工学电工电子学实验指导书.docx

1、工学电工电子学实验指导书电工电子学实验指导书信息学院实验中心 2012年2月目录实验一 电路基本定律- 2 -实验二 RC一阶电路响应测试- 6 -实验三 三相交流电路- 9 -实验四三相异步电动机的控制- 12 -实验五共射极单管放大电路- 15 -实验六集成运算放大器- 19 -实验七门电路与触发器- 22 -实验八集成计数器与寄存器的应用- 25 -实验九 555定时器及其应用- 29 -实验十直流稳压电源综合实验- 31 -实验一 电路基本定律一、实验目的1验证基氏定律（KCL、KVL）2验证迭加定理3验证戴维南定理4加深对电流、电压参考方向的理解5正确使用直流稳压电源和万用电表二、仪

2、器设备1TPEDG2电路分析实验箱 1台2MF10 型万用表及数字万用表各1台三、预习内容1认真阅读TPEDG2电路分析实验箱使用说明（见附录）2预习实验内容步骤；写预习报告，设计测量表格并计算理论值3根据TPEDG2电路分析实验箱设计好连接线路四、实验原理1基尔霍夫电流、电压定律及叠加定理（1）基尔霍夫电流定律（KCL）在集总电路中，任一瞬时，流向某一结点的电流之和等于由该结点流出的电流之和。图1-1 验证基尔霍夫电流、电压定律电路原理图电路原理图及电流的参考方向如图1-1所示。根据KCL，当E1、E2共同作用时，流入和流出结点A的电流应有：I1+I2-I3=0成立。（2）基尔霍夫电压定律（

3、KVL）在集总电路中，任一瞬时，沿任一回路所有支路电压的代数和恒等于零。其电路原理图及电流的参考方向如图1-1所示。根据KVL应有：E1-UR1-UR3=0；或E1-UR1+UR2-E2=0；或E2-UR1-UR2=0成立。（3）叠加定理在线性电路中，任一支路中的电流（或电压）等于电路中各个独立源分别单独作用时在该支路产生的电流（或电压）的代数和。所谓一个电源单独作用是指除了该电源外其他所有电源的作用都去掉，即理想电压源所在处用短路代替，理想电流源所在处用开路代替，但保留它们的内阻，且电路结构不作改变。由于功率是电压或电流的二次函数，因此叠加定理不能用来直接计算功率。电路原理图及电流的参考方向

4、如图1-1所示。分别测量E1、E2共同作用下的电流I1、I2、I3；E1单独作用下的电流I1、I2、I3和E2单独作用下的电流I1、I2、I3。根据叠加原理应有：I1=I1+ I1； I2= I2+ I2； I3=I3+ I3成立。2戴维南定理任何一个线性有源二端口网络，对于外电路而言，总可以用一个理想电压源和电阻的串联形式来代替。理想电压源的电压等于原二端口网络的开路电压UOC，其电阻（又称等效电阻）等于网络中所有电压源短路、电流源开路时的入端等效电阻Req，见图1-2。图1-2 戴维南定理示意图（1）开路电压的测量方法a直接测量法：当有源二端网络的等效电阻Req与电压表的内阻相比可以忽略不

5、计时，可以直接用电压表测量开路电压。b零示法：在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表直接测量会造成较大误差。为了消除电压表内阻的影响，采用零示法。即用一个低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电源的输出电压与二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为0。然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压，即为二端网络的开路电压UOC。（2）等效电阻的测量方法a短路电流法：用电压表测得开路电压UOC后，将开路端短路，测其短路电流ISC，则等效电阻Req=UOC/ISC。此方法测量简便，但可能因短路电流过大会损坏电路内部的元件，对于等效电阻较小的二端网络，一般不宜采用。b两次电压测

6、量法：先测开路电压UOC，再在开路端接一个已知负载电阻RL，测RL两端的电压UL，则等效电阻。c半电压测量法：调电位器RL大小，当其两端的电压等于二端网络开路电压的一半时，RL的阻值即为等效电阻Req的值。d直接测量法：当二端网络的等效电阻与万用表内阻相比可忽略不计时，可用万用表欧姆档直接测量二端网络的等效电阻Req。五、实验内容与步骤1、验证基尔霍夫电流（KCL）、电压（KVL）定律实验线路中取的E1=3V、E2=6V，R1=R2=R3=1k，连接电路，测量各支路电流及各元件两端的电压值，验证结果，自拟表格。2、验证叠加定理测量E1、E2单独作用和共同作用时，各支路的电流值。数据填入表1-1

7、。表1-1 验证叠加定理I1（mA）I2（mA）I3（mA）计算测量误差计算测量误差计算测量误差E1作用E2作用E1、 E2作用3、验证戴维南定理用戴维南定理测量R3支路的电流I3。按实验原理，选择合适的测量方法测量开路电压UOC和等效电阻Req的值。然后用直流电压源和可变电位器分别调出UOC和Req的值，再串上R3支路，测量R3支路的电流I3。注意：1一定要接好线后再开电源，切勿带电接线。2选定参考方向后，按参考方向插入指针式万用表表笔。测量电压或电流时， 如果指针正偏，测量值为正，电压或电流的实际方向与参考方向一致；如指针反偏，则必须调换万用表表笔极性，重新测量，此时，测量值为负正，说明电

8、压或电流的实际方向与参考方向相反。六、实验报告要求1数据分析：用你所测得的实验数据如何验证定律及定理的？2与计算值比较，分析误差原因。3请回答问题：1）你是如何通过电流表的串入，测试并理解参考方向这一概念的？2）在验证戴维南定理的实验中，如果线性二端网络的内阻和你所用的万用电表内阻接近时，应选用实验原理中讲述的哪种方法测量Req值？实验二RC一阶电路响应测试一、实验目的 1. 掌握RC一阶动态电路零状态响应和零输入响应的概念。 2. 学习电路时间常数的测量方法。 3. 掌握有关微分电路和积分电路的概念。 4. 进一步学会用示波器观测波形。二、仪器设备1TPEA3模拟电路实验箱 1台2YB160

9、2P 系列功率函数信号发生器 或EM1652 系列数字信号源 1台3KENWOOD CS-4125A 20MHz 2通道示波器 1台三、实验原理1 RC电路的方波响应图2-1（a）所示为RC串联电路。为了用示波器观察电路的暂态过程，用方波来代替输入阶跃信号。在ui端加方波信号时，电容两端的响应波形如图2-1（c）所示。图2-1 方波激励下电容的响应波形图（c）中，ab段曲线是电容器的充电过程，即零状态响应过程。此过程维持时间的长短与时间常数有关，=RC。当t=时，电容电压uC（）=0.632Um（Um为方波信号的峰值）；当t=5时，电容电压uC（5）=0.993Um。通常认为t=5时，电路暂态

10、过程结束，进入新的稳定状态。bc段是电容器的放电过程，即零输入响应过程。当t=时，电容电压uC（）=0.368Um；当t=5时，电容电压uC（5）=0.007Um，此时电路已接近稳定状态。图2-2输入正负对称方波时电容端的全响应波形由于函数信号发生器输出的是正负对称的方波，因此，当此信号作为RC电路的阶跃信号时，电路是一个输入阶跃和电容初始值均不为零的全响应过程，如图2-2。2用示波器测量时间常数在电容充电响应波形上，沿波形在纵轴上找到0.632Um值的点，通过该点做垂线与横轴相交，读出该点到充电波形起始端之间的格数a，则时间常数=a扫描时间s/div。（注意扫描微调要放在CAL校准位置）。3

11、微分电路和积分电路微分电路和积分电路是电容器充放电现象的一种应用，电路如图2-3所示。微分电路中，当时间常数很小时，输出电压uR正比于输入电压ui的微分，即；积分电路中，当时间常数很大时，输出电压uC正比于输入电压ui的积分，即。 (a)微分电路 (b) 积分电路图2-3 微分电路与积分电路当输入电压ui的波形为正负对称的方波时，微、积分电路输入、输出电压波形如图2-4所示。如改变时间常数与方波脉冲宽度tP的比值，电容器充放电的快慢就不同，因此输出电压的波形就不同。(a) 微分电路uR波形 (b) 积分电路uC波形图2-4 微分、积分电路输出波形在微分电路中，当tP时，电容器充电很慢，输出电压

12、uR与输入电压ui的波形很相近。随着和tP比值的减小，电阻两端电压uR的波形逐渐变成正负尖脉冲，如图2-4（a）所示。越小，尖脉冲越陡。因此，构成微分电路的条件是：（1）tP（通常tP时，电容器充电缓慢，后又经电阻缓慢放电，电容两端电压uC的波形逐渐变成三角波，越大，充放电越缓慢，输出三角波的线性度越好，如图2-4（b）所示。因此，构成积分电路的条件是：（1）tP（通常5tP），（2）从电容两端输出。四、实验内容1根据RC电路的全响应波形，观察零状态和零输入响应过程，并通过波形测量时间常数由函数信号发生器输出Upp3V、f1kHz（tP=T/2=0.5ms）的方波作为阶跃信号。设计实验电路，在

13、元件参数满足要求时，通过示波器测量时间常数，并与计算值比较误差。2观察RC电路的微分响应按实验原理选择电阻、电容参数及方波信号的频率，观察 tP（一般tP时ui和uC的波形，并测量uR峰峰值。改变电阻或电容的参数，使值减小时，观察uC波形的变化。五、实验注意事项1实验前，掌握示波器各旋钮的功能。观察双踪时，要特别注意相应开关、旋钮的操作与调节。2信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起“共地”，以防外界干扰而影响测量的准确性。3示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时，应将辉度调暗，以延长示波管的使用寿命。六、思考题1什么样的电信号可作为RC一阶电路零输入响应、零状态响应和完全

14、响应的激励源？2当输入方波信号频率升高或降低时，如保持R、C值不变，其响应是否改变？通过实验验证。3何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？它们在方波序列脉冲的激励下，其输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功用？七、实验报告1根据实验观测结果，在方格纸上绘出RC一阶电路充放电时uC的变化曲线，由曲线测得值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。2根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的特征。实验三 三相交流电路一、实验目的1验证三相电路中线量与相量的关系；2学习三相负载的星形和三角形联接方法，观察中线的作用；3学习用二瓦表测量有功功率。二、实验仪

15、器电机与电力控制实验装置 一台数字万用表 一块A3380系列钳型表 一台三、预习要求1）复习三相交流电路的内容，熟悉实验步骤，写预习报告。 2）预习A3380系列钳型表的使用（见附录）。3）根据负载（灯泡25w，230V）的参数估算电路中负载电流的大小。4）复习三功率表的使用。四、实验内容及步骤 1电灯负载作Y形联接，如图3-1：（负载为25w，230V灯泡）图3-1负载作Y形联接（1）每相开3盏灯构成对称负载，当电源电压为线电压380V时，分别在有中线和无中线两种情况下测量各负载上的相电压、相电流及中线电流I0、填入下表。（2）每相分别开1、2、3盏灯构成不对称负载，分别在下面两种情况下测量

16、各负载上的相电压、相电流及中线电流I0，填入下表，比较两种情况下，每相之间灯的亮度有无变化。量 名相电压 中线各相电流及灯亮度灯数亮度比较灯数亮度比较灯数亮度比较对称有中线380V无中线380V不对称有中线380V无中线220V2电灯负载作形联接，如图3-2：（负载为25w，230V灯泡）电源电压为线电压220V，负载作三角形联接，分别在对称负载（每相3盏灯）及不对称负载（123盏灯）两种情况下，测量每相的线电流及相电流，并观察两种情况下，每相之间灯的亮度变化。图3-2 负载作形联接IAIBICIABIBCICA对称不对称3用二瓦表法测三相有功功率三相三线制供电系统中，无论三相负载是否对称，也

17、无论负载是Y接还是接，都可用二瓦表法测量三相负载的总有功功率。实验电路如图3-3所示。分别测量Y接和接对称负载时的功率，数据填入下表。连线时注意功率表的电流线圈要串联在电路中，电压线圈要并联在电路中。图3-3负载情况测量数据P1（W）P2（W）P总（W）Y接对称负载380V接对称负载220V测量时如功率表显示负值，应将功率表电流线圈两个端子对调（不能调换电压线圈端子），同时读数应记为负值。五、实验报告要求1用实验数据说明在什么情况下电压、电流的线、相量间有关系？2在什么情况下才能取消中线？3如何用一瓦表测量负载对称及不对称时的三相有功功率。实验四 三相异步电动机的控制一、实验目的1看懂三相异步

18、电动机铭牌数据和定子三相绕组六根引出线在接线盒中的排列方式；2根据电动机铭牌要求和电源电压，能正确连接定子绕组(Y形或形)；3了解按钮、交流接触器和热继电器等几种常用控制电器的结构，并熟悉它们的接用方法；4通过实验操作加深对三相异步电动机直接起动和正反转控制线路工作原理及各环节作用的理解和掌握，明确自锁和互锁的的作用；5学会检查线路故障的方法，培养分析和排除故障的能力。二、实验仪器与设备电动机控制综合实验台 一台导线若干万用表一只三、预习要求1. 复习三相异步电动机直接启动和正反转控制线路的工作原理，并理解自锁、互锁及点动的概念，以及短路保护、过载保护和零压保护的概念。2复习交流接触器的工作原

19、理。四、实验内容与步骤认识实验装置上复式按钮、交流接触器和热继电器等电器的结构、图形符号、接线方法；认真查看异步电动机铭牌上的数据，按铭牌要求将三相定子绕组接成接。三相调压器输出端U、V、W调为线电压220V。图4-1 三相鼠笼式异步电动机的点动控制1. 点动控制开启电源控制屏总开关，按启动按钮，调节调压器输出线电压220V后，按停止按钮，断开三相电源。按图4-1点动控制线路接线，先接主电路，即从三相调压输出端U、V、W开始，经接触器KM的主触点，热继电器FR的热元件到异步电机M的三个定子绕组端，用导线按顺序串联起来。主电路检查无误后，再连接控制回路，即从三相调压输出端的某相(如V)开始，经过

20、热继电器FR的常闭触点、接触器KM的线圈、常开按钮SB1到三相调压输出的另一相(如W)。接好线路，经指导教师检查后，方可进行通电操作。（1）按电源控制屏启动按钮，接通220V三相交流电源。（2）按下按钮SB1，对异步电机M进行点动操作，比较按下SB1与松开SB1时，电机和接触器的运行情况。（3）实验完毕，按电源控制屏停止按钮，切断电源。 2. 自锁控制图4-2所示为自锁控制线路，它与图4-1的不同点在于控制电路中多串联了一个常闭按钮SB2，同时在SB1上并联一个接触器KM的常开触点，它起自锁作用。图4-2 三相鼠笼式异步电动机的自锁控制按图4-2接线，经指导教师检查后，方可进行通电操作。（1）

21、按电源控制屏启动按钮，接通220V三相交流电源。（2）按起动按钮SB1，松手后观察电机M是否继续运转。（3）按停止按钮SB2，松手后观察电机M是否停止运转。3正反转控制图4-3为正反转控制线路，按图接线，经指导教师检查后，方可通电进行如下操作：（1）按电源控制屏启动按钮，接通220V三相交流电源。（2）按正向起动按钮SB1，观察并记录电机的转向和接触器的运行情况。（3）按停止按钮SB3，电机停止运行后，按反向起动按钮SB2，观察并记录电机和接触器的运行情况。 (4) 实验完毕，按电源控制屏停止按钮，切断三相交流电源，拆除导线。图4-3 三相鼠笼式异步电动机的正反转控制五、实验报告：回答以下思考

22、题：1以星形连接的负载为例，主回路中如果只串联两个发热元件时，是否也能起到保护？2热继电器是否也能起到短路保护？实验五共射极单管放大电路一、实验目的1学习测量和调整放大器的静态工作点；2学会电压放大倍数及其它动态参数的测量方法。3学习用示波器观察输入信号、输出信号波形，了解静态工作点对非线性失真及电压放大倍数的影响。二、仪器设备1MF10 型万用表或数字万用表 1台2TPEA3模拟电路实验箱 1台3YB1602P 系列功率函数信号发生器 或EM1652 系列数字信号源 1台4KENWOOD CS-4125A 20MHz 2通道示波器 1台5NY4520型双通道交流毫伏表 1台三、实验原理简述

23、1静态工作点的选取与调整图5-1所示，为具有自动稳定工作点的分压式偏置共发射极单管电压放大电路。放大器的静态工作点是指当放大器输入信号Ui=0时，在直流电源的作用下，晶体管基极和集电极回路的直流电压及电流值UBE、UCE、IB、IC。 为了保证在放大器的输出端得到最大的不失真输出电压，必须给放大器选择合适的静态工作点。静态工作点选择不当，或输入信号幅值太大都会使放大器输出电压波形产生失真。工作点偏高，晶体管工作在饱和区，输出会产生饱和失真；工作点偏低，晶体管工作在截止区，输出会产生截止失真；而当输入信号幅值过大时，则会产生双向失真。 在电路结构及UCC和都确定的情况下，静态工作点主要取决于IB

24、（或UCE）的数值。因此，通过调整偏置电路中的阻值，便可改变静态工作点的位置。 2放大器动态参数的测量1）电压放大倍数AuO、AuL电压放大倍数AuO是指放大器负载电阻RL=，且放大器输出信号无明显失真时，输出电压U0与输入电压Ui的峰峰值或有效值之比。AuL是指放大器带负载时，输出电压UL与输入电压Ui的峰峰值或有效值之比。2）输入电阻R i的测量输入电阻R i是放大器输入端看进去的等效电阻。其值反映了放大器从信号源或前一级电路获取电流的大小。电路如图5-2所示，其测量方法是：在放大器输出波形不失真的情况下，用示波器测出US与Ui的峰峰值，则输入电阻 图5-2 输入电阻和输出电阻测量电路3）

25、输出电阻R 0的测量输出电阻R 0是放大器从输出端看进去的等效电阻。其值反映了放大器带负载的能力。根据等效电路，用示波器测出U0与U0L的峰峰值，则输出电阻四、预习要求 1复习三极管及单管放大电路工作原理。掌握静态工作点对非线性失真的影响。弄清放大器产生截止失真和饱和失真时的输出电压波形。2认真阅读TPEA3模拟电路实验箱使用说明书。3熟悉示波器、低频信号发生器的用法。4实验所用的分立电路模块的面板如图5-3所示。对照实验电路图，设计好连接线路。 5写预习报告，拟出详细的实验步骤及记录表格。图5-3TPE-A3模拟电路实验箱分立电路模块局部面板五、实验内容和步骤1调整和测量静态工作点（1）选择

26、实验箱上固定输出的+12V直流稳压电源作为放大器的电源UCC。然后关掉电源再连线！（2）按图5-1接好实验电路，仔细检查，注意发射极的电路连线。确定无误后接通电源！ （3）调节RP，使放大器的集电极对地电位为。测量并计算表中各值。UCUEUBEUCEIE6V2测量电压放大倍数（1）调节低频信号发生器，输出频率f=1kHz、峰峰值为1V的正弦波信号。（2）将此信号接至放大器的输入US端，经过R1、R2衰减（100倍）后，在Ui端应得到Ui=10mV的小信号。注意：信号发生器、放大器及示波器的地线应皆连在一起。以减少干扰。1）用示波器观察放大器空载（RL=）时，Ui、U0的波形及相位，并测量Ui、

27、U0的峰峰值，计算电压放大倍数，记录在你所设计的表中。2）测量放大器加上负载电阻RL=5K1时，Ui、UL的波形及峰峰值，计算电压放大倍数，填入你所设计的表中。 （3）信号源输出信号的频率不变，逐渐增大输出信号的峰峰值，观察放大器带负载时的最大不失真输出电压值ULmax，并填入你所设计的表中。3观察静态工作点对非线性失真的影响在电源电压UCC与输入信号Ui=10mV不变的情况下，调整以下参数，观察这些参数变化对放大器工作点的影响，判断有无失真并指出是什么失真（注意在你的实验报告中要注明是饱和还是截止失真。截止失真在此实验中可能看不到缩顶的现象，但可以通过适当增大输入信号峰峰值，或通过测量三极管

28、的工作点来判断）。（1）Rb合适的情况下：1）取RC=5K1、RL=2K2观察输出波形，说明有无失真？画出输出波形并测量峰峰值。2）取RC=2K、RL=2K2观察输出波形，说明有无失真？画出输出波形并测量峰峰值。（2）取RC=5K1、RL=5K11）调节RP，使Rb的阻值逐渐增大，观察输出波形有无失真？什么失真？画出输出波形图。2）调节RP，使Rb的阻值逐渐减小，观察输出波形有无失真？什么失真？画出输出波形图。4测量放大器输入、输出电阻调整RP，将放大器的工作点调回原来位置。去掉100倍衰减电路中的电阻R2,保留R=5K1的电阻，按实验原理中的方法，测量US、Ui、U0、UL的值,计算出Ri和R0的值。测算输入电阻（R=5K1）测算输出电阻（RL=5K1）实测测算估算实测测算估算US（mV）Ui（mV）RiRiU0（V）UL（V）R0(K）R0（K）六、实验报告 1整理实验数据，填写好实验所需的表格。2说明那些因素影响静态工作点?工作点偏高会出现什么失真？工作点偏低会出现什么失真？实验六集成运算放大器、实验目的1. 掌握集成运算放大器在线性和非线性应用中的特点及性能。2. 学会线性电路和非线性电路的组成及参数测量方法。二、实验仪器1. 数字万用表