电工学实验教材

电⼯学实验教材
《电⼯学实验指导书》
康⼩麓盛智勇
北⽅⼯业⼤学
2011年9⽉
⽬录
实验课纪律 (2)
实验预习报告要求 (3)
实验⼀迭加定理和戴维南定理 (5)
实验⼆串联电路的谐振 (9)
实验三⼀阶电路的过渡过程 (12)
实验四常⽤仪器仪表的使⽤ (16)
实验五运算放⼤器线性应⽤设计 (20)
实验六基本组合逻辑门电路及应⽤设计 (23)
实验七数字组合逻辑与时序电路 (25)
实验课纪律
1. 实验课必须严肃认真，不得⽆故缺席、迟到，不得做与
实验⽆关的事，不得喧哗、打闹。

2. 每⼀⼈为⼀实验⼩组，到指定实验台进⾏实验。

不得擅
⾃取⽤、操作其余与本次实验⽆关的仪器设备。

3. 严格按安全操作规程操作，强电实验，严禁带电触摸带
电体。

同组⼈员互相配合，通电时要提醒在场⼈员，防⽌触电事故。

4. 实验过程中出现异常情况，⾸先迅速切断电源，保护现
场，及时汇报。

5. 要认真听讲，有问题及时请教指导⽼师。

正确使⽤仪器
仪表，接线后要先⾃⾏检查，经教师检查后⽅可通电实验。

认真记录实验现象、数据。

6. 实验结束后，先请指导教师检查实验结果，再拆线，整
理现场，经教师批准才可离开。

7. 严重违反纪律、不听劝阻者，取消实验资格，因违反纪
律⽽造成事故或损失的，要追究责任。

电⼯学实验室
实验预习报告要求
实验前必须认真阅读实验讲义，理解实验内容，写出实验预习报告。

实验完成后写出实验报告，报告书写要清楚，字迹要端正，电路图中所画的元件、符号要符合国家标准，元件参数应符合系列化标准，曲线要画⼯整。

预习报告内容：
①实验名称
②实验⽬的
③实验电路及使⽤设备
④实验注意事项
⑤实验讲义中“理论值”的计算结果。

实验报告内容：
1. 在预习报告的基础上，认真整理和处理测试数据，列出表格或画出曲线，并回答讲义中的思考题。

2. 对测试结果进⾏理论分析，找出误差原因及改进措施。

3. 对本次实验的⼼得体会和意见，以及改进实验的建议。

4. 实验过程中遇到哪些故障或问题，进⾏故障分析，说明排除故障的过程和⽅法。

实验⼀叠加定理和戴维南定理
⼀、实验⽬的
1.通过实验⽅法验证叠加定理和戴维南定理。

2.通过实验加深对电位、电压与参考点之间关系的理解。

3.通过实验加深对电路参考⽅向的掌握和运⽤能⼒。

4.学会使⽤直流电流表和数字万⽤表。

⼆、实验原理
1. 叠加定理是线性⽹络的重要定理。

在⼀个线性⽹络中，当有n 个独⽴电源共同作⽤时，在电路中任⼀部分产⽣的响应(电压或电流)等于各独⽴源单独作⽤时在该部分产⽣响应的代数和。

2. 戴维南定理是指⼀线性含源⼆端⽹络，对外电路来说等效为⼀个电压源与电阻串联，电压源的电压等于⼆端⽹络的开路电压，串联电阻为⼆端⽹络内部所有独⽴源为零时的输⼊端等效电阻。

3. 测量电路中电流的⽅法
在电路插接板上有电流测试孔，在未接⼊电流测试线时，电路保持接通状态；当测量电流时，须将电流测试线与电流表相连，其红⾊接线夹与电流表的正极相连、⿊⾊接线夹与电流表的负极相接，然后将插头插⼊待测电流电路的电流测试孔，此刻电流表即串接在该电路中，读完电流表数值后，将电流测试插头拔下，当电流测试插头被拔出之后，电流表即脱离该电路，其电流测试插座仍能保持电路处于接通状态。

三、实验内容
根据提供的电阻参数，设计并选择合适的电压E1，E2 ，测量电路中的电流I1、I2、I3，与理论值⽐较。

四、实验装置
实验装置如图1—1所⽰：
图1―1：戴维南定理和叠加定理实验装置
开关K1和K2⼿柄指向电压源，则相应在AB、CD端接⼊的电压源被接⼊电路；若开关K1和K2⼿柄指向短路线，则AB、CD端被电路中的短路线短接。

开关K3和K4为单⼑三位开关，开关⼿柄指向左侧ON的位置，则K3、K4处短路；开关⼿柄指向右侧R4或D1的位置，则K3、K4处接⼊R4和D1；开关⼿柄指向中间OFF的位置，则K3、K4处断开。

I1、I2、I3是电流测试孔，仅供电流测试⽤。

（⼀）叠加定理
开关K1、K2、K3、K4和K5⼿柄均置向左端。

接⼊稳压电源E1，E2 1. 电源E1，E2共同作⽤
将开关K1，K2置向左端，将稳压电源E1和E2分别接在AB端和CD端，⽤直流电流表（C75或C77）分别测出电流I1、I2、I3值并记录在表1中。

2. 电源E1单独作⽤
将开关K2置向右端, 分别测出电流, I1′、I2′、I3′值并记录在表中。

3. 电源E2单独作⽤
将开关K1置向右端，开关K2置向左端，分别测出电流, I1″、I2″、I3″值并记录在表中。

(注意保持电源电压维持恒定及正确记录电流的正负值。

) （⼆）戴维南定理
开关K1、K2、K3、K4和K5⼿柄均置向左端。

接⼊稳压电源E1，去掉E2。

1. 数字万⽤表测量并记录D、C端的开路电压U ODC。

2.将开关K5置向右端，测量电流I2 。

调节电位器R W ，使电流
I2 = –8mA。

3. 去掉E1并将K1置向右端。

4.将开关K4置向OFF位置，调节稳压电源使E1=U ODC并接在开关
K4 的两端。

5.测量电流I2′。

1、根据实验线路中给定参数R1=100Ω，R2=300Ω，R3=50Ω，以及电阻所能承受的最⼤功率，预先计算出允许通过的最⼤电流理论值，进⽽推导出电路所加载的电源电压。

实验时根据计算值连接电源，并测出3个电流，与理论值⽐较。

2、简要分析产⽣误差的原因。

3、回答思考题：(1)为什么线性电路的任⼀⽀路的电流(或电压)可以迭加，⽽功率却不能?并⽤实验结果说明之；(2)如何在迭加定理中实现电源电压为零且⼜不使稳压电源短路，请你试将实际电路设计出来
七、注意事项
1. 不允许将稳压电源直接短路。

2. 选择正确的仪表量程及极性，根据仪表极性及电路中参考⽅
向，正确记录电流、电压的正负值。

⼋、实验设备
直流稳压电源DH1718D
直流毫安表C77
数字万⽤表，
综合实验箱。

实验⼆串联电路的谐振
⼀、实验⽬的
1.加深对RLC串联电路谐振的认识。

2.加深对感抗，容抗的认识。

3.了解信号发⽣器、⽰波器、晶体管毫伏表的使⽤⽅法。

⼆、实验仪器与设备
信号发⽣器：TFG2010
毫伏表：NY4520
实验电路板
数字万⽤表
三、实验原理及装置简介
电阻R，电容C及电感L的串并联构成了电路的主要形态。

在具有电容或电感的电路中，电路两端的电压与其中的电流⼀般是不同相的。

通过调节电路的参数（L，C），或电源的频率可使电压和电流同相，这时电路中就发⽣谐振现象。

此时电路表现为纯阻性，电路中的阻抗最⼩。

实验装置如图2—1所⽰：
开关⼿柄指向0.5R或2C时；其旋转开关指⽰的相应电阻或电容数值被相同的电阻或电容值并联。

图2—1：⼀、⼆阶电路、⽆源滤波器实验装置
四、设计要求
根据实验原理图⾃⼰选择⼀组参数：R、L、C并计算出谐振频率f。

串联谐振的条件：X L=X C，谐振频率电路呈纯阻性。

*注意：谐振点要选得合理，f0 必须选在信号发⽣器输出频率1M 的中部，同时电路要有适当的品质因素。

五、实验线路与内容
f H1、f H2
七、实验报告要求
1.根据实验设备提供的电阻，电容，电感等，选择⼀组合适的参数：
R、L、C，并计算出谐振频率f。

；并与测量值表较，分析误差原因。

2.做出I=f(f)曲线，X C=f(f)曲线，X L=f(f)曲线。

3.由参数计算f0′，Q与测量的f0，Q⽐较。

实验三⼀阶电路的过渡过程
⼀、实验⽬的
1. 观察RC⼀阶电路过渡过程及RC参数对过渡过程的影响。

2. 掌握⼀阶电路时间常数的实验测量法。

3. 了解⽰波器及信号发⽣器的使⽤⽅法。

⼆、实验原理
在交流电路中，电容元件和电感元件的阻抗都与频率有关。

电源频率（激励）的改变将引起容抗和感抗的改变，从⽽使电路中各部分所产⽣的电流（响应）和电压的⼤⼩、相位也随着改变。

响应和频率的关系我们称为电路的频率特性或频率响应。

1. 为了能⽤⽰波器观察过渡过程，要求电路周期性的重复过渡过程，通常采⽤给⼀阶电路加⼊⽅波信号，若⽅波脉冲宽度
tp=T/2>>时间常数τ，则可从⽰波器上观察到零输⼊响应及零状态响应。

若tp≯(3～5)τ则⽰波器上将会观察到全响应和零输⼊响应。

2. RC⼀阶电路的时间常数τ=RC决定过渡过程的快慢，利⽤实验所测得的过渡电压曲线即可得到τ的⼤⼩。

时标法：利⽤⽰波器上的时标，可以计算出电压曲线从某值(⼀般取初值)下降或上升⾄某⼀值(⼀般取半值)所需时间t0，由t0即可计算出τ。

设U C为零状态响应，则U C=U i(1-e t/τ)设U C上升到1/2U S 所⽤时间为t0，
则有：1/2U i= U i(1-e t0/τ)
解：τ=1.443t0
3. 利⽤RC电路不同的时间常数对过渡过程波形影响，可以构成微分电路和积分电路。

三、实验设备
信号发⽣器：TFG2010
⽰波器：数字存储⽰波器
综合实验装置
四、实验内容及装置简介
本实验是研究在输⼊频率不变的情况下，通过改变电阻阻值和电容的⼤⼩，⽤⽰波器观察电容两端电压的波形，测量时间常数τ，感性认识RC串联电路的频率特性。

实验装置如图3—1所⽰：
开关⼿柄指向0.5R或2C时；其旋转开关指⽰的相应电阻或电容数值被相同的电阻或电容值并联。

图3—1：⼀、⼆阶电路、⽆源滤波器实验装置
Z 、
⽤⽰波器测量该⽅波输出。

改变信号发⽣器的⽅波输出幅度，使之在⽰波器显⽰其幅度为6个⼤格刻度。

3. 在⽰波器上调出U C，稳定波形，使U C在1/2U i的点在⽰波器上能明显找到，⽤时标法求出T，计算出τ值。

见图3-3 4、固定R改变C；及固定C改变R，观察U C波形变化并记
录⼏种典型曲线。

实验四常⽤仪器仪表的使⽤
⼀、实验⽬的
1. 学习数字⽰波器的使⽤⽅法。

2. 学习DDS信号发⽣器使⽤⽅法。

3. 学习晶体管毫伏表NY4520 的使⽤⽅法。

⼆、实验内容与⽅法
为掌握电⼦⽰波器及信号发⽣器的使⽤⽅法，进⾏综合测量，⾸先使信号发⽣器分别输出不同频率及幅值的正弦信号,再⽤⽰波器测量频率和V p-p值，验证是否相符。

(信号发⽣器NY2201D的输出电压需要⽤晶体管毫伏表监测)。

三、预习与思考
1.正弦波有效值与峰—峰值有何关系?
（⼀）、DDS函数信号发⽣器使⽤说明
图4-1 DDS函数发⽣器⾯板图
⼀、简要说明：
[频率]键:显⽰当前输出频率.(可通过调节飞梭或直接输⼊数字改变输出频率.)
[幅度]键: 显⽰当前输出幅度.(可通过调节飞梭或直接输⼊数字改变输出幅度.)
[功能]键：控制键，可循环选择“正弦”，“扫描”，“调制”，“猝发”，“键控”五种主要功能。

⼀般选择“正弦”功能. [选项]键：控制键，可循环选择“正弦:A路频率”等不同的项⽬。

⼀般选择“正弦:A路频率”功能.
⼆、操作：
开机却省状态为: “正弦:A路频率”, 其输出频率为1000Hz的正弦波形.
1、输出正弦波：
开机后，其状态为“正弦:A路频率”:
选择确定频率:
按[频率]键(在“正弦:A路频率”状态下)
a.直接按数值键选择设定值，再按⾯板上右下⽅的频
率单位键
b. 在确定频率单位的条件下,通过调整[<] ，[>]键确
定调节频率的第⼏位,然后调节飞梭旋钮来调节
设定值⼤⼩。

选择确定幅度:
按⾯板上[幅度]键(在“正弦:A路频率”状态下)
a.直接按数值键选择设定值，再按⾯板上右下⽅的幅
度单位键
b. 在确定幅度单位的条件下,通过调整[<] ，[>]键确
定调节幅度的第⼏位,然后调节飞梭旋钮来调节设
定值⼤⼩。

选择确定输出为有效值:
按⾯板上[幅度]键(在“正弦:A路频率”状态下),液晶显⽰器上显⽰输出幅度为:X.XVp-p即输出幅度值为峰-峰值. a.按[shift]键，再按[6/有效值]有效值键，即可将⽬前
输出正弦波的峰-峰值设定为正弦波的有效值。

选择确定输出为峰-峰值:
按⾯板上[幅度]键(在“正弦:A路频率”状态下),液晶显⽰器上如果显⽰输出幅度为:X.XVrms即输出幅度值为有效值.
a.按[shift]键，再按[5/峰峰值]峰峰值键，即可将⽬前
输出正弦波的有效值设定为正弦波的峰-峰值。

1、输出⽅波：
在“正弦: A路频率”条件下，按[shift]键，再按[1/⽅波]键，即可将“正弦: A路频率”切换到“⽅波: A路频率”.
选择确定输出⽅波频率:
设定⽅法与正弦波相同,略。

选择确定输出⽅波幅度:
设定⽅法与正弦波相同,略。

选择确定输出⽅波占空⽐:
在“⽅波: A路频率”条件下，按[shift]键，再按[7/占空⽐]键，即可将“⽅波: A路频率” 切换到“⽅波: A路脉宽”. 液晶显⽰器上显⽰“⽅波: A路脉宽”
XX%
此时即可直接按数字键输⼊输出⽅波的占空⽐.。