2系《电工电子课程系列》教学计划(2013~2014强化班)

发布者:系统管理员发布时间:2013-11-11浏览次数:4

电工电子课程系列实验》第二学期教学计划与教学进度
2013~2014强化班)
一、基本情况
    时:64学时
    分:计入理论课成绩
适用范围:机械系强化班
先修课程:《电工学》、《电路》、《集成电子技术基础教程》
    间:20011.10 ~ 2012.6
二、课程作用和具体目标
电工电子课程系列是属于机械学院电类实践课程,它与《电工学》、《电路》、《集成电子技术基础教程》理论课程同时进行。本实践课程的教学目的是通过大纲所列内容的学习与实践,提高学生对电路、数电以及模电的设计水平和工程实践能力,并对虚拟实验台有一定的了解。
三、教学方式与基本要求
1、本课程安排在二年级第二、三学期完成,第二学期完成8个实验共27学时,第三学期完11个实验共37学时。
2、在进实验室前做好与所作实验相关的预习工作,认真撰写实验预习报告并由任课老师课内检查,未完成实验预习报告者不得进行实验。预习报告内容为:实验目的、实验原理及实验电路,实验内容及方法、原始参数记录表格,如果是设计题要写出设计过程、画出原理图并标注参数;如果是验证题要写出理论计算过程以及数据。
3、强电实验2人一组,弱电实验一人一组,实验在教师的指导下由学生独立完成,在原始参数记录表格中填写数据,记录所有要求观察的波形(必须记录在坐标纸上,并标注波形的各项参数)
4、课后学生应独立规范地完成实验报告,严禁抄袭,抄袭者与被抄袭者一律记不及格,并注明“抄袭”。下一次实验按时交阅上一次的实验报告。实验报告为:数据处理与误差分析、思考题、实验仪器、注意事项、分析讨论与创新。
最终交给老师的一份完整的实验报告格式如下:
1)实验目的
2)实验原理:不要照抄书上的,要简要概括。
3)实验内容: a、实验内容
b、设计过程、理论计算过程
c、实验数据(记录实验数据时,书上已给出表格的按书上表格记录,没有的要自拟表格,原则上不允许不画表格记录数据;对于所有要求观察记录的波形,必须记录在坐标纸上,并标注波形的各项参数,特别注明的除外。)
d、数据分析
4)实验仪器设备(包括名称、型号)
5)思考题:
5、实验注意事项
1)  安全;人身安全、设备安全;
2)  防火;不允许在实验室抽烟;
3)纪律:a、不迟到、不早退;
b、不大声喧哗,不穿拖鞋进实验室;
c、不乱搬仪器;
d、保持实验室整洁、卫生,离开实验室前要做到仪器、凳子摆放整齐,桌面、抽屉、地面无垃圾。做完实验未按要求放置仪器、整理探头,未关仪器电源,在抽屉内外及地面丢弃杂物等,视情节记违纪一次,违纪三次者不得参加考试。
四、教学内容安排
(一)第二学期教学内容安排
1、伏安特性的测试(4学时)(第9周)
(1)学习直流电源、数字万用表、晶体管图示仪的使用;
(2)用逐点法测量线性元件和非线性元件的伏安特性曲线;
实验内容:
   做:(1)测试线性电阻的伏安特性;
             参考教材《电工电子技术实践》中图1-13自拟测试电路,用表前法和表后法分别测量100Ω、1MΩ电阻的伏安特性,测试数据表格自拟,根据测试数据描绘电阻的伏安特性,并分析说明如何选用表前法和表后法。
(2)测试非线性二端元件(稳压二极管)的伏安特性;
1)正向特性。按图1(a)所示接线,调节稳压电源US,使电流表的读数在0mA~20mA范围内取6组左右数据,记录稳压二极管的正向电压值及相应的电流值(为了能较好描绘伏安特性曲线,在电流变化急剧处需要多测量一些点)。
2)反向特性。按图1(b)所示接线,调节稳压电源US,逐渐增大稳压二极管上的反向电压,观察电流表的读数变化,直到电流突然增加时为止,记录其中6组左右稳压二极管反向电压值和相应的电流值(注意记录反向电流突然增加时电压的数值)。
3)描绘稳压二极管的伏安特性曲线。
 
表1 测量稳压二极管的伏安特性
U/V
 
……
0
……
 
I/mA
-10
 
 
 
20
 
(a)正向特性                      (b)反向特性
图1 测量稳压二极管的伏安特性
 
   做:用JT-1图示仪测量线性电阻、稳压二极管的伏安特性曲线。
  
2、网络定理的验证与测试(4学时)(第10周)
(1)Multisim软件入门;
(2)应用Multisim验证基尔霍夫定律、叠加定理、戴维南定理。
实验内容:
   做:(1)验证基尔霍夫定律;
(2)验证线性电路的叠加性和比例性;
(3)验证戴维宁定理。
(4)在上述内容中选择一项搭试电路进行验证,并比较软件仿真与实物实验的差异,分析其原因。
   注意事项:(1)实验内容参见教材中实验三,采用Multisim软件进行测试,其操作方法参见教材中实验四;
            (2)图1-18中470Ω改为4.7K,100Ω改为1K,200Ω改为2K;
(3)E1单独作用、E2=0时,不能将电源E2的正、负极直接短接,而是将E2电源断开后再将电路中E2位置处短接。
3、常用电子仪器的使用(一)3学时)(第11周)
1)掌握示波器、函数发生器、交流毫伏表的作用、使用方法、注意事项和面板上主控制件的名称及作用;
(2)掌握几种典型信号的幅值、有效值、周期等参数的测量方法。
实验内容:
   做:(1)示波器校准信号的峰峰值、周期、高电平和低电平的测试;
(2)正弦波的测试;
(3)TTL信号高低电平的测量;
(4)叠加在直流上的正弦波的测试
   做:几种周期性信号的幅值、有效值及频率的测量。
    注意事项:实验内容参见教材中实验一。
4、交流阻抗参数的测量和功率因素的改善(3学时)(第12周,强电实验)
(1)测量交流电路中的元件阻抗值;
(2)设计电路,学习提高功率因数的方法。
实验内容:
   做:(1)用三电压表法测量交流电路中的RLC元件阻抗值;
测量表格如下:
Z
测量参数
U/V
U1/V
U2/V
Z1
60
 
 
Z2
60
 
 
串联的已知电阻为50Ω,被测参数Z1:10Ω+L     Z2:100Ω+C
其中L的电感量为114mH,内阻为26Ω。C电容量为10uF(几个规格的电容并联而得即2uF//8uF)
(2)用三表(电压表、电流表、功率表)法测量交流电路中的RLC元件阻抗值。
Z1:10Ω+L     Z2:100Ω+C
其中L的电感量为114mH,内阻为26Ω。C电容量为10uF(几个规格的电容并联而得即2uF//8uF)
注意:Z1+Z2和Z1∥Z2,应判别呈容性电路还是感性电路,是容性电路时只计算电容量的大小,是感性电路时只计算电感量的大小。
测量表格如下:
Z
测量参数
I/A
U/V
P/W
Z1
0.3
 
 
0.6
 
 
Z2
0.3
 
 
0.6
 
 
Z1+Z2
0.3
 
 
0.6
 
 
Z1//Z2
0.3
 
 
0.6
 
 
3)功率因数的改善
                  分别并联10uF、24uF的电容,观察并分析功率因数的变化情况。
 
5、一阶电路时域响应(一)(4学时)(第13周)
(1)示波器、信号源的使用;
(2)一阶电路时间常数的测量;
(3)研究RC电路的方波响应;
(4)研究RC微分、积分电路对方波激励的响应。
实验内容:
    做:(1)研究RC电路的方波响应
         (2)微分电路
注意事项:(1)实验内容参见教材中实验七
(2)教材中图1-35(b)的R取10KΩ。
6电路频率特性3学时)(第14周)
(1)掌握用Multisim软件中的博德仪(Bode Plotter)测试RC电路的频率特性;
(2)设计一阶RC低通电路并用实验验证;
(3)设计二阶RC低通电路并用实验验证。
实验内容:
   做:(1)设计一个带宽为150KHz的一阶RC低通电路,并用Multisim软件测试其频率特性;
(2)设计一个带宽为50KHz、品质因数为0.707的二阶RLC低通电路,并用Multisim软件测试其频率特性和品质因数;
   做:设计一个具有选频特性的二阶RLC带通电路,要求选择所需要的频率为30KHz。用Multisim软件测试其频率特性和品质因数大小。
注意事项:用Multisim软件中的博德仪(Bode Plotter)测试RC电路频率特性的方法参见教材中实验八。
7、三相交流电路(3学时)(第15周,强电实验)
(1)判断三相电源相序;
(2)三相负载Y型联结电路的电压、电流和负载功率的测量。
(3)三相负载△型联结电路的电压、电流和负载功率的测量。
实验内容:
   做:(1)判定三相电源的相序;
(2)测量三相负载星形联结电路的电压、电流和负载功率;
(3)测量三相负载三角形联结电路的电压、电流和负载功率。
注意事项:(1)实验内容参见教材中实验六;
(2)负载星形接法时短路情况不做;
(3)判断相序,串联电容为4uF;
(4)每相负载均为40W+40W灯泡。
 
8、三相异步电动机及其继电接触器控制(3学时)(第16周,强电实验)
(1)了解并熟悉继电器、接触器、按钮、行程开关等控制电器的结构、工作原理及正确使用方法;
(2)三相异步电动机的直接起动控制电路设计;
(3)三相异步电动机的正反转控制电路设计;
(4)三相异步电动机的Y-△起动控制电路设计。
实验内容:
   做:(1)设计一个三相异步电动机的直接起动控制电路(具有自锁功能);
(2)设计一个三相异步电动机的正反转控制电路;
(3)设计一个三相异步电动机的Y-△起动控制电路。
 
(二)第三学期教学内容安排
9、常用电子仪器的使用(二)4学时)(第5周)
《常用电子仪器的使用》实验是实践环节中极其重要的训练过程,本学期实践教学过程中每次实验测量数据、波形必须使用,要求学生牢固掌握仪器的基本原理、基本使用方法、使用注意事项,以适应科学实验和工程实践的需要。
实验内容:
(1)相位差的测量;
(2)利用示波器的工作方式CH1+(-CH2)测量电阻两端电压峰峰值URPP
3)半波整流电路的纹波电压的测量;
注意事项:实验内容参见教材中实验一。
 
10、单级低频电压放大器(4学时)(第6周)
1)静态工作点对动态范围的影响;
2)主要动态参数分析与测试;
3)放大器幅频特性的测试。
实验内容:
1)放大器静态工作点的调整及测量;
2)放大器电压放大倍数Au、输入电阻Ri、输出电阻Ro的测量;
3)观察静态工作点不同对输出波形的影响;
4)测量放大器的最大不失真输出电压。
5)上限频率fH、下限频率fL的测量(选做)。
注意事项:(1)实验内容参见教材中实验十一;教材中图2-6改为下图:

 
 
RB1
b
c
e

图2单管共射放大器
(2)静态工作点VB、VE、VC应该用万用表直流电压档测量。
3一般采用教材中所述的间接测量法测量工作点电流ICQ,即缓慢调整Rw,用万用表测量RC两端的电压折算电流值)
(4)信号大小(有效值)应该用交流毫伏表测量。
(5)测量放大倍数时,双踪显示Vi、Vo,观察输出波形应不失真。
(6)观察静态工作点不同对输出波形的影响时要缓慢调整Rp,定性画出工作点偏高、偏低、适中三种情况的波形。
(7)测量fH,fL时应注意,f变化时信号源输入电压大小会略有变化,需调节,保持Vi=5mv不变。
 
 
11、差动放大器(虚拟实验)(3学时)(第7周)
1)差动放大器应用;
2)学习在虚拟电子实验台上进行静态工作点分析;
3)用虚拟示波器测量电压波形,区分差模电压、共模电压;
4)用Multisim分析放大器的频率特性。
实验内容:
1)静态工作点的分析;
2)差模电压放大倍数的分析
3)频率特性的分析
4)差模电压传输特性的分析
5)共模电压放大倍数的分析
注意事项:实验内容参见教材中实验十二。
 
12、运算放大器的应用一(3学时)(第8周)12
1)了解理想运算放大器虚短、虚断概念,运放的线性运用,相位补偿,调零和平衡电阻的作用
(2)掌握由运放构成反向比例、同向比例放大器的工作原理,学会用示波器X-Y显示方式显示和测量电压传输特性的方法。
3)双电源的接法。
实验内容:
1)反相输入比例运算电路;
2)同相输入比例运算电路(只做正弦波输入时用示波器观察电压传输特性)。
注意事项:(1实验内容参见教材中实验十三。
   2)教材中表2-7改为:
Ui/V
2
(转折点电压值)
0.5
0
-0.5
(转折点电压值)
-2
U0/V
 
 
 
 
 
 
 
U_/V
 
 
 
 
 
 
 
Auf= U0/ Ui
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13、运算放大器的应用二(3学时)(第9周)12
加法器的应用:直流偏置电压调整;波形的叠加
实验内容:
  做:设计一加法器,实现U0=-(Ui1+5Ui2)。Ui11V的直流信号,Ui2加频率为1KHz、峰峰值为0.2V的正弦波,用示波器观察输入电压Ui2和输出电压U0的波形,并测出相应的参数。
 
14、积分器、比较器的设计和调试方法(3学时)(第11周)13
1)积分器特性分析
(2)比较器电路的设计及分析;
实验内容:
   做:(1)积分器;
(2)滞回比较器。
注意事项:(1)实验内容(1)参见教材中实验十三;实验内容(2)参见教材中实验十五;
(2)滞回比较器,用两只稳压管接成双向稳压电路。输入信号应足够大,运放才能工作至限幅区。
 
15、正弦波信号发生器和方波发生器的设计和调试方法(4学时)(第12周)13
掌握由集成运放构成的正弦波发生器、方波发生器等应用电路的设计和调试
实验内容:
   做:(1)正弦波信号发生器;
2方波信号发生器。
注意事项:(1实验内容参见教材中实验十四和实验十五;
2正弦波发生器,为易起振,Rp应先置最大值,振荡波形失真则应适当调Rp,V+,V-用交流毫伏表测;
3方波发生器实验时要求用示波器双踪显示Vo、Vc波形。
 
16集成功率放大器(3学时)(第13周)14
实验目的:
(1)、熟悉功率放大器的工作原理;
(2)、了解功率放大器的基本性能和特点;
(3)、掌握集成功率放大器LM386的应用及功率放大器主要性能指标的测试方法。
预习内容:
LM386是一种低电压通用型低频集成功放。该电路功耗地低、允许的电源电压范围宽、通频带宽、外接元件少,广泛用于收录音机、对讲机、电视伴音等系统中。
图3  LM386内部电路原理图
LM386内部电路如图3所示,共有3级。V1V6组成双端输入单端输出有源负载差动放大器,用作输入级,其中V5V6构成镜像电流源用作差放的有源负载以提高单端输出时差动放大器的放大倍数。中间级是由V7构成的共射放大器,也采用恒流源I作负载以提高增益。输出级由V8V10组成准互补推挽功放,其中VD1VD2组成功放的偏置电路以消除交越失真。
图4  LM386引脚图
LM3868脚器件,LM386的引脚排列如图4所示,为双列直插塑料封装。引脚功能为:23脚分别为反相、同相输入端;5脚为输出端;6脚为正电源端;4脚接地;7脚为旁路端,可外接旁路电容以抑制纹波;18两脚为电压增益设定端。通过改变18间外加元件参数可改变电路的增益。当18脚开路时,负反馈最深,电压放大倍数最小,此时Auf=20;当18脚间接入10μF电容时,内部1.35kΩ电阻被旁路,负反馈最弱,电压放大倍数最大,此时Auf=20046dB);当18脚间接入电阻R10μF电容串联支路时,调整R可使电压放大倍数Auf20200间连续可调,且R越大,放大倍数越小。
LM386的典型应用电路5所示。
图5由LM386构成功率放大器接线图
电路中,5脚输出接R1,C4支路组成容性负载,构成串联补偿网络,与呈感性的负载扬声器相并,最终使等效负载近似呈纯阻,防止在信号突变时扬声器上呈现较高的瞬时电压而使其损坏,同时可以防止高频自激;7脚外接C5去耦电容,用以提高纹波抑制能力,消除低频自激;1,8脚设定电压增益,其间接Rp和10μF串联支路,Rp用以调整电压增益。当Rp=1.24kΩ时,Auf=50。C3作为电源使用,电路为OTL形式。将上述电路稍作变动,如在1,5脚间接入R,C串联支路,则可以构成带低音提升的功率放大电路。
实验内容
(1)按图3接线,调整Ucc=9V:
(2)静态工作点测试
用万用表测量LM386集成芯片5脚对地电压,在6脚串入电流表测量静态电流I0填入表2中,并对照内部电路分析测试数据的正确性;
表2
   Ucc
   Io
   U5
   9V
 
 
(3)测量功率放大器的性能指标
用8Ω喇叭作为负载RL,对电路进行调整与测试,测试前,首先用示波器观察输出电压波形,逐渐增大输入信号Ui观察波形无自激振荡方可进行以下测量。
(a) 将LM386的1、8脚开路时,调整输入信号Ui=40 mv 有效值,f=1KHz,测量输出电压UO及Io ,填入表2,计算输出功率及效率。且用示波器观察输入、输出电压Ui和UO的波形及相位。
(b) 将LM386的1、8脚间接Rp、C2,先将输入电压Ui用毫伏表调整到20mv,将毫伏表接入输出电压端,调整Rp使输出电压等于1V(注意:此时函数发生器输出旋钮保持不变)。观察输出波形不失真并测量出Io,填入表3,计算输出功率及效率。
表3
脚1、8间
开路
接RpC2
 
Ui(mv)
40
20
 
Uo(v)
 
1V
 
Au=Uo/Ui
 
 
 
Io(mA)
 
 
 
P0(W)
 
 
 
η
 
 
 
(c) 测量最大不失真输出功率Pomax
调整输入电压Ui,示波器观察输出电压波形Uo,使输出最大不失真,用电子电压表测出此时Uomax、Io。计算Pomax、η。
Pomax =U2omax/RL(Uomax为最大不失真输出正弦信号的有效值)
          η= Pomax/Ucc·Io
注意事项
(1)观察波形无自激振荡方可进行测量。若出现高频自激,可适当加大补偿电容,或合理布局调整元件分布位置消除自激。
(2)因喇叭功率较小,试听时要控制音响度,防止烧坏喇叭。
(3)万用表测量电流后应恢复到电压量程,测试棒也应同时恢复到原来测量电压的位置。
思考题:
(1)在图1中,D1、D2的作用是什么? 如果没有D1、D2(即T8、T9的基极直接相连),则输出波形是怎样的?
(2)简述图3 中Rp、C2的作用;
(3)简述图3 中R1、C4的作用。
 
17集成门电路与组合逻辑电路4学时)(第14周)15
1)门电路动态特性与驱动能力测试;
2OC门电路的应用
3)用与非门设计BCD码制判别电路;
4)用译码器和与非门设计全减器
实验内容:
   做:(1用与非门设计BCD码制判别电路(教材实验十九实验内容1);
2)用译码器和与非门设计全减器(教材实验十九实验内容5)。
   做:1)测试与非门的逻辑功能(教材实验十八实验内容1
2)集电极开路与非门(74LS01(教材实验十八实验内容2
注意事项:(1)全减器,74LS138应注意A2是高位,使能端接法,输出低电平有效;
2选做题(2)中的“三路信号分时传送”改成“两路信号分时传送”;
(3)OC门使用时,集成电路本身电源Vcc不能忘接。
(4)OC门必须接上拉电阻,OC门输出与上拉电阻上的电源Ec有关,但Vcc始终为5V不变。
(5)Ec从+5V改为+10V时,小心不要将Vcc电源也接成10V,Ec和Vcc分两组电源接入。
 
18D触发器电路设计3学时)(第15周)16
1D触发器的认识
2)运用D触发器设计计数器、移位寄存器;
实验内容:
1)用74LS74设计一个模十计数器(即0~9循环显示)
2)广告流水灯设计
共有8个灯,要求用74LS13874LS74设计电路,始终使灯为17亮,且这一暗灯循环右移。搭试电路,将时钟脉冲接自单脉冲进行静态验证,观察每来一个脉冲暗灯的移动情况;将时钟脉冲接自连续脉冲,调低频率观察暗灯的移动情况。
3)触发器逻辑功能测试(选做)
注意事项为使工作可靠,不用的输入端应按逻辑功能要求接在高电平或低电平,不要悬空。
 
19计数器电路设计3学时)(第16周)16
(1)时序逻辑电路的设计和调试方法;
(2)集成计数器等中规模集成时序逻辑电路的使用方法。
实验内容:
1)设计简易数字钟
设已有周期为1min和周期为1h的时钟脉冲,要求用74LS161设计数字电子钟的“分”(0~59)或“时”(0~23)的计时电路,搭试电路进行静态验证,并动态观察且记录“分”或“时”计数电路中的时钟脉冲及计数器输出最高位的波形。
2)设计步进电动机脉冲电源电路
74LS194设计一个驱动四相绕组的步进电动机的脉冲电源电路,要求步进电动机为四相八拍工作方式,能正、反转。正转时步进电动机四相八拍通电顺序是:A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A,反转时通电顺序是:A-AD-D-DC-C-CB-B-BA-A。搭试电路进行静态验证,并驱动电机观察电机的运行情况。
 
五、考试
操作考试时间:第十六周周末
综合成绩考核办法:
1、学习态度、遵守纪律、实验报告简洁完整,有创造性,书写完整     20%
2、课堂实验:实验能力,主动分析和解决实验过程中所遇到问题的能力及实验情况,独立分析、解决问题能力                                       20%
3、操作考试                                                     60%
总评按优、良、中、及格、不及格评分。
 
六、主要参考书
1、秦曾煌主编。《电工学》上册、下册(第五版) 北京:高等教育出版社,1999年。
2、李桂安主编。《电工电子实践初步》 南京:东南大学出版社,1999年。
3、王澄非主编。《电路与数字逻辑设计实践》 南京:东南大学出版社,1999年。
4、王尧主编。《电子线路实践》 南京:东南大学出版社,1999年。
注:所有实验都是在金智楼完成,其中,强电实验在二楼电工实验室,其余实验在四楼电子技术实验室。