電子系統(tǒng)基礎(chǔ)實驗指導書

1、實驗一直流非線性電阻特性測試一、實驗?zāi)康?、 學會直流穩(wěn)壓電源和萬用表的使用方法；2、 了解普通二極管和穩(wěn)壓二極管的伏安特性；3、 學會伏安特性的逐點測試法。二、實驗器材實驗器材型號用途編號直流穩(wěn)壓電源萬用表實驗箱三、相關(guān)知識1、判斷二極管、穩(wěn)壓二極管極性的方法。將萬用表置于×1k或×100歐姆檔，測量二極管或穩(wěn)壓二極管兩個方向的電阻，在兩次測量中，電阻阻值較小的那次，與萬用表“黑”表筆所接的那一端為正極，另一端為負極。2、以某一參量為參考量，通過逐點改變此參考量的數(shù)值，來測量和考查與之相關(guān)量的變化情況的實驗方法稱為逐點測試法。在采用逐點測試法時，隨著參考量的變化，被測量數(shù)

2、據(jù)變化緩慢時，應(yīng)適當擴大參考量的變化幅度。反之，減小參考量的變化幅度。四、預(yù)習思考題1、為什么測量電流時電壓表能不能同時接在電路中？2、如何用萬用表判斷二極管和穩(wěn)壓二極管的好、壞和正、負極？五、實驗任務(wù)與要求測量電阻R=820、2CP型二極管和2CW型穩(wěn)壓二極管串聯(lián)電路的總伏安特性及各個元件的伏安特性。電路如圖1-1所示。改變電源電壓E的大小，測出相應(yīng)的電流I、串聯(lián)支路的總電壓U和各個元件的電壓UR、U2cp、U2cw，列表記錄?？傠妷篣取值范圍：012V。圖1-1 實驗電路六、注意事項1、 在將直流穩(wěn)壓電源接入電路前，一定要用萬用表測量其輸出電壓，保證總電路電壓不超過12V。2、 認真判斷二

3、極管和穩(wěn)壓二極管極性。3、 測量電流時，電壓表不能同時接在電路中。實驗數(shù)據(jù)表格UIURU2cpU2cwU=UR+U2cp+ U2cwU=U-U=(U/U)100%七、思考題1、假如本實驗所用穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值為5V，要求取十個測量點，均勻取點嗎？若是不均勻取點，請問該如何選?。?、如果將電阻R的阻值增大10倍或減小為原來的1/10，會得到什么樣的測試結(jié)果？試定量分析測試結(jié)果？3、分析本實驗中電壓表內(nèi)阻對測量結(jié)果的影響。實驗二有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測試一、實驗?zāi)康?、熟悉直流穩(wěn)壓電源和萬用表的使用方法；2、掌握測量有源二端網(wǎng)絡(luò)中值內(nèi)阻的一般方法；3、學會用零示法測量有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓。二、實

4、驗器材實驗器材型號用途編號直流穩(wěn)壓電源萬用表可變電阻箱實驗箱三、相關(guān)知識有源二端網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖2-1所示，有源二端網(wǎng)絡(luò)等效內(nèi)阻一般分為三個阻段： 低值阻段：01；中值阻段：11M；高值阻段：1M以上。圖2-1 有源二端網(wǎng)絡(luò)示意圖1、有源二端網(wǎng)絡(luò)開路電壓測量方法（1） 直測法有源二端網(wǎng)絡(luò)輸出端開路，用電壓表直接測量其輸出端開路電壓。（2）零示法在測量高內(nèi)阻的開路電壓時，用電壓表進行直接測量，會造成較大誤差，因為電壓表的內(nèi)阻會帶來很大影響。為了消除電壓表內(nèi)阻的影響，往往采用零示法測量。零示法測量是用低內(nèi)阻的穩(wěn)壓電源與被測有源二端網(wǎng)絡(luò)進行比較，當標準電源的電壓與有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓相等時，電壓表的

5、讀數(shù)將為零，然后將電路斷開，測量此時的標準電源電壓，即為被測有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓。測試電路如圖2-2所示。圖2-2 零示法2、有源二端網(wǎng)絡(luò)的中值內(nèi)阻的測量方法（1） 開路電壓短路電流法有源二端網(wǎng)絡(luò)輸出端短路，測量其短路電流，則中值內(nèi)阻為，其中為有源二端網(wǎng)絡(luò)開路輸出電壓。（2） 伏安法用萬用表測出有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性如圖2-3所示。根據(jù)外特性曲線求出斜率，則等效內(nèi)阻。通常測量時，不必測出全部伏安特性曲線，圖2-3 有源二端網(wǎng)絡(luò)外特性只要測量出兩個點，就可以求出等效內(nèi)阻。例如測出A、B兩點的電流、電壓，其內(nèi)阻即可由求出。注意：穩(wěn)壓電源因其內(nèi)阻低，不能測其短路電流。（3）半電壓法 如圖2-4所示，

6、當負載電壓為被測網(wǎng)絡(luò)開路電壓一半時，負載電阻即為被測有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻值。圖2-4半電壓法示意圖四、預(yù)習思考題1、簡述電路的等效變換概念。2、簡述二端口網(wǎng)絡(luò)定義。五、實驗任務(wù)與要求實驗電路如圖2-4所示，分別用開路電壓短路電流法、半電壓法和伏安法測量其等效中值內(nèi)阻。對三種方法的測量結(jié)果進行比較，分析各種方法誤差大小。被測網(wǎng)絡(luò)中電源電壓標稱值為9V，且要求采用直接測量法和零示法兩種方法測量開路電壓值。 圖2-4 實驗電路六、注意事項用伏安法測量等效內(nèi)阻。測量3組以上電壓、電流值，通過求取均值的方法求得等效內(nèi)阻。七、實驗數(shù)據(jù)表開路電壓短路電流法直測法零示法半電壓法伏安法八、思考題1、 在測量開

7、路電壓時，與直測法相比為什么零示法可以大大減小誤差？用零示法測量開路電壓時，電壓表的量程應(yīng)如何選擇？2、 在采用伏安法測量等效內(nèi)阻時，如何提高測量精度？3、 簡要分析開路電壓短路電流法、半電壓法和伏安法的測量結(jié)果，說明誤差產(chǎn)生原因。實驗三常用電子儀器使用練習一、實驗?zāi)康?、學習示波器、函數(shù)信號發(fā)生器和毫伏表的主要技術(shù)指標、性能及正確使用方法。2、初步掌握用示波器觀察信號波形和讀取波形參數(shù)的方法。二、實驗器材實驗器材型號用途編號示波器函數(shù)信號發(fā)生器直流穩(wěn)壓電源毫伏表實驗箱三、相關(guān)知識在模擬電子電路實驗中，經(jīng)常使用的電子儀器有示波器、函數(shù)信號發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、交流毫伏表及頻率計等。它們和萬用表

8、一起，可以完成對模擬電路的靜態(tài)和動態(tài)工作情況的測試。實驗中要對各種電子儀器進行綜合使用，可按照信號流向，以連線簡捷，調(diào)節(jié)順手，觀察與讀數(shù)方便等原則進行合理布局，各儀器與被測實驗裝置之間的布局與連接如圖3-1所示。接線時應(yīng)注意，為防止外界干擾，各儀器的公共接地端必須連接在一起，稱“共地”。信號源和交流毫伏表的引線通常用屏蔽線或?qū)Ｓ秒娎|線，示波器接線使用專用電纜線，直流電源的接線用普通導線。圖3-1模擬電子電路中常用電子儀器布局圖示波器是一種用途很廣的電子測量儀器，它既能直接顯示電信號的波形，又能對電信號進行各種參數(shù)的測量?，F(xiàn)著重指出下列幾點：（1）尋找時基線將示波器Y軸顯示方式置“Y1”或“Y2

9、”，輸入耦合方式置“GND”，開機預(yù)熱后，若在顯示屏上不出現(xiàn)光點和時基線，可按下列操作去找到時基線：適當調(diào)節(jié)“輝度”旋鈕。觸發(fā)方式開關(guān)置“自動”。適當調(diào)節(jié)垂直（）、水平（）“位移”旋鈕，使時基線位于屏幕中央。（2）雙蹤示波器一般有五種顯示方式，即“Y1”、“Y2”、“Y1Y2”三種單蹤顯示方式和“交替”、“斷續(xù)”二種雙蹤顯示方式。“交替”顯示一般適用于輸入信號頻率較高情況；“斷續(xù)”顯示一般適用于輸入信號頻率較低情況。（3）為了顯示穩(wěn)定的被測信號波形，“觸發(fā)源選擇”開關(guān)一般選為“內(nèi)”觸發(fā)，使掃描觸發(fā)信號取自示波器內(nèi)部的Y通道。（4）單蹤顯示時，選被測信號為觸發(fā)源信號；雙蹤顯示時，選周期大的信號為

10、觸發(fā)源信號，若周期相同，則選幅度較大的信號為觸發(fā)源信號。（5）觸發(fā)方式開關(guān)通常先置于“自動”調(diào)出波形后，若波形不穩(wěn)定，可通過調(diào)節(jié)“觸發(fā)電平”旋鈕找到合適的觸發(fā)電壓，使被測試的波形穩(wěn)定地顯示在示波器屏幕上。如果由于選擇了較慢的掃描速率，顯示屏上將會出現(xiàn)波形閃爍的情況，但波形不在X軸方向左右移動，這樣的現(xiàn)象仍屬于穩(wěn)定顯示。（6）適當調(diào)節(jié)“掃描速率”開關(guān)及“Y軸靈敏度”開關(guān)使屏幕上顯示13個周期的被測信號波形。在測量幅值時，應(yīng)注意將“Y軸靈敏度微調(diào)”旋鈕置于“校準”位置。在測量周期時，應(yīng)注意將“X軸掃速微調(diào)”旋鈕置于“校準”位置。還要注意“擴展”按鈕的位置。根據(jù)被測波形在屏幕上垂直方向所占的格數(shù)（d

11、iv或cm）與“Y軸靈敏度”旋鈕指示值（v/div）的乘積，即可算得信號幅值的實測值。根據(jù)被測信號波形一個周期在屏幕坐標刻度水平方向所占的格數(shù)（div或cm）與“掃速”旋鈕指示值（t/div）的乘積，即可算得信號頻率的實測值。四、預(yù)習思考題1、預(yù)習示波器、毫伏表、函數(shù)信號發(fā)生器的功能和使用方法。五、實驗任務(wù)與要求1、調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器，使其輸出頻率為1kHz，峰峰值為60mV，不含直流成分的正弦信號，用示波器觀測此信號，記錄其實際周期值，并用坐標紙記錄示波器熒光屏上顯示的被測信號波形；用毫伏表測量其有效值，并作記錄。2、調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器，使其輸出頻率kHz，峰峰值為V，含V直流成分的正弦信號

12、，用示波器觀測此信號，記錄其實際周期值，并用坐標紙記錄示波器熒光屏上顯示的被測信號波形；用毫伏表測量其有效值，用萬用表測量其直流成分，并作記錄。3、mS，峰峰值為2V，占空比為30%，單向正脈沖信號，用萬用表測量其直流成分大小，用示波器觀測此信號，記錄其實際直流分量和頻率值，并用坐標紙記錄示波器熒光屏上顯示的被測信號波形。4、提高實驗要求（1）調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器，使其輸出周期為1mS（示波器顯示值），峰峰值為V，占空比為50%，含V直流成分的矩形波信號，用示波器觀測此信號，記錄其實際頻率值（信號源顯示值），并用坐標紙記錄示波器熒光屏上顯示的被測信號波形。圖3-2雙蹤顯示法和橢圓法連線圖（2）示

13、波器測量兩個信號的相位差 用1kF的電容組成一個RC移相網(wǎng)絡(luò)，輸入1kHz的正弦信號，用示波器分別測量從電阻上和從電容上輸出的信號與輸入信號的相位差。分別用雙蹤顯示法和橢圓法測量，用坐標紙記錄示波器熒光屏上顯示的波形，并算出相位差。電路連接如圖3-2所示。六、思考題1、用示波器測量交流信號的周期和大小時，如何才能保證其測量精度？2、請在實驗中調(diào)出如現(xiàn)圖3-3所示的示波器不正常現(xiàn)象，解釋這些現(xiàn)象出現(xiàn)的原因及消除這些不正?，F(xiàn)象的方法。其中是接通電源但未輸入信號時的情況，是觀察正弦信號時的情況。圖3-3 示波器出現(xiàn)的各種不正?，F(xiàn)象3、實驗中試著用手去觸摸示波器的輸入探頭，在示波器上看到的是什么信號的

14、波形？為什么會看到這個波形？4、交流毫伏表能否直接讀取三角波的有效值？是否可以用來測量直流電壓的大小？實驗四 微分電路與積分電路研究一、實驗?zāi)康?、加深理解一階電路基本性質(zhì)；2、理解微分電路和積分電路的概念；3、進一步熟悉示波器和信號發(fā)生器的使用方法。二、實驗器材實驗器材型號用途編號函數(shù)信號發(fā)生器雙蹤示波器實驗箱三、相關(guān)知識1、RC電路的充電（a）RC電路 （b）RC電路的充電圖4-1 RC電路的充電 在圖4-1（a）的電路中，開關(guān)S接通時電容器被充電，電流i如圖（b）所示，開始電流很大，然后逐漸變小。 在理論上計算電流時可以用下式表示。 （1）因此電容器C的電壓vc將如圖（b）所示，隨著時間

15、的變化而逐漸接近電源的電壓E。2、RC電路的放電在圖4-2（a）的電路中，使已充電的電容器C在開關(guān)S一接通時就通過電阻開始放電，電流如圖（b）所示逐漸減小。此時的電流表達式與式(1)相同。（a）RC電路 （b）RC電路的放電圖4-2 RC電路的放電3、時間常數(shù) 充放電的快慢由RC乘積決定。RC稱為時間常數(shù)，此時電流、電壓都達到最終值的63.2%。再RC時，電流、電壓都達到最終值的90.0%。圖4-3 時間常數(shù)4、微分電路將脈沖電壓vi 加在圖4-4（a）的RC電路時，其輸出v0的波形隨著R、C的值按圖（b）所示變化。圖中右側(cè)的波形是只在輸入有變化時才有輸出。如圖4-4所示，RC <<

16、; T的電路稱為微分電路。（a）微分電路 （b）時間常數(shù)與輸出v0的關(guān)系圖4-4 微分電路的時間常數(shù)與輸出v0的關(guān)系微分電路主要用作產(chǎn)生觸發(fā)脈沖（頂部尖銳的脈沖）。5、積分電路將脈沖電壓vi 加在圖4-5（a）的RC電路時，其輸出v0的波形隨著R、C的值按圖（b）所示變化。如圖4-5所示，RC >> T的電路稱為積分電路。積分電路主要用在鋸齒波發(fā)生電路或電視機的同步分離電路。（a）積分電路 （b）時間常數(shù)與輸出v0的關(guān)系圖4-5積分電路的時間常數(shù)與輸出v0的關(guān)系6、網(wǎng)絡(luò)頻率特性的定義網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)向量與激勵向量之比是頻率的函數(shù)，稱為正弦穩(wěn)態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)。表示為其模隨頻率變化的規(guī)律稱為幅

17、頻特性，輻角隨頻率變化的規(guī)律稱為相頻特性。為使頻率特性曲線具有通用性，常以作為橫坐標。通常，根據(jù)隨頻率變化的趨勢，將RC網(wǎng)絡(luò)分為“低通（LP）濾波電路”、“高通（HP）濾波電路”、“帶通（BP）濾波電路”、“帶阻（BP）濾波電路”等。這里以“低通（LP）濾波電路”、“高通（HP）濾波電路”為例進行簡要分析。（1）RC低通網(wǎng)絡(luò) 如圖所示，其網(wǎng)絡(luò)函數(shù)為其模為輻角顯然，隨著頻率的增高，將減小，這說明低頻信號可以通過，高頻信號被衰減或抑制。當時，即，通常把時的角頻率稱為截止角頻率。（2）RC高通網(wǎng)絡(luò)RC高通網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)函數(shù)為其模為輻角顯然，隨著頻率的降低，將減小，這說明高頻信號可以通過，低頻信號被衰減

18、或抑制。當時，。7、點頻法測量頻率特性點頻法又叫逐點測量法，就是利用實驗室中常見的儀表，測試電路在不同的頻率點下對應(yīng)的信號大小，利用得到的數(shù)據(jù)，做出信號大小隨頻率變化的曲線。具體測量方法如下：1) 正弦輸入信號的幅度選擇適當?shù)拇笮?，并保持不變?) 示波器同時監(jiān)測輸入、輸出波形，確保電路工作正常（電路無干擾、無自激，輸出波形無非線性失真等）；改變輸入信號的頻率，用晶體管毫伏表測量不同頻率時輸出電壓的有效值；3) 利用測得的有效值和相應(yīng)的頻率值，繪制幅頻特性曲線；4) 用示波器測量輸入與輸出波形的相位差。測量時注意事項：1) 測量時輸入信號的電壓大小要保持不變（用晶體管毫伏表監(jiān)測），如果隨著頻率

19、的改變輸入電壓大小有變化，必須調(diào)節(jié)信號源使被測電路輸入信號維持原來的大小。2) 盡量合理選擇測試點，為此可以先大體測一下上、下截止頻率的大約數(shù)值，然后在它們附近多測幾點，而曲線變化比較平坦的地方可以少取測試點。3) 在頻率較高時，要考慮到晶體管毫伏表輸入阻抗的電容分量以及引線分布電容對測試精度的影響，必要時應(yīng)換用高頻毫伏表。點頻法測量放大器的幅頻特性曲線的優(yōu)點：1) 測試原理簡單；2) 可采用常用的簡單儀器進行測量。點頻法測量放大器的幅頻特性曲線的缺點：1) 由于需要選取的頻率點較多，所以操作繁瑣費時，改變一次電路元件，需要重新逐點再測試一遍，如果元件調(diào)節(jié)較多，則工作量巨大；2) 測量數(shù)據(jù)不連續(xù)，有可能因為取點的不合理或者不夠多而漏掉某些細節(jié)；3) 不能反映電路的動態(tài)幅頻特性。由于點頻法測量幅率特性存在一定的缺陷，不便于電路的調(diào)測，人們在點頻法的基礎(chǔ)上發(fā)展了新測試方法，即掃頻法。掃頻法是使用專用的掃頻儀，在熒光屏上直觀地顯示出幅頻特性曲線，可以一邊調(diào)整被測放大器中的有關(guān)元件，一邊觀察幅頻特性曲線的變化，從而得到符合要求的幅頻特性曲線。關(guān)于掃頻法及掃頻儀的使用請查閱相關(guān)資料，此處不再詳細介紹。四、預(yù)習思考題1、 請簡述幅頻特性的定義。2、 請簡述RC低通、高通濾波電路的基本工作原理。五、實驗任務(wù)與要求1、微分電路測試（1）按圖4-6連線