电路与系统实验教案Word文档下载推荐.docx

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3输入电压高于750V时，显示电压值是可能的，但有可能损坏仪表。

（4）直流电流测量

2mA，20mA，200mA，20A。

测量电压降：

满量程为200mV。

过载保护：

200mA以下为0.3A/250V保险丝保护，20A无保险丝保护。

（5）交流电流测量

测量电压降和过载保护与直流电流测量相同。

因为在实验室中我们不提倡学生使用电流表，但需要测量电流时，我们都是将电流转换为电压，测出电压值后，然后计算出电流，所以直流、交流电流的测量方法不再介绍。

（6）二极管和蜂鸣连续性测量

置于二极管

时，显示二极管正向电压值，单位为伏，此时，正向直流电流约为1mA，反向直流电压约为3.0V。

置于蜂鸣

时，电阻≤50Ω时，机内蜂鸣器响，显示电阻近似值，单位为千欧。

（7）晶体管hFE测量

可测NPN型或PNP型晶体管hFE。

显示范围：

0~1000β

此时，基极电流约为10μA，Uce约为3.0V

（8）电容测量

2nF，20nF，200nF，2μF，20μF（1nF=10-3μF）。

测试信号为：

约400Hz，40mVrms

1测量大电容时，要先放电，然后进行测试，以防损坏仪器或引起测量误差。

2将待测电容插入电容测试座中，待稳定后，直接从显示屏上读取读数。

3、示波器（OSCILLOSCOPE）

示波器是一种能在示波管屏幕上显示出电信号变化曲线的仪器，它不但能象电压表，电流表那样读出被测信号的幅度（注意：

电压表，电流表如无特殊说明，读出的数值为有效值），还能象频率计，相位计那样测试信号的周期（频率）和相位，而且还能用来观察信号的失真，脉冲波形的各种参数等。

本实验室采用的示波器为双踪示波器，型号为EM6506，可同时测试两路从直流（DC）到交流（AC）60MHz的电信号。

灵敏度为1mV/DIV。

由于型号不同，面板结构不同，各种旋钮（或按键）功能有的用中文表示，有的用英文表示，但其基本组成部分都有：

电源系统，垂直系统（Y轴），水平系统（X轴）和触发系统（TRIGGER），这四部分组成。

其结构框图如图1－1所示。

图1－1示波器结构框图

为了有的放矢使用有关的功能开关，并对一些中文或英文述语有所了解，下面结合结构框图1－1简要介绍其工作原理。

（1）示波管示波管是进行电－光转换的器件，把被测的电信号转换为光信号，在示波管的荧光屏上显示出来。

示波管由三大部分组成。

电子枪，用于产生纤细而高速的电子束，由辉度（INTEN）和聚焦（FOCUS）旋钮控制；

偏转系统，使电子束随X轴或Y轴的信号而偏转，由移位旋钮（POSTTION）和衰减器旋钮（VOLTS/DIV）控制；

显示屏，即荧光屏，在高速电子束轰击下发光，显示出图形。

（2）Y轴放大器（垂直系统）/（VERTICAL）Y轴放大器或垂直通道（简称Y通道）。

被测试信号经过探头（又称探极）与示波器连接，探头实际上是一个脉冲分压器，具有-20dB（即10∶1）的衰减，保证不失真地把被测信号传输到示波器内部。

（因为探头极易损坏，实验室中不用-20dB的衰减）。

经过探头后的信号由交流AC（电容耦合）－地（GND）－直流DC（直接耦合）健（或按钮）的位置决定进入到示波器内的衰减信号。

衰减器的基本作用是把很大的幅度变化范围（1mV~50V）缩窄，以利于Y通道放大器的正常工作，衰减器在面板上，用VOLT/DIV表示（DIV=0.8cm），调节衰减量，即改变示波器的Y轴偏转灵敏度（或偏转因子）。

测试时，用衰减器开关指示的数值，乘以垂直方向信号所占的格数，即为被测信号的幅度。

（这时，微调旋钮VAR/VARIATION不能打开，应在校正位置）。

经过衰减器后的信号到达Y轴放大器。

Y轴放大器实际上是平衡式直流放大器，要求具有低噪声、宽频带、高增益。

在面板上没有几个旋钮。

一个是Y轴增益微调旋钮，即VAR，是改变放大器的增益，使屏幕上波形幅度得到连续的调节，但这时不能按偏转因子来读数，因为Y轴增益已离开了校正点。

还有一个是Y轴移位（POSITION），调节它能使波形上下移动，以便观察和读数。

再一个是“极性”选择按钮（或拉出、按下旋钮）和稳定调节旋钮（LEVEL）。

“极性”选择容易理解，是将信号反相或不反相。

LEVEL旋钮的功能比较难于理解，这里作简要说明：

因为示波器具有触发扫描功能，即由被测信号（或电源，或外接）来触发X轴扫描。

但X通道从接受触发信号到开始扫描（产生锯齿波），要有一段延迟，即扫描电压的产生要滞后一段时间，使被测信号与扫描信号不易同步，所以在Y通道加入延时电路，即稳定调节旋钮（LEVEL），实质是调节延时，或称调节稳定。

经过延迟的被测信号放大到足够的幅度，以便推动示波管的垂直偏转板，使电子束在垂直方向能满偏转。

下面简要说明双踪显示原理。

为了同时显示两个被测试信号，在Y通道中加入通道转换器，实际上是电子开关，按照时间分隔原理构成双踪示波器。

电子开关在面板上是由方式选择MODE开关（或按钮）控制，共有五种状态，DODE打在CH1时，只让第一路被测信号通过，而CH2被关断，屏幕上只显示第一路信号的波形，相当于单踪功能。

DODE打在CH2时，屏幕上只显示第二路信号的波形，相当于单踪功能。

当DODE打在“交替”（ALT/ALTERNATE），适合于交替显示两路较高频率的信号。

按“交替”方式工作时，第一次扫描电子开关接通第一路信号，第二次扫描接通第二路信号，如此重复，只要扫描频率超过25HZ，尽管每个信号波形是交替显示，但由于人眼的滞留效应，图象也不会闪烁。

为了使每个信号至少有一个完整的周期显示，输入信号的频率不能低于扫描频率，因此交替方式不适用于频率很低的信号。

当DODE打在“断续”（CHOP），适合于同时显示两路较低频率的信号。

按断续工作时，每次扫描过程中，电子开关高速轮流接通两个被测信号，显示的图象实际上是由若干断续的线段组成，当这些线段足够密时，图象就看不出中断点。

显然被测信号的频率必须远低于电子开关的转换频率，因此断续方式不适用于较高频率的信号，而能观测持续时间长于间断时间的单次信号。

当DODE打在ADD（迭加），第一路信号和第二路信号同是时通过电子开关，互相迭加，显示两路信号迭加在一起的波形，即Y1+Y2；

与“极性”选择开关（或按键）相配合，即可实现Y1-Y2功能。

（3）X通道（或称水平通道，时基电路）/（HORIZONTAL）

X通道主要作用是产生一个与时间成线性关系的锯齿波扫描电压，加到示波管的水平偏转板上，使电子束沿水平方向随时间而线性偏转，形成时间基线（简称时基）。

X通道的主要由扫描发生器环，触发脉冲发生器和X放大器组成。

下面简要说明各部分的作用及原理，以便对面板上一些控制旋钮（或按健）的作用，有较深入的理解。

扫描发生器环是由扫描发生器，电压比较器，时基闸口和释放电路组成的一个闭环控制系统，产生与时间成线性关系的锯齿波扫描电压，波形如图1—2所示。

图1—2扫描电压波形

图1—2中，tf称为扫描时间或扫描正程时间，在这段时间里，光点从屏幕的左端均匀地向右端移动。

面板上的扫速开关（TIME/DIV），表示每格所对应的时间。

测试时，将微调开关（VAR）关上，就可以根据波形在水平方向所占的格数来读取时间。

扫描开关的内部实际上就是不同的R、C定时元件。

tb称为扫描回程时间，电子束在这段时间迅速从屏幕的右端回到左端（要求tb越小越好）。

为了在屏幕上不显示回扫光迹，一些较高质量的示波器在tb时间内有一个消隐信号加在示波管上，用于抑制电子束的强度，故在回扫时不显示光迹。

tw为等待时间，此时扫描发生器等待下一次触发。

所以一次扫描的周期T=tf+tb+tw。

触发脉冲发生器：

扫描发生器环是在触发脉冲触发下开始工作的，而触发脉冲是由触发信号经过加工后得到的。

根据触发信号来源的不同，有取Y通道的被测信号CH1或CH2的内触发，有取自“外接”的外部触发信号，还有取自机内50HZ的工频信号等。

触发脉冲发生器的任务是将这些频率、幅度、极性和波形各异的触发信号变成扫描发生器环所能接受的、规范的触发脉冲。

触发脉冲发生器主要包括触发信号选择开关，触发极性选择开关，触发放大器和触发脉冲形成器等几个部分组成。

触发信号选择开关（TRIGGERMODES）在面板上有自动（AUTOMATIC），常态（NORMAL），单次，TV—H或TV-V等不同的开关（或按键）根据触发源（TRIGGERSOURCE）的不同在面板上由内部（INTERNAL）机内50HZ的工频信号（LINE）和外部（EXTERNAL）开关（或按钮）控制。

触发极性选择开关有正极性（+）和负极性（-）两种。

正极性是指触发点位于触发信号的正斜率，负极性则为负斜率，在面板上用触发斜率（TRIGGERSLOPE）表示。

触发斜率旋钮与面板上的延时调节（LEVL）旋钮配合使用能在示波器上显示稳定的波形。

触发放大和触发形成器是为了获得前沿陡峭、宽度、幅度合适的触发脉冲。

X放大器的作用是放大扫描电压，并将其加到X偏转板（水平偏转板），使电子束能在水平方向得到满偏转。

此处还有水平移位旋钮，有的机型还有水平扩展按键等。

图1—3表示UY被测信号电压加在示波管的垂直偏转板上，UX扫描电压加在示波管的水平偏转板上，当电子束进入偏转区，同时受到Y方向和X方向偏转电压的作用，则在荧光屏上显示出被测电压随时间变化的波形图。

图1—3示波器显示正弦波

主要技术参数：

因为示波器的种类很多，我们只将本实验室示波器共同的几个主要技术参数列出，供使用时心中有数。

Y轴频带宽度：

DC~60MHz，AC耦合，频率下限-3dB，10Hz

1MΩ±

2%∥25pF

偏转系数：

1mV~5V/DIV，1—2—5进制分21档

工作方式：

CH1，CH2，双踪，叠加

X轴频带宽度：

DC~2MHz

1μS~0.5S/DIV，1—2—5进制分21档

X—Y工作方式：

DC~2MHz

X—Y相位差：

≤30DC~100KHz

触发源：

CH1，CH2，电源，外接

电源：

220V±

10%50±

2Hz

前面简要介绍了普通双踪示波器的原理，一些部件的功能和主要技术参数。

对于了解一台完整的仪器及要深入研究某些部件的特点定会所有启发，并为将来学习电子技术打下基础。

但对于初学者，无疑因难度过大不易掌握。

为此，下面列出面板上的一些旋钮（或按钮）的中英、文名称及作用，这些都有其通用性，分为四部分：

①电源部分

1）电部开关（POWER）

2）辉度（INTENSITY）

3）聚焦（FOCUS）

4）校正信号（CAL），1KHz非过零方波，0.5VP（或0.3VP）。

②垂直通道（VERTRICAL）

1）CH1（X），CH2（Y），输入（INPUT）

2）AC/GND/DC

AC/信号经过电容耦合至放大器输入

GND/放大器输入端接地

DC/信号直接耦合至放大器输入

3）伏/格（VOLTS/DIV）衰减器开关，1—2—5进制，示波管垂直方向分为8格。

4）移位（POSITION）

5）垂直工作方式（VERTICALMODE）

CH1屏幕上仅显示CH1的信号

CH2屏幕上仅显示CH2的信号

DUAL（ALT，CHOP），屏幕上显示CH1，CH2两路信号，（ALT为“交替”，用于较高频率，CHOP为“断续”，用于较低频率）。

叠加（ADD）显示CH1和CH2信号的代数和。

③水平通道（HORIZONTAL）

1）扫描时间选择开关（TIME/DIV），按1—2—5进制。

示波器水平方向分为10格

2）X—Y，

3）CH1信号作为X轴，CH2信号作为Y轴

④触发系统（TRIGGER）

1）触发源选择（SOURCE）

输入信号触发（INT）

电源信号触发（LINE）

外部信号触发（EXT）

2）输入信号触发（INTTRIG）

CH1，CH1输入信号触发

CH2，CH2输入信号触发

交替触发（VERTMODE），用于稳定显示二个不同频率的信号，故不能用于测信号的相位差。

3）触发方式选择（TRIGEMODE）

自动扫描（AUTO），无信号输入时有扫描基线

常态扫描（NORM），有触发信号才有扫描基线，当输入信号低于50Hz时，请用“常态”触发扫描。

（4）示波器使用举例

①直流电压测量

1）将触发方式置自动（AUTO），使屏幕上出现扫描基线，Y轴微调置校正（CAL）

2）CH1，或CH2的输入接地（GND），此时的基线，即为0V基准线。

3）加入被测信号，输入置DC，观察扫描基线在垂直方向平移的格数，与VOLTS/DIV开关指示的值相乘，即为信号的直流电压。

例如，VOLTS/DIV置0.5V/DIV，读得扫描线上移为3.4格，则被测电压为：

U=0.5/DIV×

3.4DIV=1.7V（如果采用10:

1的探头，则为17V）。

②交流电压测量

1）将输入置AC（或DC）

2）利用垂直移位旋钮，将波形移至屏幕中心位置，按波形所占垂直方向的格数，即可测出电压波形的峰—峰值。

例如，VOLTS/DIV置0.2V/DIV，被测波形占5.2格，则被测电压为：

UP-P=0.2V/DIV×

5.2DIV=1.4V（置DC时，将被测信号中的直流分量也考虑在内，置AC时，则直流分量无法测出）。

③时间测量

扫描开关的微调置于校正位置（CAL）。

1）测间隔时间（周期）。

例如，TIME/DIV置于0.2ms/DIV，间隔在水平方向占6格，

则其间隔时间为：

T=0.2ms/DIV×

9DIV=1.2ms。

2）测量脉冲前（后）沿时间

脉冲的前沿（或后沿）时间是指脉冲由幅度的10%上升到90%（由

90%下降到10%）的时间。

测量时可调节扫速开关，将波形的前沿（或后沿）适当展宽，以便精确读数。

3）测脉冲宽度

调节VOLTS/DIV，TIME/DIV开关，使脉冲在垂直方向占2~4格，

水平方向占4~6格，此时脉冲前沿及后沿中心点之间的距离为脉冲宽度时间tu。

4）测量频率

测量周期性信号的频率，有两种方法。

第一种测一个周期的时间，例如，波形周期为8格，扫描开关置

于1μs，

则，T=1×

8=8μs，f=1/T=125KHz。

第二种方法，使被测信号在屏幕上显示较多周期，则可以减小测

量误差，精度可接近于扫描速度时间的精度（±

2%），此时按X轴方向10格内占有多少个周期的方法来计算，公式为：

式中，

：

被测信号的频率（Hz）

10格内占有的周期数

TIME/DIV：

面板上扫描开关指示的数值

3．函数信号发生器（FUNCTIONGENERATOR）

本实验室采用DF1646函数信号发生器。

能直接产生正弦波，三角波，方波，锯齿波和脉冲波，且具有VCF输入控制功能。

TTL/CMOS与OUTPUT同步输出。

直流电平可连续调节，频率计可作内部频率显示，也可作外测频率，电压用LED显示。

函数信号发生器工作时，由V/I电压－电流变换器产生

的二个恒流源。

恒流源对时基电容C进行充电和放电，电容的充电和放电使电容上的电压随时间分别呈线性上升和线性下降，因而在电容两端得到三角波电压。

三角波电压经方波形成电路得到方波电压。

三角波电压经正弦波形成电路得到正弦波电压，最后经过功率放大输出。

频率范围：

0.2Hz~2MHz分1Hz，10Hz，100Hz，1kHz，10kHz，100kHz，1MHz七档

波形：

正弦波，三角波，方波，正向或负向脉冲波，正向或负向锯齿波

TTL输出脉冲波：

不小于2.4V，升降时间25ns

CMOS输出脉冲波：

4.5~14.5V±

0.5V连续可调，升降时间<

120ns

输出阻抗：

　　　　50Ω±

10%

输出幅度：

　　　　≥20UP-P（空载），50Ω负载不小于10UP-P，均可连续可调。

输出衰减：

　　　　0~20dB±

1dB（在1kHz）

直流偏置：

　　　　±

10V连续可调（输出波形幅度10UP-P时）

　　　　　　220±

10%，50±

函数信号发生器的原理框图如图1－3所示。

DF1646函数信号发生器使用并不复杂，主要问题是面板上的一些符号，初学者不易识别，造成使用困难，为此作如下介绍：

电源开关键/POWER，按下电源接通（ON），弹起关断电源（OFF）

量程选择键/RANGE（Hz），有七个键，即1，10，100，1K，10K，100K，1M

功能键/FUNCTION，有三个键，即方波

（占空比为50%）三角波

（正、负斜率相等）和正弦波

。

频率调节旋钮/FREQUENCY,与量程选择键配合使用，如果量程键按下1KHz，改变频率调节可获得0.2KHz~2KHz范围内的任一频率信号，其余依次类推。

输出/OUTPUT，为被测电路提供信号，输出阻抗约50Ω。

输出幅度调节旋钮/AMPLITUDE，用于调节输出信号的幅度大小。

（三）实验内容

1、在实验箱上建立一个具体的测量电路，并画出实际接线图和电路原理图。

2、测量电阻、电压和电流值，验证欧姆定律。

电路元件

元件1

元件2

元件3

元件4

万用表读数（Ω）

万用表读数（V）

万用表读数（A）

示波器读数

部分电路欧姆定律及全电路欧姆定律的验证与分析。

3、再建立一个电路重复步骤1和2。

思考题

1．什么是电阻的标称值？

什么是电阻的实际值？

什么是电阻的测量值？

试比较其异同。

2．试分析测量过程中产生误差的原因，有无减小误差的方法？

实验报告

1．实验报告要按规定格式书写，原始数据有教师签字。

2．整理实验数据并作分析，得出相应结论。

实验仪器

1．电路实验箱一个

2．DT9205数字万用表一块

3．EM6506双踪示波器一台

实验二基尔霍夫定律

一、实验目的

1．验证基尔霍夫定律，加深对参考方向的理解，加深对电路基本定律认识。

2．验证特勒根定理之一。

3．加深对线性电路的迭加性和齐次性的认识。

二、实验原理

基尔霍夫定律和特勒根定律对集总参数电路具有普遍的适应性。

在集总参数电路中，对任一个节点，在任一时刻，流出或流进此节点的所有支路电流的代数和等于零，即∑I=0，在集总参数电路中，对任一回路，在任一时刻，沿该回路的所有支路电压的代数和为零　，即：

∑U=0。

KCL、KVL适用于任何集总参数电路，它与元件的性质无关。

只与电路的拓扑结构有关。

　　而特勒根定理之一是指出整个电路的功率一定是守衡的，满足∑UI=0这一约束关系。

它们分别基于电流连续性原理、电位的单值性原理和能量守衡原理。

迭加定理：

在线性网络中，几个激励电源共同作用于该网络所产生的

响应，可以看成是每个激励电源单独作用时所产生的响应的迭加，称此为迭加定理。

由于网络是线性的，所以存在响应与电源成正比例关系，称此为齐次性。

线性电路应同时满足迭加性和齐次性。

功率则不满足迭加定理。

图2－1电路基本定律实验线路图

三、实验内容

1．验证基尔霍夫定律和特勒根定理内容之一。

（1）按图2－1电路在实验板上连接线路。

并用万用电表测量电路中的各个电阻值。

测量数据记录于表2－1中。

（2）用万用表DC档测量各电阻电压。

数据记录于表2－2中，就同时能计算出各支路电流，验证KVL、KCL。

（注意标明参考方向）

表2－1

电　阻

标称值（Ω）

510

300

1000

测量值（Ω）

表2－2

电压

Uae

Ufd

Uab

Ubc

Ubd

Ucf

Uce

Ude

测量值（V）

电流

Iae

Ifd

Iab

Ibc

Ibd

Icf

Ice

Ide

测量值（mA）

（3）上述测量数据和计算结果验证KCL：

∑I=0

（4）上述测量数据和计算结果验证KVL：

∑U=0

（5）上述测量数据和计算结果验证特勒根定理内容之一：

∑UI=0

（6）实验值与理论值比较，计算相对误差，分析误差原因。

2．验证迭加性和齐次性原理。

（1）按图2－1接线。

（2）使E1=0（即短路），E2=10V作用，用万用表DC档测量各电阻两端电压。

（3）使E1=6V，E2=0作用，用万用表DC档测量各电阻两端电压。

表2－3

E1=0，E2=10V

E1=6V，E2=0

迭加结果

E1=3V，E2=0

（4）使E1=3V，E2=0作用，测量各电阻两端电压，验证齐次性原理。

（5）测量数据记录于表2－3中。

（6）进行误差计算和分析。

四、思考题

1．简述你所知道的电路定律及适用的条件？

2．如何设计电路，用实验验证特勒根定理的三种表达形式？

3．本实验中，一路采用直流电压源，一路采用交流电压源，KCL，KVL是否成立？

五、实验仪器

1．电路实验箱

2．直流稳压电源

3．数字万用表

实验三戴维南定理

一、实验目的

1．掌握电源外特性测试方法，了解电源内阻对电源输出特