电子系统基础实验指导书.doc

电路基础实验实验一 直流非线性电阻特性测试一、实验目的1、 学会直流稳压电源和万用表的使用方法；2、 了解普通二极管和稳压二极管的伏安特性；3、 学会伏安特性的逐点测试法。二、实验器材实验器材型号用途编号直流稳压电源万用表实验箱三、相关知识 1、判断二极管、稳压二极管极性的方法。将万用表置于1k或100欧姆档，测量二极管或稳压二极管两个方向的电阻，在两次测量中，电阻阻值较小的那次，与万用表“黑”表笔所接的那一端为正极，另一端为负极。2、以某一参量为参考量，通过逐点改变此参考量的数值，来测量和考察与之相关量的变化情况的实验方法称为逐点测试法。在采用逐点测试法时，随着参考量的变化，被测量数据变化缓慢时，应适当扩大参考量的变化幅度。反之，减小参考量的变化幅度。四、预习思考题1、为什么测量电流时电压表能不能同时接在电路中？2、如何用万用表判断二极管和稳压二极管的好、坏和正、负极？五、实验任务与规定测量电阻R=820、2CP型二极管和2CW型稳压二极管串联电路的总伏安特性及各个元件的伏安特性。电路如图1-1所示。改变电源电压E的大小，测出相应的电流I、串联支路的总电压U和各个元件的电压UR、U2cp、U2cw，列表记录。总电压U取值范围：012V。 图1-1 实验电路六、注意事项1、 在将直流稳压电源接入电路前，一定要用万用表测量其输出电压，保证总电路电压不超过12V。2、 认真判断二极管和稳压二极管极性。3、 测量电流时，电压表不能同时接在电路中。实验数据表格UIURU2cpU2cwU=UR+U2cp+ U2cwU=U-U=(U/U)100%七、思考题1、假如本实验所用稳压二极管的稳压值为5V，规定取十个测量点，均匀取点吗？若是不均匀取点，请问该如何选取？2、假如将电阻R的阻值增大10倍或减小为本来的1/10，会得到什么样的测试结果？试定量分析测试结果？3、分析本实验中电压表内阻对测量结果的影响。实验二 有源二端网络等效参数的测试一、实验目的1、熟悉直流稳压电源和万用表的使用方法；2、掌握测量有源二端网络中值内阻的一般方法；3、学会用零示法测量有源二端网络的开路电压。二、实验器材实验器材型号用途编号直流稳压电源万用表可变电阻箱实验箱三、相关知识有源二端网络示意图如图2-1所示，有源二端网络等效内阻一般分为三个阻段： 低值阻段：01；中值阻段：11M；高值阻段：1M以上。图2-1 有源二端网络示意图1、有源二端网络开路电压测量方法（1） 直测法有源二端网络输出端开路，用电压表直接测量其输出端开路电压。（2）零示法在测量高内阻的开路电压时，用电压表进行直接测量，会导致较大误差，由于电压表的内阻会带来很大影响。为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示法测量。零示法测量是用低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当标准电源的电压与有源二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为零，然后将电路断开，测量此时的标准电源电压，即为被测有源二端网络的开路电压。测试电路如图2-2所示。图2-2 零示法2、有源二端网络的中值内阻的测量方法（1） 开路电压短路电流法有源二端网络输出端短路，测量其短路电流，则中值内阻为，其中为有源二端网络开路输出电压。（2） 伏安法用万用表测出有源二端网络的外特性如图2-3所示。根据外特性曲线求出斜率，则等效内阻。通常测量时，不必测出所有伏安特性曲线，图2-3 有源二端网络外特性只要测量出两个点，就可以求出等效内阻。例如测出A、B两点的电流、电压，其内阻即可由求出。注意：稳压电源因其内阻低，不能测其短路电流。（3）半电压法 如图2-4所示，当负载电压为被测网络开路电压一半时，负载电阻即为被测有源二端网络的等效内阻值。图2-4半电压法示意图四、预习思考题1、简述电路的等效变换概念。2、简述二端口网络定义。五、实验任务与规定实验电路如图2-4所示，分别用开路电压短路电流法、半电压法和伏安法测量其等效中值内阻。对三种方法的测量结果进行比较，分析各种方法误差大小。被测网络中电源电压标称值为9V，且规定采用直接测量法和零示法两种方法测量开路电压值。 图2-4 实验电路六、注意事项用伏安法测量等效内阻。测量3组以上电压、电流值，通过求取均值的方法求得等效内阻。七、实验数据表开路电压短路电流法直测法零示法半电压法伏安法八、思考题1、 在测量开路电压时，与直测法相比为什么零示法可以大大减小误差？用零示法测量开路电压时，电压表的量程应如何选择？2、 在采用伏安法测量等效内阻时，如何提高测量精度？3、 简要分析开路电压短路电流法、半电压法和伏安法的测量结果，说明误差产生原因。实验三 常用电子仪器使用练习一、实验目的1、学习示波器、函数信号发生器和毫伏表的重要技术指标、性能及对的使用方法。2、初步掌握用示波器观测信号波形和读取波形参数的方法。二、实验器材实验器材型号用途编号示波器函数信号发生器直流稳压电源毫伏表实验箱三、相关知识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。它们和万用表一起，可以完毕对模拟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，观测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3-1所示。接线时应注意，为防止外界干扰，各仪器的公共接地端必须连接在一起，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。图3-1模拟电子电路中常用电子仪器布局图示波器是一种用途很广的电子测量仪器，它既能直接显示电信号的波形，又能对电信号进行各种参数的测量。现着重指出下列几点：（1）寻找时基线将示波器Y轴显示方式置“Y1”或“Y2”，输入耦合方式置“GND”，开机预热后，若在显示屏上不出现光点和时基线，可按下列操作去找届时基线：适当调节“辉度”旋钮。触发方式开关置“自动”。适当调节垂直（）、水平（）“位移”旋钮，使时基线位于屏幕中央。（2）双踪示波器一般有五种显示方式，即“Y1”、“Y2”、“Y1Y2”三种单踪显示方式和“交替”、“断续”二种双踪显示方式。“交替”显示一般合用于输入信号频率较高情况；“断续”显示一般合用于输入信号频率较低情况。（3）为了显示稳定的被测信号波形，“触发源选择”开关一般选为“内”触发，使扫描触发信号取自示波器内部的Y通道。（4）单踪显示时，选被测信号为触发源信号；双踪显示时，选周期大的信号为触发源信号，若周期相同，则选幅度较大的信号为触发源信号。（5）触发方式开关通常先置于“自动”调出波形后，若波形不稳定，可通过调节“触发电平”旋钮找到合适的触发电压，使被测试的波形稳定地显示在示波器屏幕上。假如由于选择了较慢的扫描速率，显示屏上将会出现波形闪烁的情况，但波形不在X轴方向左右移动，这样的现象仍属于稳定显示。（6）适当调节“扫描速率”开关及“Y轴灵敏度”开关使屏幕上显示13个周期的被测信号波形。在测量幅值时，应注意将“Y轴灵敏度微调”旋钮置于“校准”位置。在测量周期时，应注意将“X轴扫速微调”旋钮置于“校准”位置。还要注意“扩展”按钮的位置。根据被测波形在屏幕上垂直方向所占的格数（div或cm）与“Y轴灵敏度”旋钮指示值（v/div）的乘积，即可算得信号幅值的实测值。根据被测信号波形一个周期在屏幕坐标刻度水平方向所占的格数（div或cm）与“扫速”旋钮指示值（t/div）的乘积，即可算得信号频率的实测值。 四、预习思考题1、预习示波器、毫伏表、函数信号发生器的功能和使用方法。五、实验任务与规定1、调节函数信号发生器，使其输出频率为1kHz，峰峰值为60mV，不含直流成分的正弦信号，用示波器观测此信号，记录其实际周期值，并用坐标纸记录示波器荧光屏上显示的被测信号波形；用毫伏表测量其有效值，并作记录。2、调节函数信号发生器，使其输出频率kHz，峰峰值为0.5V，含0.5V直流成分的正弦信号，用示波器观测此信号，记录其实际周期值，并用坐标纸记录示波器荧光屏上显示的被测信号波形；用毫伏表测量其有效值，用万用表测量其直流成分，并作记录。3、调节函数信号发生器，使其输出周期为0.1mS，峰峰值为2V，占空比为30%，单向正脉冲信号，用万用表测量其直流成分大小，用示波器观测此信号，记录其实际直流分量和频率值，并用坐标纸记录示波器荧光屏上显示的被测信号波形。4、提高实验规定（1）调节函数信号发生器，使其输出周期为1mS（示波器显示值），峰峰值为V，占空比为50%，含0.5V直流成分的矩形波信号，用示波器观测此信号，记录其实际频率值（信号源显示值），并用坐标纸记录示波器荧光屏上显示的被测信号波形。图3-2双踪显示法和椭圆法连线图（2）示波器测量两个信号的相位差 用1k的电阻和0.1F的电容组成一个RC移相网络，输入1kHz的正弦信号，用示波器分别测量从电阻上和从电容上输出的信号与输入信号的相位差。分别用双踪显示法和椭圆法测量，用坐标纸记录示波器荧光屏上显示的波形，并算出相位差。电路连接如图3-2所示。六、思考题1、用示波器测量交流信号的周期和大小时，如何才干保证其测量精度？2、请在实验中调出如现图3-3所示的示波器不正常现象，解释这些现象出现的因素及消除这些不正常现象的方法。其中是接通电源但未输入信号时的情况，是观测正弦信号时的情况。图3-3 示波器出现的各种不正常现象3、实验中试着用手去触摸示波器的输入探头，在示波器上看到的是什么信号的波形？为什么会看到这个波形？4、交流毫伏表能否直接读取三角波的有效值？是否可以用来测量直流电压的大小？实验四 微分电路与积分电路研究一、实验目的1、加深理解一阶电路基本性质；2、理解微分电路和积分电路的概念；3、进一步熟悉示波器和信号发生器的使用方法。二、实验器材实验器材型号用途编号函数信号发生器双踪示波器实验箱三、相关知识 1、RC电路的充电（a）RC电路 （b）RC电路的充电图4-1 RC电路的充电 在图4-1（a）的电路中，开关S接通时电容器被充电，电流i如图（b）所示，开始电流很大，然后逐渐变小。 在理论上计算电流时可以用下式表达。 （1）因此电容器C的电压vc将如图（b）所示，随着时间的变化而逐渐接近电源的电压E。2、RC电路的放电在图4-2（a）的电路中，使已充电的电容器C在开关S一接通时就通过电阻开始放电，电流如图（b）所示逐渐减小。此时的电流表达式与式(1)相同。（a）RC电路 （b）RC电路的放电图4-2 RC电路的放电3、时间常数 充放电的快慢由RC乘积决定。RC称为时间常数，此时电流、电压都达成最终值的63.2%。再通过2.3RC时，电流、电压都达成最终值的90.0%。图4-3 时间常数4、微分电路将脉冲电压vi 加在图4-4（a）的RC电路时，其输出v0的波形随着R、C的值按图（b）所示变化。图中右侧的波形是只在输入有变化时才有输出。如图4-4所示，RC T的电路称为积分电路。积分电路重要用在锯齿波发生电路或电视机的同步分离电路。（a）积分电路 （b）时间常数与输出v0的关系图4-5积分电路的时间常数与输出v0的关系6、网络频率特性的定义网络的响应向量与激励向量之比是频率的函数，称为正弦稳态下的网络函数。表达为其模随频率变化的规律称为幅频特性，辐角随频率变化的规律称为相频特性。为使频率特性曲线具有通用性，常以作为横坐标。通常，根据随频率变化的趋势，将RC网络分为“低通（LP）滤波电路”、“高通（HP）滤波电路”、“带通（BP）滤波电路”、“带阻（BP）滤波电路”等。这里以“低通（LP）滤波电路”、“高通（HP）滤波电路”为例进行简要分析。（1）RC低通网络 如图所示，其网络函数为 其模为 辐角 显然，随着频率的增高，将减小，这说明低频信号可以通过，高频信号被衰减或克制。当时，即，通常把减少到0.707时的角频率称为截止角频率。（2）RC高通网络RC高通网络，其网络函数为其模为辐角 显然，随着频率的减少，将减小，这说明高频信号可以通过，低频信号被衰减或克制。当时，。7、点频法测量频率特性点频法又叫逐点测量法，就是运用实验室中常见的仪表，测试电路在不同的频率点下相应的信号大小，运用得到的数据，做出信号大小随频率变化的曲线。具体测量方法如下：1) 正弦输入信号的幅度选择适当的大小，并保持不变；2) 示波器同时监测输入、输出波形，保证电路工作正常（电路无干扰、无自激，输出波形无非线性失真等）；改变输入信号的频率，用晶体管毫伏表测量不同频率时输出电压的有效值；3) 运用测得的有效值和相应的频率值，绘制幅频特性曲线；4) 用示波器测量输入与输出波形的相位差。测量时注意事项：1) 测量时输入信号的电压大小要保持不变（用晶体管毫伏表监测），假如随着频率的改变输入电压大小有变化，必须调节信号源使被测电路输入信号维持本来的大小。2) 尽量合理选择测试点，为此可以先大体测一下上、下截止频率的大约数值，然后在它们附近多测几点，而曲线变化比较平坦的地方可以少取测试点。3) 在频率较高时，要考虑到晶体管毫伏表输入阻抗的电容分量以及引线分布电容对测试精度的影响，必要时应换用高频毫伏表。点频法测量放大器的幅频特性曲线的优点：1) 测试原理简朴；2) 可采用常用的简朴仪器进行测量。点频法测量放大器的幅频特性曲线的缺陷：1) 由于需要选取的频率点较多，所以操作繁琐费时，改变一次电路元件，需要重新逐点再测试一遍，假如元件调节较多，则工作量巨大；2) 测量数据不连续，有也许由于取点的不合理或者不够多而漏掉某些细节；3) 不能反映电路的动态幅频特性。由于点频法测量幅率特性存在一定的缺陷，不便于电路的调测，人们在点频法的基础上发展了新测试方法，即扫频法。扫频法是使用专用的扫频仪，在荧光屏上直观地显示出幅频特性曲线，可以一边调整被测放大器中的有关元件，一边观测幅频特性曲线的变化，从而得到符合规定的幅频特性曲线。关于扫频法及扫频仪的使用请查阅相关资料，此处不再具体介绍。四、预习思考题1、 请简述幅频特性的定义。2、 请简述RC低通、高通滤波电路的基本工作原理。五、实验任务与规定1、微分电路测试（1）按图4-6连线，。（2）输入信号为单向脉冲信号，频率，幅度，占空比为50%（3）用示波器观测输入、输出波形，在同一坐标系中按1：1的比例绘制波形，并求出值。（4）用示波器监测输入、输出信号。保持输入正弦波峰峰值为5V不变，改变频率，用毫伏表测量输出电压。设500kHz时正弦波的有效值为中频段信号的大小，测定下截止频率。（5）改变参数，按（2）、（3）规定绘制输入、输出波形。 图4-6 微分电路 图4-7 积分电路2、积分电路测试（1）按图4-7连线，。（2）输入信号为单向脉冲信号，频率为，幅度为，占空比为50%。（3）用示波器观测输入、输出波形，在同一坐标系中按1：1的比例绘制波形。（4）用示波器监测输入、输出信号。保持输入正弦波峰峰值为5V不变，改变频率，用毫伏表测量输出电压。设1kHz时正弦波的有效值为中频段信号的大小，测定上截止频率。（5）改变参数，按（2）、（3）规定绘制输入、输出波形。六、注意事项1、 用点频法测量时，应先测出截止频率，然后在截止频率两侧依次选取10个以上测试点。2、 测试过程中，当改变函数信号发生器的频率时，其输出电压有时将发生变化，因此，测试时，需要用毫伏表或示波器监测输入信号大小，使其保持不变。 3、测量上、下截止频率时，可将示波器探头拨到“10”档，以提高示波器输入阻抗。七、思考题1、 从实验结果来看，哪组微分电路的波形满足微分电路的规定？输出信号最大值是否与理论值一致？为什么？2、 从实验结果来看，哪组积分电路的波形满足积分电路的规定？输出信号最大值是否与理论值一致？为什么？