IP。即 IL=IP。1）有中线时（三相四线制），由于 UNN=0，因此负载相电压 UP就是电源相电压 UP 。2）无中线时（三相三线制）若负载对称，则 UNN=0，UP=UP 若负载不对称，则 UNN0，UP UP 故倘若中线开断，会导致三相负载不对称，致使负载轻（负载阻抗大）的那一相的相电压过高，使负载遭受损坏；使负载重（负载阻抗小）的那一相的相电压过低，使负载不能正常工作，为保证负载正常工作，必须采取三相四线制供电。2如图 1-10-2 所示，负载作三角形（）联接时：每相负载接于两根端线之间，故每相负载的相电压 UP 就是电源的线电压 UL 。即=。端线电流与负载相电流的一般关系为：BCCACABBCBCAABAIIIIIIIII ,0,0,3U ,UU PPCBANCBANPLIIIIIIIIU则若负载不对称则若负载对称即10/36 若负载对称，则线电流和相电流的关系为PLII3，其中：线电流LABC，相电流PABBCCA 若负载不对称，则 PLII3 ，但只要电源的线电压对称，加在三相负载上的电压仍是对称的，对各相负载的工作没有影响。3.图 1-10-3 给出了三相交流实验所用的电源和负载。本实验电源采用三相交流市电，线电压为 380V。首先通过三相自耦变压器调压，然后再经过过流保护装置，最后从 U、V、W、N 端接入实验电路。每相负载由三盏 220V/25W 灯泡并联组成。开关 K 用于控制三相负载的对称情况。K闭合时，对应灯泡导通，断开时，对应灯泡关闭。W1N1380V380VU1V1UVWN三相可调电源 U(A)KA2KA3XxKA1aW(C)KB2KB3ZzKB1cV(B)KB2KB3YyKB1b三相负载 图 1-10-3 三相交流实验面板图 三、预习要求与计算仿真 1、本次实验涉及到以下仪器：交流电压表、交流电流表。关于这些设备的使用说明，详见附录，在正式实验前应予以预习。2、根据图 1-10-4、1-10-5，计算出待测量的电流、电压值，记入表中，以便与实验测量的数据比较，并帮助正确选定测量仪表的量程。11/36 3、利用 PSPICE 仿真软件，根据图 1-10-4、1-10-5，选择合适参数，设计仿真电路，并试运行。（PSPICE 仿真软件的使用方法详见附录）四、注意事项 1、本实验采用三相交流市电，线电压达 380，实验时要注意人身安全，不可触及导电部件，防止意外事故发生。2、每次接线完毕，必须经指导教师检查后，方可接通电源，必须严格遵守“先接线、后通电；先断电、后拆线”的实验操作原则。3、负载从星形转为三角形时，必须记得断开中线，以免发生短路事故。4、UNN是指电源中心点 N 至负载中心点 N之间的电压差，测量时请注意。五、思考题 1、画出负载作星形和三角形联接时的实验线路图。2、三相负载如何作星形或三角形联接？3、复习三相交流电路的有关内容。试分析三相星形联接（对称、不对称）时，在无中线情况下，当某相负载开路或短路时会出现什么情况？如果接上中线，情况又如何？4、本次实验中，灯箱负载中灯泡（220V,25W）可承受 220V 电压，为何要将电源的相电压调至 100V？5、图 1-10-3 中的三相可调电源，其 U、V、W 三相上都加装了过流保护 FU，为何中线 N 上却没有加装？实验内容：一、实验线路 实验线路如图 1-10-4、1-10-5 所示。NU(A)V(B)W(C)三相可调电源UVWNN 图 1-10-4 三相负载星形连接电路 三相可调电源UVWU(A)V(B)W(C)ILIP 12/36 图 1-10-5 三相负载三角形连接电路 二、实验设备 序号 名 称 型号与规格 数量 备注 1 交流电压表 0500V 1 D33 2 交流电流表 05A 1 D32 3 万用表 1 自备 4 三相自耦调压器 1 DG01 5 三相灯组负载 220V，15W 白炽灯 9 DG08 6 电流插座 3 DG09 三、实验步骤 将三相调压器的旋柄置于输出为 0V 的位置（即逆时针旋到底）。经指导教师检查合格后，方可开启实验台电源，然后调节调压器的输出，使输出相电压为 100V，并按下述内容完成各项实验。1、负载星形联接 按图 1-10-4 所示，连接实验电路，经教师检查合格后方可接通电源。（）有中线（）令三相负载对称，即闭合所有控灯开关 K，使 A、B、C 三相灯数为 3:3:3。测量负载相电压、相电流，线电压、线电流，中线电流及电源与负载间的中点电压，记入表1-10-1 中。令三相负载不对称，即 C 相去掉两只灯，使 A、B、C 三相灯数为 3:3:1。重复上述步骤。（）无中线（）断电，拆除中线 NN，此时为无中线的三相电路。重复步骤（）（）不对称负载的特例 相开路，使三相灯数为：，分别在有中线、无中线的情况下，重复上述步骤。观察各相灯泡明暗情况，了解不对称负载联接时，若中线断开将对负载工作电压的严重影响。2、负载作三角形（）联接：按图 1-10-5 所示，连接实验电路，经教师检查合格后方可通电实验。在负载对称时，即 A、B、C 三相灯数为 3:3:3，测量线电压、线电流、相电流。负载不对称时，即 A、B、C 三相灯数为 3:3:1，重复上述步骤。将数据记入表 1-10-中。四、表格与数据 表 1-10-13/36 测量数据负载情况 线电流（m）线电压（）相电压（）IN (mA)UNN(V)IA IB IC UAB UBC UCA UAN UBN UCN 对 称 不对称 对 称 不对称 特例 有中线 无中线 表 1-10-测量数据负载情况 线电流（m）相电流（m）相电压线电压（）IA IB IC AB BC CA UAB UBC UCA 对 称 不对称 五、实验报告 1、用实验测得的数据验证对称三相电路中的3关系。2、用实验数据和观察到的现象，总结三相四线供电系统中中线的作用。3、不对称三角形联接的负载，能否正常工作？实验是否能证明这一点？4、根据不对称负载三角形联接时的相电流值作相量图，并求出线电流值，然后与实验测得的线电流作比较，分析之。5、心得体会及其他。注：1、如下图所示，实验时可能会出现的类似电路。此时电源电压不可调，相电压为 220V。14/36 实验四 常用电子仪器的使用 预习部分 一、实验目的 1.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、直流稳压电源、交流毫伏表等的主要技术指标、性能及正确使用方法。2.初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。二、实验原理 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。实验中要对各种电子仪器进行综合使用，可按照信号流向，以连线简捷，调节顺手，观察与读数方便等原则进行合理布局，各仪器与被测实验装置之间的布局与连接如图 2-1-1 所示。接线时应注意，为防止外界干扰，各仪器的共公接地端应连接在一起，称共地。信号源和交流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线，示波器接线使用专用电缆线，直流电源的接线用普通导线。1.示波器 这里对 YB4324 型双踪示波器的使用作说明如下：1)寻找扫描光迹点 在开机半分钟后，如仍找不到光点，可调节垂直（position）和水平（positiom）移位旋钮，将光点移至荧光屏的中心位置。2)为显示稳定的波形，需注意 YB4324 示波器面板上的下列几个控制开关（或旋钮）的位置。a、“扫描速率(sec/div)”开关它的位置应根据被观察信号的周期来确定。b、“触发源（trigger source）”选择开关（内、外）CH1（CH2）：在双踪显示时，触发信号来自 CH1（CH2）通道，在单踪显示时，触发信号来自被显示的通道；交替（ALT）：在双踪交替显示时，触发信号来自于两个 Y 通道，此方式用于同时观察两路不相关的信号；图 2-1-1 模拟电子电路中常用电子仪器布局图 15/36 电源（line）：触发信号来自于市电；外接（ext）：用于外触发，外触发输入端口（ext input）。耦合方式（coupling）用于外触发。c、“扫描方式（sweep mode）”开关置于“自动(auto)”位置观察频率高于 50Hz 的信号，当频率低于 50Hz 时选择“常态（norm）”。3）示波器有五种显示方式 “CH1”、“CH2”、“ADD”、“ALT”与“CHOP”。作双踪显示时，通常采用“ALT”交替显示方式，仅当被观察信号频率很低时（如几十赫芝以下），为在一次扫描过程中同时显示两个波形，才采用“CHOP”断续显示方式。4）在测量波形的幅值时，应注意 Y 轴灵敏度(volts/div)上的“微调(variable)”旋钮置于“校准(cal)”位置（顺时钟旋到底）。在测量波形周期时，应将扫描速率（sec/div）上的“微调”旋钮置于“校准”位置（顺时钟旋到底）。2.函数信号发生器 函数信号发生器按需要可输出正弦波、方波、三角波等信号波形。输出信号电压幅度可由输出幅度调节旋钮进行连续调节。输出信号电压频率可以通过频率分挡开关进行调节，并由频率计读取频率值。函数信号发生器作为信号源，它的输出端不允许短路。3.交流毫伏表 交流毫伏表只能在其工作频率范围内，用来测量正弦交流电压的有效值。DF2173 交流电压表适用于 5Hz2MHz,30V300V 的交流信号的电压有效值测量。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处，然后在测量中逐挡减小量程。接通电源后，将输入端短接，进行调零。然后断开短路线，即可进行测量。三、预习要求 1.阅读有关示波器部分内容。2.已知 C0.01f、R10K，计算图 2-1-2 RC 移相网络的阻抗角。实验部分 一、实验设备与器件 序号 名称 型号与规格 数量 备注 1 函数发生器 DF1641 1 2 示波器 YB4324 1 3 交流毫伏表 1 4 实验线路板 1 二、实验内容 1.测量示波器内的校准信号 用机内校准信号（probe adjust）（方波 f 1KHz2，电压幅度 (0.5V2)对示波器进行自检。1)调出“校准信号”波形 将示波器校准信号输出端通过专用电缆线与 CH1（或 CH2）输入插口接通，调节示波器各有关旋钮，将扫描方式开关置“自动”位置，对校准信号的频率和幅值正确选择扫速开16/36 关(sec/div)及 Y 轴灵敏度开关(Volts/div)位置，则在荧光屏上可显示出一个或数个周期的方波。2)测量“校准信号”幅度 将 Y 轴灵敏度（volts/div）微调旋钮(variable)置“校准(cal)”位置，Y 轴灵敏度开关置适当位置，读取校准信号幅度，记入表 2-1-1。表 2-1-1 幅 度 频 率 上升沿时间 下降沿时间 标准值 0.5V V(P-P)1KHz 2S 2S 实测值 3)测量“校准信号”频率 将扫速微调旋钮(sec/div)置“校准”位置，扫速开关置适当位置，读取校准信号周期，记入表 2-1-1。4)测量“校准信号”的上升时间和下降时间 通过扫速开关逐级提高扫描速度，使波形在 X 轴方向扩展（必要时可以利用“扫速扩展(pull)”开关将波形再扩展 5 倍）。由于扫速太快，方波在 X 轴上伸展得很宽，荧光屏上只能显示方波的一个边沿。有两种方法可以使荧光屏上分别显示上升沿和下降沿：方法一，利用 X 轴触发极性选择开关，若 X 轴触发极性为“+”，则 X 轴从方波上升沿开始扫描，荧光屏显示方波下降沿；改变 X 轴触发极性为“”，则 X 轴从方波下降沿开始扫描，荧光屏显示方波上升沿。方法二，触发方式开关置于“常态”，调节 X 轴触发电平旋钮，使荧光屏上波形移相。从荧光屏上读出上升时间和下降时间，记入表 2-1-1。2.用示波器和交流毫伏表测量信号参数 令函数信号发生器输出频率分别为 100HZ、1KHZ、10KHZ、100KHZ，有效值均为 1V（交流毫伏表测量值）的正弦波信号。改变示波器扫速开关及 Y 轴灵敏度开关位置，测量信号源输出电压的频率及峰峰值（VP-P），记入表 2-1-2。表 2-1-2 信号电压频 率 示波器测量值 信 号 电 压 毫伏表读数(V)示波器测量值 周期(mS)频率(HZ)峰峰值(V)有效值(V)100HZ 1KHZ 10KHZ 100KHZ 3.测量两波形间相位关系。1)观察双踪显示波形“交替”与“断续”两种显示方式的特点 CH1，CH2 均不加输入信号，扫速开关置扫速较低挡位（如 0.5sdiv 挡）和扫速较高挡位（如 5sdiv 挡），把“显示方式”开关分别置于“交替”和“断续”位置，观察两条扫描线的显示特点。2)用双踪显示测量两波形间相位关系 按图 2-1-2 连接实验电路，将函数信号发生器的输出电压调至频率为 1KHZ，幅值为 2V 的正弦波，经 RC 移相网络获得频率相同但相位不同的两路信号 ui和 uR，分别加到双踪示波器的 CH1 和 CH2 输入端。17/36 图 2-1-2 两波形间相位差测量电路 把显示方式开关置“交替”挡位，将 CH1 和 CH2 输入耦合方式开关置“gnd”位，调节 CH1、CH2 的移位旋钮，使两条扫描基线重合，再将 CH1、CH2 输入耦合方式开关置“AC”挡位，调节扫速开关及 CH1、CH2 灵敏度开关位置，此时在荧屏上将显示出 ui和 uR两个相位不同的正弦波形如图 2-1-3 所示，则两波形相位差为 图 2-1-3 双踪示波器显示两相位不同的正弦波 式中：XT 一周期所占刻度片格数 X 两波形在 x 轴方向差距格数 记录两波形相位差于表 2-1-3。表 2-1-3 一周期格数 两波形 x 轴差距格数 相 位 差 实测值 计算值 XT X Q Q 为数读和计算方便，可适当调节扫速开关及微调旋钮，使波形一周期占整数格。三、实验报告 1整理实验数据，并进行分析。通过实验对 YB4324 示波器它们的操作特点及适用场合加以总结。0360divXdivXQT18/36 实验五 晶体管共射极单管放大器 预习部分 一、实验目的 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。掌握放大器主要性能指标及其测试方法。熟悉示波器、函数发生器、交流毫伏表、直流稳压电源及模拟实验箱的使用。二、实验原理 1静态工作点对放大器性能的影响及调试 1)静态工作点 当放大电路未加输入信号（ui=0）时，在直流电源作用下，晶体管基极和集电极回路的直流电流和电压用 IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ表示，它们在晶体管输入和输出特性上各自对应一个点，称为静态工作点。放大器静态工作点 Q 的位置对放大器的性能和输出波形有很大影响。以 NPN 型三极管为例，如工作点偏高（如图 2-2-1 中的 Q1点），放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时 uo的负半周将被削底；如工作点偏低（如图 2-2-1 中的 Q2点）则易产生截止失真，即uo的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显）。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 ui，检查输出电压 uo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。uCEiBibibictttttuceuceQ1Q2Otic交流负载线 图 2-2-1 静态工作点不合适产生波形失真 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。若要获得最大的不失真输出19/36 电压，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点，如图 2-2-2 中的 Q 点。交流负载线QUCCuCEiCICQUCEQ直流负载线UoppO 图 2-2-2 具有最大动态范围的静态工作点+UCC+12VRB220kRB1100k20kRPC110RS10kRE1k100RE1RE2CE50C210FFFsUiUoU 图 2-2-3 共射极单管放大器 2)静态工作点的调试和测量方法 静态工作点由偏置电路设置。放大电路常用的偏置电路有固定和分压式偏置电路。固定偏置电路仅由一个基极电阻构成，要求电阻在兆欧数量级上，Q 点易受晶体管参数变化和基极电阻值误差的影响。图 2-2-3 所示是分压式偏置的共射极放大电路。偏置电路由两个千欧数量级的基极电阻 RB1和 RB2构成，并添加射极电阻，也称射极偏置。它具有自动调节静态工作点的能力，当环境温度变化或更换晶体管时 Q 点基本不变。改变电路参数 UCC、RC、RB（RB1、RB2）都会引起静态工作点的变化，但通常多采用调节上偏置电阻 RB2的方法来改变静态工作点。例如在图 2-2-3 所示电路中减小 RB2，则可使静态工作点提高等。20/36 测量放大器的静态工作点，应在输入信号 ui0 的情况下进行。选用量程合适的直流电压表，分别测量晶体管各电极对地的电位 UB、UC和 UE。静态工作点为：UBEQUBUE UCEQUCUE ICQIEQUE/RE。上述测量中 IC采用了间接测量法，是测量中常用的方法。若集电极电路可以断开，也可串入电流表直接测量 ICQ。IBQ为微安级，通常不测。2放大器主要动态指标测试 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）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 uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出 ui和 uo的有效值 Ui和 Uo，则 AvUo/Ui 2)输入电阻 Ri的测量 为了测量放大器的输入电阻，按图 2-2-3 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 RS，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 siSisRiiiiRUUURUUIUR 测量时应注意 由于电阻 RS两端没有接地点，而交流毫伏表通常是测量对地交流电压，所以测量RS两端电压 UR时必须分别测出 Us和 Ui，然后按 URUsUi求出 UR值。电阻 Rs 的值不宜取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取 RS与 Ri为同一数量级。图 2-2-4 输入、输出电阻测量电路 3)输出电阻 Ro的测量 按图 2-2-4 电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载 RL的输出电压 Uo和接入负载后的输出电压 UL，根据OLOLLURRRU,即可求出 RO。21/36 LLOORUUR)1(在测试中应注意，必须保持 RL接入前后输入信号的大小不变。4)最大不失真输出电压 Uop-p 的测量（最大动态范围）根据图 2-2-2，放大器的最大动态范围即最大不失真输出电压的峰-峰值 Uop-p。为了测量最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器输出波形不失真的情况下，逐步增大输入信号的幅度，用示波器观察 UO。当出现单向失真时则调节 RP（改变静态工作点）使失真消失；当输出波形同时出现削底和缩顶现象时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真，用交流毫伏表测出 Uo（有效值），则 Uop-p=OU22。或用示波器直接读出输出电压的峰-峰值Uop-p。三、预习要求 1复习分压式偏置的单管共射极放大器工作原理、静态工作点的估算和主要动态指标的计算。2复习示波器、函数发生器、直流稳压电源和交流毫伏表的使用。3使用 Pspice 仿真图 2-2-3 所示电路，晶体管型号为 2N2222，RB120K，RB260K，Rc2.4K，RL2.4K。设置不同的值，改变环境温度，计算电路在各种情况下的静态工作点和电压放大倍数 Au。四、思考题 1能否用直流电压表直接测量晶体管的 UBE、UCE？说明你的理由。2当调节偏置电阻 RB2，使放大器输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管的管压降 UCE怎样变化？3 改变静态工作点对放大器的输入电阻 Ri 有否影响？改变外接电阻 RL对输出电阻 Ro 有否影响？*4 结合实验电路的 Pspice 仿真结果说明图 2-2-3 所示放大电路在环境温度变化及更换不同值的晶体管时静态工作点和电压放大倍数 Au是否变化，并分析原因。5测试中，如果将函数信号发生器、交流毫伏表、示波器中任一仪器的二个测试端子接线换位（即各仪器的接地端不再连在一起），将会出现什么问题？实验部分 一、实验设备与器件 序号 名称 型号与规格 数量 备注 1 直流稳压电源 DF1731 1 2 函数发生器 DF1641 1 3 示波器 YB4324 1 4 交流毫伏表 DF2173 1 5 万用表 500 型 1 6 实验线路板 1 22/36 二、实验内容 按图 2-2-3 接好实验电路。各电子仪器可按实验一中图 2-1-1 所示方式连接，为防止干扰，各仪器的公共端必须连在一起，同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用电缆线或屏蔽线，如使用屏蔽线，则屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上。测量静态工作点 直流电源调至 12V，加入放大电路，注意电源正、负极与放大电路的连接。静态时放大电路 A 端与地短接，不加信号源，此时输入信号 ui0。调节 RP，设置静态工作点 ICQ2.0mA（即 UE ICQRE2.2V），用直流电压表测量 UB、UE及 UC，记入表 2-2-1。表 2-2-1 Ic2mA 测 量 值 计 算 值 UB(V)UE(V)UC(V)UBEQ(V)UCEQ(V)ICQ(mA)测量电压放大倍数、输入电阻和输出电阻 在放大器输入端加入频率为 1KHz 的正弦信号 uS，调节函数信号发生器的输出旋钮使Ui100mv，测量源信号 US，用示波器观察放大器输出电压 UO的波形以及 UO和 Ui的相位关系。在波形不失真的条件下，用交流毫伏表分别测量空载和带载时的输出电压，记入表2-2-2 和表 2-2-3 表 2-2-2 ICQ2.0mA RC=2.4k RS=10k RL(k)Uo(V)AV 观察记录一组 UO和 Ui波形，空载 ui uo t t 24k 表 2-2-3 US(mV)Ui(mV)Ri(k)UL(V)UO(V)RO(k)测量值 计算值 测量值 计算值 3 观察静态工作点对输出波形失真的影响 调节 RP，使波形正半周出现失真，绘出 UO的波形，并测出静态值 UC和 UE，说明失真情况和晶体管工作状态，记入表 2-2-3 中。然后反向调节 RP，使波形负半周出现失真，记录波形并测量静态值。若波形失真不明显可适当增大信号源电压 US。每次测 UC和 UE时都要使放大电路处于静态，即置 U s=0，注意不可将信号源短路。表 2-2-4 RC2.4K RL2.4K 测量值 计算值 失真情况 UO波形 UC(V)UE(V)ICQ(mA)UCEQ(V)23/36 t t 4.测量最大不失真输出电压 分别调节输入信号幅度和电位器 RP，用示波器观察输出波形，使输出波形为最大不失真正弦波。测量此时的静态集电极电流 ICQ和输出电压的峰-峰值 Uop-p，用交流毫伏表测量UO及 Ui值，记入表 2-2-5。表 2-2-5 RL 2.4K ICQ (mA)Ui (mV)UO (V)Uop-p(V)三、实验报告 列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻之值与理论计算值比较（取一