电路与电子学实验指导书2

电路与电子学实验指导书（适用于：计算机科学与技术专业网络工程专业）山东建筑大学计算机学院2011年4月2重要说明：1.每人必须自己打印一份实验指导书，上实验课时必须带纸质实验指导书。2.请认真预习实验，并请在实验课之前写好实验报告雏形，以便在实验课时填上相应的实验数据和曲线图形。实验报告的书写要规范，不能一味照抄实验指导书，要以表达清楚实验过程和实验结果为准，训练表达能力。3.实验数据和图形必须在现场完成记录，并于下课前上交实验报告。实验课上发现现写实验报告初稿的，取消实验成绩。4.实验报告是评价实验成绩的重要材料，没有实验报告，该次成绩为零。5.若因特殊原因不能当场上交实验报告的，必须找教师说明原因并备案。由于实验指导书整理过程十分烦杂，若发现其中错误请及时告知订正。1目录绪论..................................................................................................................................................1实验一常用实验仪器的使用.........................................................................................................3实验二叠加定理的实验验证.......................................................................................................10实验三戴维南定理验证...............................................................................................................12实验四单级放大电路.....................................................................................................................14实验五差动放大电路...................................................................................................................19实验六单相整流与滤波电路.........................................................................................................221绪论科学实验是人们获得知识和进行科学研究的重要手段。对于电路与电子学实验来说，目的是巩固学生的理论知识，加强基本实验技能，提高动手能力。为培养学生创新的思维方法，进行新领域探索和科学研究，打下良好的实践基础。一、实验的必要性实验课与其理论课一样，是从事专业技术入门的必修课。诚然，与专业实验相比，本课程的实验不那么“引人入胜”，如同高楼大厦的地基一样，虽没有其上巍峨宏伟，但她却承载着万斤重担，是成功的保证！做好电路与电子学实验，掌握实验中使用的仪器设备，学会基本的实验技巧，最好在实验中遇到一些故障，经过理论分析，亲自排除。这样，对日后掌握专业技术知识，提高理论水平和实践能力是大有益处的。二、实验应达到的目标根据电路与电子学实验大纲的要求，通过与电子学实验课，学生应在实验技能上达到下列要求：1．掌握应用实验手段来验证一些定理和结论的方法。2．正确使用常见的电工仪表和电子仪器。掌握基本的电工测试技术。3．正确按图连接电路，掌握排除一般（断路、短路等）故障的方法。4．认真观察实验现象，正确读取、处理实验数据；完成实验报告并得到正确的实验结论。5．掌握电路仿真技术，能够对进行仿真验证。三、实验要求实验课是电路与电子学教学的一个重要环节，它有助于巩固所学的基本理论，是理论与实践的结合过程。对理论课的考核中，不可缺少实验成绩。暂定实验成绩占该学期电路理论课成绩的15%。考核内容有：课前预习、实验操作、实验报告等。1．课前预习实验能否顺利进行和收到预期效果，很大程度上取决预习准备得是否充分。因此，要求实验之前仔细阅读实验指导书及有关参考资料。明确实验目的、实验必备的理论知识、实验任务与具体的实验电路，了解实验方法和步骤，自行设计实验电路、计算电路参数，写出预习报告。清楚实验中观察哪些现象，记录哪些数据，有什么注意事项等。2．实验操作实验操作是在充分预习后，在实验室进行的整个实验过程。包括熟悉、检查及使用实验仪器仪表与实验元器件，连接实验线路，实际测试、记录数据及实验后的整理工作等。实验中可能出现一些不可预料的故障，为保证实验顺利进行，对电路正常工作的电压、电流和信号波形应有一定的了解。另外，面对已出现的电路故障，应立即切断电源，保护现场，冷静分析故障原因，准确排除电路故障。四、撰写实验报告实验报告是对实验工作的全面总结，应对实验目的、原理（或理论知识）、任务（设计）、实验电路图、过程分析等主要方面有明确的叙述。撰写实验报告的主要工作是实验数据的处理。此时，要充分发挥曲线和图表的作用，其中的公式、图表、曲线应有编号、名称等，以保证叙述条理的清晰。为了保证整理后的数据的可信度，实2验报告中必须保留原始数据。此外，报告中还应包括实验中发现的问题、现象及事故的分析、实验收获及心得体会等。实验报告最重要的部分是实验结论，它是实验的成果，对此结论必须有科学的根据和来自理论及实验的分析。报告中还应指明实验中使用的仪器及元器件的型号名称等相关信息。3实验一常用实验仪器的使用【实验目的】学习示波器和信号发生器的使用方法。【仪器设备】VST－I便携式虚拟平台、DS1062E-EDU数字示波器【实验原理】一、示波器的基本测量方法示波器是一种综合性的电信号特性测试仪，用它可以直接显示电信号的波形，测量其幅值、频率以及同频率两信号的相位差等。电路实验中，这种基本电子测量仪器会多次用到。通过本实验，要求熟悉示波器的面板开关和旋扭的作用，初步学会示波器的一般使用方法。1.幅度—电压、电流的测定方法（1）读取电压幅值时，只需将被测信号所占坐标的格数（cm）乘以SCALE开关所指的刻度再乘以探头的衰减倍数即可。例如，示波器屏上波形如图1－1所示，正弦电压峰--峰值占有5个格子，SCALE开关指向0.5V，探头衰减倍数为10，则：UP−P=5.0cm×0.5V/cm×10=25V图1－1示波器屏幕波形图1－2取样电阻电路（2）测量电流一般用电阻取样法将电流信号转换为电压信号后，再进行测量。如图1-6所示，若要测量Z支路电流，先串接一个取样电阻R，通常取RZ。42.频率（周期）的测量方法（1）示波器测量信号的频率（周期）用示波器测量信号的频率（周期），实质上是确定波的周期（时间）坐标后（称为定时标），再与被测信号的周期进行比较测量。将被测信号X轴的一个周期所占的格子数（cm）乘以[t/cm]开关所指示的刻度即可测出周期。仍以图1－1为例，正弦信号一个周期在水平方向占8.2个格子，[t/cm]开关指向5ms，则T=8.2cm×5ms/cm=41ms所以正弦信号的周期为41ms，即频率为24.4Hz。（2）同频率两信号相位差角的测量方法采用双踪示波器，CH1、CH2两通道输入待测相位差的同频率两信号，若测得信号周期所占格数为A，信号的相位差所占的格数为B（如图1-3所示），则相位差角：360BA图1－3相位差的测量方法二、DS1062E-EDU系列为双通道示波器实验方法图1－4示波器前面板DS1062E-EDU系列为双通道加一个外部触发输入通道的数字示波器。前面板设计清晰直观，完全符合传统仪器的使用习惯，方便用户操作。为加速调整，便于测量，您可以直接使用AUTO键，将立即获得适合的波形显示和档位设置。其前面板如图1－4所示，显示面板如图1－5所示。5图1－5示波器显示面板1.示波器接入信号用示波器探头将信号接入通道1（CH1）：将探头连接器上的插槽对准CH1同轴电缆插接件（BNC）上的插口并插入，然后向右旋转以拧紧探头，完成探头与通道的连接后，将数字探头上的开关设定为10X。图1－6探头的连接示波器需要输入探头衰减系数。此衰减系数将改变仪器的垂直档位比例，以使得测量结果正确反映被测信号的电平（默认的探头菜单衰减系数设定值为1X）。设置探头衰减系数的方法如下：按CH1功能键显示通道1的操作菜单，应用与探头项目平行的3号菜单操作键，选择与您使用的探头同比例的衰减系数。如下图所示，此时设定的衰减系数为10X。6图1－7衰减系数的设定把探头端部和接地夹接到探头补偿器的连接器上。按AUTO（自动设置）按钮。几秒钟内，可见到方波显示。2.初步了解垂直系统在垂直控制区（VERTICAL）有一系列的按键、旋钮（其中，仅DS1000D-EDU系列有LA按键）。下面的练习逐步引导您熟悉垂直设置的使用。图1－8垂直控制区按钮示意图1）使用垂直旋钮在波形窗口居中显示信号。垂直旋钮控制信号的垂直显示位置。当转动垂直旋钮时，指示通道地（GROUND）的标识跟随波形而上下移动。2）改变垂直设置，并观察因此导致的状态信息变化。7可以通过波形窗口下方的状态栏显示的信息，确定任何垂直档位的变化。转动垂直旋钮改变“Volt/div（伏/格）”垂直档位，可以发现状态栏对应通道的档位显示发生了相应的变化。按屏幕显示对应通道的操作菜单、标志、波形和档位状态信息。按键关闭当前选择的通道。（3）初步了解水平系统在水平控制区（HORIZONTAL）有一个按键、两个旋钮。下面的练习逐渐引导您熟悉水平时基的设置。图1－9水平控制区示意图1）使用水平旋钮改变水平档位设置，并观察因此导致的状态信息变化。转动水平旋钮改变“s/div（秒/格）”水平档位，可以发现状态栏对应通道的档位显示发生了相应的变化。水平扫描速度从2ns*至50s，以1－2－5的形式步进。2）使用水平旋钮调整信号在波形窗口的水平位置。水平旋钮控制信号的触发位移。当转动水平旋钮调节触发位移时，可以观察到波形随旋钮而水平移动。三、信号发生器的使用信号发生器是产生各种时变信号电源的设备总称，常用的有正弦信号发生器、方波信号发生器、脉冲信号发生器等。输出信号的频率（周期）和输出幅值一般可以通过开关和旋钮加以调节。8“VST－Ⅰ便携式虚拟仪器平台”创造性地将电脑设计成具有多功能的实验室常用虚拟仪表，实现了仅需一人便可随身携带能测量电压、电流、电阻、频率、相位、波形、频谱、逻辑关系、瞬态数据，并能随机发生任意波形信号和具有实验用直流稳压电源的智能化多功能综合性虚拟仪器实验室。双击桌面VI2.0快捷方式，进入软件操作界面，如图1－10所示1－10仪器面板图图1－11VST－Ⅰ便携式虚拟仪器平台前面板DDS信号源又称直接数字合成信号源,USB接口,输出任意波形,输出失真小于3%，输出频率为1Hz～5MHz，主要用于需要函数信号输入的设备。使用步骤：①正弦波/矩形波/三角波/指数/梯形波/调制信号/高斯噪声/白噪声/任意波形：单击切换至对应波形输出设置。②幅度/频率调节：拖动幅度调节钮进行输出设置或直接数字输入。③信号输出：单击便可输出设置好的波形。④信号参数设置：单周期波/点数加倍/-20dB衰减/触发及偏移等。示波器通道1,通道2,EXT数字多用表程控直流稳压电源数采分析仪接口DDS信号源数字频率计逻辑信号源接口9【实验内容】1.熟悉示波器和信号发生器的各主要开关和旋钮的作用。2.用示波器测量给定信号的幅值和频率。把测出的频率与信号发生器的标称频率相比较，记下测量步骤和方法。【注意事项】1.在大致了解示波器和信号发生器的使用方法和各旋钮、开关的作用之后，再动手操