《電路與信號》課件模塊9

模塊9電路與信號實驗及其相關知識9.1實驗須知

9.2

TH-TD型通用電工電子實驗裝置的使用

9.3常用電工電子儀表的使用

9.4電路與信號實驗項目

9.1實驗須知

9.1.1實驗課目的

(1)培養(yǎng)實驗基本技能。

①學會按電路圖連接線路，提高電路接線能力。

②提高看說明書使用儀器的能力，為今后使用新儀器打下基礎。

③分析并處理實驗數(shù)據(jù)，找出不合理數(shù)據(jù)，培養(yǎng)獨立完成高質量實驗的能力。

④分析并處理電路故障的能力(故障包括開路、短路、連線錯誤等)。

⑤編寫高質量的實驗報告。

(2)鞏固、加深并擴大所學的理論知識，培養(yǎng)運用基本理論分析、處理和解決實際問題的能力。

(3)學習并掌握基本的測量方法。9.1.2實驗課進行方式

1.預習

(1)明確了解實驗的目的、原理、任務及實驗步驟。

(2)根據(jù)每個實驗的具體要求完成有關的思考題和計算題。

(3)畫好需要填寫實驗數(shù)據(jù)的表格及繪制曲線的坐標等。

(4)根據(jù)每個實驗的要求準備好應攜帶的文具、計算器、圓規(guī)、直尺、筆等。

將有關預習內容寫在統(tǒng)一的“實驗報告”上，上實驗課時帶到實驗室，以便編寫實驗報告。

2.進行實驗

(1)做實驗之前，檢查儀器設備是否齊全、完好，并檢查儀器設備的型號、規(guī)格是否符合實驗要求。

(2)閱讀儀器設備的說明書，了解儀器設備的使用方法。

(3)按電路圖連接線時，應注意儀表的排列位置，以便于實驗操作和讀取數(shù)據(jù)。

(4)根據(jù)實驗步驟要求進行電路接線后，應檢查并確認線路無誤，方可接通電源進行實驗，以防止接錯線路，損壞儀器。

(5)為了培養(yǎng)分析數(shù)據(jù)的能力，在做每一步實驗時，要求記錄下來的實驗數(shù)據(jù)(或繪出的波形)與預習時的計算值或理論分析應基本相等，才改接線路進行下一步實驗。

(6)完成實驗任務后，拆線前一定要斷開電源，拆線后將儀器設備按原位放好，并按安排做好環(huán)境衛(wèi)生工作。

3.撰寫實驗報告

實驗報告用學校規(guī)定的統(tǒng)一紙張。每人需要寫一份實驗報告，于實驗后三天內交實驗指導老師。

實驗報告的格式要求如下：

(1)實驗名稱、實驗日期；

(2)實驗目的；

(3)實驗步驟(簡述)；

(4)實驗電路圖及實驗條件(包括元件參數(shù)、輸入信號參數(shù)等)；

(5)實驗的原始記錄數(shù)據(jù)表及數(shù)據(jù)處理結果(包括誤差計算和分析)；

(6)實驗的曲線圖或波形圖；

(7)實驗結論，計算過程與分析(在充分了解實驗原理的基礎上，對實驗數(shù)據(jù)、曲線或波形進行分析，并與理論計算結果進行對比后得出結論，如實驗驗證了哪個理論問題或學

到了何種測量方法和實驗技巧)，討論題或思考題。9.1.3幾個問題的說明

1.人身安全和設備安全

進行實驗時，應不亂接通電源；接通電源后，不觸及帶電部分，遵守“先接線后合電源，先斷電源后拆線”的操作程序。實驗時發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象(聲響、焦臭味等)應立即斷開電源，并報告指導老師。

2.正確讀表

讀數(shù)據(jù)前要弄清楚儀表的量程及刻度，讀數(shù)時注意姿勢正確，要求“眼、指針、影成一線”。

記錄數(shù)據(jù)力求表格化，一目了然，并要合理取舍有效數(shù)字(最后一位為估計數(shù)字)。

3.故障的檢查及處理

在實驗過程中若發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，應立即切斷電源，然后根據(jù)現(xiàn)象分析原因，查找故障并進行處理。檢查故障的方法一般有以下幾種：

(1)外觀法：從外觀檢查線路連接是否正確；導線接頭有無脫焊、折斷、松動現(xiàn)象；元器件是否損壞(如電阻燒焦發(fā)黑)，其額定值是否合適；儀表規(guī)格、量程是否適宜等。

(2)替代法：通過對故障現(xiàn)象的分析，可用正常元器件或導線替代電路中被懷疑的元器件或確定的故障點。

(3)歐姆表法：首先要切斷電路中的電源，然后用萬用表的歐姆擋單獨測試各元器件是否完好，導線連接點是否斷開，接觸是否良好，電路有無短路。當遇到有分支電路的回路時，可以分別斷開部分電路，進行檢查。

(4)電壓表法：首先檢查電路供電是否正常，然后用萬用表的電壓擋測量可能產生故障的各部分電壓或該點電位，查出故障的位置和原因。

4.測量的誤差

１)誤差的種類

(1)系統(tǒng)誤差(有規(guī)律誤差)：是指在一定條件下誤差的數(shù)值是恒定的誤差，或按某種已知的函數(shù)規(guī)律變化的誤差。產生系統(tǒng)誤差的原因有儀表誤差、操作誤差、方法誤差、環(huán)境影響誤差和人身誤差等。

(2)隨機誤差(偶然誤差)：這種誤差的數(shù)值與符號均不一定，出現(xiàn)的時間和變化規(guī)律也不確定。隨機誤差是在重復測量的情況下發(fā)生的。使用同樣的方法和設備進行多次仔細測量時，所測得的結果總有差別，但多次測量結果綜合起來是有規(guī)律的。在有隨機誤差因素的條件下，欲使測量結果有更大的可靠性，可在相同條件下進行重復多次測量，最后取多次測量的算術平均值作為測量結果。這個值是測出的結果中概率最大的數(shù)值，是最可信的數(shù)值，更接近于實際值。

(3)疏失誤差(也稱粗大誤差、粗差或巨差)：是在一定條件下，測量結果明顯偏離其實際值時所對應的誤差，如因測量方法不當測量時電源突然跳動、儀器中某元件打火，測量人員讀錯了儀表指示數(shù)，測量前未對儀表進行校準、調零及記錄錯誤等而產生的誤差。粗大誤差明顯且嚴重地歪曲了測量結果。

2)誤差表示法

(1)絕對誤差：被測量的測量值Ｘ與被測量的實際值(即真值)Ａ之差稱為絕對誤差Δ，即

Δ=X－A

絕對誤差Δ值可正可負。切記Δ的正負是以真值Ａ為參考決定的。

(2)相對誤差：絕對誤差與被測量真值之比的百分數(shù)稱為相對(真值)誤差βＡ，即

絕對誤差表示被測量的誤差大小。相對誤差表示被測量的準確度。9.2

TH-TD型通用電工電子實驗裝置的使用

1.實驗屏

實驗屏為鐵質噴塑結構，鋁質面板，屏上固定裝置有交流電源的啟動控制裝置、三相電源電壓指示切換裝置、受控源、多功能數(shù)控智能函數(shù)信號發(fā)生器、定時兼報警記錄儀和各種測量儀表等。

1)交流電源的啟動

(1)實驗屏的左后側有一根接有三相四芯插頭的電源線，先在電源線下方的接線柱上接好機殼的接地線，然后將三相四芯插頭接通380V交流市電。這時，屏左側的三相四芯插座即可輸出三相380V交流電。必要時此插座上可插另一實驗裝置的電源線插頭，但請注意，連同本裝置在內，串接的實驗裝置不能多于三臺。

(2)將實驗屏左側面的三相自耦調壓器的手柄調至零位，即逆時針旋到底。

(3)將“電壓指示切換”開關置于“三相電網輸入”側。

(4)開啟鑰匙式電源總開關，停止按鈕燈亮(紅色)，三只電壓表(0～450V)指示輸入三相電源線電壓之值，此時，實驗屏左側面單相二芯220V電源插座和右側面單相三芯220V電源插座處均有相應的交流電壓輸出。

(5)按下啟動按鈕(綠色)，紅色按鈕燈滅，綠色按鈕燈亮，同時可聽到屏內交流接觸器的瞬間吸合聲，面板上與U1、V1和W1相對應的黃、綠、紅三個LED指示燈亮。至此，實驗屏啟動完畢。

2)三相可調交流電源輸出電壓的調節(jié)

(1)將三相“電源指示切換”開關置于右側(三相調壓輸出)，三只電壓表指針回到零位。

(2)按順時針方向緩緩旋轉三相自耦調壓器的旋轉手柄，三只電壓表將隨之偏轉，即指示出屏上三相可調電壓輸出端U、V、W兩相之間的線電壓之值，直至調節(jié)到某實驗內容所需的電壓值。實驗完畢，將旋柄調回零位，并將“電壓指示切換”開關撥至左側。

3)用于照明和實驗日光燈的使用

本實驗屏上有兩個30W的日光燈管，分別供照明和實驗使用。照明用的日光燈管通過三刀手動開關進行切換。當開關撥至上方時，照明用的日光燈管亮；當開關撥至下方時，照明燈管滅。日光燈管的四個引腳已獨立引至屏上，以供日光燈實驗使用。

4)定時兼報警記錄儀

(1)定時兼報警記錄儀是專門為教師對學生的實驗考核而設置的，可以用于調整考核時間，到達設定時間，即自動斷開電源，還可累計操作過程中的報警次數(shù)，以考察學生的實驗質量。

(2)報警器的報警功能分為電流、電壓表的超量程報警，內電路漏電報警和過流、過壓報警三部分，顯示的報警次數(shù)即三項報警次數(shù)的累加。

(3)操作步驟：

①開機并按“復位”鍵后，顯示器將從00.00.00開始計時。②設置密碼：密碼為3位數(shù)，個位必須是9，即出廠密碼。設所選密碼為569。

A.按“功能”鍵，顯示器的最右一位(右1位)會循環(huán)顯示1～7，分別代表屏上“功能指示”下的6個功能及時鐘功能。前6個功能的相應指示燈會依次點亮。選擇功能6。

B.按住“數(shù)位”鍵約2秒鐘，顯示器中會出現(xiàn)逐位跳動的小數(shù)點。

C.點動“數(shù)位”鍵，使小數(shù)點位于右3位。

D.按“數(shù)據(jù)”鍵，右3位會循環(huán)顯示0～9，選取5。

E.參照C、D兩步，設置好右2位為6，右1位為9。

F.按“確認”鍵，右1位顯示6，表明密碼設置成功。再按“復位”鍵。③輸入密碼。

A.按“功能”鍵，使右1位顯示1。

B.參照②的B～E，使右3～右1位顯示569。

C.按“確認”鍵，左1位即顯示1，表明密碼輸入正確，方可進行②～⑧的全部操作。如果輸入的密碼有誤，則按“確認”鍵后，輸入數(shù)不變，也無法進行②～⑤的操作，但按“復位”鍵后，可進行⑥～⑧的操作。④設置實驗的起始時間和結束(報警)時間。

A.按“功能”鍵，使右1位顯示2。

B.參照②的B～E，將起始時間的時、分(四位數(shù))依次輸入到左1～左4位。再使右1位顯示1。按“確認”鍵，則右1位會顯示C(clock)，表明設置成功。

C.參照B步設置結束(報警)時間，再在右1位輸入9，按“確認”鍵，則右1位顯示A(alarm)，表明設置成功。

⑤告警次數(shù)清零。按“功能”鍵，使右1位顯示3，再按“確認”鍵，則右3～右1位顯示000，表明告警次數(shù)已清零。⑥定時時間查詢。按“功能”鍵，使右1位顯示4，再按“確認”鍵，顯示器即顯示設定的結束(報警)時間。

⑦告警次數(shù)記錄查詢。按“功能”鍵，使右1位顯示5，再按“確認”鍵，顯示器的右3～右1位將顯示已出現(xiàn)故障告警的次數(shù)。

⑧時鐘顯示。按“功能”鍵，使右1位顯示7，再按“確認”鍵，顯示器的六位數(shù)碼管將顯示當前的時間(時、分、秒)。

(4)運行提示：

①當計時時間到達所設定的結束(報警)時間后，機內蜂鳴器會鳴叫1分鐘。再過4分鐘，機內接觸器跳閘。如果按本表的“復位”鍵，再按本裝置的啟動按鈕，則重復鳴叫1分鐘，再過4分鐘跳閘。

②跳閘后，有以下兩種方法可使本表恢復到初始狀態(tài)：

A.按“復位”鍵，并在5分鐘內重新輸入密碼，設置新的開始和結束時間。

B.切斷本裝置的總電源，10秒鐘后重新啟動。

5)低壓直流穩(wěn)壓、恒流電源的輸出與調節(jié)

開啟直流穩(wěn)壓電源帶燈開關，UA和UB兩路輸出插孔均有電壓輸出。

(1)將“電壓指示切換”按鍵彈起，數(shù)字式電壓表指示第一路UA輸出的電壓值；將此按鍵按下，則電壓表指示第二路UB輸出的電壓值。

(2)調節(jié)“輸出調節(jié)”多圈電位器旋鈕可平滑地調節(jié)輸出電壓值。調節(jié)范圍為0～30V(自動換擋)，額定電流為1A。

(3)兩路穩(wěn)壓源既可單獨使用，也可組合構成0～±30V或0～±60V的電源。

(4)兩路輸出均設有軟截止保護功能，但應盡量避免輸出短路。

(5)恒流源的輸出與調節(jié)。將負載接至“恒流輸出”兩端，開啟恒流源開關，數(shù)字式毫安表即指示輸出電流值。調

節(jié)“輸出粗調”波段開關和“輸出細調”多圈電位器旋鈕，可在三個量程段(滿量程為2mA、20mA和200mA)連續(xù)調節(jié)輸出的恒流電流值。

(6)本恒流源雖有開路保護功能，但不應長期處于輸出開路狀態(tài)。

操作注意事項：當輸出口接有負載時，如果需要將“輸出粗調”波段開關從低擋向高擋切換，則應將輸出“細調旋鈕”調至最低(逆時針旋到頭)，再撥動“輸出粗調”開關；否則，會使輸出電壓或電流突增，可能導致負載器件損壞。

6)直流數(shù)字電壓/電流表的使用

(1)直流數(shù)字電壓表由三位半A/D轉換器ICL7107和四個LED共陽極紅色數(shù)碼管等組成，量程分為200mV、2V、20V、200V四擋，由琴鍵開關切換量程。被測電壓信號應并接在“0～200V”、“+/－”兩個插孔處，使用時要注意選擇合適的量程，否則若被測電壓值超過所選擇擋位的極限值，則該儀表告警指示燈亮，控制屏內蜂鳴器發(fā)出告警信號，并使接觸器跳開。此時按下儀表的“復位”按鈕，蜂鳴器停止發(fā)出聲音。重新選擇量程或測量值恢復正常后，還必須重新啟動控制屏，才能繼續(xù)實驗。

注：每次用完電壓表，要放在最大量程擋，即200V擋。

(2)直流毫安表的結構特點均類同于數(shù)字直流電壓表，只是其測量對象是電流，即儀表的“0～2A”、“+/－”兩個輸入端應串接在被測電路中。直流毫安表的量程分為2mA、20mA、200mA、2000mA四擋，其余同直流電壓表。

7)指針式交流電壓表的使用

(1)指針式交流電壓表采用帶鏡面、雙刻度線(紅、黑)表頭(應根據(jù)不同的量程讀取相應的刻度線)，測量范圍為0～500V，量程分為10V、30V、100V、300V、500V五擋，輸入阻抗為5～10kΩ/V，精度為1.0級，切換直鍵開關，每擋均有超量程告警、指示及切斷總電源等功能。

(2)儀表量程的選擇：按下合適量程的按鍵，相應擋位的綠色指示燈亮，指針指示出被測量值。

(3)若被測量值超過儀表的量限，則該表告警指示燈亮，控制屏內蜂鳴器發(fā)出告警信號，并使接觸器跳開。此時將超量程儀表的“復位”按鈕按下，則蜂鳴器停止發(fā)出聲音。重新選擇量程或測量值恢復正常后，必須重新啟動控制屏，才可開始實驗。

8)指針式交流電流表的使用

(1)指針式交流電流表采用帶鏡面、雙刻度線(紅、黑)表頭(應根據(jù)不同的量程讀取相應的刻度線)，測量范圍為0～5A，量程分為0.3A、1A、3A、5A四擋，精度為1.0級，切換直鍵開關，每擋均有超量程告警、指示及切斷總電源功能。

(2)在實驗接線、量程換擋及不需要指示測量時，將“測量/短接”鍵處于“短接”狀態(tài)；需要測量時，將“測量/短接”鍵處于“測量”狀態(tài)。

(3)儀表量程的選擇：按下合適量程的按鍵，相應擋位的綠色指示燈亮，指針指示出被測量值。

(4)若被測量值超過儀表的量限，則該表告警指示燈亮，控制屏內蜂鳴器發(fā)出告警信號，并使接觸器跳開。此時將超量程儀表的“復位”按鈕按下，則蜂鳴器停止發(fā)出聲音。重新選擇量程或測量值恢復正常后，必須重新啟動控制屏，才可開始實驗。

9)真有效值交流/電壓表的使用

真有效值交流/電壓表用于進行真有效值的測量，測量范圍為0～500V，量程自動判斷、自動切換，精度為0.5級，三位半數(shù)顯。測量時將被測信號線并接入測量端口即可進行測量。

10)多功能數(shù)控智能函數(shù)信號發(fā)生器

(1)概述。該信號源是一種新型的以單片機為核心的數(shù)控式函數(shù)信號發(fā)生器。它可輸出正弦波、三角波、鋸齒波、矩形波、四脈方列和八脈方列等六種信號波形。通過面板上鍵盤的簡單操作，就可以很方便地連續(xù)調節(jié)輸出信號的頻率，并由LED數(shù)碼管直接顯示出輸出信號的頻率值、矩形波的占空比及內部基準幅值。輸出信號波形的各項技術指標都能滿足電工、電路、模擬和數(shù)字電路實驗的需求。本儀器還兼有頻率計的功能，可精確地測定各種周期信號的頻率。本儀器采用先進技術，智能化程度高，因而具有輸出波形失真小、精度高、輸出穩(wěn)定、工作可靠、功耗低、線路簡潔、使用和調節(jié)靈活簡便、結構輕巧等突出優(yōu)點。

(2)主要技術指標。

①輸出頻率范圍：正弦波為1Hz～150kHz；矩形波為1Hz～150kHz；三角波和鋸齒波為1Hz～10kHz；四脈方列和八脈方列固定為1kHz。頻率調整步幅：1Hz～1kHz為1Hz；1～10kHz為10Hz；10～150kHz為100Hz。

②輸出脈寬調節(jié)：占空比固定為1∶1、1∶3、1∶5和1∶7四擋；輸出脈沖前后沿時間小于50ns。③輸出幅度調節(jié)范圍：A口，15mV～17.0V(峰峰值)；B口，0～4.0V(峰峰值)。

④輸出阻抗：小于50Ω。

⑤頻率測量范圍：1Hz～200kHz。

(3)使用操作說明。

①輸入、輸出接口：模擬信號(包括正弦波、三角波和鋸齒波)從A口輸出；脈沖信號(包括矩形波、四脈方列和八脈方列)從B口輸出。

②開機后的初始狀態(tài)：選定為正弦波形，相應的紅色LED指示燈亮；輸出頻率顯示為1kHz；內部基準幅度顯示為5V。③按鍵操作：包括輸出信號波形的選擇、頻率的調節(jié)、脈沖寬度的調節(jié)、測頻功能的切換等操作。

A.按“A口”、“B口/B↑”或“B口/B↓”，選擇輸出端口。

B.選擇A口輸出時，按波形鍵可依次選擇正弦波、方波和鋸齒波;選擇B口輸出時，按波形鍵可依次選擇矩形波、四脈方列和八脈方列。波形被選中時，相應的指示燈亮。

C.在選定矩形波后，按“脈寬”鍵，可改變矩形波的占空比。此時顯示占空比的數(shù)碼管將依次顯示1∶1、1∶3、1∶5、1∶7。

D.按“測頻/取消”鍵，本儀器便轉換為頻率計的功能。六只顯示數(shù)碼管將顯示接在面板“信號輸入口”處的被測信號的頻率值(“信號輸出口”仍保持原來信號的正常輸出)。此時除“測頻/取消”鍵外，按其他鍵均無效，只有再按“測頻/取消”鍵，撤消測頻功能后，整個鍵盤才可恢復對輸出信號的控制操作。

E.按“粗↑”鍵或“粗↓”鍵，可單步改變(調高或調低)輸出信號頻率值的最高位。

F.按“中↑”鍵或“中↓”鍵，可連續(xù)改變(調高或調低)輸出信號頻率值的次高位。

G.按“細↑”鍵或“細↓”鍵，可連續(xù)改變(調高或調低)輸出信號頻率值的第二次高位。④輸出幅度調節(jié)：

A.A口波形的輸出幅度可由面板上幅值調節(jié)旋鈕調節(jié)，其中主調旋鈕為粗調，輔調旋鈕為細調，幅度調節(jié)精度為1mV。

B.對于B口，按“B口/B↑”鍵將連續(xù)增大輸出口幅度；按“B口/B↓”鍵將連續(xù)減小輸出口幅度。

⑤輸出衰減的選擇：

輸出衰減分為0dB、20dB、40dB、60dB四擋，由兩個“衰減”按鍵選擇。具體選擇方法如表9.2.1所示。表9.2.1輸出衰減的選擇

11)受控源的使用

電源由內部供給(只需開啟啟動按鈕)，通過適當?shù)倪B接(見實驗指導書)，可獲得CCVS、VCCS的變換功能。

此外，打開電源開關，還可輸出±12V兩路直流穩(wěn)定電壓，并有發(fā)光二極管指示，可作為電源對外供電。

2.實驗桌

實驗桌上裝置有實驗控制屏，并有一個較寬敞的工作臺面，在實驗桌的正前方設有兩個抽屜。

3.實驗組件掛箱

1)DGJ-03電工基礎實驗掛箱(大)

DGJ-03電工基礎實驗掛箱用于提供疊加定理、戴維南定理、雙口網絡、諧振、選頻以及一、二階電路實驗模塊。

各實驗器件齊全，實驗單元隔離分明，實驗線路完整清晰，在需要測量電流的支路上均設有電流插座。

2)DGJ-04交流電路實驗掛箱(大)

DGJ-04交流電路實驗掛箱用于提供單相、三相、日光燈、變壓器、互感器、電度表等實驗所需的器件。

燈組負載為三個各自獨立的白熾燈組，可連接成Y形或△形兩種形式。每個燈組設有三只并聯(lián)的白熾燈螺口燈座(每個燈組均設有三個開關，控制三個并聯(lián)支路的通斷)，可裝60W以下的白熾燈九只，各燈組均設有電流插座，每個燈組均設有過壓保護線路。當電壓超過245V時，會自動切斷電源并報警，避免燒壞燈泡。日光燈實驗器件有30W鎮(zhèn)流器、4.7μF電容器、0.47μF電容器、啟輝器插座、短路按鈕各1只；鐵芯變壓器1只，規(guī)格為50V·A、220V/36V，原、副邊均設有電流插座；互感器在實驗時臨時掛上,兩個空心線圈L1、L2裝在滑動架上,可調節(jié)兩個線圈間的距離，還可將小線圈放到大線圈內，并附有大、小鐵棒各1根和非導磁鋁棒1根；電度表1只，規(guī)格為220V、3A/6A，實驗時臨時掛上，其電源線、負載進線均已接在電度表接線架的空心接線柱上，以便接線。

3)DGJ-05元件掛箱(小)

DGJ-05元件掛箱用于提供實驗所需的各種外接元件(如電阻器、發(fā)光二極管、穩(wěn)壓管、電容器、電位器及12V燈

泡等)、三相高壓電容組，還提供十進制可變電阻箱，輸出阻值為0～99999.9Ω、1W。

4)DG17-2信號與系統(tǒng)實驗掛箱

DG17-2信號與系統(tǒng)實驗掛箱用于提供基本運算單元、50Hz非正弦周期信號的分解與合成、無源和有源濾波器、信號的采樣與恢復等實驗模塊。

5)D71-2數(shù)電、模電實驗掛箱

D71-2數(shù)電、模電實驗掛箱用于提供±5V(0.5A)、±15V(0.5A)四路直流穩(wěn)壓電源，并且提供單次脈沖源、三態(tài)邏輯筆、四組BCD碼十進制七段譯碼器、BCD碼拔碼開關2位、邏輯電平指示器8位、邏輯開關8位以及高可靠圓腳集成插座(40P一只，28P一只，14P三只，16P四只，8P兩只)，另外還提供三端穩(wěn)壓塊(7812、7912、LM317各一只)、晶體三極管(3DG6三只，3DG12一只，3CG12一只，3DJ6F一只)、穩(wěn)壓管(2DW231、2CW54、2CW53各一只)、單結晶體管(BT33)、單向可控硅(3CT3A)、整流橋堆、電容、電位器(1kΩ、10kΩ、100kΩ各一只)、12V信號燈、揚聲器(0.2W，8Ω)、振蕩線圈、復位按鈕等。由單獨一只變壓器為實驗提供低壓交流電源，分別輸出6V、10V、14V及兩路17V低壓交流電源(50Hz)。實驗面板上還設有可裝、卸固定線路實驗小板的綠色固定插座四只，配有共射極單管/負反饋放大器、射極跟隨器、RC正弦波振蕩器、差動放大器及OTL功率放大器五個固定實驗單元的線路板。實驗連接點、測試點均采用高可靠防轉疊式插座，而插座元件采用接觸可靠的鍍銀長紫銅管。本掛箱能完成常規(guī)的“數(shù)電”、“模電”的所有實驗。

4.實驗連接線

根據(jù)不同實驗項目的特點，配備兩種不同的實驗連接線。強電部分采用高可靠護套結構連接線，不存在任何觸電的可能。里面采用無氧銅抽絲而成的頭發(fā)絲般細的多股線，以達到超軟的效果；外包丁晴聚氯乙烯絕緣層，具有柔軟、耐壓高、強度大、防硬化、韌性好等優(yōu)點。插頭采用實芯銅質件外套鈹青銅彈片，接觸安全可靠。弱電部分采用彈性鈹青銅裸露結構連接線。兩種導線都只能配合相應內孔的插座，不能混插，這大大提高了實驗的安全性及合理性。

5.裝置的安全保護系統(tǒng)

(1)三相四線制電源輸入，總電源由斷路器和三相鑰匙開關控制，設有三相帶燈熔斷器作為短路保護和斷相指示。

(2)控制屏電源由交流接觸器通過啟動、停止按鈕進行控制。

(3)屏上裝有電壓型漏電保護裝置，若控制屏內或強電輸出有漏電現(xiàn)象，即告警并切斷總電源，以確保實驗進程的安全。

(4)各種電源及儀表均有一定的保護功能。

(5)屏內設有過流保護裝置，當交流電源輸出有短路或負載電流過大時，會自動切斷交流電源，以保護實驗裝置。

6.裝置的保養(yǎng)與維護

(1)裝置應放置平穩(wěn)，平時應注意清潔，長時間不用時最好加蓋保護布或塑料布。

(2)使用前應檢查輸入電源線是否完好，屏上開關是否置于“關”的位置，調壓器是否回到零位。

(3)使用中，對各旋鈕進行調節(jié)時，動作要輕，切忌用力過度，以防旋鈕開關等損壞。

(4)當遇到電源、儀器及儀表不工作時，應關閉控制屏電源，檢查各熔斷器熔管是否完好。

(5)更換掛箱時，動作要輕，防止強烈碰撞，以免損壞部件及影響外表等。 9.3常用電工電子儀表的使用

9.3.1

GOS-6021型雙蹤示波器的使用

1.簡介

GOS-6021型雙蹤示波器的最大垂直靈敏度為1mV／DIV，垂直靈敏度擴展至10～20V／DIV，最大掃描速度為0.2μs／DIV，并可擴展10倍使掃描速度達到20ns／DIV。該示波器采用6英寸(1英寸≈2.54厘米)并帶有內刻度的矩形CRT，操作簡單，穩(wěn)定可靠。

GOS-6021具有如下特點：

(1)高亮度及高加速極電壓的CRT。這種示波管速度快,亮度高。加速極電壓為2kV(6020/6021)、12kV(6040/6041)，即在高速掃描的情況下也能顯示清晰的軌跡。

(2)觸發(fā)電平鎖定功能。這種示波器將觸發(fā)電平鎖定在一固定值上，當輸入信號幅度、頻率變化時無需再調整觸發(fā)電平即可獲得穩(wěn)定波形。

(3)交替觸發(fā)功能可以觀察兩個頻率不同的信號波形。

(4)電視信號同步功能。

(5)CH1輸出。后面板上的輸出信號可以直接驅動頻率計或其他儀器。

(6)Z軸輸入。亮度調制功能可以給示波器加入頻率或時間標識，使正信號軌跡消隱，并與TTL匹配。

(7)X-Y操作。當設定在X-Y位置時，該儀器可作為X-Y示波器，CH1為水平軸，CH2為垂直軸。

(8)全編碼掃速，衰減開關，輕巧可靠。

(9)光標直讀功能，可測量ΔV、ΔT、1／ΔT。

2.操作前的注意事項

1)CRT磁光質涂層

為了避免永久性損壞CRT內的磁光質涂層，不要將CRT的軌跡設在極亮的位置或把光點停留不必要長的時間。

2)輸入端的最大電壓

輸入端和探頭的最大電壓參見表9.3.1，請勿超出此限制。當探頭設定在1∶1位置時，有效讀出電壓(峰峰值)是40V(14Vrms，在正弦波時)；當探頭設定在10∶1位置時，最大有效讀數(shù)(峰峰值)是400V(140Vrms，在正弦波時)。表9.3.1輸入端和探頭的最大電壓

3.操作方法

1)前面板介紹

GOS-6021型雙蹤示波器的面板圖如圖9.3.1所示。圖9.3.1

GOS-6021型雙蹤示波器的面板圖

2)單通道操作

接通電源前務必先檢查電壓是否與當?shù)仉娋W一致，然后將有關控制元件按表9.3.2設置。表9.3.2單通道操作時的設置

3)雙通道操作

改變垂直方式到DUAL狀態(tài)，于是通道2的光跡也會出現(xiàn)在屏幕上(與CH1相同)。這時通道1顯示一個方波(來自校正信號輸出的波形)，而通道2則僅顯示一條直線，因為沒有信號接到該通道?，F(xiàn)在將校正信號接到CH2的輸入端使之與CH1一致，將AC-GND-DC開關設置到AC狀態(tài)，調整垂直位置11和19使兩通道的波形如圖9.3.3所示。圖9.3.2方波圖9.3.3兩通道的波形

4)加減操作

通過設置“垂直方式開關”到“加”的狀態(tài)，可以顯示CH1與CH2信號的代數(shù)和；如果CH2INV開關被按下，則為代數(shù)減。為了得到加減的精確值，兩個通道的衰減設置必須一致。垂直位置可以通過“位置鍵”來調整，鑒于垂直放大器的線性變化，最好將該旋鈕設置在中間位置。

5)觸發(fā)源的選擇

正確選擇觸發(fā)源對于有效使用示波器是至關重要的，用戶必須十分熟悉觸發(fā)源的選擇功能及其工作次序。

(1)MODE開關。①AUTO：當為自動模式時，掃描發(fā)生器自由產生一個沒有觸發(fā)信號的掃描信號；當有觸發(fā)信號時，它會自動轉換到觸發(fā)掃描。通常第一次觀察一個波形時，將其設置于“AUTO”，當一個穩(wěn)定的波形被觀察到以后，再調整其他設置。當其他控制部分設定好以后，通常將開關設置為“NORM”觸發(fā)方式，因為該方式更加靈敏。當測量直流信號或小信號時，必須采用“AUTO”方式。②NORM：常態(tài)，通常掃描器保持靜止狀態(tài)，屏幕上無光跡顯示。當觸發(fā)信號經過由“觸發(fā)電平開關”設置的閥門電平時，掃描一次，之后掃描器又回到靜止狀態(tài)，直到下一次被觸發(fā)。在雙蹤顯示“ALT”與“NORM”掃描時，除非通道1與通道2都有足夠的觸發(fā)電平，否則不會顯示。

③TV-V：當需要觀察一個整場的電視信號時，將MODE開關設置到TV-V，對電視信號的場信號進行同步，掃描時間通常設定到2ms／DIV(一幀信號)或5ms／DIV(一場兩幀隔行掃描信號)。④TV-H：電視行對電視信號的行信號進行同步，掃描時間通常為10μs／DIV，顯示幾行信號波形，可以用微調旋鈕調節(jié)掃描時間到所需要的行數(shù)。送入示波器的同步信號必須是負極的，見圖9.3.4。圖9.3.4同步信號

(2)觸發(fā)信號源的功能。為了在屏幕上顯示一個穩(wěn)定的波形，需要給觸發(fā)電路提供一個與顯示信號在時間上有關聯(lián)

的信號，觸發(fā)源開關就是用來選擇該觸發(fā)信號的。

①CH1／CH2：大部分情況下采用的是內觸發(fā)模式。送到垂直輸入端的信號在預放以前分一支到觸發(fā)電路中。

由于觸發(fā)信號就是測試信號本身，因此顯示屏上會出現(xiàn)一個穩(wěn)定的波形。在DUAL或ADD方式下，觸發(fā)信號由觸發(fā)源開關來選擇。

②LINE：用交流電源的頻率作為觸發(fā)信號。這種方法對于測量與電源頻率有關的信號十分有效，如音響設備的交流噪音、可控硅電路等。③EXT：用外來信號驅動掃描觸發(fā)電路。該外來信號因與要測的信號有一定的時間關系，故其波形可以更加獨立顯示出來。

(3)觸發(fā)電平和極性開關。當觸發(fā)信號通過—個預置的閥門電平時會產生一個掃描觸發(fā)信號。調整觸發(fā)電平旋鈕可以改變該電平，向“+”方向時，閥門電平向正方向移動；向“－”方向時，閥門電平向負方向移動；當在中間位置時，閥門電平設定在信號的平均值上。觸發(fā)電平可以調節(jié)掃描起點在波形的任意位置上。對于正弦信號，起始相位是可變的。

注意：如果觸發(fā)電平的調節(jié)過正或過負，也不會產生掃描信號，因為這時觸發(fā)電平已經超過了同步信號的幅值。

極性觸發(fā)開關設置在“+”時，上升沿觸發(fā)；極性觸發(fā)開關設置在“－”時，下降沿觸發(fā)，見圖9.3.5。

順時針調節(jié)觸發(fā)電平旋鈕28到底，聽到“卡嗒”一聲后，觸發(fā)電平被鎖定為一固定值。此時改變信號幅度、頻率，不需要調整觸發(fā)電平即可獲得一穩(wěn)定的波形。當輸入信號的幅度或外觸發(fā)信號的幅度在1.0～1.5V/DIV范圍時該功能有效。圖9.3.5極性觸發(fā)開關設置

(4)觸發(fā)交替開關。當垂直方式選定為雙蹤顯示時，該開關用于交替觸發(fā)和交替顯示，適用于CH1、CH2或相加

方式。在交替方式下，每一個掃描周期，觸發(fā)信號交替一次。這種方式有利于波形幅度、周期的測試，甚至可以觀察兩個在頻率上并無聯(lián)系的波形，但不適于相位和時間對比的測量。對于此種測量，兩個通道必須采用同一同步信號觸發(fā)。在雙蹤顯示時，如果“CHOP”和“TRIG.ALT”同時被按下，則不能同步顯示，因為“CHOP”信號成為觸發(fā)信號。此時應使用“ALT”方式或直接選擇CH1或CH2作為觸發(fā)信號源。本機在雙通道工作方式時，如“CHOP/ALT”置“ALT”并且“TRIG.ALT”鍵被按下，則儀器不支持測頻功能。

6)掃描速度控制

調節(jié)掃描速度旋鈕，可以選擇想要觀察的波形個數(shù)。如果屏幕上顯示的波形過多，則可以調節(jié)掃描時間更快一些；如果屏幕只有一個周期的波形，則可以減慢掃描時間。當掃描速度太快時，屏幕上只能觀察到周期信號的一部分，如對于一個方波信號，可能在屏幕上顯示的只是一條直線。

7)掃描擴展

當需要觀察一個波形的一部分時，通常需要很高的掃描速度。但是如果想要觀察的部分遠離掃描的起點，則要觀察的波形可能已經處于屏幕以外，這時就需要使用掃描擴展開關。當掃描擴展開關被按下后，顯示的范圍會擴展10倍，如圖9.3.6所示。圖9.3.6掃描擴展

8)X-Y操作

將掃描速度開關設定在X-Y位置時，示波器工作方式為X-Y。

X軸表示CH1輸入，

Y軸表示CH2輸入。

X-Y方式允許示波器進行常規(guī)示波器所不能做的很多測試。CRT可以顯示一個電子圖形或兩個瞬時的電平，它可以是兩個電平的直接比較，就像向量示波器顯示視頻彩條圖形一樣。如果使用一個傳感器將有關參數(shù)(頻率、溫度、速度等)轉換成電壓，則X-Y方式就可以顯示幾乎任何一個動態(tài)參數(shù)的圖形。例如，在頻率響應的測試中，Y軸對應于信號幅度，X軸對應于頻率，見圖9.3.7。圖9.3.7頻率響應測試

9)探頭校正

正如前面所述，示波器探頭可用于一個很寬的頻率范圍，但必須進行相位補償。失真的波形會引起測量誤差，因此，在測量前要進行探頭校正。連接10∶1探頭BNC到CH1或CH2的輸入端，將衰減開關設定為50mV，連接探極探針到校正信號的輸出端，調整補償電容，直到獲得最佳的方波為止(沒有過沖、圓角、翹起)，見圖9.3.8。圖9.3.8探頭校正

4.方框圖

GOS-6021型雙蹤示波器的方框圖如圖9.3.9所示。圖9.3.9

GOS-6021型雙蹤示波器的方框圖9.3.2

DA-16型晶體管毫伏表的使用

1．概述

電壓表是電子測量技術中一種最基本的儀表。選用電壓表主要考慮以下技術特性：

(1)頻率范圍。與所有電子儀器一樣，每種電壓表也各有一定的工作頻段。

(2)量程。電子式電壓表的電壓測量范圍一般為從毫伏到數(shù)百伏。高靈敏度的數(shù)字式電壓表的靈敏度可高達10－9V。電壓表的量程應根據(jù)被測電壓的大小選用，選擇原則是使電壓表指針偏轉在滿偏位置的2／3以上。

(3)輸入阻抗。為使電壓表對被測電路的工作狀態(tài)的影響盡量小，要求電壓表的輸入阻抗較之被測阻抗盡可能高。

2．DA-16型晶體管毫伏表的使用方法

DA-16型晶體管毫伏表是一種放大-檢波式電子電壓表，具有較高的靈敏度和穩(wěn)定度，用于正弦電壓有效值的測量。其電壓測量范圍為100μV～300V；被測電壓頻率范圍為20Hz～1MHz；固有誤差<3％(基準頻率為1kHz)；當頻率在100Hz～100kHz時，頻率響應誤差小于等于3％，當頻

率在20Hz～1MHz時，頻率響應誤差小于等于5％；輸入阻抗為1MΩ(頻率為1kHz時)。

圖9.3.10是DA-16型晶體管毫伏表的面板圖。圖9.3.10

DA-16型晶體管毫伏表的面板圖9.3.3

500型指針式萬用表的使用

500型萬用表是一種用作交/直流電壓、直流電流、電阻和音頻電平測量的多功能、多量程儀表。500型萬用表的外形如圖9.3.11所示。它有兩個“功能／量程”轉換開關，每個開關的上方均有一個矢形標志。圖9.3.11

500型萬用表表盤圖

1．主要技術性能

500型指針式萬用表的主要技術性能如表9.3.3所示。表9.3.3

500型萬用表的主要技術性能國家規(guī)定，根據(jù)儀表固有誤差的大小，直讀式電工測量儀表的精確度劃分為7級，如表9.3.4所示。表9.3.4直讀式電工測量儀表的精確度劃分

2．500型萬用表的表面刻度

(1)“Ω”：測量電阻的刻度線，自上而下數(shù)為最上面的一條，讀數(shù)標在刻度線上端，右端為“0”，左端為“∞”。

(2)“”：測交流、直流電壓及直流電流的刻度線，自上而下數(shù)為第二條刻度線?？潭染确?，刻度最左端為“0”，最右端為指針滿偏的刻度值，在刻度線下面標有0～50、0～250兩行讀數(shù)，表示測量范圍。

(3)“10”：測交流電壓10V以內的專用刻度線，即第三條刻度線，刻度線上面有一行0～10交流電壓讀數(shù)。

(4)“dB”：測音頻電平的刻度線，即第四條刻度線，它將電壓值按一定規(guī)律折換為“dB”(分貝)?？潭染€下面標有一行－10～+22dB讀數(shù)。V～—～

3．500型萬用表的使用方法

如圖9.3.12所示，使用之前必須調整機械調零旋鈕“S3”，使指針準確地指示在標度尺的零位上。圖9.3.12萬用表表盤圖9.3.4

UT51型數(shù)字萬用表的使用

1.概述

“UT50”系列中的3-1/2位DMM是一種性能穩(wěn)定、可靠性高的手持式數(shù)字多用表，整機電路設計以大規(guī)模集成電路、雙積分A/D轉換器為核心并配以全功能過載保護，可用來測量直流和交流電壓、電流、電阻、電容、二極管、溫度、頻率以及電路通斷，是用戶的理想工具。

2.安全操作準則

(1)后蓋沒有蓋好前嚴禁使用，否則有被電擊的危險。

(2)量程開關應置于正確測量位置。

(3)表筆絕緣層應完好，無破損和斷線。

(4)紅、黑表筆應插在符合測量要求的插孔內，以保證接觸良好。

(5)輸入信號不允許超過規(guī)定的極限值，以防電擊和損壞儀表。

(6)嚴禁量程開關在電壓測量或電流測量過程中改變擋位，以防損壞儀表。

(7)必須用同類型規(guī)格的保險絲更換壞的保險絲。

(8)為防止電擊，測量公共端“COM”和大地“”之間的電位差不得超過1000V。

(9)被測電壓高于直流60V或交流30Vrms的場合，均應小心謹慎，防止觸電。

(10)液晶顯示“”符號時，應及時更換電池，以確保測量精度。

(11)測量完畢應及時關斷電源。長期不用時，應取出電池。

(12)不要接高于1000V的直流電壓或高于750V的交流有效值電壓。

(13)不要在功能開關處于電流擋位、Ω、、位置時，將電壓源接入。

3.電氣符號

UT51型數(shù)字萬用表的電氣符號如表9.3.5所示。表9.3.5

UT51型數(shù)字萬用表的電氣符號

4.外表結構

UT51型數(shù)字萬用表的外表結構如圖9.3.13所示。圖9.3.13

UT51型數(shù)字萬用表的外表結構 9.4電路與信號實驗項目

9.4.1基本電工電子儀表的使用

一、實驗目的

1.熟悉實驗臺上各類電源及各類測量儀表的布局和使用方法。

2.掌握指針式電壓表、電流表內阻的測量方法。

3.熟悉電工電子儀表測量誤差的計算方法。

二、原理說明

為了準確測量電路中實際的電壓和電流，必須保證儀表接入電路后不會改變被測電路的工作狀態(tài)。這就要求電壓表的內阻為無窮大，電流表的內阻為零，而實際使用的指針式電工儀表都不能滿足上述要求。因此，測量儀表一旦接入電路，就會改變電路原有的工作狀態(tài)，這將導致儀表的讀數(shù)值與電路原有的實際值之間出現(xiàn)誤差。誤差的大小與儀表本身內阻的大小密切相關。只要測出儀表的內阻，即可計算出由其產生的測量誤差。下面介紹幾種測量指針式儀表內阻的方法。

1.用“分流法”測量電流表的內阻。如圖9.4.1所示，A表為被測內阻(RA)的直流電流表。測量時先斷開開關S，調節(jié)電流源的輸出電流I使A表指針滿偏轉，然后合上開關S，并保持I值不變，調節(jié)電阻箱RB的阻值，使電流表的指針指在1/2滿偏轉位置，此時有

所以

RA=RB∥R1

式中，R1為固定電阻器之值，RB可由電阻箱的刻度盤上讀得。圖9.4.1分流法

2.用分壓法測量電壓表的內阻。

如圖9.4.2所示，V表為被測內阻(RV)的電壓表。測量時先將開關S閉合，調節(jié)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓，使電壓表V的指針為滿偏轉，然后斷開開關S，調節(jié)電阻箱RB使電壓表V的指示值減半。此時有

RV＝RB＋R1

電壓表的靈敏度為

S＝RV/U

式中，U為電壓表滿偏時的電壓值。圖9.4.2分壓法

(1)以圖9.4.3所示的電路為例，R1上的電壓為

，若R1＝R2，則 。

現(xiàn)用一內阻為RV的電壓表來測量UR1。當RV與R1并聯(lián)后， ，以此來替代上式中的R1，則得

3.儀表內阻引起的測量誤差的計算。這種誤差通常稱為方法誤差，而儀表本身結構引起的誤差稱為儀表基本誤差。絕對誤差為

化簡后得若R1＝R2＝RV，則得

相對誤差為圖9.4.3測量誤差的計算

(2)伏安法測量電阻的原理為：測出流過被測電阻Rx的電流IR及其兩端的電壓降UR，則其阻值Rx=UR/IR。實際測量時，有兩種測量線路，即相對于電源而言，電流表A(內阻為RA)接在電壓表V(內阻為RV)的內側和A接在V的外側，如圖9.4.4(a)、(b)所示。

由圖(a)可知，只有當Rx

RV時，RV的分流作用才可忽略不計，A的讀數(shù)接近于實際流過Rx的電流值。圖(a)的接法稱為電流表的內接法。

由圖(b)可知，只有當Rx

RA時，RA的分壓作用才可忽略不計，V的讀數(shù)接近于Rx兩端的電壓值。圖(b)的接法稱為電流表的外接法。

實際應用時，應根據(jù)不同情況選用合適的測量線路，才能獲得較準確的測量結果。<<>>圖9.4.4伏安法測量電阻

三、實驗設備四、實驗內容

1.根據(jù)“分流法”原理，測試指針式萬用表直流電流1mA和10mA量程的內阻。

如圖9.4.5所示，圖中A表為被測內阻(RA)的直流電流表，RB可選用元件掛箱(DGJ-05)中的電阻箱，R1可選用元件掛箱中的1kΩ電阻。圖9.4.5分流法首先將電流源的輸出細調旋鈕逆時針旋至零位，使I=0mA。測量時先斷開開關S，調節(jié)電流源的輸出電流I使A表指針滿偏轉。然后合上開關S，并保持I值不變，調節(jié)電阻箱(RB)的阻值，使A表的指針指在1/2滿偏轉位置。按下表記錄數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)“分壓法”原理，測試指針式萬用表直流電壓2.5V和10V量程的內阻。

如圖9.4.6所示，V表為被測內阻(RV)的電壓表。首先將電壓源(UA或UB)的輸出電壓調節(jié)旋鈕逆時針旋至零位，使U=0V。測量時先將開關S閉合，調節(jié)電壓源的輸出電壓，使電壓表V的指針為滿偏轉。然后斷開開關S，調節(jié)電阻箱(RB)使電壓表V的指示值減半。按下表記錄數(shù)據(jù)。圖9.4.6分壓法

3.用指針式萬用表直流電壓10V量程測量圖9.4.7所示電路中R1上的電壓，并計算測量的絕對誤差與相對誤差。圖9.4.7測量誤差的計算

五、實驗注意事項

1.在開啟直流穩(wěn)壓電源的電源開關前，應將兩路電壓源的輸出調節(jié)旋鈕調至最小(逆時針旋到底)，并將恒流源的輸出粗調旋鈕撥到2mA擋，輸出細調旋鈕應調至最小(逆時針旋到底)。接通電源后，再根據(jù)需要緩慢調節(jié)輸出值。

2.當電流源輸出端接有負載時，如果需要將其粗調旋鈕由低擋位向高擋位切換，則必須先將其細調旋鈕調至最小，否則輸出電流會突增，可能會損壞外接器件。

3.電壓表應與被測電路并聯(lián)，電流表應與被測電路串聯(lián)，并且都要注意正、負極性與量程的合理選擇。

4.實驗內容1、2中，R1的取值應與RB相近。

5.本實驗僅測試指針式儀表的內阻。由于所選指針式儀表的型號不同，因此本實驗中所列的電流、電壓量程及選用的RB、R1等均會不同。實驗時應按選定的表型自行確定。

六、思考題

1.根據(jù)實驗內容1和2，若已求出0.5mA擋和2.5V擋的內阻，可否直接計算得出5mA擋和10V擋的內阻？

2.用量程為10A的電流表測實際值為8A的電流時，實際讀數(shù)為8.1A，求測量的絕對誤差和相對誤差。

七、實驗報告

1.列表記錄實驗數(shù)據(jù)，并計算各被測儀表的內阻值。

2.分析實驗結果，總結應用場合。

3.對思考題進行計算。9.4.2電路元件伏安特性的測試

一、實驗目的

1.學會識別常用電路元件的方法。

2.掌握線性電阻、非線性電阻元件的伏安特性的測試方法。

3.掌握實驗臺上直流電工電子儀表和設備的使用方法。

二、原理說明

任何一個二端元件的特性都可用該元件上的端電壓U與通過該元件的電流I之間的函數(shù)關系I＝f(U)來表示，即用I-U

平面上的一條曲線來表征，這條曲線稱為該元件的伏安特性曲線。

1.線性電阻器的伏安特性曲線是一條通過坐標原點的直線，如圖9.4.8中a曲線所示。該直線的斜率等于該電阻器的電阻值。圖9.4.8元件的伏安特性曲線

2.一般的白熾燈在工作時燈絲處于高溫狀態(tài)，其燈絲電阻隨著溫度的升高而增大。通過白熾燈的電流越大，其溫度越高，阻值也越大。一般燈泡的“冷電阻”與“熱電阻”的阻值可相差幾倍至十幾倍，所以它的伏安特性如圖9.4.8中b曲線所示。

3.一般的半導體二極管是一個非線性電阻元件，其伏安特性如圖9.4.8中c曲線所示。正向壓降很小(一般鍺管約為0.2～0.3V，硅管約為0.5～0.7V)，正向電流隨正向壓降

的升高而急驟上升，而反向電壓從零一直增加到十幾伏至幾十伏時，其反向電流增加很小，粗略地可視為零。可見，二極管具有單向導電性，但若反向電壓加得過高，超過管子的極限值，則會導致管子擊穿損壞。

4.穩(wěn)壓二極管是一種特殊的半導體二極管，其正向特性與普通二極管類似，但其反向特性較特別，如圖9.4.8中d曲線所示。在反向電壓開始增加時，其反向電流幾乎為零，但當電壓增加到某一數(shù)值(稱為管子的穩(wěn)壓值，有各種不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管)時，電流將突然增加，以后它的端電壓將基本維持恒定，當外加的反向電壓繼續(xù)升高時其端電壓僅有少量增加。

注意：流過二極管或穩(wěn)壓二極管的電流不能超過管子的極限值，否則管子會被燒壞。

三、實驗設備四、實驗內容

1.測試線性電阻器的伏安特性。按圖9.4.9接線，圖中電阻R=1kΩ從元件掛箱(DGJ-05)上取得，將其串接在電路中。調節(jié)電壓源(UA或UB)的輸出電壓U，從0V開始緩慢地增加到10V，使得并聯(lián)在R上的電壓表測出的電壓UR按下表數(shù)據(jù)變化，用毫安電流表測出對應UR的電流I。圖9.4.9線性電阻和非線性白熾燈泡的伏安特性測試電路

2.測試非線性白熾燈泡的伏安特性。首先將電壓源(UA或UB)的輸出電壓調節(jié)旋鈕逆時針旋至零位，使U=0V。將圖9.4.9中的電阻R換成一只12V、0.1A的燈泡，然后調節(jié)電壓源的輸出電壓U從0V開始緩慢地增加到5V(注意不要超過12V、0.1A，以免燒壞燈泡)，按下表重復實驗內容1的測試。表中，UL為燈泡的端電壓。

3.測試半導體二極管的伏安特性。首先將電壓源(UA或UB)的輸出電壓調節(jié)旋鈕逆時針旋至零位，使U=0V。按圖

9.4.10接線，VD為二極管(IN4007)，R(200Ω)為限流電阻器，然后調節(jié)電壓源的輸出電壓U從0V開始緩慢增加，按下表重復實驗內容1的測試。表中，UD+

、UD－為二極管的端電壓。圖9.4.10非線性二極管的伏安特性測試電路測二極管的正向特性時，其正向電流不得超過35mA，二極管VD的正向電壓UD+可在0～0.75V之間取值，在0.5～0.75V之間應多取幾個測量點；測反向特性時，只需將圖9.4.10中的二極管VD反接。

正向特性實驗數(shù)據(jù)：

反向特性實驗數(shù)據(jù)：

4.測試穩(wěn)壓二極管的伏安特性。

(1)正向特性實驗：首先將電壓源(UA或UB)的輸出電壓調節(jié)旋鈕逆時針旋至零位，使U=0V。將圖9.4.10中的二極管換成穩(wěn)壓二極管(2CW51)，重復實驗內容3中的正向測量。UZ+為2CW51的正向電壓。

(2)反向特性實驗：將圖9.4.10中的R(200Ω)換成1kΩ電阻，2CW51反接，測量2CW51的反向特性。穩(wěn)壓電源的輸出電壓U從0V緩慢增加到20V，測量2CW51兩端的反向電壓UZ－及電流I。由UZ－可看出其穩(wěn)壓特性。五、實驗注意事項

1.測二極管正向特性時，穩(wěn)壓電源輸出應由小至大逐漸增加，應時刻注意電流表讀數(shù)不得超過35mA。

2.如果要測定2AP9的伏安特性，則正向特性的電壓值應取0，0.10，0.13，0.15，0.17，0.19，0.21，0.24，0.30V，反向特性的電壓值取0，2，4，…，10V。

3.進行不同實驗時，應先估算電壓和電流值，合理選擇儀表的量程，勿使儀表超量程，儀表的極性亦不可接錯。

六、思考題

1.線性電阻與非線性電阻的概念是什么？電阻器與二極管的伏安特性有何區(qū)別？

2.設某器件伏安特性曲線的函數(shù)式為I＝f(U)，試問在逐點繪制曲線時，其坐標變量應如何放置？

3.穩(wěn)壓二極管與普通二極管有何區(qū)別？其用途如何？

4.在圖9.4.10中，設U=2V，UD+=0.7V，則毫安電流表(mA)的讀數(shù)為多少？

七、實驗報告

1.根據(jù)各實驗數(shù)據(jù)，分別在實驗報告紙上繪制出光滑的伏安特性曲線(其中，二極管和穩(wěn)壓管的正、反向特性均要求畫在同一張圖中，正、反向電壓可取為不同的比例尺)。

2.根據(jù)實驗結果，總結、歸納被測各元件的特性。

3.進行必要的誤差分析。9.4.3疊加定理的驗證

一、實驗目的

驗證線性電路疊加定理的正確性，加深對線性電路的疊加性和齊次性的認識和理解。

二、原理說明

疊加定理指出：在有多個獨立源共同作用下的線性電路中，通過每一個元件的電流或其兩端的電壓，可以看成是由每一個獨立源單獨作用時在該元件上所產生的電流或電壓的代數(shù)和。

線性電路的齊次性是指當激勵信號(某獨立源的值)增加K倍或減小為原來的1/K時，電路的響應(即在電路中各電阻元件上所建立的電流和電壓值)也將增加K倍或減小為原來的1/K。三、實驗設備四、實驗內容

實驗線路如圖9.4.11所示，用DGJ-03掛箱的“基爾霍夫定律/疊加定理”實驗電路板。圖9.4.11疊加定理實驗電路

1.將兩路電壓源UA和UB的輸出電壓分別調節(jié)為12V和6V，用導線將UA和UB接入實驗電路板上U1和U2處，使得U1=UA=12V，U2=UB=6V。將開關S3投向R5(330Ω)側。實驗電路板左下方的3個故障設置按鍵暫不要按下。

2.令U1電源單獨作用(將開關S1投向U1側，開關S2投向B、C短路側)。用直流數(shù)字電壓表和直流數(shù)字毫安表(接專用電流插頭線)測量各支路電流及各電阻元件兩端的電壓，數(shù)據(jù)記入表9.4.1。

3.令U2電源單獨作用(將開關S1投向F、E短路側，開關S2投向U2側)，重復實驗內容2的測量和記錄，數(shù)據(jù)記入表9.4.1。

4.令U1和U2共同作用(開關S1和S2分別投向U1和U2側)，重復上述測量并記錄，數(shù)據(jù)記入表9.4.1。

5.將U2的數(shù)值由+6V調至+12V，變成2U2，令2U2單獨作用(將開關S1投向F、E短路側，開關S2投向U2側)，重復上述測量并記錄，數(shù)據(jù)記入表9.4.1。表9.4.1數(shù)據(jù)記錄一

6.將R5(330Ω)換成二極管IN4007(即將開關S3投向二極管IN4007側)，重復實驗內容1～5的測量過程，數(shù)據(jù)記入表9.4.2。

7.任意按下某個故障設置按鍵，重復實驗內容4的測量并記錄(自制表格)，再根據(jù)測量結果判斷出故障的性質。表9.4.2數(shù)據(jù)記錄二五、實驗注意事項

1．故障的性質通常分為“斷路”和“短路”兩種情況。若測量某條支路電流為零，則可判斷該條支路斷路；若測量某個電阻上的電壓為零，并且測量該電阻所處的支路電流不為零，則可判斷該電阻被短路。

2.用電流表測量各支路電流或者用電壓表測量電壓降時，應注意儀表的極性，正確判斷測量值的“+”、“－”號后，記入數(shù)據(jù)表格。

3.注意儀表量程的及時更換。

六、預習思考題

1.在疊加定理實驗中，要令U1、U2分別單獨作用，應如何操作？可否直接將不作用的電源(U1或U2)短接置零？

2.實驗電路中，若有一個電阻器改為二極管，試問疊加定理的疊加性與齊次性還成立嗎？為什么？

七、實驗報告

1.根據(jù)實驗表格9.4.1的數(shù)據(jù)進行分析、比較，歸納、總結實驗結論，即驗證線性電路的疊加性與齊次性。

2.各電阻器所消耗的功率能否用疊加定理計算得出？試用上述實驗數(shù)據(jù)進行計算并做出結論。

3.通過實驗內容6及表9.4.2中的數(shù)據(jù)，你能得出什么樣的結論？9.4.4戴維南定理的驗證

一、實驗目的

1.驗證戴維南定理的正確性，加深對該定理的理解。

2.掌握測量有源二端網絡等效參數(shù)的一般方法。

二、原理說明

1.任何一個線性含源網絡，如果僅研究其中一條支路的電壓和電流，則可將電路的其余部分看做是一個有源二端網絡(或稱為含源一端口網絡)。戴維南定理指出：任何一個線性有源網絡，總可以用一個電壓源與一個電阻的串聯(lián)來等效代替，此電壓源的電動勢Us等于這個有源二端網絡的開路電壓Uoc，其等效內阻R0等于該網絡中所有獨立源均置零(理想電壓源視為短接，理想電流源視為開路)時的等效電阻。

Uoc(Us)和R0稱為有源二端網絡的等效參數(shù)。

2.有源二端網絡等效參數(shù)的測量方法。

(1)開路電壓、短路電流法測R0。在有源二端網絡輸出端開路時，用電壓表直接測其輸出端的開路電壓Uoc，然后將其輸出端短路，用電流表測其短路電流Isc，則等效內阻為

當二端網絡的內阻很小時，若將其輸出端口短路，則易損壞其內部元件，因此這種情況下不宜用此法。

(2)伏安法測R0。用電壓表、電流表測出有源二端網

絡的外特性曲線，如圖9.4.12所示，根據(jù)外特性曲線求出斜率tanφ，則內阻為

也可以先測量開路電壓Uoc，再測量電流為額定值IN時的輸出端電壓值UN，則內阻為圖9.4.12伏安法

(3)半電壓法測R0。如圖9.4.13所示，當負載電壓為被測網絡開路電壓的一半時，負載電阻(由電阻箱的讀數(shù)確定)即為被測有源二端網絡的等效內阻值。圖9.4.13半電壓法

(4)零示法測Uoc。在測量具有高內阻有源二端網絡的開路電壓時，用電壓表直接測量會造成較大的誤差。為了消除電壓表內阻的影響，往往采用零示測量法(簡稱零示法)，如圖9.4.14所示。圖9.4.14零示法

三、實驗設備四、實驗內容

被測有源二端網絡如圖9.4.15(a)所示。

1.用開路電壓、短路電流法測定戴維南等效電路的Uoc、R0。

按圖9.4.15(a)將電壓源UA或UB及電流源用導線接入實驗電路板Us、Is處，調節(jié)電壓源和電流源的輸出，使得Us=12V和Is=10mA，A、B兩端不接入負載RL。

實驗電路板上設置了開關，當開關扳向右側時，A、B兩端開路；當開關扳向左側時，A、B兩端短路。圖9.4.15戴維南定理實驗電路將A、B兩端開路，用電壓表測出開路電壓Uoc；將A、B兩端短路，用毫安表測出短路電流Isc，并計算出等效內阻R0。將實驗數(shù)據(jù)記入下表。

2.負載實驗。按圖9.4.15(a)將開關扳向右側，在A、B兩端接入電位器(1kΩ，5W)作為負載RL。改變RL的阻值，即調節(jié)電位器在0～1kΩ范圍內變化，使得并聯(lián)在RL上的直流電壓表按下表中電壓U的數(shù)值變化，用電流表測出對應U流過RL的電流I，即可畫出有源二端網絡的外特性曲線。

3.驗證戴維南定理。從電阻箱上調得按實驗內容1所得的等效內阻R0的值，然后使電阻箱與直流穩(wěn)壓電源(調到實驗內容1時所測得的開路電壓Uoc的值)相串聯(lián)，如圖9.4.15(b)所示，仿照實驗內容2測其外特性，對戴維南定理進行驗證。

4.有源二端網絡等效內阻(又稱入端電阻Ri)的直接測量法。如圖9.4.15(a)所示，將被測有源網絡內的所有獨立源置零(去掉電流源Is和電壓源Us，并在原電壓源所接的兩點處用一根短路導線相連)，然后用伏安法或者直接用萬用表的歐姆擋去測定負載RL開路時A、B兩點間的電阻，即為被測網絡的等效內阻R0，也稱網絡的入端電阻Ri。

5.用半電壓法和零示法測量被測網絡的等效內阻R0及其開路電壓Uoc。實驗線路按圖9.4.13和圖9.4.14接線。五、實驗注意事項

1.測量時應注意電流表和電壓表量程的更換。

2.實驗內容4中，電壓源置零時不可將電壓源短接。

3.用萬用表直接測R0時，網絡內的獨立源必須先去掉，以免損壞萬用表。另外，歐姆擋必須經調零后再進行測量。

4.用零示法測量Uoc時，應先將穩(wěn)壓電源的輸出調至接近于Uoc，再按圖9.4.14測量。

5.改接線路時，要關掉電源。

六、預習思考題

1.在求戴維南等效電路時，作短路實驗，測Isc的條件是什么？在本實驗中可否直接作負載短路實驗？請在實驗前對線路圖9.4.15(a)預先進行計算，以便調整實驗線路和測量時準確選取電表的量程。

2.說明測有源二端網絡開路電壓及等效內阻的幾種方法，并比較其優(yōu)缺點。

七、實驗報告

1.根據(jù)實驗內容2、3，分別繪出曲線，驗證戴維南定理的正確性，并分析產生誤差的原因。

2.將實驗內容1、4、5測得的Uoc和R0與預習時的計算結果作比較，能得出什么結論？9.4.5

RLC串聯(lián)諧振電路的測試

一、實驗目的

1.學習用實驗方法繪制RLC串聯(lián)電路的幅頻特性曲線。

2.加深理解電路發(fā)生諧振的條件、特點，掌握電路品質因數(shù)(電路Q值)的物理意義及其測試方法。

二、原理說明

1.在圖9.4.16所示的RLC串聯(lián)電路中，當正弦交流信號源的頻率f改變時，電路中的感抗、容抗隨之而變，電路中的電流也隨f而變。取電阻R上的電壓uo作為響應，當輸入

電壓ui的幅值維持不變時，在不同頻率的信號激勵下，測出Uo之值，然后以f為橫坐標，以Uo/Ui為縱坐標(因Ui不變，故也可直接以Uo為縱坐標)，繪出光滑的曲線，此即為幅頻特性曲線，也稱諧振曲線，如圖9.4.17所示。圖9.4.16

RCL串聯(lián)電路圖9.4