电工技术与电子技术.doc

《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

二0 0六年五月六日

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

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。

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。

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。

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；

②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

（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。

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

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

1.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，R l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

R2

I（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

b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

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。

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）U Sl电源单独作用（将开关S1投向U Sl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(m

A)

I3(m

A)

U AB(V

)

U CD(

V)

U AD(V

)

U DE(V

)

U FA(V

)

Us1单独12 0

用直流数字电压表测量各电阻元件两端电压：电压表的红（正）接线端应插入被测电阻元件电压参考方向的正端，电压表的黑（负）接线端插入电阻元件的另一端（电阻元件电压参考方向与电流参考方向一致）。测量各电阻元件两端电压，数据记入表3－1中。

（2）U S2电源单独作用（将开关S l投向短路侧，开关乱投向U S2侧），参考图3-1c画出电路图，标明各电流、电压的参考方向。

重复步骤1的测量并将数据记录记人表格3－1中。

（3）U S1和U S2共同作用时（开关S l和S2分别投向U S1和U S2侧），各电流、电压的参考方向见图3－2

完成上述电流、电压的测量并将数据记录记入表格3－1中。

（4）将U S2的数值调至+12V，重复第二步的测量，并将数据记录在表3－1中。

（5）将开关S3投向二极管VD侧，即电阻R3换成一只二极管1N4007，重复步骤1～4的测量过程，并将数据记入表3－2中。

表3－1实验数据二

四、实验设备

1．双路恒压源（0～30v可调）、直流数字电压表、直流数字电流表。

2．实验所需的各种元件、接插件。

五、实验注意事项∶

1．用电流插头测量各支路电流时，应注意仪表的极性，及数据表格中“+、－”号的记录。

2．注意仪表量程应及时更换。

3．电源单独作用时，去掉另一个电压源，只能在实验板上用开关S1和S3操作，而不能直接将电源短路。

六、实验思考题

1．叠加原理中U S1、U S2分别单独作用，在实验中应如何操作？可否将要去掉的电源（U S1或U S2）直接短接？

2．实验电路中，若有一个电阻元件改为二极管，试问叠加性成立吗？为什么？

七、实验报告要求

各电阻元件所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？试用上述实验数据计算、说明。

实验四三相电路电压、电流的测量

一、实验目的

1．掌握三相电路负载的星形和三角形的连接方法。

2．了解三相电路线电压与相电压、线电流与相电流之间的关系。

3．比较三相三线制和三相四线制的特点，观察中线的作用。

二、实验原理与说明

三相电路中，负载的连接方式有星形连接和三角形连接。星形连接时根据需要可以采用三相三线制或三相四线制供电，三角形连接时只能用三相三线制供电。三相电路中的电压和负载有对称和不对称两种情况。本实验研究三相电源对称，负载作星形连接和三角形连接时的电路工作情况。

1．负载星形（Y）连接

（1）当三相对称负载作“Y”连接时，如图4－1，线电压U l是相电压Up的√3倍，线

电流I l等于相电流Ip，即

U l＝√3Up I l＝Ip

当采用三相四线制接法时，通过中线的电流I N＝0，所以可以省去中线。

图4-1 图4-2

（2）当不对称三相负载作“Y”连接时，必须采用三相四线制接法，即“Y0”接法，而且中线必须牢固连接，以保证三相不对称负载的每相电压等于电源的相电压。若中线断开，会导致三相负载电压不对称，致使负载轻的那一相的相电压过高，使负载遭受损坏；负载重的一相相电压又过低，使负载不能正常工作。

2．负载三角形（△）连接

（1）当对称三相负载作“△”连接时，如图4－2，线电压U l等于相电压Up，线电流I l是相电流Ip的√3倍，即

U l=Up I l＝√3Ip

（2）当不对称负载作“△”连接时，I l≠√3Ip，但只要电源的线电压U l对称，加在三相负载上的电压仍是对称的，对各相负载工作没影响。

三、实验任务与步骤

（1）测量三相四线制电源各电压；

测量三相四线制电源各电压，记录于4-1表中，注意线电压与相电压的关系

表4-1

（2）测量Y形接法各种负载情况下的电压、电流及功率。

按图4-3接线。为了能方便地用一块电流表测量多处电流，线路中预先串入多个“测电流插孔”，电流表接上专用的测试线。不测电流时用短路桥短接测电流插孔，测电流时插上测电流测试线，然后拔下短路桥。此种设计是为了避免同学们在实验中用电流表测试电压而损坏电流表。将测量结果填入4-2表中。

图4-3

表4-2

本实验中用三相瓦特计测量无中线时的三相功率，属于两表测量法。有中线时必须用三只单相瓦特计测量功率，因此本实验中对于有中线的情况，瓦特计读数没有意义。三相瓦特计的接线法见图4-4

图4-4

四、实验设备

1．电工电子教学实验台、白炽灯组成的三相负载灯箱面板图。

2．自耦调压器（输出可调的交流电压）、交流数字电压表、交流数字电流表等。本实验使用设备大部分为插板式、模块化结构。

五、实验注意事项

1．更换接线时，务必切断电源，实验中切勿触及导电部分，测量电压时，勿用两手同时握住测试棒。

2．每次接线完毕，学生应自查一遍，然后由指导教师检查后方可接通电源。须严格遵守先接线、后通电，先断电、后拆线的实验操作原则。

3．测量时，记录各电压、电流时，注意分清它们是哪一相、哪一线，有、无中线，是