第一章实验技术及电子测量的基本知识通常，需要对模拟电子电路测量与实验的结果进行定量的分析，因此，在实验方案正确的前提下，实验的价值意义往往取决于测量方法的正确和测量结果的精确程度。所以，正确地使用仪器，合理地布线、安装实验装置，合适地选择测试点以及科学地处理测量数据是顺利完成某一电子电路测量与实验必不可少的环节。1.1正确使用测量仪器正确使用测量仪器与否，直接影响到测试结果。虽然测量仪器的类型很多，各有自己的使用特点，但下述内容具有普遍指导意义。1、学会阅读仪器说明书，掌握仪器使用方法我们专开设一个常用仪器使用的实验，以便使操作者正确掌握其使用方法。当使用不熟悉的仪器时，一定要事先阅读仪器技术说明书或所列的仪器使用方法的有关资料。2.检查仪器功能旋钮和开关由于实验室内的仪器使用频繁，常会出现仪器的旋钮开关松脱、滑位及错位等现象，所以接通电源前必须检查仪器各功能旋钮和开关是否有松脱及滑位错位等现象，否则就会出现差错。比如做实验时未发现示波器的时基旋钮已错位，那么测量出来的波形的周期显然是不对的。又如直流稳压电源输出电压是分档的，如果其开关错位，本应6V档而错位到30V而操作者事先又未用方用表调测就接入电路，结果可能造成器件或某些元件损坏。3检查测量装置的各种连线接通电源前应仔细检查测量装置的各种连接线是否有接错和短路现象，特别要注意地线的连接。测量时要先接地线再接高电位端：测量完毕则先去掉高电位端连线再去掉地线，这对场效应管作输入级的实验装置更要注意，否则很容易将它烧毁。4.注意仪器的预热电子测量仪器都必须经过足够的预热时间工作性能才能稳定。对于仪器的技术指标只有在保证预热时间后才有效。预热时间的长短因不同仪器而异，一般由电子管电路组成的仪器需预热5一20分钟，由晶体管和集成电路组成的仪器预热时间很短或无需预热。5.调零不少电子测量仪器要在使用前调零。调零的基本原则是当无任何信号输入时，应调节表的读数刚好指零或某规定值。调零的方式分机械调零和电气调零两种。需在机械调零后再进行电气调零，而电气调零又必须在充分预热后才能进行。6.校准不少电子测量仪器都附有内部校准装置。例如日立V-252型双踪示波器，它将一个输出幅度为0.5V、频率为1kHz的方波作为校准信号，操作者在使用该仪器时应自校后再进行测试，若校不准应及时报告。7.注意异常现象开机通电后，如发现仪器内部变压器发出反常的瑜瑜声或有焦味、冒烟；对于内部装有风扇强制通风的仪器，如有发现叶片不转等现象应立即切断电源，并报告指导教师进行检修或更换。8.安全操作3
3 第一章 实验技术及电子测量的基本知识 通常，需要对模拟电子电路测量与实验的结果进行定量的分析，因此，在实验方案正确 的前提下，实验的价值意义往往取决于测量方法的正确和测量结果的精确程度。所以，正确 地使用仪器，合理地布线、安装实验装置，合适地选择测试点以及科学地处理测量数据是顺 利完成某一电子电路测量与实验必不可少的环节。 1.1 正确使用测量仪器 正确使用测量仪器与否，直接影响到测试结果。虽然测量仪器的类型很多，各有自己的 使用特点，但下述内容具有普遍指导意义。 1. 学会阅读仪器说明书，掌握仪器使用方法 我们专开设一个常用仪器使用的实验，以便使操作者正确掌握其使用方法。当使用不熟 悉的仪器时，一定要事先阅读仪器技术说明书或所列的仪器使用方法的有关资料。 2. 检查仪器功能旋钮和开关 由于实验室内的仪器使用频繁，常会出现仪器的旋钮开关松脱、滑位及错位等现象，所 以接通电源前必须检查仪器各功能旋钮和开关是否有松脱及滑位错位等现象，否则就会出现 差错。比如做实验时未发现示波器的时基旋钮已错位，那么测量出来的波形的周期显然是不 对的。又如直流稳压电源输出电压是分档的，如果其开关错位，本应 6V 档而错位到 30V， 而操作者事先又未用万用表调测就接入电路，结果可能造成器件或某些元件损坏。 3. 检查测量装置的各种连线 接通电源前应仔细检查测量装置的各种连接线是否有接错和短路现象，特别要注意地线 的连接。测量时要先接地线再接高电位端；测量完毕则先去掉高电位端连线再去掉地线，这 对场效应管作输入级的实验装置更要注意，否则很容易将它烧毁。 4. 注意仪器的预热 电子测量仪器都必须经过足够的预热时间工作性能才能稳定。对于仪器的技术指标只有 在保证预热时间后才有效。预热时间的长短因不同仪器而异，一般由电子管电路组成的仪器 需预热 5―20 分钟，由晶体管和集成电路组成的仪器预热时间很短或无需预热。 5. 调零 不少电子测量仪器要在使用前调零。调零的基本原则是当无任何信号输入时，应调节表 的读数刚好指零或某规定值。 调零的方式分机械调零和电气调零两种。需在机械调零后再进行电气调零，而电气调零 又必须在充分预热后才能进行。 6. 校准 不少电子测量仪器都附有内部校准装置。例如日立 V-252 型双踪示波器，它将一个输出 幅度为 0.5V、频率为 1 kHz 的方波作为校准信号，操作者在使用该仪器时应自校后再进行 测试，若校不准应及时报告。 7. 注意异常现象 开机通电后，如发现仪器内部变压器发出反常的嗡嗡声或有焦味、冒烟；对于内部装有 风扇强制通风的仪器，如有发现叶片不转等现象应立即切断电源，并报告指导教师进行检修 或更换。 8. 安全操作
必须养成单手操作的习惯，当被测对象的电压较高时，要先检查测量表笔或测量探头的绝缘是否良好。手不要接触高电位点，测量完毕后要及时拆去接线并将电压表、电流表置于高量程处。遇到打火、元器件冒烟，电解电容爆裂及其他意外事故时要冷静，首先切断电源，切勿尖叫、乱跑以免造成额外损失。9.注意布线要完成一项实验，除实验装置外必然还需要有若于个电子测量仪器、辅助设备和附件等组成一套测量装置。如测量某放大器的非线性失真，需由信号发生器、实验装置（待测放大器）、失真度仪（或示波器）以及供放大器用的直流稳压电源组成一个测量装置，而仪器的布置要力求接线尽量短，对于高增益弱信号或高频的测量更要注意接线要短，如图1.1.1（a）是不正确的，如图1.1.1（b）是正确的。OO示波器示波器待测放大器OO待测放大器信号发生器信号发生器L99输输0Fo输输0入出+入出(a)(b)图1.1.1实验装置连接图10.正确连接地线对于非平衡式仪器，如信号发生器、毫伏表、示波器等，它们一般都有两根连接线，其中一根是地线，一般与机壳连接在一起，另一根是输入（或输出）信号线，一般是接在仪器内部电路中某一点上。正确的连接应该是将地线与实验装置的参考地接在一起，也称共地连接如图1.1.2所示。在做PNP管放大电路时，由于放大器需加负直流电源，即参考地是直流正电位，如果操作者把仪表的信号线与参考地连接，显然这也是错误的，正确的接法仍然应该是将仪表的地线与参考地连在一起。实验装置晶体管信号。H天爆伏表口发生器1图1.1.2非平衡仪器的共轭连接选用DA-16毫伏表测量如图1.1.3中a，b两点间交流电压时，该表应分别测出a点对地电压和b点对地电压，然后相减得a，b两点间电压，而将毫伏表并接在a，b两端直接去测是不合适的。4
4 必须养成单手操作的习惯，当被测对象的电压较高时，要先检查测量表笔或测量探头的 绝缘是否良好。 手不要接触高电位点，测量完毕后要及时拆去接线并将电压表、电流表置于高量程处。 遇到打火、元器件冒烟，电解电容爆裂及其他意外事故时要冷静，首先切断电源，切勿 尖叫、乱跑以免造成额外损失。 9. 注意布线 要完成一项实验，除实验装置外必然还需要有若干个电子测量仪器、辅助设备和附件等 组成一套测量装置。如测量某放大器的非线性失真，需由信号发生器、实验装置（待测放大 器）、失真度仪（或示波器）以及供放大器用的直流稳压电源组成一个测量装置，而仪器的 布置要力求接线尽量短，对于高增益弱信号或高频的测量更要注意接线要短，如图 1.1.1（a） 是不正确的，如图 1.1.1（b）是正确的。 图 1.1.1 实验装置连接图 10. 正确连接地线 对于非平衡式仪器，如信号发生器、毫伏表、示波器等，它们一般都有两根连接线，其 中一根是地线，一般与机壳连接在一起，另一根是输入（或输出）信号线，一般是接在仪器 内部电路中某一点上。正确的连接应该是将地线与实验装置的参考地接在一起，也称共地连 接如图 1.1.2 所示。 在做 PNP 管放大电路时，由于放大器需加负直流电源，即参考地是直流正电位，如果操 作者把仪表的信号线与参考地连接，显然这也是错误的，正确的接法仍然应该是将仪表的地 线与参考地连在一起。 图 1.1.2 非平衡仪器的共轭连接 选用 DA-16 毫伏表测量如图 1.1.3 中 a，b 两点间交流电压时，该表应分别测出 a 点对 地电压和 b 点对地电压，然后相减得 a，b 两点间电压，而将毫伏表并接在 a，b 两端直接去 测是不合适的
-RB1OR.C2R CiO R,haICERe-RB2图1.1.3测两点交流电压的电路11.正确获取信号发生器的小信号输出实验中经常需要在输入端加一个小信号交流电压，如有效值为1mV的电压。曾发现操作者用毫伏表测试其值时，即使用手指轻轻弹动输出细调旋钮，也很难调到其值。其原因是操作者将信号的衰减旋钮置OdB档。这种使用方法是错误的。正确的方法应该加大衰减，如衰减旋钮置60dB档，这时调节输出细调旋钮就很容易获取其小信号了，而且这样的操作也有利于防止于扰的串入。因此应该记住（小信号大衰减）的使用方法。1.2合理地安装、布线实验装置实验装置就是按照电路图进行安装、布线后的实际实验电路。其方法有两种，一种是在面包板上安装、布线，另一种用印刷电路板焊接安装、布线。一、电路图与真实电路的差异忠实地按电路图来布线安装并不是最佳方案，因为即使完全按照理论设计的电路图来布线安装，电路图和实物仍然还有很大的差别。例如，电路图上用一根线表示的导线，设计时假设它是无电阻的，但实际的导线却具有一定的电阻值：另外当电流流过这段导线时，在它周围将产生磁场，这样导线本身也多少具有电感：再则，它和其他被绝缘的导体间还具有一定电容值。综述，如将图1.2.1（a）所示的一种简单的导线连接的实际情况都画出来就如图1.2.1（b）所示。如图可知，实际上存在的那些很少的R、L、C在设计电路图中完全省略了。然而即使这些数值很小，往往也会造成恶劣的影响，尤其当工作频率很高时。(a)(b)图1.2.1电路图与真实电路差异例图5
5 图 1.1.3 测两点交流电压的电路 11. 正确获取信号发生器的小信号输出 实验中经常需要在输入端加一个小信号交流电压，如有效值为 1mV 的电压。曾发现操作 者用毫伏表测试其值时，即使用手指轻轻弹动输出细调旋钮，也很难调到其值。其原因是操 作者将信号的衰减旋钮置 0dB 档。这种使用方法是错误的。正确的方法应该加大衰减，如衰 减旋钮置 60 dB 档，这时调节输出细调旋钮就很容易获取其小信号了，而且这样的操作也有 利于防止干扰的串入。因此应该记住（小信号大衰减）的使用方法。 1.2 合理地安装、布线实验装置 实验装置就是按照电路图进行安装、布线后的实际实验电路。其方法有两种，一种是在 面包板上安装、布线，另一种用印刷电路板焊接安装、布线。 一、电路图与真实电路的差异 忠实地按电路图来布线安装并不是最佳方案，因为即使完全按照理论设计的电路图来布 线安装，电路图和实物仍然还有很大的差别。例如，电路图上用一根线表示的导线，设计时 假设它是无电阻的，但实际的导线却具有一定的电阻值；另外当电流流过这段导线时，在它 周围将产生磁场，这样导线本身也多少具有电感；再则，它和其他被绝缘的导体间还具有一 定电容值。综述，如将图 1.2.1（a）所示的一种简单的导线连接的实际情况都画出来就如 图 1.2.1（b）所示。如图可知，实际上存在的那些很少的 R、L、C 在设计电路图中完全省 略了。然而即使这些数值很小，往往也会造成恶劣的影响，尤其当工作频率很高时。 图 1.2.1 电路图与真实电路差异例图
二、电路图与实际装置在结构上的差异电路图是用一些符号在平面上表示出来的，它把电路结构用图画出来使人容易看懂。但实际装置是立体的，元件的形状、大小在电路图上不可能反映出来：另外，根据绝缘的种类或电流大小来选择导线的粗细、走线路径等诸问题都是实际安装时需要考虑的：在结构上也会遇到很多没有意料到的问题，所以，电路图与实际装置存在差异。三、如何安装与布线实际的实验装置如何将电路图通过安装与布线成为实际实验装置，方法是很多的。但是在做实验时可能会出现一些意想不到的问题，故要具体问题具体分析。比如当信号频率是音频范围的低频时，用一只电解电容器件作为一个旁路电容就可以了，如图1.2.2（a）所示。安装、布线也可以忠实地按照电路图来布线。但是一到高频，电容器本身的电感及引线电感的作用就不能忽略，因此原理图仍可以画成图1.2.2（a），但实际布线就应按图1.2.2（b）所示那样尽量缩短电容器的引线。对更高的频率就应在电解电容器两端并接一个小电容。OR(b)(a)图1.2.2不同工作频率安装与布线的实际实验装置例图在实验中如果遇到噪声很大，那么要特别仔细考虑接地点。比如从抑制噪声着眼，图1.2.3（a）的电路图就应按图1.2.3（b）那样连接为最佳走线路径。RR.OC.N5惊乾R3RORsO+E(a)(b)图1.2.3抑制噪声的最佳走线图6
6 二、电路图与实际装置在结构上的差异 电路图是用一些符号在平面上表示出来的，它把电路结构用图画出来使人容易看懂。但 实际装置是立体的，元件的形状、大小在电路图上不可能反映出来；另外，根据绝缘的种类 或电流大小来选择导线的粗细、走线路径等诸问题都是实际安装时需要考虑的；在结构上也 会遇到很多没有意料到的问题，所以，电路图与实际装置存在差异。 三、如何安装与布线实际的实验装置 如何将电路图通过安装与布线成为实际实验装置，方法是很多的。但是在做实验时可能 会出现一些意想不到的问题，故要具体问题具体分析。比如当信号频率是音频范围的低频时， 用一只电解电容器件作为一个旁路电容就可以了，如图 1.2.2（a）所示。安装、布线也可 以忠实地按照电路图来布线。 但是一到高频，电容器本身的电感及引线电感的作用就不能忽略，因此原理图仍可以画 成图 1.2.2（a），但实际布线就应按图 1.2.2（b）所示那样尽量缩短电容器的引线。对更 高的频率就应在电解电容器两端并接一个小电容。 图 1.2.2 不同工作频率安装与布线的实际实验装置例图 在实验中如果遇到噪声很大，那么要特别仔细考虑接地点。比如从抑制噪声着眼，图 1.2.3（a）的电路图就应按图 1.2.3（b）那样连接为最佳走线路径。 图 1.2.3 抑制噪声的最佳走线图
综上可述，做实验时如何进行安装、布线应视具体情况而定，若频率比较低可以忠实地按电路图来安装、布线，既容易看懂图又容易检查问题，实际与理论容易结合。但当频率比较高时，考虑到实验电路的稳定，那么忠实地按电路图来安装、布线往往并不是最佳方案。1.3选择合适的测试点电子电路实验中，测试点的选择是否合适直接影响测试误差和影响被测电路的工作状态一、测试点选择不当引起的误差造成错误理论例如，用一内电阻为10kQ/V的万用表，选择量程为2.5V的档去测量图1.3.1所示放大器中晶体管Uge的工作电压。如果测量者不是直接测量Uge，而是分别测量Ug=-0.88V，U=-0.92V，然后计算得Ug=U.-U.=+0.04V，根据该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UB=-0.32V。造成这个错误结论是由于这样的操作相当于将万用表2.5V档的内阻2.5×10=25kQ并联在基极与地之间，减小了下偏置电阻，所以测出的U.值就比实际小得多，而得U值由于发射极输出阻抗小，仪器的内阻影响小而接近真值。因此，上述误差属于测试点选择不当引起的。应该直接测试基极和发射极之间的电压U。0_6W47k17kHT。10μ10μUtok-30047μU.图1.3.1测试U的放大电路又如，图1.3.2所示放大器，用DA-16毫伏表测得BG，的发射极交流电压比BG,基极交流电压要大，显然这个结论也是错误的。这是因为DA-16毫伏表的输入电容约为50~70pF，当频率为160kHz时，60pF呈现的容抗为1=16.6kQ2元×1.6×10×60×10-12该值可以和第一管的集电极电阻Rc（5.1kQ）相比拟，当毫伏表接在BG,的基极时，使BG的负载阻抗减小，电压下降：而接于BG，发射极时，由于射极输出阻抗小，故影响小。Rel+12F~ 5. 1k33kBG210μNBG5.1k个00uf = 160kz Uj5, 1k+图1.3.2测试交流电压的放大电路二、测试点选择不当引起工作状态变化造成误差7
7 综上可述，做实验时如何进行安装、布线应视具体情况而定，若频率比较低可以忠实地 按电路图来安装、布线，既容易看懂图又容易检查问题，实际与理论容易结合。但当频率比 较高时，考虑到实验电路的稳定，那么忠实地按电路图来安装、布线往往并不是最佳方案。 1.3 选择合适的测试点 电子电路实验中，测试点的选择是否合适直接影响测试误差和影响被测电路的工作状态。 一、测试点选择不当引起的误差造成错误理论 例如，用一内电阻为 10kΩ/V 的万用表，选择量程为 2.5V 的档去测量图 1.3.1 所示放 大器中晶体管 UBE的工作电压。如果测量者不是直接测量 UBE，而是分别测量 UB=−0.88V，UE= −0.92V，然后计算得 UBE=UB−UE=+0.04V，根据该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。造成这个错误结论是由于这样的操作相当于将万 用表 2.5V 档的内阻 2.5×10=25kΩ并联在基极与地之间，减小了下偏置电阻，所以测出的 UB值就比实际小得多，而得 UE值由于发射极输出阻抗小，仪器的内阻影响小而接近真值。 因此，上述误差属于测试点选择不当引起的。应该直接测试基极和发射极之间的电压 UBE。 图 1.3.1 测试 UBE的放大电路 又如，图 1.3.2 所示放大器，用 DA-16 毫伏表测得 BG2的发射极交流电压比 BG2基极交 流电压要大，显然这个结论也是错误的。这是因为 DA-16 毫伏表的输入电容约为 50~70pF， 当频率为 160kHz 时，60pF 呈现的容抗为 16.6 k 2 1.6 10 60 10 1 5 12 该值可以和第一管的集电极电阻 RC1（5.1kΩ）相比拟，当毫伏表接在 BG2的基极时，使 BG1 的负载阻抗减小，电压下降；而接于 BG2发射极时，由于射极输出阻抗小，故影响小。 图 1.3.2 测试交流电压的放大电路 二、测试点选择不当引起工作状态变化造成误差