电工技术与电子技术

《电工技术与电子技术》实验指导书（袁南辉）编广东技术师范学院数字传媒实验中心二00六年五月六日教育技术系电工技术与电子技术实验指导1目录电工技术与电子技术实验室规则2实验报告的要求3学生课前应做的准备工作4基本实验技能和要求5实验一常用电子元件、常用仪器仪表的正确选择与使用8实验二电压源、电流源及实际电源两种模式等效变换的研究9实验三线性电路叠加性的研究13实验四三相电路电压、电流的测量17实验五一阶电路暂态过程的研究21实验六单管放大电路的研究24实验七设计型实验：组合逻辑电路设计29实验八计数器实验31教育技术系电工技术与电子技术实验指导2电工技术与电子技术实验室规则为了在实验中培养学生严谨科学的作风，确保人身和设备的安全，顺利完成实验任务，特制定以下规则。（1）教师应在每次实验前对学生进行安全教育。（2）严禁带电接线或拆线。（3）接好线路后，要认真复查，确信无误后，方可接通电源。如无把握，须请教师审查。（4）发生事故时，要保持镇定，迅速切断电源，保持现场，并向教师报告。（5）如欲增加或改变实验内容，须事先征得教师同意。（6）非本次实验所用的仪器、设备，未经教师允许不得动用。（7）损坏了仪器、设备，必须立即向教师报告，并写出书面检查。责任事故要酌情赔偿。（8）保持实验室整洁、安静。（9）实验结束后，要拉下电闸，并将有关实验用品整理好。教育技术系电工技术与电子技术实验指导3实验报告的要求实验报告所含具体内容要求如下：（1）实验目的（2）课前完成的预习内容包括报告书所要求的理论计算、回答问题、设计记录表格等。（3）实验数据表格及处理此处所指数据是课后根据实验原始记录整理重抄的正式数据，并按指导书要求做必要处理。（4）实验总结即完成指导书所要求的总结、问题讨论及自己的心得体会。如有曲线，应在坐标纸上画出。教育技术系电工技术与电子技术实验指导4学生课前应做的准备工作（1）阅读指导书，了解实验内容，明确实验目的，清楚有关原理。（2）事先完成正式实验报告中的“实验目的”和“实验预习”两项内容，特别是预习实验，必须在课前认真完成，否则不准做实验。（3）按实验指导书要求，设计原始数据记录表格，以备实验记录和课后整理用。教育技术系电工技术与电子技术实验指导5基本实验技能和要求要求通过本课程的实验，能使同学们掌握实验的基本技能，希望同学们在实验中注意培养和训练。1．安全操作训练和科学作风培养（1）接线时最后接电源部分（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。出现事故时应立即断开电源，并向教师报告情况，检查原因。勿乱拆线路。（2）接完电路后，在开始实验前应做好准备工作①调压器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。②电压表、电流表或其他测量仪器（如万用表、数字万用表）的量程应置于经过估算的一挡或最大量程挡上。（3）合电源闸前要得到教师和同组人的允许。每次开始操作前应告诉同组的人，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（防止电动机启动电流冲击）；有些仪器用保险丝作过载保护，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（在实验前先操作和观察一下），其目的在于：①看电路运行及仪表指示是否正常；教育技术系电工技术与电子技术实验指导6②看所测电量数据变化趋势，以便确定实验曲线取点；③找出变化特殊点，作为取数据时的重点；④熟悉操作步骤。2．一些实验技能（1）接线能力①合理安排仪表元件的位置，接线该长则长、该短则短，尽量做到接线清楚、容易检查、操作方便。②接线要牢固可靠。③先接电路的主回路，再接并联支路。有些电路，主电路电流大用粗导线，控制电路电流小则用细导线。（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：凡变化急剧时地方取点密，变化缓慢处取点疏。应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值①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。②在电表量程与表面分度一致时，可以直读。不一致时则先读分度数，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，避免夸大或忽略实验结果的误差。3．使用设备的一般方法教育技术系电工技术与电子技术实验指导7（1）了解设备的名称、用途、铭牌规格、规定值及面板旋钮情况。（2）着重搞清楚设备使用的极限值。①着重搞清楚设备情况。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；电机有最大输出功率限制；信号源有最大输出功率及最大信号电流限制。②对量测仪表仪器，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，否则会损坏设备。对多量程仪表（如万用表）要正确使用量程，千万不能用欧姆挡测量电压或用电流挡测量电压等。③了解设备面板上各旋钮的作用。使用时应放在正确位置，禁止无意识地乱拨动旋钮。④正式使用设备前应设法判断其是否正常。有自校功能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。教育技术系电工技术与电子技术实验指导8实验一常用电子元件、常用仪器仪表的正确选择与使用一、实验目的1．学会识别常用电路元件。2．学会用万用表测量元件的电阻值及判别元件的极性。3.熟悉电压表、电流表、欧姆表的基本原理，学会校验电工仪表的基本方法。4．掌握实验台上直流仪表、直流稳压电源、信号源、示波器的使用方法。二、实验要求在工业中心数摸实验室进行，演示为主，不要求写实验报告。实验二电压源、电流源及实际电源两种模式等效变换的研究一、实验目的1．掌握建立电源模型的方法。2．掌握电源外特性的测试方法。3．加深对电压源和电流源特性的理解。4．研究电源模型等效变换的条件。二、实验原理说明1．电压源和电流源教育技术系电工技术与电子技术实验指导9电压源具有端电压保持恒定不变，而输出电流的大小由负载决定的特性。其外特性，即端电压U与输出电流I的关系U＝f（I）是一条平行于I轴的直线。实验中使用的恒压源在规定的电流范围内，具有很小的内阻，可以将它视为一个电压源。电流源具有输出电流保持恒定不变，而端电压的大小由负载决定的特性。其外特性，即输出电流I与端电压U的关系I＝f（U）是一条平行于U轴的直线。实验中使用的恒流源在规定的电流范围内，具有极大的内阻，可以将它视为一个电流源。2．实际电压源和实际电流源实际上任何电源内部都存在电阻，通常称为内阻。因而实际电压源可以用一个内阻Rs和电压源Us串联表示，其端电压U随输出电流I增大而降低。在实验中，可以用一个小阻值的电阻与恒压源串联来模拟一个实际电压源。实际电流源用一个内阻Rs和电流源Is，并联表示，其输出电流I随端电压U增大而减小。在实验中，可以用一个大阻值的电阻与恒流源相并联来模拟一个实际电流源。3.实际电压源和实际电流源的等效互换一个实际的电源，就其外部特性而言，既可以看成是一个电压源，又可以看成是一个电流源。若视为电压源，则可用一个电压源Us与一个电阻Rs串联表示；若视为电流源，则可用一个电流源Is与一个电阻Rs并联来表示。若它们向同样大小的负载供出同样大小的电流和端电压，则称这两个电源是等效的，即具有相同的外特性。实际电压源与实际电流源等效变换的条件为：（1）取实际电压源与实际电流源的内阻均为Rs；（2）已知实际电压源的参数为Us和Rs，则实际电流源的参数为Is=Us/Rs和Rs；若已知实际电流源的参数为Is和Rs，则实际电压源的参数为Us＝IsRs和Rs。三、实验任务与步骤教育技术系电工技术与电子技术实验指导101.测定电压源（恒压源）与实际电压源的外特性实验电路如2-1图所示，图中的电源Us用恒压源中的+5V输出端，Rl取200Ω的固定电阻，R2取470Ω的电位器。调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表2-1中。图2-1图2-2表1电压源（恒压源）外特性数据R2I（mA）U（V）在图2-1电路中，将电压源改成实际电压源，如图2-2所示。图2-2中内阻Rs取51Ω的固定电阻，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表2-2中。表2-2实际电压源外特性数据R2（Ω）I（mA）U（V）2．研究电源等效变换的条件按图2—3电路接线，其中图2—3a、b中的内阻Rs均为51Ω，负载电阻R均为200Ω。在图a电路中，Us用恒压源中的+5V输出端，记录电流表、电压表的读数。然后调节图教育技术系电工技术与电子技术实验指导11b电路中的恒流源Is，令两表的读数与图a的数值相等。记录Is之值，验证等效变换条件的正确性。图2-3a图2-3b四、实验设备1.电工电子教学实验台：直流数字电压表、直流数字电流表、双路恒压源（0～30v可调）、恒流源（0～500mA可调）。2.实验所需的各种元件、接插件。五、实验注意事项1．在测电压源外特性时，不要忘记测空载（I＝0）时的电压值；测电流源外特性时，不要忘记测短路（U＝0）时的电流值。注意恒流源负载电压不可超过20V，负载更不可开路。2．换接线路时，必须关闭电源开关。3．直流仪表的接入应注意极性与量程。六、实验思考题1．电压源的输出端为什么不允许短路？电流源的输出端为什么不允许开路？2．说明电压源和电流源的特性。其输出是否在任何负载下能保持恒值？3．实际电压源与实际电流源的外特性为什么呈下降变化趋势，下降的快慢受哪个参数影响？4．实际电压源与实际电流源等效变换的条件是什么？所谓“等效”是对谁而言？电压教育技术系电工技术与电子技术实验指导12源与电流源能否等效变换？七、实验报告要求1．根据实验数据绘出电源的四条外特性，并总结、归纳两类电源的特性。2．根据实验结果验证电源等效变换的条件。实验三线性电路叠加性的研究一、实验目的1．验证线性电路叠加原理的正确性，从而加深对线性电路的叠加性的认识和理解。2．学会直流数字电压表、直流数字电流表的使用方法。二、实验原理与说明叠加原理指出：在几个电源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个电源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。具体方法是：一个电源单独作用时，其他的电源必须去掉（电压源短路，电流源开路）；在求电流或电压的代数和时，当电源单独作用电流或电压的参考方向与共同作用时的参考方向一致时，符号取正，否则取负。在图3－1中，I1=I1’-I2”I2=-I2’+I2”I3=I3’+I3”U=U’+U”（a）（b）（c）图3-1叠加原理反映了线性电路的叠加性。叠加性只适用于求解线性电路中的电流、电压。对于非线性电路，叠加性和齐次性都不适用。教育技术系电工技术与电子技术实验指导13三、实验任务与步骤实验电路如图3-2所示。图3-2中，R1＝R3＝R4=510Ω，电源Us1用直流电源中的+12v输出端，Us2用0～30v双路恒压源输出端，并将输出电压调到+6V（以直流数字电压表读数为准），将开关S3投向R3侧。图3-2（1）USl电源单独作用（将开关S1投向USl侧，开关S2投向短路侧），参考图3-1画出电路图，标明各电流、电压的参考方向。用直流数字毫安表接电流插头测量各支路电流：将电流插头的红接线端插入数字毫安表的红（正）接线端，电流插头的黑接线端插入数字毫安表的黑（负）端。测量各支路电流时，按规定，在结点A，电流表读数为“＋”，表示电流流出结点；读数为“—”，表示电流流入结点。然后根据电路中的电流参考方向，确定各支路电流的正、负号，并将数据记入表3－1中。表3－1实验数据一测量项目实验内容Us1(V)Us2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)Us1单独120教育技术系电工技术与电子