【金辰股份o高工产品】中颖电子锂电池管理芯片将进入小量生产
中颖电子表示，公司锂电池管理芯片已经完成在一线品牌笔记本电脑大厂供应链的试生产，后续将进入小量生产。
中颖电子(300327)在最新披露的投资者关系活动记录表中表示，公司锂电池芯片应用面和客户都在增加，2017 年的销售增量主要来自应用于手机的锂电池计量芯片和电动自行车、电动工具的锂电池保护芯片市场。
中颖电子董事会秘书潘一德表示，公司锂电池管理芯片已经完成在一线品牌笔记本电脑大厂供应链的试生产，后续将进入小量生产。自2018年开始有机会增加相关的收入贡献。产品性价比高，来的产品销量可望会是一个逐步增长的过程，进而逐渐实现进口替代。
中颖电子称，其新能源汽车锂电池管理芯片还在技术调研的准备阶段，变数尚多，有些制程需要与晶圆厂合作调试研发，目前尚未实质切入，公司的条件也还不成熟。公司会将研发投入重心放在持续推动锂电池管理芯片在笔记本电脑的一线品牌客户进入量产。
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今日搜狐热点电子电路测量技术的基本知识_伤城文章网
第一部分: 第一部分:电 子 技 术 基 础 实 验 的 基 本 知 识 1.1 电子电路测量技术的基本知识 一,要点提示 1,电子技术基础实验的目的和意义 2,电子技术基础实验的一般要求 3,误差分析与测量结果的处理 4,测量仪器的阻抗对测量的影响 5,接地,电源接地 二,内容简介1.1.1 电子技术基础实验的目的和意义 实验是将事物置于控制的或特定的条件下加以观测.是对事物发展规律进行科学认识的必要环节,是 科学理论的源泉,自然科学的根本,工程技术的基础.任何科学技术的发展都离不开实验.电子技术是一 门实践性很强的学科,它的任务是使学生获得电子技术方面的基础理论,基础知识和基本技能.加强实验 训练特别是技能的训练,对提高学生分析问题和解决问题的能力,特别是毕业后的实际工作能力,具有十 分重要的意义. 电子技术是一门飞速发展的学科,市场经济需要的是具有一定实际工作能力的复合型人才,而实验教 学在培养学生诸能力方面有一定的优势.在实验过程中,通过分析,验证器件和电路的工作原理及功能; 对电路进行分析,调试,故障排除和性能指标的测量;自行设计,制作各种功能的实际电路等多方面的系 统训练,可以使学生的各种实验技能得以提高,实际工作能力也得到了锻炼.同时,学生的创造性思维能 力,观测能力,表达能力,动手能力,查阅文献资料的能力等综合素质也得到了提高.此外,通过实验还 可以培养学生勤奋进取,严肃认真,理论联系实际的务实作风和为科学事业奋斗的精神. 电子技术实验,按性质可分为验证性实验,训练性实验,综合性实验和设计性实验四大类. 验证性实验和训练性实验是针对于电子技术基础理论而设置的,通过实验获得感性认识.验证和巩固 重要的基础理论,同时使学生掌握测量仪器的工作原理和规范使用,熟悉常用元器件的原理和性能,掌握 其参数的测量方法和元器件的使用方法,掌握基本实验知识,基本实验方法和基本实验技能.同时,培养 学生一定的安装,调试,分析,寻找故障等技能. 综合性实验侧重于对一些理论知识的综合应用和实验的综合分析,其目的是培养学生综合应用理论知 识能力和解决较复杂的实际问题的能力,包括实验理论的系统性,实验方案的完整性,可行性,元器件及 测量仪器的综合应用等. 设计性实验对学生来说,既有综合性又有探索性.它主要侧重于某些理论知识的灵活应用.要求学生 在教师的指导下独立查阅资料,设计方案与组合实验等工作,并写出试验报告.借助于计算机仿真实验, 可以使实验方案更加完善,合理.这类实验对提高学生的科学实验能力等方面非常有益.1.1.2 电子技术基础实验的一般要求 尽管每个电子技术实验的目的和内容不同,但为了培养良好的学风,充分发挥学生的主动精神,促使 其独立思考,独立完成实验并有所创新.我们对电子技术实验的准备阶段,进行阶段,完成阶段和实验报 告分别提出下列基本要求.一, 实验前准备 为了避免盲目性,参加实验者应对实验内容进行预习.通过预习,明确实验目的和要求,掌握实验的 基本原理,看懂实验电路图,查阅有关资料,拟出实验方法和步骤,设计实验表格,对思考题作出解答, 初步估算(或分析)实验结果,最后做出预习报告. 二, 实验进行 ①参加实验者要自觉遵守实验室规则. ②根据实验内容合理布置实验现场.仪器设备和实验装置安放要适当.检查所用器件和仪器是否完好, 然后按实验方案搭接实验电路和测试电路.并认真检查,确保无误后方可通电测试. ③认真记录实验条件和所得资料,波形(并进行分析判断所得资料,波形是否正确) .发生故障应独立 思考,耐心寻找故障原因并排除,记录排除故障的过程和方法. ④仔细申阅实验内容及要求,确保实验内容完整,测量结果准确无误,现象合理. ⑤实验中若发生异常现象,应立即切断电源,并报请指导教师和实验室有关人员,等候处理. 三,实验完成 必须实验报告是对实验工作的全面总结.学生做完实验后用简明的形式将实验结果和实验情况完整地 和真实地表达出来. 1. 验报告的内容实验报告应包括以下几个部分: ①实验的目的和要求. ②实验电路,测试电路和实验的工作原理. ③实验用的仪器,主要工具. ④实验的具体步骤,实验原始数据及实验过程的详细情况记录. ⑤实验结果和分析.必要时,应对实验结果进行误差分析. ⑥实验小结.实验小结即总结实验完成情况,对实验方案和实验结果进行讨论,对实验中遇到的 问题进行分析,简单叙述实验的收获和体会. ⑦参考资料.记录实验前,后阅读的有关资料.应记录资料的名称,作者和简单内容.为今后查 阅提供方便. 2. 实验报告的基本要求 实验报告的基本要求是:结论正确,分析合理,讨论深入,文理通顺,简明扼要,符号标准,字迹端 正,图表清晰.在实验报告上还应注明:课题,实验者,实验日期,使用仪器编号等内容.1.1.3 误差分析与测量结果的处理 在科学实验与生产实践的过程中,为了获取表征被研究对象的特征的定量信息,必须准确地进行测量. 在测量过程中,由于各种原因,测量结果和待测量的客观真值之间总存在一定差别,即测量误差.因此, 分析误差产生的原因,如何采取措施减少误差,使测量结果更加准确,对实验人员及科技工作者来说是必 须了解和掌握的. 一, 差的来源与分类 1.测量误差的来源测量误差的来源主要有以下几个方面: (1) 仪器误差 仪器误差是指测量仪器本身的电气或机械等性能不完善所造成的误差.显然,消除仪器误差的方法是 配备性能优良的仪器并定时对测量仪器进行校准. (2) 使用误差也称操作误差 指测量过程中因操作不当而引起的误差.减小使用误差的办法是测量前详细阅读仪器的使用说明书, 严格遵守操作规程,提高实验技巧和对各种仪器和操作能力. 例如:万用表表盘上的符号:⊥;∏;∠60o 分别表示万用表垂直位置使用;水平位置使用;与水平面倾 斜成60o 使用.使用时应按规定放置万用表,否则会带来误差,至于用欧姆档测电阻前不调零所带来的误 差,更是显而易见的. (3) 方法误差又称理论误差 它是指由于使用的测量方法不完善,理论依据不严密,对某些经典测量方法作了不适当的修改简化所 产生的,即凡是在测量结果的表达式中没有得到反映的因素,而实际上这些因素在测量过程中又起到一定 的作用所引起的误差.例如,用伏安法测电阻时,若直接以电压表示值与电流表示值之比作测量结果,而 不计电表本身内阻的影响,就会引起误差. 2.测量误差的分类 测量误差按性质和特点可分为系统误差,随机误差和疏失误差三大类. (1) 系统误差 是指在相同条件下重复测量同一量时,误差的大小和符号保持不变,或按照一定的规律变化的误差. 系统误差一般可通过实验或分析方法,查明其变化规律及产生原因后,可以减少或消除.电子技术实验中 系统误差常来源于测量仪器的调整不当和使用方法不当所致. (2)随机误差(偶然误差) 在相同条件下多次重复测量同一量时,误差大小和符号无规律的变化的误差称为随机误差.随机误差不能 用实验方法消除.但从随机误差的统计规律中可了解它的分布特性,并能对其大小及测量结果的可靠性作 出估计,或通过多次重复测量,然后取其中算术平均值来达到目的. (3)粗差 这是一种过失误差.这种误差是由于测量者对仪器不了解,粗心,导致读数不正确而引起的,测量条 件的突然变化也会引起粗差.含有粗差的测量值称为坏值或异常值.必须根据统计检验方法的某些准则去 判断哪个测量值是坏值,然后去除.二 , 误差的表示方法 误差可以用绝对误差和相对误差来表示.1.绝对误差 设被测量量的真值为Ao,测量仪器的示值为 X,则绝对值为 △X=X-Ao 在某一时间及空间条件下,被测量量的真值虽然是客观存在的,但一般无法测得,只能尽量逼近它.故常用高一级标准测量仪器的测量值A代替真值Ao,则 △X=X-A 在测量前,测量仪器应由高一级标准仪器进行校正,校正量常用修正值 C 表示.对于被测量量,高一 级标准仪器的示值减去测量仪器的示值所得的差值,就是修正值.实际上,修正值就是绝对误差,只是符 号相反 C=-△X=A-X 利用修正值便可得该仪器所测量的实际值 A=X+C 例如,用电压表测量电压时,电压表的示值为1.1V,通过鉴定得出其修正值为-0.01V.则被测电压的 真值为 A=1.1+(-0.01)=1.09V 修正值给出的方式可以是曲线,公式或数表.对于自动测验仪器,修正值则预先编制成有关程序,存 于仪器中,测量时对误差进行自动修正,所得结果便是实际值.2.相对误差 绝对误差值的大小往往不能确切地反映出被测量量的准确程度.例如,测100V 电压时,△X1=+2V, 在测10V 电压时,△X2==0.5V,虽然△X1&△X2,可实际△X1只占被测量量的2%,而△X2却占被测 量的5%.显然,后者的误差对测量结果的影响相对较大.因此,工程上常采用相对误差来比较测量结果的 准确程度. 相对误差又分为实际相对误差,示值相对误差和引用(或满度)相对误差. (1)实际相对误差;是用绝对误差△X 与被测量的实际值 A 的比值的百分数来表示的相对误差,记为(2)示值相对误差;是用绝对误差△X 与仪器给出值 X 的百分数来表示的相对误差,即(3)引用(或满度)相对误差;是用绝对误差△X 与仪器的满刻度值 Xm 之比的百分数来表示的相对 误差,即电工仪表的准确度等级就是由决定的,如1.5级的电表,表明≤±1.5%.我国电工仪表按 值共分七级:0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0.若某仪表的等级是 S 级,它的满刻度值为 Xm,则测量的绝对误差为 △X≤Xm×S% 其示值相对误差为在上式中,总是满足 X≤Xm 的,可见当仪表等级 S 选定后,X 愈接近 Xm 时, 的上限值愈小,测量愈 准确.因此,当我们使用这类仪表进行测量时,一般应使被测量的值尽可能在仪表满刻度值的二分之一以 上. 二, 测量结果的处理 测量结果通常用数字或图形表示.下面分别进行讨论.1.测量结果的数据处理 (1)有效数字 由于存在误差,所以测量资料总是近似值,它通常由可靠数字和欠准数字两部分组成.例如,由电流 表测得电流为12.6mA,这是个近似数,12是可靠数字,而末位6为欠准数字,即12.6为三位有效数字.有效 数字对测量结果的科学表述极为重要. 对有效数字的正确表示,应注意以下几点: ①与计量单位有关的&0&不是有效数字,例如,0.054A 与54mA 这两种写法均为两位有效数字. ②小数点后面的&0&不能随意省略,例如,18mA 与18.00mA 是有区别的,前者为两位有效数字,后者则 是四位有效数字. ③对后面带&0&的大数目数字,不同写法其有效数字位数是不同的,例如,3000如写成30×10 2,则成 为两位有效数字;若写成3×103,则成为一位有效数字;如写成3000±1,就是四位有效数字. ④如已知误差,则有效数字的位数应与误差所在位相一致,即:有效数字的最后一位数应与误差所在 位对齐.如;仪表误差为±0.02V,测得数为3.2832V,其结果应写作3.28V.因为小数点后面第二位&8&所 在位已经产生了误差,所以从小数点后面第三位开始后面的&32&已经没有意义了,写结果时应舍去. ⑤当给出的误差有单位时,则测量资料的写法应与其一致.如:频率计的测量误差为±数 kHz,其测 得某信号的的频率为7100kHz,可写成7.100MHz 和Hz,若写成.1MHz 是不行的.因为 后者的有效数字与仪器的测量误差不一致.] (2)数据舍入规则 为了使正,负舍入误差出现的机会大致相等,现已广泛采用&小于5舍,大于5入,等于5时取偶数&的舍 入规则.即 ①若保留 n 位有效数字,当后面的数值小于第 n 位的0.5单位就舍去; ②若保留 n 位有效数字,当后面的数值大于第 n 位的0.5单位就在第 n 位数字上加1; ③若保留 n 位有效数字,当后面的数值恰为第 n 位的0.5单位,则当第 n 位数字为偶数(0,2,4,6, 8)时应舍去后面的数字(即末位不变) ,当第 n 位数字为奇数(1,3,5,7,9)时,第 n 位数字应加1(即 将末位凑成为偶数) .这样,由于舍入概率相同,当舍入次数足够多时,舍入的误差就会抵消.同时,这种 舍入规则,使有效数字的尾数为偶数的机会增多,能被除尽的机会比奇数多,有利于准确计算.(3)有效数字的运算规则 当测量结果需要进行中间运算时,有效数字的取舍,原则上取决于参与运算的各数中精度最差的那一项. 一般应遵循以下规则: ①当几个近似值进行加,减运算时,在各数中(采用同一计量单位) ,以小数点后位数最少的那一个数 (如无小数点,则为有效位数最少者)为准,其余各数均舍入至比该数多一位后再进行加减运算,结果所 保留的小数点后的位数,应与各数中小数点后位数最少者的位数相同. ②进行乘除运算时,在各数中,以有效数字位数最少的那一个数为准,其余各数及积(或商)均舍入 至比该因子多一位后进行运算,而与小数点位置无关.运算结果的有效数字的位数应取舍成与运算前有效 数字位数最少的因子相同. ③将数平方或开方后,结果可比原数多保留一位. ④用对数进行运算时,n 位有效数字的数应该用 n 位对数表 ⑤若计算式中出现如 e,π, 等常数时,可根据具体情况来决定它们应取的位数.2.测量结果的曲线处理 在分析两个(或多个)物理量之间的关系时,用曲线比用数字,公式表示常常更形象和直观.因此, 测量结果常要用曲线来表示.在实际测量过程中,由于各种误差的影响,测量数据将出现离散现象,如将 测量点直接连接起来, 将不是一条光滑的曲线, 而是呈折线状. 如图1.1.1所示, 但我们应用有关误差理论, 可以把各种随机因素引起的曲线波动抹平,使其成为一条光滑均匀的曲线,这个过程称为曲线的修匀.图1.1.1 直线连接测量点时曲线的波动情况图1.1.2 分组平均法修均曲线在要求不太高的测量中,常采用一种简便,可行的工程方法--分组平均法来修匀曲线.这种方法是将 各测量点分成若干组,每组含2-4个数据点,然后分别估取各组的几何重心,再将这些重心连接起来.图 1.1.2就是每组取2-4个数据点进行平均后的修匀曲线.这条曲线,由于进行了测量点的平均,在一定程度 上减少了偶然误差的影响,使之较为符合实际情况.1.1.4 测量仪器的阻抗对测量的影响 被测电路的输入或输出阻抗与测量仪器的输入或输出阻抗间的关系,如果没有合理的匹配将造成测量 误差,下面作简单叙述.一,测量仪器和被测电路并联 以用示波器或数字电压表测量电路的内部电压为例,在图1.1.3中,被测电路的输出阻抗为 ZS,内部 电压为 U .用输入阻抗为 Zm 的示波器,或者数字电压表测量时,测量点 A,B 间的电压 U′为 当 Zm&&Zs 时,V′≈V,此时误差非常小.如果 Zm=Zs,V′=V/2,指示值为实际电压的1/2.因此, 在这种情况下,必须使测量仪器的输入阻抗比被测电路的输出阻抗大很多.图1.1.3 用高输入阻抗一起测量电压图1.1.4用低输入阻抗一起测量电流另外,一般 Zm 和 Zs 是频率的函数(通常多是频率越高,阻抗越低) ,尤其在高频测量时必须注意这一 点.测量仪器和被测电路串联 测量电流时,如图1.1.4,若未接 Zm 前的真值电流为 I,串接 Zm 后电流为 I ′,则若 Zm&& Zs,则 I ′≈I ,测量值近于真值.如果 Zm=Zs,则 I ′=I /2,测量指示值为真值的1 /2倍.因此,在这种情况下,测量仪器的输入阻抗应远小于被测电路的输出阻抗.由此也可见,如果忽略 了测量仪器的阻抗,会对结果产生较大影响,实验中应给予足够的重视.二,阻抗匹配 用信号发生器进行测量时,如图1.1.5,当被测电路输入阻抗 Zm 和信号发生器的输出阻抗 Zs 相等时, 称为阻抗匹配,匹配的目的在于使负载 Zm 上得到最大功率,特别在高频电路中,此种匹配还为了在负载端 不产生反射. 在高频,脉冲传输系统中,传输线多数采用50Ω,它比用600Ω 系统时,电抗成分影响小,因此,前 沿陡的脉冲及高频的测量比较正确.图1.1.5 阻抗匹配1.1.5 接地,电源接地 一,接地的含义一般电子技术中的接地有两种含义.第一种含义是指接真正的大地即与地球保持等电位,而且常常局 限于所在实验室附近的大地.对于交流供电电网的地线,通常是指三相电力变压器的中线(又称零线),它 是在发电厂接大地.第二种含义是指接电子测量仪器,设备,被测电路等的公共联接点.这个公共联接点 通常与机壳直接联接在一起, 或通过一个大电容(有时还并联一个大电阻--有形或无形的)与机壳相联(这在 交流意义上也相当于短路).因此,至少在交流意义上,可以把一个测量系统中的公共联接点,即电路的地 线与仪器或设备的机壳看作同义语. 研究接地问题应包括两方面的内容:保证实验者人身安全的安全接地和保证正常实验,抑制噪声的技术接 地. 二,安全接地 绝大多数实验室所用的测量仪器和设备都由50Hz,220V 的交流电网供电,供电线路的中线(零线)已经 在发电厂用良导体接大地,另一根为相线(又称为火线).如果仪器或设备长期处于湿度较高的环境或长期 受潮未烘烤,变压器质量低劣等,变压器的绝缘电阻就会明显下降.通电后,如人体接触机壳就有可能触 电.为了防止因漏电使仪器外壳电位升高,造成人身事故,应将仪器外壳接大地. 为了避免触电事故的发生,可在通电后用试电笔检查机壳是否明显带电.一般情况下,电源变压器初级线 圈两端的漏电阻是不相同的,因此,往往把单相电源插头换个方向插入电源插座中部可削弱甚至消除漏电 现象.图1.1.6 利用三孔插座进行安全接地 比较安全的办法是采用三孔插头座,如图1.1.6中,三孔插座中间较粗的插孔与本实验室的地线(实验 室的大地)相接,另外两个较细的插孔,一个接220V 相线(火线),另一个接电网零线(中线) ,由于实验室 的地线与电网中线的实际节点不同,二者之间存在一定的大地电阻Rd(这个电阻还随地区,距离,季节等 变化,一般是不稳定的),如图1.1.7所示. 电网零线与实验室大地之间由于存在沿线分布的大地电阻, 因此不允许把电网中线与实验室地线相联. 否则,零线电流会在大地电阻Rd 上形成一个电位差.同样道理,也不能用电网零线代替实验室地线.实 验室地线是将大的金属板或金属棒深埋在实验室附近的地下(并用撒食盐等办法来减小接地电阻),然后用 粗导线与之焊牢再引入实验室,分别接入各电源插座的相应位置.图1.1.7 实验室的地线与电网电线间的电阻 三孔插头中较粗的一根插头应与仪器或设备的机壳相联,另外两根较细的插头分别与仪器或设备的电 源变压器的初级线圈的两端相联.利用如图1.1.6所示的电源插接方式,就可以保证仪器或设备的机壳始终 与实验室大地处于同电位,从而避免了触电事故.如果电子仪器或设备没有三孔插头,也可以用导线将仪 器或设备的机壳与实验室大地相联.三,技术接地 1.接地不良引入干扰 在电子电路实验中,由信号源,被测电路和测试仪器所构成的测试系统必须具有公共的零电位线(即接 地的第二种含义),被测电路,测量仪器的接地除了保证人身安全外,还可防止干扰或感应电压窜入测量系 统或测量仪器形成相互间的干扰, 以及消除人体操作的影响. 接地是使测量稳定所必需的,抑制外界的干扰, 保证电子测量仪器和设备能正常工作.如果接地不当,可能会产生实验者所不希望的结果.下面举几个常 见的例子来说明. 如图1.1.8所示为用晶体管毫伏表测量信号发生器输出电压,因未接地或接地不良引入干扰的示意图.图1.1.8接地不良引入干扰 在图1.1.8中,C1,C2分别为信号发生器和晶体管毫伏表的电源变压器初级线圈对各自机壳(地线) 的分布电容,C3,C4分别为信号发生器和晶体管毫伏表的机壳对大地的分布电容.由于图中晶体管毫伏 表和信号发生器的地线没有相连, 因此实际到达晶体管毫伏表输入端的电压为被测电压Ux 与分布电容C3, C4所引入的50Hz 干扰电压eC3,eC4之和(如图1.1.8(b)所示),由于晶体管毫伏表的输入阻抗很高(兆欧 级),故加到它上面的总电压可能很大而使毫伏表过负荷,表现为在小量程档表头指针超量程而打表. 如果将图1.1.8中的晶体管毫伏表改为示波器, 则会在示波器的荧光屏上看到如图1.1.9(a)所示的干扰 电压波形,将示波器的灵敏度降低可观察到如图1.1.9(b)所示的一个低频信号叠加一个高频信号的信号波 形,并可测出低频信号的频率为50Hz.(a) (b) 图1.1.9示波器观测50Hz 干扰信号波形 如果将图1.1.8中信号发生器和晶体管毫伏表的地线相联(机壳)或两地线(机壳)分别 接大地,干扰就可消除.因此,对高灵敏度,高输入阻抗的电子测量仪器应养成先接好地线再进行测量的 习惯. 在实验过程中,如果测量方法正确,被测电路和测量仪器的工作状态也正常,而得到的仪器读数却比预计 值大得多或在示波器上看到如图1.1.9所示的信号波形,那么,这种现象很可能就是地线接触不良造成的.2.仪器信号线与地线接反引入干扰 有的实验者认为,信号发生器输出的是交流信号,而交流信号可以不分正负,所以信号线与地线可以互 换使用,其实不然. 如图1.1.10(a)所示, 用示波器观测信号发生器的输出信号, 将两个仪器的信号线分别与对方的地线(机 壳)相联,即两仪器不共地.C1,C2分别为两仪器的电源变压器的初级线圈对各自机壳的分布电容,C3, C4分别为两仪器的机壳对大地的分布电容,那么图1.1.10(a)可以用图1.1.10(b)来表示,图中eC3,eC4 为分布电容C3,C4所引入的50Hz 干扰,在示波器荧光屏上所看到的信号波形叠加有50Hz 干扰信号,因而包络不再是平直的而是呈近似的正弦变化.图1.1.10 信号线与地线接反引入干扰 如果将信号发生器和示波器的地线(机壳)相连或两地线(机壳)分别与实验室的大地相接,那么,在示 波器的荧光屏上就观测不到任何信号波形,信号发生器的输出端被短路. 3.高输入阻抗仪表输入端开路引入干扰 以示波器为例来说明这个问题.如图1.1.11(a)所示,C1,C2分别为示波器输入端对电源变压器初级 线圈和大地的分布电容,C3,C4分别为机壳对电源变压器初级线圈和大地的分布电容.此电路可等效为如图1.1.11(b)所示电路,可见,这些分布参数构成一个桥路,当C1C4=C2C3时,示波器的输入端无电 流流过.但是,对于分布参数来说,一般不可能满足C1C4=C2C3,因此示波器的输入端就有50Hz 的市 电电流流过,荧光屏上就有50Hz 交流电压信号显示.如果将示波器换成晶体管毫伏表,毫伏表的指针就会 指示出干扰电压的大小.正是由于这个原因,毫伏表在使用完毕后,必须将其量程旋钮置3V 以上档位,并 使输入端短路,否则,一开机,毫伏表的指针会出现打表现象.图1.1.11示波器输入端开路引入干扰 4.接地不当将被测电路短路 这个问题在使用双踪示波器时尤其应注意.如图1.1.12所示,由于双踪示波器两路输入端的地线都是 与机壳相联的,因此,在图1.1.12(a)中,示波器的第一路(CHl)观测被测电路的输入信号,连接方式是正 确的,而示波器的第二路(CH2)观测被测电路的输出信号,连接方式是错误的,导致了被测电路的输出端被 短路.在图1.1.12(b)中,示波器的第二路(CH2)观测被测电路的输出信号,连接方式是正确的,而示波器 的第一路(CHl),观测被测电路的输入信号,连接方式是错误的,导致了被测电路的输入端被短路.图1.1.12 接地不当将被测电路短路 此外,接地时应避免多点接地,而采取一点接地方法,以排除对测量结果的干扰而产生测量误差.尤 其多个测量电仪器间有二点以上接地时更需注意.如果实验室电源有地线,此项干扰可以排除,否则,由 于两处接地,工作电流在各接地点间产生电压降或在接地点间产生电磁感应电压,这些原因也会造成测量 上的误差.为此,必须采取一点接地措施. 在测量放大嚣的放大倍数或观察其输入,输出波形关系时,也要强调放大器,信号发生器,晶体管毫伏表以及示波器实行共地测量,以此来减小测量误差与干扰.1.2 电子技术实验中基本电量的测量一,要点提示 1.2.1 电阻的测量 1.2.2 电容的测量 1.2.3 电感的测量 1.2.4 电压的测量 1.2.5 电流的测量二,内容简介电子技术实验离不开对某些电量的测量,测量是为了确定被测量对象的量值而进行的实验过程.在这个 过程中,人们借助于专门的设备,把被测量对象直接或间接地与同类已知单位进行比较,取得用数值和单 位共同表示的测量值.它所涉及的内容包含以下几个方面:电能量的测量(如电压,电流,功率) ;元件和 电路参数的测量(如电阻,电容,电感,晶体管参数) ;电信号特性参数的测量(如频率,相位) ;电路性 能指标的测量(如放大倍数,噪声指数) ;特性曲线的测量(如晶体管特性曲线,电路的幅频曲线) ,上述 各参数中,电压,电流,电阻等是基本参量,由于受篇幅所限,本节仅介绍几个基本电量的测量,其它有 关电参量的测量,请参阅有关章节. 1.2.1 电阻的测量 电阻由于其结构上的特点,存在引线电感和分布电容,当工作于低频时电阻分量起主要作用,电抗分 量可以忽略不计.但当工作频率升高时电抗分量就不能忽略不计了.此时,工作于交流电路的电阻的阻值, 由于集肤效应,涡流损耗等原因,其等效电阻随频率的不同而不同.实验证明,当频率在1kHz 以下时,电 阻的交流阻值和直流阻值相差不过1×10-4 ,随着频率的升高,其间的差值随之增大.一,固定电阻的测量 1.万用表测量电阻 用万用表的电阻档测量电阻时,先根据被测电阻的大小,选择好万用表电阻档的倍率或量程范围,再 将两个输入端(称表笔)短路调零,最后将万用表并接在被测电阻的两端,读出电阻值即可. 在用万用表测量电阻时应注意以下几个问题: ①要防止用双手把电阻的两个端子和万用表的两个表笔并联捏在一起,因为这样测得的阻值是人体电 阻与待测电阻并联后的等效电阻的阻值,而不是待测电阻的阻值. ②当电阻连接在电路中时,首先应将电路的电源断开,决不允许带电测量. ③用万用表测量电阻时应注意被测电阻所能承受的电压和电流值,以免损坏被测电阻.例如,不能用 万用表直接测量微安表的表头内阻,因为这样做可能使流过表头的电流超过其承受能力(微安级)而烧坏表 头. ④万用表测量电阻时不同倍率档的零点不同,每换一档都应重新进行一次调零,当某一档调节调零电 位器不能使指针回到0欧姆处时,表明表内电池电压不足了,需要更换新电池. ⑤由于模拟式万用表电阻档表盘刻度的非线性,测量误差也较大,因而一般作粗略测量.数字式万用 表测量电阻的误差比模拟万用表的误差小,但当它用以测量阻值较小的电阻时,相对误差仍然是比较大的.2.电桥法测量电阻 当对电阻值的测量精度要求很高时,可用电桥法进行测量.如图1.2.1所示 R1,R2是固定电阻,称为 比率臂,比例系数 K=R1/R2可通过量程开关进调节,Rn 为标准电阻称为标准臂,Rx 为被测电阻,G 为检 流计.测量时接上被测电阻,接通电源,通过调节 K 和 Rn,使电桥平衡即检流计指示为零,读出 K 和 Rn的值,即可求得 Rx 的值.图1.2.1电桥法测量电阻3.伏安法测量电阻 伏安法是一种间接测量法,理论依据是欧姆定律 R=U/I,给被测电阻施加一定的电压,所加电压应 不超出被测电阻的承受能力,然后用电压表和电流表分别测出被测电阻两端的电压和流过它的电流,即可 算出被测电阻的阻值. 伏安法有如图1.2.1(a)(b)所示的两种测量电路. , 如图1.2.2(a)所示电路称为电压表前接法.由图可见,电压表测得的电压为被测电阻 Rx 两端的电 压与电流表内阻 RA压降之和.因此,根据欧姆定律求得的测量值为 R 测=U/Ix=(Ux+UA)/Ix=Rx+R A&Rx图1.2.2 伏安法测量电阻如图1.2.2(b)所示电路称为电压表后接法.由图可见,电流表测得的电流为流过被测电阻 Rx 的电 流与流过电压表内阻 Rv 的电流之和,因此,根据欧姆定律求得的测量值为 R 测=U/Ix=Ux/(Iv+Ix)=Rx‖Rv&Rx 使用伏安法时,应根据被测电阻的大小,选择合适的测量电路;如果预先无法估计被测电阻的大小, 可以两个电路都试一下,看两种电路电压表和电流表的读数的差别情况,若两种电路电压表的读数差别比 电流表的读数差别小,则可选择电压表前接法,即如图1.2.2(a)所示电路.反之,则可选择电压表后接法 即如图1.2.2(b)所示电路.二,电位器的测量 1.用万用表测量电位器 用万用表测量电位器的方法与测量固定电阻的方法相同,先测量电位器两固定端之间的总体固定电 阻,然后测量滑动端对任意一端之间的电阻值,并不断改变滑动端的位置,观察电阻值的变化情况,直到 滑动端调到另一端为止.在缓慢调节滑动端时,应滑动灵活,松紧适度,听不到咝咝的噪声,阻值指示平 稳变化,没有跳变现象,否则说明滑动端接触不良,或滑动端的引出机构内部存在故障. 2,用示波器测量电位器的噪声 如图1.2.3所示,给电位器两端加一适当的直流电源E,E的大小应不造成电位器超功耗,最好用电 池.让一定电流流过电位位器,缓慢调节电位器的滑动端,在示波器的荧光屏上显示出一条光滑的水平亮 线,随着电位器滑动端的调节,水平亮线在垂直方向移动,若水平亮线上有不规则的毛刺出现,则表示有 滑动噪声或静态噪声存在.图1.2.3用示波器测电位器的噪声三,非线性电阻的测量 非线性电阻如热敏电阻,二极管的内阻等,它们的阻值与工作环境以及外加电压和电流的大小有关, 一般采用专用设备测量其特性.当无专用设备时,可采用前面介绍的伏安法,测量一定直流电压下的直流 电流值,然后改变电压的大小,逐点测量相应的电流,最后作出伏安特性曲线,所得电阻值只表示一定电 压或电流下的直流电阻值.如果电阻值与环境温度有关时还应制造一定的外界环境.1.2.2电容的测量电容的主要作用是贮存电能.它由两片金属中间夹绝缘介质构成.由于存在绝缘电阻(绝缘介质的损 耗)和引线电感.而引线电感在工作频率较低时,可以忽略其影响.因此,电容的测量主要包括电容量值与 电容器损耗(通常用损耗因数 D 表示)两部分内容,有时需要测量电容器的分布电感. 一,谐振法测量电容量 将交流信号源,交流电压表,标准电感L和被测电容 Cx 连成如图1.2.4所示的并联电路,其中 C0为 标准电感的分布电容. 测量时,调节信号源的频率,使并联电路谐振,即交流电压表读数达到最大值,反复调节几次,确定电压表读数最大时所对应的信号源的频率?,则被测电容值 Cx 为图1.2.4 并联谐振法测量电容量 二,交流电桥法测量电容量和损耗因数 交流电桥有如图1.2.5(a)和(b)所示的串联和并联两种电桥. 对于如图1.2.5(a)所示的串联电桥,Cx 为被测电容,Rx 为其等效串联损耗电阻,由电桥的平衡条件可得图1.2.5测量电容的交流电桥测量时,先根据被测电容的范围,通过改变 R3来选取一定的量程,然后反复调节 R4和 Rn 使电桥平衡, 即检流计读数最小,从 R4,Rn 刻度读 Cx 和 Dx 的值.这种电桥适用于测量损耗小的电容器. 对于如图1.2.5(b)所示的并联电桥,Cx 为被测电容,Rx 为其等效并联损耗电阻,测量时,调节 Rn 和 Cn 使电桥平衡,此时这种电桥适于测量损耗较大的电容器.三,用万用表估测电容 用模拟式万用表的电阻档测量电容器,不能测出其容量和漏电阻的确切数值,更不能知道电容器所能 承受的耐压,但对电容器的好坏程度能粗略判别,在实际工作中经常使用. 1.估测电容量 将万用表设置在电阻档,表笔并接在被测电容的两端,在器件与表笔相接的瞬间,表针摆动幅度越大, 表示电容量越大,这种方法一般用来估测0.01μF 以上的电容器. 2.电容器漏电阻的估测除铝电解电容外,普通电容的绝缘电阻应大于10MΩ,用万用表测量电容器漏电阻时,万用表置 x1k 或 x10k 倍率档,当表笔与被测电容并接的瞬间,表针会偏转很大的角度,然后逐渐回转,经过一定时间,表针退 回到∞Ω 处,说明被测电容的漏电阻极大,若表针回不到∞Ω 处,则示值即为被测电容的漏电阻值.铝电 解电容的漏电阻应超过200k?才能使用. 若表针偏转一定角度后, 无逐渐回转现象, 说明被测电容已被击穿, 不能使用了.1.2.3 电感的测量 电感的主要特性是贮存磁场能.但由于它一般是用金属导线绕制而成的,所以有绕线电阻(对于磁芯 电感还应包括磁性材料插入的损耗电阻)和线圈匝与匝之间的分布电容.采用一些特殊的制作工艺,可减小 分布电容,工作频率也较低时,分布电容可忽略不计.因此,电感的测量主要包括电感量和损耗(通常用品 质因数 Q 表示)两部分内容. 一,谐振法测量电感 如图1.2.6所示为并联谐振法测电感的电路,其中 C 为标准电感,L 为被测电感,Co 为被测电感的分 布电容.测量时,调节信号源频率,使电路谐振,即电压表指示最大,记下此时的信号源频率 f,则图1.2.6 谐振法测量电感 由此可见,还需要测出分布容 Co,测量电路如图1.2.6所示,只是不接标准容.调信号源频率,使电 路自然谐振.设此频率为 f1,则由上两式可得将 Co 代入L的表达式,即可得到被测电感的感量.二, 交流电桥法测量电感 测量电感的交流电桥如图1.2.7(a)和(b)所示的马氏电桥和海氏电桥两种电桥,分别适用于测量品质 因数不同的电感.图1.2.7交流电桥法测量电感如图1.2.7(a)所示的马氏电桥适用于测量Q&10的电感,图中Lx 为被测电感,Rx 为被测电感损耗电 阻,马氏电桥由电桥平衡条可得一般在马氏电桥中,R3用开关换接作为量程选择,R2和 Rn 为可调元件,由 R2的刻度可直读 Lx,由 Rn 的刻度可直读 Q 值.图1.2.7(b)所示的海氏电桥适用于测量Q&10的电感,测量方法和结论与马氏电桥相 同.1.2.4 电压的测量 在电子测量领域中,电压是基本参数之一.许多电参数,如增益,频率特性,电流,功率调幅度等都 可视为电压的派生量.各种电路工作状态,如饱和,截止等,通常都以电压的形式反映出来.不少测量仪 器也都用电压来表示.因此,电压的测量是许多电参数测量的基础.电压的测量对调试电子电路可以说是 必不可少的. 电子电路中电压测量的特点是: (1) 频率范围宽;电子电路中电压的频率可以从直流到数百兆赫范围内变化. (2) 电压范围广;电子电路中,电压范围由微伏级到千伏以上高压,对于不同的电压档级必须采用不 同的电压表进行测量. (3) 存在非正弦量电压;被测信号除了正弦电压外,还有大量的非正弦电压. (4) 交,直流电压并存;被测的电压中常常是交流与直流并存,甚至还夹杂有噪声干扰等成分. (5) 要求测量仪器有高输入阻抗;由于电子电路一般是高阻抗电路,为了使仪器对被测电路的影响减 至足够小,要求测量仪器有更高的输入电阻. 所以,在电子电路中,应根据被测电压的波形,频率,幅度,等效内阻,针对不同的测量对象采用 不同的测量方法.如:测量精度要求不高,可用示波器或普通万用表;如果希望测量精度较高,根据现有 条件,选择合适的测量仪器. 一,直流电压的测量电子电路中的直流电压一般分为两大类,一类为直流电源电压,它具有一定的直流电动势E和等效内 阻 R0, 如图1.2.8 (a) 所示. 另一类是直流电路中某元器件两端之间的电压差或各点对地的电位, 如图1.2.8 (b)所示,图中 R1,R2,R3,R4可以是任意元器件的直流等效电阻,UR1,UR3为元器件两端电压,Ul, U2既是对地电位又是元器件两端电压.图1.2.8两种直流电压直流电压的测量方法大体上有直接测量法和间接测量法两种. (1)直接测量法 将电压表直接并联在被测支路的两端,如图1.2.8所示,如果电压表的内阻为无限大,则电压表的示 数即是被测两点间的电压值.实际电压表的的内阻不可能为无穷大,因此直接测量法必定会影响被测电路, 造成测量误差.测量时还应注意电压表的极性.它影响到测量值与参考极性之的关系,也影响模拟式电压 表指针的偏转方向. (2)间接测量法 如图1.2.8(b)所示,若要测量 R3两端的电压,可以分别测出 R3对地的电位 U1和 U2,然后利用公式 UR3=U1-U2求出要测量的电压值. 下面介绍实际使用的测方法. 1, 数字万用表测量直流电压 数字万用表的基本构成部件是数字直流电压表,因此,数字万用表均有直流电压档.用它测量直流电压可 直接显示被测直流电压的数值和极性,有效数值位数较多,精确度高.一般数字万用表直流电压档的输入 电阻较高,可达10MΩ 以上,如 DT890型数字万用表的直流电压档的输入电阻为10MΩ,将它并接在被测支 路两端对被测电路的影响较小. 用数字万用表测量直流电压时,要选择合适的量程,当超出量程时会有溢出显示,如 DT-990C 型数字 万用表,当测量值超出量程时会显示&OL&,并在显示屏左侧显示&OVER&表示溢出. 数字万用表的直流电压档有一定的分辨力,即它所能显示的被测电压的最小变化值,实际上不同量程 档的分辨力不同,一般以最小量程档的分辨力为数字电压表的分辨力,如 DT890型数字万用表的直流电压 分辨力为100μV,即这个万用表不能显示出比100μV 更小的电压变化. 2, 模拟式万用表测量直流电压 模拟式万用表的直流电压档由表头串联分压电阻和并联电阻组成,因而其输入电阻一般不太大,而且 各量程档的内阻不同,各量程档内阻 Rv=量程×直流电压灵敏度 Sv-,因此同一块表,量程越大内阻越大. 在用模拟式万用表测量直流电压时,一定要注意表的内阻对被测电路的影响,否则将可能产生较大的测量 误差.例如用 MF500-B 型万用表测量如图1.2.9所示电路的等效电动势E,万用表的直流电压灵敏度 Sv=20k?/V,选用10V 量程档,测量值为7.2V,理论值为9V,相对误差为20%,这就是由所用万用表直流电压 档的内阻 Rv 与被测电路等效内阻相比不够大所引起的,是测量方法不当引起的误差.再比如, 用灵敏度为 10KΩ/V 的万用表的2.5V 直流电压档,去测量图1.2.10所示放大器中晶体管的发射结电压 Ube.如果不直 接测量 UBE,而是分别测得 UB=－0.88V,UE=－0.92V,计算得 UBE=UB-UE=0.04V.根据这个测量结果, 放大器必然处于截止状态,而实际上放大器却工作在放大状态,且 UBE=－0.32V.图1.2.9 测量支流电压 造成这个错误结论的原因是万用表2.5V 档的内阻为25kΩ,这个电阻并联在基极与地之间, 减小了下偏置 电阻,因而测出的 UB 值比实际值小得多,而测得的 UE 值由于发射极输出阻抗低,仪器内阻的影响小而接 近其实际值.可见,上述误差是由于测试方法不当引起的,应直接测量基极与发射极之间的电压 UBE.因 此模拟式万用表的直流电压档测量电压只适用于被测电路等效内阻很小或信号源内阻很小的情况.图1.2.10 单管放大电路 3,零示法测量直流电压图1.2.11 零示法测量直流电压为了减小由于模拟式电压表内阻不够大而引起的测量误差,可用如图1.2.11所示的零示法.图中 Es 为大小可调的标准直流电源,测量时,先将标准电源 Es 置最小,电压表置较大量程档,按如图1.2.11所示 的极性接人电路,然后缓慢调节标准电源 Es 的大小,并逐步减小电压表的量程档,直到电压表在最小量程 档指示为零,此时 E=Es,电压表中没有电流流过,电压表的内阻对被测电路无影响.然后断开电路,用 电压表测量标准电源 Es 的大小即为被测 E 的大小.在此由于标准直流电源的内阻很小,一般均小于 l?, 而电压表的内阻一般在 K?级以上,所以用电压表直接测量标准电源的输出电压,电压表内阻引起的误差完 全可以忽略不计. 4,用电子电压表测量直流电压 为了提高电压表的内阻,可以将磁电式表头加装输入阻抗高,并且具有一定放大量的电子线路构成电 子电压表,一般采用跟随器和放大器等电路提高电压表的输入阻抗和测量灵敏度,这种电子电压表可在电 子电路中测量高电阻电路的电压值.? 5,示波器测量直流电压 用示波器测量电压时,首先应将示波器的垂直偏转灵敏度微调旋钮置校准档,否则电压读数不准确. 具体测量步骤如下: (1)将待测信号送至示波器的垂直输入端.(2)确定直流电压的极性.将示波器的输入耦合开关置于&GND''档,调节垂直位移旋钮,将荧光屏上 的水平亮线(时基线)移至荧光屏的中央位置,即水平坐标轴上.调整垂直灵敏度开关于适当档位,将示波 器的输入耦合开关置于&DC&档,观察水平亮线的偏转方向(灵敏度不合适时,亮线可能消失,此时需要调 整灵敏度) .若向上偏转,则被测直流电压为正极性,若向下偏转,则被测直流电压为负极性. (3)定零电压线.将示波器的输入耦合开关置于&GND':档,调节垂直位移旋钮,将荧光屏上的水平亮 线(时基线)向与其极性相反的方向移动,置于荧光屏的最顶端或最底端的坐标线上,即被测电压为正极性, 就将时基线移至最底端的坐标线上,反之则将时基线移至最顶端的坐标线上,此时基线所在位置即为零电 压所在位置,在此后的测量中不能再移动零电压线.即不能再调节垂直位移旋钮.图1.2.13 微差法测量直流电 图1.2.12 示波器测量直流电压 压 (4)将示波器的输入耦合开关置于&DC&档,调整垂直灵敏度开关于适当档位,读出此时荧光屏上水平 亮线与零电压线之间的垂直距离 Y(如图1.2.12所示),将Y乘以示波器的垂直灵敏度即可得到被测电压Ux 的大小,即Ux=SY×Y.6,微差法测量直流电压 在上面介绍的直流电压测量中都存在一个分辨力问题,数字电压表的分辨力是末位数字代表的电压 值,模拟电压表的分辨力为最小刻度间隔所代表的电压值的一半,量程越大分辨力越低,如 MF500-B 型万 用表在2.5V 量程档,分辨力为0.025V,10V 档的分辨力为0.1V,电压表不可能正确测量出比分辨力小的电 压的微小变化量. 为了准确地测量大电压中的微小变化量,可以用如图1.2.13所示的微差法来测量.图中Es 为大小可 调的标准电源.测量时,调节Es 的大小,使电压表在小量程档(分辨力最高)上有一个微小的读数 ΔU, 则Uo=Es+ΔUo. 当 ΔU&Uo 时,电压表的测量误差对Uo 的影响极小,且电压表中流过的电流很小,对被测电压Uo 不会产生大的影响.7,含有交流成分的直流电压的测量 由于磁电式电表的表头偏转系统对电流有平均作用,不能反映纯交流量,所以,含有交流成分的直流 电压的测量,一种常用的方法就是用模拟式电压表直流档直接测量. 如果叠加在直流电压上的交流成分具有周期性和幅度对称性,可直接用模拟式电压表测量其直流电压的大小. 由交流信号转换而得到的直流,如整流滤波后得到的直流平均值,以及非简谐波的平均直流分量都可 用模拟式电压表测量. 一般不能用数字式万用表测量含有交流成分的直流电压,因为数字式直流电压表要求被测直流电压稳 定,才能显示数字,否则数字将跳变不停.二, 交流电压的测量 电子技术实验中,交流电压大致可分为正弦和非正弦交流电压两类,测量方法一般可分为两种,一种 是具有一定内阻的交流信号源的测量,如图1.2.14(a)所示.另一种是电路中任意一点对地的交流电压的测 量,如图1.2.14(b)所示电路中的U1,U2,也包括电路中任意两点间的交流电压,如URl,UR3.在此注 意,用间接测量法求UR=U1-U2电压时,其值由矢量差求出,只有当U1和U2同相位时,才能用代数差 表示.在时间域中,交流电压的变化规律是各种各样的,有按正弦规律变化的正弦波,线性变化的三角波, 跳跃变化的方波,随机变化的噪声波等.但无论变化规律多么不同,一个交流电压的大小均可用峰值(或峰 峰值),平均值,有效值,波形因数,波峰因数来表征.图1.2.14 测量两种交流电压方法 ① 峰值UP 峰值是交变电压在所观察的时间或一个周期内所达到的最大值,记为UP 如图1.2.15所示,峰值是从 参考零电平开始计算的,有正峰值UP+和负峰值UP-之分.正峰值与负峰值一起包括时称为峰峰值UPP. 常用的还有振幅Um,它是直流电压为参电平计算的.因此,当电压中包直流成分时,UP 与Um 是不相的, 只有纯交流电压时UP=Um.图1.2.15 交流电压的峰值与幅度 ② 平均值平均值 在数学上定义为原则上,求平均值的时间为任意时间,对周期信号而言,T为信号周期. 根据以上的定义,若包含直流成分U-,则 =U-,若仅含有交流成分, =0.这样对纯粹的交流电压采 说,由于 =0,将无法用平均值 来表征它的大小.由于在实际测量中,总是将交流电压通过检波器变换 成直流电压后再进行测量的,因此平均值通常是指检波后的平均值.根据检波器的不同又可分为全波平均 值和半波平均值,一般不加特别说明时,平均值都是指全波平均值,即③ 有效值U 一个交流电压和一个直流电压分别加在同一电阻上,若它们产生的热量相等,则交流电压的有效值U 等于该直流电压值,即作为交流电压的一个参数,有效值比峰值,平均值用得更为普遍,当不特别指明时,交流电压的量值 均指有效值,各类交流电压表的示值,除特殊情况外,都是按正弦波的有效值来刻度的. ④ 波形因数KF 电压的有效值与平均值之比称为波形因数KF ,即⑤ 波峰因数KP 交流电压的峰值与有效值之比称为波峰因数KP,即几种典型交流电压波形的参数见表1.2.1表1.2.1 几种典型交流电压的波形参数1.正弦交流电压的测量 实验中对正弦交流电压的测量,一般测量其有效值,特殊情况下才测量峰值.由于万用表结构上的特 点,虽然也能测量交流电压,但对频率有一定的限制.因此,测量前应根据待测量的频率范围,选择合适 的测量仪器和方法. ⑴ 模拟式万用表测量交流 用万用表的交流电压档测量电压时,交流电压是通过检波器转换成直流后直接推动磁电式微安表头, 由表头指针指示出被测交流电压的大小.因此这种表的内阻较低,且各量程的内阻不同,各档的内阻 Rv= 量程×交流电压灵敏度 SV-,测量时应注意其内阻对被测电路的影响.此外,模拟式万用表测量交流电压 的频率范围较小,一般只能测量频率在1kHz 以下的交流电压.它的优点是:由于模拟式万用表的公共端与外壳绝缘胶木无关,与被测电路无共同 机壳接地(即接 &地&)问题,因此,可以用它直接测量两点之间的交流电压.这是它的一大优点. (2) 数字式万用表测量交流电压 数字式万用表的交流电压档,是将交流电压检波后得到的直流电压,通过 A/D 变换器变换成数字量, 然后用计数器计数,以十进制显示被测电压值.与模拟式万用表交流电压档相比,数字式万用表的交流电 压档输入阻抗高,如 DT890型数字万用表的交流电压档的输入阻抗为10MΩ(在40～400Hz 的测量频率范围内),对被测电路的影响小,但它同样存在测量频率范围小的缺点.如 DT890型数字万用表测量交流电压的 频率范围为40～400Hz. (3) 模拟式电子电压表测量交流电压 模拟式电子电压表是一种常用的电子测量仪器,实验室中常用的晶体管毫伏表就是模拟式电子电压表 的一种,它将被测信号经过放大后再检波(或先将被测信号检波后再放大)变换成直流电压,推动微安表头, 由表头指针指示出被测电压的大小,因此,这类电压表的输入阻抗高,量程范围广,使用频率范围宽. 一 般模拟式电子电压表的金属机壳为接地端,另一端为被测信号输入端.因此,这种表一般只能测量电路中 各点对地的交流电压,不能直接测量任意两点间的电压,实验中应特别注意. 通常,模拟式电子电压表的表盘刻度都是按正弦波的有效值刻度的,所以,用它来测量正波形的电压 时,可以由表盘直接读取电压有效值.但若用它测量非正弦电压,不能直接读数,需根据表内检波器的检 波方式和被测波形的性质将读数乘上一个换算系数,才能得到被测非正弦波的电压有效值. ⑷ 示波器测量交流电压 用示波器法测量交流电压与电压表法相比具有如下优点: ①速度快;被测电压的波形可以立即显示在屏幕上. ②能测量各种波形的电压;电压表一般只能测量失真很小的正弦电压,而示波器不但能量失真很大的 正弦电压,还能测量脉冲电压,已调幅电压等. ③能测量瞬时电压;示波器具有很小的惰性,因此它不但能测量周期信号峰值压,还能观测信号幅度 的变化情况,它甚至能够测量单次出现的信号电压.此外,它还能测量测信号的瞬时电压和波形上任意两 点间的电压差. ④能同时测量直流电压和交流电压;在一次测量过程中,电压表一般不能同时测量出被电压的直流分 量和交流分量.示波器能方便地实现这一点. 用示波器测量电压主要缺点是误差较大,一般达5%～10%,现代数字直读式示波器,由于采用了先 进的数字技术,误差可减小到1%以下. 示波器测量交流电压的主要测量步骤如下: ①将待测信号送至示波器垂直输入端. ②输入耦合开关置于&AC''位置. ③调整垂直灵敏度开关于适当位置,微调旋钮顺时针旋到头(校正位置).注意:屏幕上所显示的波形 不要超出垂直有效范围. ④分别调整水平扫描速度开关和触发同步系统的有关开关,使屏幕上能稳定显示一至二个周期的波 形. ⑤被测信号电压的峰值为波形在垂直方向上所偏移距离的1/2乘以垂直灵敏度指数 Sy.要知道有效值 还需进行换算.(a) 图1.2.16示波器测量交流电压(b)例如:图1.2.16(a)中,示波器的灵敏度开关置于2V/cm,则此正弦波 A 的峰值UP 为 UP=2×2=4V 则有效值为2. 非正弦交流电压的测量 电子技术实验中,非正弦交流量一般用的最多的是:三角波,矩齿波,脉冲和方波等.根据这几种波 形的特点,直接测量其有效值有难度.一般先测出示值后再进行换算. ⑴ 用电压表测量 先用电压表测出其波形的示值Ua(由于电压表的示值都是按正弦波的有效值刻度的,所以此时的示 值并不是待测量波的有效值) ,再根据示值Ua 与平均值 ,有效值U之间的转换关系,换算出该波形的有 效值U. 例如:某三角波的测量示值Ua=8V,换算方法为先换算成正弦波的平均值 =Ua/KF= 8/1.11=7.2 (正弦波 KF=1.11) ;此值即为待测波的电压平均值,然后用该波的波形系数 KF 换算成有效值. U= ×KF=7.2×1.15=8.28 (三角波 KF=1.15)所以,该三角波的有效值为:8.28 ⑵ 用示波器测量 用示波器可以方便地测出振荡电路,信号发生器或其他电子设备输出的非交流电压的峰值.然后,换 算出该波形的有效值U即可. 例如:图1.2.16(b)中, 示波器的灵敏度开关置于5V/cm,则此三角波 B 的峰值UP 为 UP=3×5=6V 根据有效值与峰值的关系 则有效值为 U=6/1.73 =3.475V ( 三角波的波峰因数 KP=1.73) 三, 噪声电压的测量 在电子测量中,习惯上把信号电压以外的电压统称为噪声.从这个意义上说,噪声应包括外界干扰和 内部噪声两大部分.由于外界干扰在技术上是可以消除的,所以最终关心的噪声电压的测量主要是对电路 内部产生的噪声电压的测量.1.用交流电压表测量噪声电压 噪声电压一般指有效值(均方值),因此用有效值电压表测量噪声电压有效值是很方便的,但是这种电压 表较少且多数有效值电压表的频带较窄,所以一般都用平均值电压表进行噪声电压的测量. 平均值电压表的指针偏转角与被测电压的平均值成正比,但表盘刻度按正弦波电压有效值刻度.因此,用 它测量非正弦的噪声电压时,其表针示数没有直接意义,必须经过换算,才能得到被测噪声电压的有效值. 换算的原则是:无论被测电压是何种波形,只要表盘指针示数相等,平均值就相等. 设被测电压是噪声电压.表针示数为Uα,先将Uα 换算成噪声的平均值 ,根据平均值相等示数相等的 原则, 应等于用此平均值电压表测量正弦波电压示数为Uα 时正弦波的平均值,即式中KF～为正弦波的波形因数则噪声电压的有效值U为式中KF 为噪声电压的波形因数,则上式表示,用平均值电压表测量噪声电压时,表针示数乘以1.13就是噪声电压的有效值.2,用示波器测量噪声电压 示波器的频带宽度很宽时,可以用来测量噪声电压,使用极其方便,尤其适合于测量噪声压的峰峰值. 测量时,将被测噪声信号通过 AC 耦合方式送入示波器的垂直通道,将示波器的垂直灵敏度置于合适档位, 将扫描速度置较低档,在荧光屏上即可看到一条水平移动的垂直亮线,这条亮线垂直方向的长度乘以示波 器的垂直电压灵敏度就是被测噪声电压的峰峰值UPP,则噪声电压的有效值为U=(1/6)UPP.1.2.5 电流的测量 在电子测量领域中,电流也是基本参数之一.如静态工作点,电流增益,功率等的测量,许多实验的 调试,电路参数的测量,也都离不开对电流的测量.因此,电流的测量也是电参数测量的基础.实验中电 流可分为两类;直流电流和交流电流.测量方法有两种;直接测量和间接测量.直接测量法是将电流表串 联在被测支路中进行测量,电流表的示数即为测量结果.间接测量法利用欧姆定律,通过测量电阻两端的 电压来换算出被测电流值.与电压的测量相类似,由于测量仪器的接入,会对测量结果带来一定的影响, 也可能影响到电路的工作状态,实验中应特别注意,不同类型电流表的原理和结构不同,影响的程度也不 尽相同.一般电流表的内阻越小,对测量结果影响就越小,反之越大.因此,实验过程中应根据具体情况,选择合理的测量方法和合适的测量仪器.以确保实验的顺利进行. 一, 直流电流的测量 1. 用模拟式万用表测量直流电流 模拟式万用表的直流电流档,一般由磁电式微安表头并联分流电阻而构成,量程的扩大通过并联不同的分 流电阻实现,这种电流表的内阻随量程的大小而不同,量程大,内阻越小.用模拟式万用表测量直流电流 时是将万用表串联在被测电路中的,因此表的内阻可能影响电路的工作状态,使测量结果出错,也可能由 于量程不当而烧坏万用表,所以,使用时一定要注意. 2. 用数字式万用表测量直流电流 数字式万用表直流电流档的基础是数字式电压表,它通过电流一一电压转换电路,使被测电流流过标准电 阻,将电流转换成电压来进行测量.如图1.2.17所示,由于运算放大的输入阻抗很高,可以认为被测电流 Ix 全部流经标准采样电阻RN, 这样RN 上的电压与被测电流Ix 成正比, 经放大器放大后输出电压Uo (U o=(1+R3/R2)RNIx) ,就可以作为数字式电压表的输入电压来进行测量. 数字式万用表的直流电流档的量程切换通过切换不同的取样电阻RN 及来实现.量程越小,取样电阻 越大,当数字式万用表串联在被测电路中时,取样电阻的阻值会对被测电路的工作状态产生一定的影响, 在使用时应注意.图1.2.17 电流D电压转换电路 3,用并联法测量直流电流图1.2.18并联法测量电流将电流表串联在被测电路中测量电流是电流表的使用常识,但是作为一个特例,当被测电流是一个恒 流源而电流表的内阻又远小于被测电路中某一串联电阻时,电流表可以并接在这个阻上测量电流,此时电 路中的电流绝大部分流过电阻小的电流表,而恒流源的电流是不会因外电阻的减小而改变的.如图1.2.18 所示电路,要测量晶体管三极管的集电极电流,若Rc 的值比电流表内阻大得很多,且集电极电流表的接 人对集电极电流的影响很小,则电流表的测量值几乎为集电极电流.在做这种不规范的测量时,一定要概 念极其明确,分析要正确,思想要集中,否则会造成电路或电流表的损坏. 4,用间接测量法测量直流电流 电流的直接测量法要求断开回路后再将电流表串联接入,往往比较麻烦,容易疏忽而 造成测量仪表的损坏.当被测支路内有一个定值电阻R可以利用时,可以测量该电阻两端的直流电压U, 然后根据欧姆定律算出被测电流:I=U/R.这个电阻R一般称为电流取样电阻. 当然,当被测支路无现成的电阻可利用时,也可以人为地串入一个取样电阻来进行间接测量,取样电阻的 取值原则是对被测电路的影响越小越好,一般在1-10Ω 之间,很少超过100Ω二,交流电流的测量 按电路工作频率,交流电流可分为低频,高频和超高频电流.在超高频段,电路或元件受分布参数的影 响,电流分布是不均匀的,因此,无法用电流表来直接测量各处的电流值.只有在低频(45～500Hz)电流的 测量中,可以用交流电流表或具有交流电流测量档的普通万用表或数字万用表,串联在被测电路中进行交 流电流的直接测量.而一般交流电流的测量都采用间接测量法,即先用交流电压表测出电压后,用欧姆定 律换算成电流. 用间接法测量交流电流的方法与间接法测量直流电流的方法相同,只是对取样电阻有一定的要求. (1)当电路工作频率在20kHz 以上时,就不能选用普通线绕电阻作为取样电阻.高频时应用薄膜电阻 o (2)由于一般电子仪器都有一个公共地,在测量中必须将所有的地连在一起,即必须共地,因此取样 电阻要安排连接在接地端,在 LC 振荡电路中,要安排在低阻抗端. 这种利用取样电阻的间接测量法,不仅将交流电流的测量转换成交流电压的测量,使得可以利用一切测量 交流电压的方法来完成交流电流的测量,而且还可以利用示波器观察电路中电压和电流的相位关系.第二部分 模 拟 电 路 实 验 实验2.1 实验2.1 示波器的使用 [要点提示] 要点提示 一,实验目的 二,实验预习要求 三,实验原理 四,实验仪器设备 五,练习内容及方法六,实验报告 七,思考题[内容简介] 内容简介]一, 实验目的 学习示波器的使用方法.二,实验预习要求 1.熟悉有关示波器原理和波的合成原理. 2.阅读6,4有关示波器的使用说明. 3.写出实验预习报告.三,实验原理 示波器是一种用途很广的电子测量仪器.利用它可以测出电信号的一系列参数,如信号电压(或电流) 的幅度,周期(或频率) ,相位等. 通用示波器的结构包括垂直放大, 水平放大, 扫描, 触发, 示波管及电源等六个部分, 方框图如图2.1.1 所示.图2.1.1示波器结构方框图 现将各部分的主要作用简述如下: 1. 电子示波管 如图2.1.2所示,它主要由电子枪,偏转系统,荧光屏三部分组成.电子枪包括灯丝,阴极,栅极和阳 极.偏转系统包括 Y 轴偏转板和 X 轴偏转板两部分,它们能将电子枪发射出来的电子束,按照加于偏转板 上的电压信号作出相应的偏移.荧光屏是位于示波管顶端涂有荧光物质的透明玻璃屏,当电子枪发射出来 的电子束轰击到屏时,荧光屏被击中的点上会发光. 2. 水平(X),垂直(Y)放大器 电子示波管的灵敏度比较低,假如偏转板上没有足够的控制电压,就不能明显地观察到光点的移位. 为了保证有足够的偏转电压,必须设置放大器将被观察的电信号加以放大. 3. 扫描发生器 它的作用是形成一线性电压模拟时间轴,以展示被观察的电信号随时间而变化的情况.图2.1.2电子示波管结构图 4. 波形的形成 在正常情况下, 荧光屏光点的相对移位是和输入到示波器 X 轴或 Y 轴上的电压成正比的. 例如,一正弦 信号电压 Uy = sinωt,如图2.1.3(a) 所示.图中 Y 轴表示电压的大小,X 轴表示时间,现把 Uy 送至示波 器的 Y 轴偏转板上,荧光屏上看到的是一根竖着的直线.这可以从图2.1.3中来理解:当 to 时,Y 轴偏转 板上的电压 Uy 为零,光点无偏移地停在荧光屏 O 点处.当 t1时,Uy 正向增大, 光点偏移至 A 点.t2时, Uy 达到正向最大值,光点偏移至 B 点.t3时,Uy 下降,但仍然是正电压,光点回到 A 点.t4时,电压为零, 光点回到原点.可见,光点移动距离与所加电压成正比,故可用来测量电压幅值.图2.1.3 正弦波 同理,在负半周,t5,t6,t7,t8各时刻光点相继经过 C,D,C,O 各点. 上述正弦波电压持续加在垂直偏转板上,光点不断地上下来回移动,只要移动速度足够快,利用视觉 暂留效应,在荧光屏上看到的将是一根竖着的直线,如图2.1.3(b) 所示. 为了显示正弦波形,在示波器的水平偏转板上需要加线性变化的锯齿波信号电压.如果 Y 轴偏转板上无信 号,单独在 X 轴偏转板上加锯齿波电压,则荧光屏上也观测到一条直线,只是成水平直线,其形成过程如 下: 在 时, 是负电压,光点在荧光屏上的 A 点,此后,电压直线上升.当 时,光点移到 B 点. 时,电 压上升到零值,光点在中心 C 点处.当 时,光点移到 D 点. 时,电压上升到最大值,光点达到 E 点.然 后电压迅速退回到负值,光点也就由 E 点迅速回到 A 点,如此不断反复,荧光屏上可以观察到一条水平直 线,如图2.1.4 所示.图2.1.4 锯齿电压波 如果将被观察的正弦波电压 Uy 加在 Y 轴偏转板上,同时又将扫描电压 Ux 加在 X 轴偏转板上,使正弦波 的频率与扫描电压波的重复频率相等,那么在荧光屏上就能观察到一个完整的正弦波, 如图2.1.5 所示. 其 合成过程如下: 在 t0时,Uy =0,Y 轴方向无偏移,而 Ux 为负值,光点沿 X 轴向右偏移,位于荧光屏上的 A 点.在 t1时,Uy 上升,光点向上移,同时 Ux 也上升,光点又要向右移,合成结果使光点移至荧光屏上的 B 点. 以后,在 t2 ,t3 ,t4 各时刻,光点相继沿 C,D,E 各点移动.t4 以后,由于 迅速返回至原始状态, 光点将从 E 点迅速返回 A 点.接着正弦波重新开始第二个周期,扫描电压开始第二次扫描,荧光屏上呈现与第一次相重叠的正弦波形.如此不断重复,荧光屏上可观察到一个稳定的正弦波. 上述两者是在频率相同情况下,荧光屏显示出一个周期的正弦波.如果正弦波频率 是扫描波重复频率 的二倍时,即 fy=2fx ,则在荧光屏上看到的将是2个周期的正弦波,从而可知,当 = n 时,在荧光屏上 将呈现出 n 个周期的正弦波. 可以设想,如果 fy 与 fx 不是成整数倍的关系(n 不是整教) ,波形就不能完全重叠.为了解决这个 问题, 通常是把输入 Y 轴的信号电压作用在扫描发生器上, 使扫描频率 fy 跟随信号频率 fx 作些微小改变, 以保持 fy 与 fx 成整数倍关系,这个作用称之为&同步&.现代示波器中经常采用的是&触发同步&,所&触发 同步&,是当输入 Y 轴的信号电压瞬时值达到一定幅值时,触动扫描发生器,产生一个锯齿波电压.这个锯 齿波扫描结束后,扫描发生器将处于等待下次触发信号的状态.可见,扫描电压的起始点与输人信号电压 的某一瞬时保持同步,保证了波形的稳定.图2.1.5 单周波的合成过程 四,实验仪器设备 名 称 示波器 低频信号发生器 晶体管毫伏表 五,练习内容及方法 1.按示波器说明书要求(参阅 6.4有关示波器的使用说明)认清示波器各控制旋钮的位置和作用.开 启电源,调节辉度,聚焦,水平和垂直移位,将同步极性开关,扫描(电压)t/cm 和电平,稳定度等旋 钮置于适当位置,使荧光屏上呈现一条清晰的水平线.反复练习上述操作,以求熟练. 2.电压测量 (1)测量前校准.校准要求和方法因使用不同的示波器而各不相同,具体步骤请参阅6.4中的有关说 明. (2)交流电压 Vp-p 测量 参考型号 COS5020B XD2 DA16B 数量 1 1 1 用 途 观察信号波形 信号源 测电压(有效值)①将示波器的耦合选择开关置&AC&.低频信号发生器输出电压为0.2V(有效值),频率为 f=1kHz 的音 频信号,送入 Y 轴. ②根据被测信号的幅度和频率,合理选择 Y 轴衰减和 X 轴时基档级开关,并调节电平旋钮,使波形稳 定如图2.1.6所示.图2.1.6 Y 轴灵敏度 X 轴时基校准 ③读出被测信号 Vp-p 例:如果荧光屏上波形的峰-峰值为 Ddiv(设 D=3), Y 轴灵敏度为0.02V/div,则测得 Vp-p = 0.02V/div×Ddiv = 0.02D(V) = 0.2×3(V) = 0.6(V) 式中0.02V/div 是示波器无衰减的灵敏度,即每格代表20D 为被测量信号在 Y 轴方向峰-峰之间距离, 单位为格(即 div) . ④令低频信号发生器输出电压分别为1 v ,2 v ,3 v ,4 v ,5 v , f = 1KHZ ,测量其相应的电压峰峰值 Vp-p .并填入表2.1.1 表2.1.1 输出电 1 压(v) D (div) A ( v/d iv) Vp-p ⑤用示波器测量低频信号发生器的幅频特性曲线 测量时,先将低频信号发生器输出衰减置于0dB 档,在输出信号频率为1kHZ 的情况下,调节输出微调 电位器,使低频信号发生器的指示电压表的指针指在中间,然后保持输出微调电位器不变.改变低频信号 发生器的输出频率,使其分别为20HZ,50HZ,100HZ,200Hz,1kHz,1.5kHz,2.5kHz,5kHz,10kHz,……,用 示波器测出相应的电压 Vp-p,同时记下相应的低频信号发生器电表指示值 Ve(有效值), 填入表2.1.2中, 从而绘出幅频特性曲线:Vp-p～S f 及 Ve～S f 表2.1.2 低频信号发生器 f 信( Hz ) 2 5 10 2 1k 1.5 2.5k 5k 10k ... 2 3 4 50 000 0kVp-p (V) Ve (V)3. 时间测量 时间测量是指 X 轴读数,量程由 X 轴的时基扫描速度开关&t/div&决定. (1)测量前校准 方法与步骤请参阅6.4示波器的使用说明.图2.1.7交流幅度测量 (2)测量信号波形任意两点间的时间间隔 t.图2.1.8 时间测量将被测信号送入 Y 轴,调节有关旋钮,使其在荧光屏上呈现稳定波形,如图2.1.8所示,然后 测量 P, Q 两点的时间间隔 t. ①.测出 P,Q 间在屏幕 X 轴上的距离 B(div). ②.记录&t/div&扫描档级指示值,如为&A(ms/div)&. 用公式 t = A(ms/div)× B(div)= A× B(ms) ,计算时间间隔. 例如:若测得 B = 5div,而&t/div&指在0.1(ms/div)时,则 t = 0.1(ms/div)× 5(div)= 0.5(ms) 表明图2.1.8中 P,Q 两点间的时间间隔是0.5毫秒 4. 频率测量 (1)用 X 轴时基(t/div)测量 利用 f=1/T 关系,先按时间测量方法,测出周期 T,即可求出频率. 根据表2.1.3所给数据,改变低频信号发生器的输出频率分别为50,100,200,……,分别测量波形中 相邻峰-峰(或谷一谷)之间在屏幕上的距离 B(div) ,并将 B 和 A(t/div)值填人表表 2.1.3中,计算出相应的 T 和 f 校. (2)用李沙育法测量 若有二个不同频率的信号,分别同时加入示波器 X 轴和 Y 轴输入端,如图2.1.9所示.在屏幕上显示的 图形将取决于不同频率比及初相如图2.1.10和图2.1.11所示. 表2.1.3 低频信号发生器 50 ( Hz ) 0 0 0 0 K K 0 1 2 3 5 1 5 1 15K 20K0 0 0 0 一周的间距 B(div) A(t/div) T = A(t/div)KB(div) f 校=( Hz )图2.1.9 李沙育法图形法测试仪器连接图2.1.10 频率比为1不同相位差的李沙育法图形 在李沙育法图中确定频率比值的方法,是在图形中的水平与垂直方向上作两条互相垂直的直线,这两 条直线都不通过李沙育法图形中的任何一个交点,设水平线与李沙育法图形的交点数为 ,垂直线与李沙育 法图形的交点数为 ,则两个交点数之比与频率比有如下关系假设 是已知的频率,由上式可以确定被测的频率:.图2.1.11 不同频率比的李沙育法图形 以电源频率为标准从 X 轴输入,将被测频率的信号输入 Y 轴,校测低频信号发生器的低段频率刻度: 表2.1.4 低频信号发 25( 50 100( 150( 200( 250( 300(生器 ( Hz )Hz )( Hz ) Hz ) Hz ) Hz )Hz ) Hz )f校=1/T( Hz ) 5.相位测量 在许多场合下,可利用示波器测量某一电路的相移.例如一正弦波电流通过一个 RC 电路,测量它的电 压与电流之间相位关系.假设交流电压和电流分别为则相移(1) 直接比较法 按图2.1.12连接电路.同时将 A 端,B 端电压分别送入双踪示波器之 X 轴和 Y 轴,若 A 信号电压在屏幕 上显示的周期宽度在 X 轴上刻度为 X div 值.读测 A 信号电压与 B 信号电压两个相应特定点 P,P′的间距 D div,则两信号电压之间的相移为 θ=(D/X)* 360°图2.1.12 测相位连接电路图2.1.13测量相位差 如图2.1.13所示.(2) 李沙育图形法 将 A 信号送入 X 轴,B 信号送入 Y 轴,将时基扫描速度开关&t/div&置于&X-Y&档,如图2.1.13所示. 分别控制输入信号幅度及示波器的 V/div 档级,使图形约占示波器屏幕有效面积的1/3.若李沙育图形在 X 轴上的截距为 b,在 X 轴上的最大偏移为 a.则两信号电压之间的相移为 θ= arcsin(b/a) 为了减少测量误差,可按图2.1.14所示用2a,2b 值计算图2.1.14李沙育法图形六,实验报告 1.总结如何正确使用示波器. 2.作出低频信号发生器的幅频特性 Vp-p～S (或 Ve～S )和频率校正曲线 f 信～f 校. 3.测出 F= 1KHz 下的 R(10KΩ),C(0.01μF)电路的相移,并与计算值比较.七,思考题 1.欲测量信号波形上任意两点间的电压应如何测量? 2.若被测信号频率远大于示波器锯齿波扫描频率,则示波管屏幕上将呈何波形?反之又如何?第二部分 模 拟 电 路 实 验 实验2.2 晶体管特性鉴别和测试 实验2.2 [要点提示] 要点提示 一,实验目的 二,实验预习要求 三,实验原理 四,实验仪器设备 五,练习内容及方法六,实验报告[内容简介] 内容简介]一, 实验目的 1.掌握用万用表粗略鉴别晶体管性能的方法. 2.进一步熟悉晶体管参数和特性曲线的物理意义.二,实验预习要求 1.复习晶体管的基本特性. 2.根据晶体管特性拟出测试电路和方案.三,实验原理 晶体管性能的优劣,可以从它的特性曲线或一些参数上加以判别.本次实验主要介绍采用简易的仪器设备鉴别晶体管性能的方法,即用万用表粗测晶体管的性能和用逐点法测绘管子的特性曲线. 1.利用万用表测试晶体二极管 (1)鉴别正,负极性 万用表欧姆档的内部电路可以用图2.2.1 (b) 所示电路等效,由图可见, 黑棒为正极性, 红棒为负极性. 将万用表选在 R×100档,两棒接到二极管两端如图2.2.1(a) ,若表针指在几 KΩ 以下的阻值,则接黑棒 一端为二极管的正极,二极管正向导通;反之,如果表针指很大(几百千欧)的阻值,则接红棒的那一端为 正极. (2)鉴别性能 将万用表的黑棒接二极管正极,红棒接二极管负极,测得二极管的正向电阻.一般在几 KΩ 下为好, 要求正向电阻愈小愈好.将红棒接二极管的正极,黑棒接二极管负极,可测出反向电阻.一般应大200KΩ 以上.(a) (b) 图2.2.1 用万用表测试晶体二极管 若反向电阻太小,二极管失去单向导电作用.如果正,反向电阻都为无穷大,表明管子已断路;反之, 二者都为零表明管子短路. 2.利用万用表测试小功率晶体三极管 晶体三极管的结构犹如&背靠背&的两个二极管,如图 2.2.2所示.测试时用 R×100或 R×1k 档. (1)判断基极 b 和管子的类型 用万用表的红棒接晶体管的某一极, 黑棒依次接其它两个极, 若两次测得电阻都很小 (在几 KΩ 以下) , 则红棒接的为 PNP 型管子的基极若量得电阻都很大(在几百 KΩ 以上) ,则红棒所接的是 NPN 型管子 的基极 b.若两次量得的阻值为一大一小,应换一个极再试量.图2.2.2 晶体三极管的两个 PN 图 2.2.3 c 极和 e 极的判断 结构示意图 (2)确定发射极 e 和集电极 c 以 PNP 型管为例,基极确定以后,用万用表两根棒分别接另两个未知电极,假设红棒所接电极为 c,黑棒所接电极为 e,用一个100KΩ 的电阻一端接 b.一端接红棒(相当于注入一个 Ib) ,观察接上电阻时表 针摆动的幅度大小.再把两棒对调,重测一次.根据晶体管放大原理可知,表针摆动大的一次,红棒所接 的为管子的集电极 c,另一个极为发射极 e.也可用手捏住基极 b 与红棒(不要使 b 极与棒相碰) ,以人体 电阻代替100KΩ 电阻,同样可以判别管子的电极.图 2.2.4输入特性 对于 NPN 型管,判别的方法相类似.图 2.2.5输出特性测试过程中.若发现晶体管任何两极之间的正,反电阻都很小(接近于零) ,或是都很大(表针不动) , 这表明管子已击穿或烧坏. 3.用逐点法测晶体管的输入和输出特性曲线 图2.2.4,图2.2.5,图2.2.6分别是共射电路的输入,输出特性曲线和测试电路.图 2.2.6 逐点法测绘特性曲线的测量电路 (1)输入特性曲线测量 维持 VCE 为某一定值,逐点改变 VBE(图2.2.6中调节 RP2),测出若干 VBE 和 IB,根据测量数据描绘一 条输人特性曲线.依次取不同的 VCE 值,可获得一组输入特性曲线.实际上,当 VCE ≥1V 后,特性曲线几 乎都重叠在一起,因此,晶体管手册中仅给出对应 VCE = 0和 VCE&1V 的两条输人特性曲线,如图2.2.4所 示. (2)输出特性曲线测量 维持 IB 为某一定值后,逐点改变 VCE ,测出若干对应的 IC,根据测量数据描绘一条输出特性曲线.依 此类推,取不同 IB 值,如 IB = 0μA,10μA,20μA,40μA,……,即可获得图2.2.5所示输出特性曲线 族. (3)电流放大系数(或称电流放大倍数)的测量 共射直流电流放大倍数为共射交流电流放大倍数为维持为某一固定值()情况下,调节 ,测出某个 IB 值和相应的 Ic 值,即可求得 不变,调节 Rp2 ,使基极电流从 IB1 变化到 IB2 ,同时测出对应的 Ic1 和该工作点上的 值;仍维持Ic2 ,于是该工作点附近的交流电流放大数为四,实验仪器设备 名 称 万用表 表 双路稳压电源 HH1713型 1 直流电源 参考型号 MF50型或 DT890B 型数字万用 1 测 VBE,VCE,IB,IC 和管子极性好坏 数 量 用 途五,实验内容及方法 1.用万用表判别 2AP6,2CP21管子的极性和性能优劣. 2.用万用表判别若干晶体三极管的管脚,类型及性能优劣. (1) ,判别晶体管的类型和基极. (2)判别晶体管的集电极. (3)估测晶体管的性能优劣. 注意: (1)测量时万用表应置于 R×100或 R×1KΩ 档,切勿放置低欧或高欧档,以防晶体管损坏. (2)万用表的黑棒为正极性,红棒为负极性,切勿与万用表表面上所标的极性符号相混淆.3.测量3DG6B 的输入特性曲线按图2.2.6连接测试电路. (1)调节 RP1,使 VCE = 0V 调节 RP2,分别使 IB = 0μA,5μA, 10μA, 20μA, 30μA……?测 量对应的 VBE 值,填人表2.2.1. (2)调节 RP1,使 VCE=5V.重复上述步骤. 表2.2.1 4 条 件 IB(V) 0 5 10 20 30 0 50 60 70 80VCE =0V VCE =5VVBE(V) VBE(V)4.测量3DG6B 的输出特性曲线 (1) 调节 RP2, 使 IB = 0μA.调节 RP1,分别使 VCE = 0V,0.3V,0.5V,1V,5V,10V,……?测量 对应的 IC 数值, 填人表2.2.2. (2) 调节 RP2, 使 IB = 20μA, 40μA, 60μA,……重复上述步骤. 表2.2.2 条 件 IB =0μA IB =20μA IB =40μA IB =60μA VCE(V) IC(mA) IC(mA) IC(mA) IC(mA) , 值,填人表2.2.3. 0 0.3 0.5 1 2 3 5 105.测量并求出3DG6B 在 VCE = 6V 时的 表2.2.3 IC (mA) IB(μA) 2 3 4567IC (mA) IB(μA)六,实验报告 1.整理实验数据,绘出晶体管的特性曲线. 2.从输出特性曲线上求取3DG6B 管的 VCE = 6V 时,IC = 3 mA, 5 mA ,6 mA,情况下管子的 值,并与直 测法所得结果相比较.第二部分 模 拟 电 路 实 验 实验2.3 实验2.3 放大器静态工作点和放大倍数的测量 2. [要点提示] 要点提示 一,实验目的 二,实验预习要求 三,实验原理 四,实验仪器设备 五,练习内容及方法六,实验报告七,思考题[内容简介] 内容简介] 一,实验目的 1.了解晶体管放大器静态工作点变动对其性能的影响. 2.掌握放大器电压放大倍数 AV 的测量方法. 3.了解 RC, ,IC,RL,变化对 AV 的影响.4.实践简单电路的安装. 5.进一步熟悉示波器,低频信号发生器(或函数发生器)的使用方法.二,实验预习要求 1.复习《电子技术基础》相关内容. 2.复习示波器,低频信号发生器使用说明. 3.按图2.3.1所给数值估算其静态工作点(预习时测量所用晶体管的 ) .三,实验原理 设计放大器欲达到预期的指标,往往要经过计算,测量,调试等多次反复才能完成.因此,掌握放大器 的测量技术是很重要的. 放大器的一个基本任务是将输入信号进行不失真的放大.这就要求晶体管放大器必须设置合适的静态工 作点(否则就要出现截止失真或饱和失真) . 常用的偏置电路有分压式偏置和定基流偏置,如图2.3.1和图2.3.2所示.图2.3.1分压式稳定偏置放大器图2.3.2定基流偏置放大器图中若忽略偏置电阻的分流影响,二者的源电压放大倍数是:( 2.3.1 )如果不考虑电源内阻的影响,则放大倍数是:( 2.3.2 )式中 由上分析可知,RL,RC,IC,变化时,AV,AVS 也随之变化.四,实验仪器设备 名 称 示波器 低频信号发生器 万用表 表 晶体管毫伏表 稳压电源 DA16B HH 测 Vi 和 Vo 直流电源 参考型号 COS5020B XD2 MF50型或 DT890B 型数字 1 测量放大器静态值 数量 1 1 用 途 观察输出波形 作信号源五,实验内容及方法 1.测量静态工作点 按图2.3.1所给元件数值连接好电路,用万用表电阻挡来测量电路电源的进线端,看是否短路.若有短 路现象或电阻太小,则应查出故障,待排出故障后才能接通电源. 令 RC = 3KΩ,在无输入信号的情况下,调节上偏置可变电阻 RP,使 ICQ ≈ 1mA 然后用万用表分别测 量 VCEQ,VCQ,VBQ,EC 和 VEQ 值.记下 RB2,RB1,Re 阻值,并测出此时 RP 的阻值, 记录在表2.3.1中. 表2.3.1 E C 测量参 ( 数 V ) 测量仪 表 万用表 2.观察静态工作点变动对放大器输出波形的影响 (1) 按图2.3.3电路连好测量仪器.保持 ICQ ≈ 1mA,RC = 3KΩ,RL=1.5 KΩ,在放大器的输入端加入 一个频率为 lkHZ 的信号电压,同时用示波器观察放大器输出波形.逐步增大输入信号幅度直到输出波形出 现失真为止.若出现上下波形失真,不对称,可调节 RP 使输出波形不失真.继续加大输入信号幅度,直到 再次出现不对称,失真为止.于是再次调节 RP,使失真消除,如此反复,达到最大不失真输出.此时静态工 作点已选择在动态特性曲线的中心点.用毫伏表测量 Vo,再用万用表测 ICQ,VCEQ ,从而用图解法在输出特 V) ) V) V) ICQ( VCEQ(V VCQ( VBQ( VEQ(V) (Ω) (Ω) ) (Ω) Rb1 Rb2 (Ω ) (Ω) Rp (Rp+Rb1 Re性曲线上求出最大不失真输出的电压范围,与测量值比较.图2.3.3 观察波形和测量放大倍数的连接电路图 (2)调节 RP,使 ICQ ≈ 2mA 或 IC ≈ 0mA.改变输入信号幅度,用示波器观测并绘下放大器输出波形 的变化,分析失真的原因. 3.放大倍数的测量 (1)测量仪器与电路的连接仍如图2.3.3所示. 令图2.3.1电路中的 RC = 3kΩ,RL = 1.5 kΩ,调节 RP,使 IC= lmA,输入信号频率为 = 1kHz,有 效值为 Vi =( 10～20)mV.在输出波形基本不失真情况下(以示波器监视) ,用毫伏表或示波器分别测出 放大器输入电压 Vi 和输出电压 Vo,求出 AV .表2.3.2 测 量 条 件 输 入 信 序 号 号 频 ) 率 (Hz ) 1 1k 100 2 0k 100 3 k .5 4 1 k k 5 1 k 6 1 k 3 k 3 k 6.2 k 1.5 k 1 2 &70 &70 1.5 k 1 &70 3 k .5 k 1 &70 3 k 1.5 k 1 &70 3 k 1.5 k 1 &70 (Ω (Ω) (Ω) V) V) Vi RC RL ICQ Vi( Vo( AV=Vo/ /rbe R'L AV= R RbeL实 验 值计 算 值误 差(2)保持输入信号幅度不变,分别改变输入信号频率和电路参数,测量不同情况下的放大倍数.具体 参数变化量按表2.3.2要求进行.(3)测量信号源内阻 RS 对放大倍数的影响.图2.3.4 测量 AVS 连接电路 令图2.3.1中 RC = 3kΩ,RL = 1.5 kΩ,IC=lmA,保持原输入信号幅度,在低频信号发生器与放大器 输入端 A 之间串联一个电阻 RS(600Ω) ,测出此时的 Vo,求 AVS. ,将 AVS 与表2.3.2中1的测量结果 AV 比较 测量电路连接如图2.3.4所示.六,实验报告 1.记录测量和观察结果. 2.测量在 IC = 1mA,RC = 3kΩ 情况下的静态工作点,并将测量值与计算值相比较. 3.分析表2.3.2中,各放大倍数在不同情况下变化的原因.七,思考题 1.如果在图2.3.1电路中,测得 VCE & 0.5或 VCE = EC,说明晶体管处于怎样的工作状态?应如何调整? 2.为什么在同一条件下,由于输入信号频率不同( =1kHZ 和1000kHZ),放大器的放大倍数也不同呢第二部分 模 拟 电 路 实 验 实验2.4 实验2.4 结型场效应管共源放大电路 [要点提示] 要点提示 一, 实验目的 二,实验预习要求 三,实验原理 四,实验仪器设备 五,练习内容及方法六,实验报告[内容简介] 内容简介] 一,实验目的 1.了解结型场效应管的可变电阻特性. 2.掌握共源放大电路的特点.二,实验预习要求 1.设场效应管的 IDSS=5mA,gm = 2mS 和 Vp = -5V,试计算图2.4.3中的 VDS,ID, GS 和 Av,Ro 值. 2.N 沟道结型场效应管 GS 为正值会产生什么情况?3.在图2.4.3中,Cb1为什么可以选用0.01μF,而双极型三极管低频放大电路中的 Cb1为什么不能选用如此 小的电容?三,实验原理图2.4.1结型场效应管的输出特性 1.结型场效应管用作可变电阻图2.4.2测量 rds 的实验参考电路N 沟道结型场效应管的输出特性如图2.4.1所示.由图可见,在预夹断前,若 UGS 不变,曲线的上升部 分基本上为过原点的一条直线,故可以将场效应管 d,S 之间看为一电阻 (2.4.1) 显然,改变 GS 值,可以得到不同的 rds 值.预夹断后曲线近于水平,这就是饱和区.场效应管作放 大器用时通常就工作在这个区域.测量 rds 的实验参考电路如图2.4.2所示.图中 为1kHZ 的交流电压,VGG 为直流电源. 考虑到 d,S 间的回路电流(2.4.2) 2.分压式自偏压共源放大电路 分压式自偏压共源放大电路如图2.4.3所示.静态时(2.4.3)考虑到图2.4.4所示的转移特性,可用下式表示(2.4.4)和(2.4.5) 将式(2.4.3)和(2.4.4)联立求解,即可求出静态工作点. 图2.4.3所示共源放大电路的电压放大倍数为 (2.4.6 ) 输入电阻 (2.4.7) 输出电阻 (2.4.8)图2.4.3 分压式自偏压共源放大电路图2.4.4 场效应管转移特性四,实验仪器设备 名 称 低频信号发生器 万用表 表 晶体管毫伏表 稳压电源 DA16B HH1713型 1 1 测 Vi 和 Vo 直流电源 参考型号 XD2 MF50型或 DT890B 型数字万用 1 测量放大器静态值等 数量 1 用 途 作信号源五,实验内容及方法 1.测量场效应管的可变电阻 (1) 按图2.4.2接线,Rd 用100 kΩ 电位器或电阻箱. (2) 令 VGS = 0,调节 Vi 在0～100mV 范围内变化,读出 V2和 V1值,按式(2.4.2)算出 rds 之值,并 将数据填入表2.4.1中. (3) 令 VGS=Vp/4,Vp/2和3Vp/4,重复实验步骤(2) 2.共源放大电路(1)按图2.4.3接线. (2)测量静态工作点. 接通电源 VDD,使 Vi = 0(输入端接地) ,测量 VG,VS,VD,算出 VDS 和 ID[=VS/(RS1+RS2)],填入表 2.4.2中. 表2.4.1 Vi(mV) V2 VGS=0 V1 rds V2 VGS= V1 Vp/4 rds V2 VGS= V1 Vp/2 rds V2 VGS=3V V1 p/4 rds (3)测量电压放大倍数 输入 1KHZ,有效值为0.2V 的正弦电压,测出输出电压 Vo,并计算出 A ,填入表2.4.3中. (4)测量输出电阻 Ro 将 RL 开路,测量对应的输出电压, ,填入表2.4.3中,并根据实验步骤(3)和(4)的结果及 10 20 40 60 80 100(2.4.9)计算出 Ro,填入表2.4.3中.表2.4.2 VG(V) VS(V) VD(V) VDS(V) ID(mA)表2.4.3 Vi(V) Uo(V)(RL=10kΩ) Uo'(V)(RL=∞) Ro(kΩ) Au( RL=10kΩ)六,实验报告1.根据实验内容1中 Vi=40mV 测得的数据,以 rds 为纵坐标,以 为横坐标,做出 rds=f (uGS )关系曲 线. 2.计算出 由0变化到3Vp/4时,rds 如何变化? 3.比较实测静态工作点与根据实际的结型场效应管参数,用式(2.4.3)和(2.4.4)联立求解所得值之间的误 差,分析产生误差原因. 4.将 Au ,Ro 的实验值与根据实际的结型场效应管参数和图2.4.3所示电路计算的理论值进行比较.第二部分 模 拟 电 路 实 验 实验2.5 实验2.5 射极跟随器性能测试 [要点提示] 要点提示 一,实验目的 二,实验预习要求 三,实验原理 四,实验仪器设备 五,练习内容及方法六,实验报告 七,思考题[内容简介] 内容简介]一,实验目的掌握射极跟随器性能及其测量技术 二,实验预习要求1.复习射极跟随器的工作原理. 2.测量 IC = 0.8mA,VCE = 5V 时,晶体管的 和描下 Re = 5.1kΩ(功耗电阻)时晶体管的输出特性曲线. 3.根据图2.5.1电路元件参数值计算静态工作点. 并在测得的晶体管输出特性曲线上按表2.5.1给的参数值, 用作图法画出交,直流负载线,从而求输出电压的跟随范围.三,实验原理图2.5.1射极跟随器实验参考电路图2.5.2具有&自举&功能的射极跟随器图2.5.1为射极跟随器实验参考电路.它具有输入电阻高,输出电阻低,电压放大倍数接近于1和输出 电压与输入电同相的特点.输出电压能够在较大的范围内跟随输入电压作线形变化,故又称跟随器. 1.输入电阻 设图2.5.1电路的负载为 RL,则输入电阻为式中 由上式可知:①为了增加跟随器输入电阻,应选用大的 ,大的 rbe 和大的 .利用&复合&管可获得较 大的等效 .当 RL 固定时,增大 Re 可提高 值,但如果 RL 很小,增大 Re 其意义也不大.②由于 Rb 与 〔rbe+(1+ ) 〕并联,如果 Rb 太小,跟随器的输入电阻就难以提高.通常采用如图2.5.2所示的&自举&电 路,以提高偏置电路的等效输入电阻,等效输入电阻为式中 AV≈1, 很大.因此.输入电阻故在这种电路中,基极分压电阻 Rb1,Rb2不用取得很大. 2.输出电阻 Ro 由图2.5.1可求得输出电阻为式中Rs 为低频信号发生器的输出电阻. 从上式可知:射极跟随器具有很低的输出电阻,因此输出电压受负载电阻变化影响很小.为了得到尽 可能低的 Ro,从而发挥射极跟随器的特点,应选用大 值的管子和大的工作电流 IE.图2.5.3 跟随特性 3.电压放大倍数图2.5.4 从交流负载线求跟随电压范围射极跟随器的电压放大倍数 AV≈1,即 Vo≈Vi 这说明输出电压等于输入电压,且同相.这种电路常用 来作阻抗变换,即把高阻抗输入转换成低阻抗输出. 4.电压跟随范围 电压跟随范围,是指跟随器输出电压随输入电压作线性变化的区域.但在输入电压超过一定范围时, 输出电压便不能跟随输入电压作线性变化,失真急剧增加,如图2.5.3所示. 在管子,电路参数,使用条件(例如 EC,负载,环境温度等)确定以后,此电路的跟随范围也就确定 了.用作图法,可以求出图2.5.1电路的跟随范围,如图2.5.4所示.从图中的交流负载线可以找出不产生 饱和失真和截止失真的区域.最大正向动态跟随范围为VCEQ-VCE1,最大负向动态跟随范围为 VCEQ-VCE2,当工作点取在交流负载线中心点,最大输出电压峰峰值: Vop-p=2Vom=VCE2-VCE1 所以最大输出电压峰值 (2.5.3) 最大输出电压有效值(2.5.4)5.非线性失真系数 按定义 D=Vd/V1式中,Vd -- 信号内包含的谐波成分总和( 三次……谐波成分有效值); V1 -- 基波成分有效值. 从图2.5.4交流负载线可见: 的变化输出电压 Vo 有一定影响.分别为二次,四,实验仪器设备 名 称 稳压电源 示波器 低频信号发生器 万用表 表 失真度计 晶体管毫伏表 BS1型 DA16B 1 1 测D 测量 Vi,Vo 参考型号 HH1713 COS5020B 型 XD2 MF50型或 DT890B 型数字 1 测量 IE 数量 1 1 用 途 直流电源 观察波形 信号源五,实验内容及方法 1.调整静态工作点 ①按图2}