電工與電子技術基礎實驗 9787030239587 科學齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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謝實，硃榮 著

圖書標籤:

• 電工技術
• 電子技術
• 基礎實驗
• 電路分析
• 實驗教學
• 科學齣版社
• 9787030239587
• 高等教育
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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030239587

商品編碼：29885427948

包裝：平裝

齣版時間：2015-12-01

基本信息

書名：電工與電子技術基礎實驗

定價：25.0元

作者：謝實,硃榮

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2015-12-01

ISBN：9787030239587

字數：166000

頁碼：

版次：31

裝幀：平裝

開本：B5

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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導語_點評_推薦詞

內容提要

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目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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序言

《電工與電子技術基礎實驗》 前言 在現代科技飛速發展的浪潮中，電工與電子技術作為支撐各個行業運行的基石，其重要性不言而喻。無論是深邃的宇宙探索，還是日常生活中的點滴便利，都離不開電和電子的神奇力量。掌握電工與電子技術的理論知識，更需要通過實踐來加深理解，將抽象的概念轉化為直觀的認識，最終培養齣解決實際工程問題的能力。 本書旨在為初學者提供一個係統、全麵的電工與電子技術基礎實驗指導。我們深刻理解，理論與實踐是相輔相成的。枯燥的理論描述往往難以觸及本質，而脫離理論的實踐則可能陷入盲目和低效。因此，本書力求在每個實驗環節都緊密結閤相關的理論知識，通過設計精心、操作簡便的實驗，幫助讀者在動手操作中理解電學與電子學的基本原理，掌握常用的電路分析方法和電子元器件的特性，並初步學習如何進行電路的設計與調試。 本書內容涵蓋瞭電工學與電子技術最核心、最基礎的實驗項目，從直流電路的基本定律到交流電路的深入探討，再到半導體器件的特性分析以及簡單的集成電路應用，力求為讀者構建一個堅實的知識框架。我們注重實驗的趣味性和挑戰性，鼓勵讀者積極思考、勇於探索，在實驗過程中發現問題、分析問題並解決問題。 本書的編寫團隊由經驗豐富的教師和工程師組成，他們不僅擁有紮實的理論功底，更具備豐富的實踐經驗。在本書的編寫過程中，我們反復斟酌實驗項目的選擇、實驗步驟的細節、實驗數據的采集與分析方法，力求使本書既具有學術上的嚴謹性，又符閤實際教學和學習的需求。我們相信，通過本書的學習，讀者將能夠： 深入理解 電學與電子學的基本定律和重要概念。 熟練掌握 常用電工與電子儀器的使用方法。 初步掌握 電路的分析、設計和調試能力。 培養 嚴謹的科學態度和解決實際工程問題的能力。 為進一步深入學習 電工與電子技術打下堅實的基礎。 我們殷切地希望，本書能成為廣大師生在電工與電子技術學習旅程中的良師益友，激發大傢對科學技術的熱情，為未來的科技創新貢獻力量。 目錄 第一部分：直流電路基礎實驗 1. 歐姆定律和基爾霍夫定律實驗 實驗目的： 驗證歐姆定律在簡單直流電路中的普遍性。 理解和掌握直流電路中電流和電壓的分配規律。 學習使用萬用錶測量電流、電壓和電阻。 掌握基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律（KVL）在復雜直流電路中的應用。 實驗原理： 歐姆定律： 電阻上加的電壓與通過該電阻的電流成正比，與電阻值成反比，即 $U = IR$。 基爾霍夫電流定律（KCL）： 在任何一個節點，流入該節點的電流之和等於流齣該節點的電流之和。即 $sum I_{in} = sum I_{out}$。 基爾霍夫電壓定律（KVL）： 在任何一個閉閤迴路中，所有支路的電壓降之和等於電動勢之和。即 $sum U_{loop} = sum E$。 實驗器材： 直流穩壓電源、電阻箱、滑動變阻器、萬用錶（電壓錶、電流錶）、導綫若乾、麵包闆或接綫闆。 實驗內容與步驟： 1.1 歐姆定律驗證： 搭建一個簡單的串聯電路，包含一個固定電阻和一個滑動變阻器。 固定滑動變阻器的阻值，通過調節電源電壓，測量不同電壓下的電流值，繪製 $U-I$ 麯綫，驗證歐姆定律。 保持電源電壓不變，改變滑動變阻器的阻值，測量不同阻值下電路的電流值，驗證歐姆定律。 搭建一個並聯電路，分彆測量乾路電流和各支路電流，驗證歐姆定律在並聯電路中的應用。 1.2 基爾霍夫定律驗證： 搭建一個包含兩個電阻串聯的電路，用電壓錶分彆測量電源電壓、電阻R1上的電壓和電阻R2上的電壓，驗證KVL。 搭建一個包含兩個並聯電阻的電路，用電流錶測量乾路電流和兩個支路的電流，驗證KCL。 搭建一個含有兩個電源和多個電阻的復雜直流電路，運用KCL和KVL列齣電路方程，並通過實驗測量各支路電流和電壓，驗證計算結果。 數據記錄與分析： 詳細記錄每次實驗的電壓、電流、電阻等測量數據，繪製相應的麯綫圖。分析實驗結果，計算誤差，討論産生誤差的原因。 思考題： 在測量電流時，電流錶應該如何連接？電壓錶呢？ 如何減小實驗中的測量誤差？ 基爾霍夫定律在實際生活中的應用有哪些？ 2. 戴維寜等效電路和諾頓等效電路實驗 實驗目的： 理解並掌握戴維寜等效定理和諾頓等效定理。 學會求解復雜直流電路的戴維寜等效電路（等效電阻、等效電壓源）和諾頓等效電路（等效電阻、等效電流源）。 通過實驗驗證戴維寜等效電路和諾頓等效電路的等效性。 實驗原理： 戴維寜等效定理： 任何一個綫性雙端口網絡，都可以等效為一個理想電壓源（其電動勢等於網絡的開路電壓 $U_{oc}$）和一個串聯電阻（其阻值等於網絡的等效電阻 $R_{th}$）組成。 諾頓等效定理： 任何一個綫性雙端口網絡，都可以等效為一個理想電流源（其電流等於網絡的短路電流 $I_{sc}$）和一個並聯電阻（其阻值等於網絡的等效電阻 $R_N$）組成。 等效電阻的求解： $R_{th} = R_N = R_{eq}$。可以通過斷開電源，讓所有電壓源短路，所有電流源開路，然後從端口處測量或計算得到的等效電阻。 實驗器材： 直流穩壓電源、電阻箱、滑動變阻器、萬用錶、導綫若乾、麵包闆或接綫闆。 實驗內容與步驟： 2.1 戴維寜等效電路實驗： 搭建一個包含多個電阻和電源的復雜直流電路，選擇其中一個支路作為研究對象（即需要計算其等效電路的支路）。 測量該支路的開路電壓 $U_{oc}$。 斷開電源（電壓源短路，電流源開路），測量該支路端口處的等效電阻 $R_{th}$。 用一個理想電壓源和串聯電阻（即 $U_{oc}$ 和 $R_{th}$）替代原電路，並在該支路上連接相同的負載電阻，測量負載上的電壓和電流。 將原電路在相同負載下的電壓和電流測量值與等效電路的測量值進行比較。 2.2 諾頓等效電路實驗： 在相同的復雜電路中，短接需要研究的支路（即測量短路電流 $I_{sc}$）。 測量該支路的短路電流 $I_{sc}$。 計算或測量得到的等效電阻 $R_N$（與 $R_{th}$ 相同）。 用一個理想電流源和並聯電阻（即 $I_{sc}$ 和 $R_N$）替代原電路，並在該支路上連接相同的負載電阻，測量負載上的電壓和電流。 將原電路在相同負載下的電壓和電流測量值與等效電路的測量值進行比較。 數據記錄與分析： 記錄開路電壓、短路電流、等效電阻的測量值。記錄在不同負載下的電壓和電流值。分析實驗數據，計算誤差，並分析誤差産生的原因。 思考題： 戴維寜等效定理和諾頓等效定理在哪些情況下特彆有用？ 如何判斷一個電路是否是綫性電路？ 在測量等效電阻時，為什麼需要斷開電源？ 3. 最大功率傳輸定理實驗 實驗目的： 理解並掌握最大功率傳輸定理。 學習如何調整負載電阻以實現電源嚮負載的最大功率傳輸。 通過實驗驗證最大功率傳輸定理。 實驗原理： 最大功率傳輸定理： 當負載電阻 $R_L$ 等於電源的內阻 $R_{in}$ 時，電源嚮負載傳輸的功率最大。 實驗器材： 直流電源（具有一定的內阻）、電阻箱（作為電源內阻）、滑動變阻器（作為負載電阻）、萬用錶、導綫若乾、麵包闆或接綫闆。 實驗內容與步驟： 3.1 搭建實驗電路： 將一個電阻箱設置為電源的內阻 $R_{in}$。 將一個滑動變阻器作為負載電阻 $R_L$，連接在電源（內阻為 $R_{in}$）的兩端。 通過萬用錶測量負載電阻 $R_L$ 上的電壓 $U_L$，計算負載上的功率 $P_L = U_L^2 / R_L$。 3.2 實驗操作： 從一個非常小的負載電阻值開始，逐漸增大滑動變阻器的阻值，每次改變電阻值後，測量負載上的電壓 $U_L$，並計算功率 $P_L$。 記錄一係列 $R_L$ 值及其對應的 $P_L$ 值。 3.3 數據分析： 繪製 $P_L - R_L$ 麯綫圖。 觀察麯綫，找齣功率最大的點，記錄此時的負載電阻值。 將找到的最大功率點對應的負載電阻值與設定的電源內阻 $R_{in}$ 進行比較。 數據記錄與分析： 詳細記錄不同負載電阻值下的電壓和計算齣的功率。繪製功率與負載電阻的關係圖。分析結果，驗證最大功率傳輸定理。 思考題： 在實際應用中，什麼時候需要考慮最大功率傳輸？ 如果電源是理想的（內阻為零），是否還存在最大功率傳輸問題？ 最大功率傳輸時，電源嚮負載傳輸的功率占總功率的比例是多少？ 第二部分：交流電路基礎實驗 4. 交流電路中的電阻、電感和電容特性實驗 實驗目的： 理解交流電路中電壓和電流的相位關係。 掌握交流電路中電阻、電感和電容的阻抗特性。 學習使用示波器觀察交流信號的波形和相位。 學習使用交流毫伏錶測量交流電壓。 實驗原理： 電阻： 在交流電路中，電阻的阻抗等於其直流電阻，電壓和電流同相位。 電感： 在交流電路中，電感的感抗 $X_L = omega L = 2pi f L$，其中 $omega$ 是角頻率，$f$ 是頻率，$L$ 是電感值。電感上電壓超前電流 90 度。 電容： 在交流電路中，電容的容抗 $X_C = frac{1}{omega C} = frac{1}{2pi f C}$，其中 $C$ 是電容值。電容上電流超前電壓 90 度（即電壓滯後電流 90 度）。 阻抗（Impedance）： 交流電路中對電流的阻礙作用，它包含電阻和電抗。 實驗器材： 交流信號發生器、電阻箱、電感綫圈、電容器、示波器、交流毫伏錶、導綫若乾、麵包闆或接綫闆。 實驗內容與步驟： 4.1 電阻特性實驗： 將交流信號發生器的輸齣連接到電阻箱，設置不同的頻率和電壓。 使用示波器觀察輸齣電壓和通過電阻的電流（可以通過在小電阻上測量電壓來推算電流），驗證電壓和電流同相。 測量不同電阻值下，相同電壓下的電流值，驗證歐姆定律在交流電阻電路中的應用。 4.2 電感特性實驗： 將交流信號發生器的輸齣連接到電感綫圈，設置不同的頻率和電壓。 使用示波器觀察電感兩端的電壓和通過電感的電流，驗證電壓超前電流 90 度（在理想電感情況下）。 在不同頻率下，測量相同的電壓，記錄通過電感的電流，計算感抗 $X_L$，驗證感抗與頻率成正比。 4.3 電容特性實驗： 將交流信號發生器的輸齣連接到電容器，設置不同的頻率和電壓。 使用示波器觀察電容兩端的電壓和通過電容的電流，驗證電壓滯後電流 90 度（在理想電容情況下）。 在不同頻率下，測量相同的電壓，記錄通過電容的電流，計算容抗 $X_C$，驗證容抗與頻率成反比。 數據記錄與分析： 記錄不同頻率、電壓、電阻、電感、電容值下的測量數據。繪製相應的關係圖。分析實驗結果，計算感抗和容抗，並與理論值進行比較。 思考題： 為什麼在交流電路中需要考慮阻抗而不是電阻？ 實際的電感綫圈和電容器是否是理想的？它們有哪些非理想特性？ 示波器是如何用於測量交流信號的相位差的？ 5. RLC串聯諧振電路實驗 實驗目的： 理解RLC串聯諧振現象。 學習測定諧振頻率。 觀察諧振時電路的電壓和電流特性。 瞭解諧振電路在實際中的應用。 實驗原理： 諧振條件： 在RLC串聯電路中，當感抗 $X_L$ 等於容抗 $X_C$ 時，電路發生諧振。此時總阻抗最小，等於電阻 $R$。 諧振頻率： $f_0 = frac{1}{2pisqrt{LC}}$。 諧振時特性： 總阻抗最小，等於電阻 $R$。 電路中的總電流達到最大值，即 $I_{max} = U/R$。 電感兩端的電壓和電容兩端的電壓相等，但相位相反，它們可能遠遠大於電源電壓，形成“電壓諧振”。 實驗器材： 交流信號發生器、電阻箱（作為電路中的總電阻）、電感綫圈、電容器、萬用錶（交流電壓錶）、導綫若乾、麵包闆或接綫闆。 實驗內容與步驟： 5.1 搭建諧振電路： 將電感、電容和電阻箱串聯起來，連接到交流信號發生器。 設置一個固定的電源電壓。 5.2 尋找諧振頻率： 從一個較低的頻率開始，逐漸升高信號發生器的頻率。 在每個頻率點，用萬用錶測量通過電路的電流（可以通過測量串聯電阻上的電壓，然後計算得齣）。 記錄不同頻率下的電流值，尋找電流最大的那個頻率點，即為諧振頻率 $f_0$。 也可以通過改變電感或電容的值，重復實驗，觀察諧振頻率的變化。 5.3 觀察諧振特性： 在測得的諧振頻率下，測量電感兩端的電壓 $U_L$ 和電容兩端的電壓 $U_C$。 與電源電壓 $U$ 進行比較，觀察 $U_L$ 和 $U_C$ 的大小。 測量串聯電阻上的電壓 $U_R$。 數據記錄與分析： 記錄不同頻率下的電流值，找齣諧振頻率。記錄諧振頻率下各元件的電壓。計算理論諧振頻率，並與實驗值進行比較。分析諧振時電路的電壓和電流特性。 思考題： RLC並聯諧振電路與串聯諧振電路在阻抗和電流特性上有什麼區彆？ 諧振電路在收音機、濾波器等設備中有何應用？ 如果電路中的電阻很大，諧振現象會如何變化？ 第三部分：半導體電子技術基礎實驗 6. 二極管的單嚮導電性與穩壓特性實驗 實驗目的： 理解二極管的單嚮導電性。 掌握二極管的正嚮導通和反嚮截止特性。 理解穩壓二極管（齊納二極管）的穩壓原理。 學習使用萬用錶測量二極管的正反嚮電阻。 實驗原理： 二極管單嚮導電性： 二極管具有單嚮導電性，即在正嚮電壓作用下容易導通，反嚮電壓作用下則截止。 正嚮導通： 當二極管陽極電位高於陰極電位，且電壓大於其導通電壓（矽二極管約0.7V，鍺二極管約0.3V）時，二極管導通，有較大的正嚮電流通過。 反嚮截止： 當二極管陽極電位低於陰極電位時，二極管截止，隻有很小的反嚮漏電流通過。 穩壓二極管（齊納二極管）： 穩壓二極管在反嚮擊穿（齊納擊穿或雪崩擊穿）後，其兩端電壓能維持在一個相對恒定的值，稱為齊納電壓，具有穩壓作用。 實驗器材： 普通二極管（如1N4148）、穩壓二極管（如1N4733A）、直流穩壓電源、電阻箱、萬用錶、導綫若乾、麵包闆或接綫闆。 實驗內容與步驟： 6.1 普通二極管單嚮導電性實驗： 將普通二極管與電阻串聯，接入直流電源。 緩慢增加正嚮電壓，用萬用錶測量二極管兩端的電壓和通過電路的電流。觀察電流隨電壓變化的趨勢，找到導通電壓。 將二極管反接，緩慢增加反嚮電壓，測量反嚮電流。觀察反嚮電流的微小變化。 使用萬用錶的二極管檔位，測量二極管的正反嚮電阻，驗證其單嚮導電性。 6.2 穩壓二極管穩壓特性實驗： 搭建一個穩壓電路：將穩壓二極管與一個限流電阻串聯，接入直流電源。 緩慢增加電源電壓，用萬用錶測量穩壓二極管兩端的電壓（即輸齣電壓）和電源電壓。 觀察在反嚮擊穿後，輸齣電壓如何隨著電源電壓的變化而保持相對恒定。 改變限流電阻的阻值，再次測量輸齣電壓，觀察其穩定性。 數據記錄與分析： 記錄不同電壓下的電流和電壓值。繪製正嚮和反嚮伏安特性麯綫。記錄穩壓二極管在不同電源電壓和限流電阻下的輸齣電壓。分析實驗結果，驗證二極管的單嚮導電性和穩壓二極管的穩壓特性。 思考題： 為什麼普通二極管不能用作穩壓器件？ 穩壓二極管的“齊納擊穿”和“雪崩擊穿”有什麼區彆？ 在穩壓電路中，限流電阻的作用是什麼？ 7. 三極管（BJT）的放大特性實驗 實驗目的： 理解三極管（BJT）的放大作用。 學習三極管的兩種基本放大電路（共發射極放大電路）。 測量三極管的電流放大係數 $eta$。 觀察放大電路對輸入信號的放大和相位變化。 實驗原理： 三極管工作原理： 三極管作為放大器時，利用小量的基極電流控製大量的集電極電流，實現信號的放大。 電流放大係數 $eta$： $eta = frac{Delta I_C}{Delta I_B}$，是集電極電流的變化量與基極電流變化量的比值，反映瞭三極管的放大能力。 共發射極放大電路： 輸入信號加在基極和發射極之間，輸齣信號從集電極和發射極之間取齣。該電路具有電壓放大和電流放大作用，並且輸齣信號相對於輸入信號反相 180 度。 實驗器材： NPN型三極管（如9014）、直流穩壓電源、電阻（不同阻值）、電位器、交流信號發生器、示波器、萬用錶、導綫若乾、麵包闆或接綫闆。 實驗內容與步驟： 7.1 測量三極管的靜態參數： 將三極管接入直流電源，設置不同的基極電流 $I_B$，測量對應的集電極電流 $I_C$。 計算不同工作點下的電流放大係數 $eta$。 7.2 搭建共發射極放大電路： 根據電路圖，在麵包闆上搭建共發射極放大電路。 設置閤適的靜態工作點（通過調整偏置電阻或電位器）。 將交流信號發生器的輸齣作為輸入信號，通過耦閤電容耦閤到三極管的基極。 使用示波器觀察輸入信號和輸齣信號的波形。 7.3 觀察放大作用和相位變化： 施加一個小的正弦波輸入信號。 觀察輸齣信號的幅值是否增大。 使用示波器同時顯示輸入和輸齣信號，觀察它們的相位關係。 改變輸入信號的幅值，觀察輸齣信號的幅度是否按比例增大，以及是否存在失真。 數據記錄與分析： 記錄不同基極電流下的集電極電流，計算 $eta$。記錄輸入信號的幅度和頻率，以及輸齣信號的幅度和頻率。在示波器上觀察並記錄輸入輸齣信號的相位關係。分析實驗結果，驗證三極管的放大作用和共發射極放大電路的特性。 思考題： 什麼是三極管的靜態工作點？它為什麼很重要？ 如果輸入信號幅值過大，放大電路會齣現什麼問題？ 除瞭共發射極放大電路，還有哪些基本的三極管放大電路？它們有什麼特點？ 8. 運算放大器（Op-Amp）的基本應用實驗 實驗目的： 理解運算放大器（Op-Amp）作為理想放大器的基本特性。 學習搭建運算放大器的兩種基本應用電路：同相放大電路和反相放大電路。 理解並驗證這兩個電路的電壓放大倍數與外部電阻的關係。 初步瞭解運算放大器的其他應用（如加法器、減法器等）。 實驗原理： 理想運放特性： 開環電壓增益無窮大。 輸入阻抗無窮大。 輸齣阻抗為零。 零輸入電壓差時，輸齣電壓為零。 兩個輸入端（同相端和反相端）的虛短和虛斷。 同相放大電路： 輸入信號加在同相輸入端，輸齣信號相對於輸入信號同相。電壓放大倍數 $A_v = 1 + frac{R_f}{R_i}$，其中 $R_f$ 是反饋電阻，$R_i$ 是輸入電阻。 反相放大電路： 輸入信號加在反相輸入端，輸齣信號相對於輸入信號反相。電壓放大倍數 $A_v = -frac{R_f}{R_i}$。 實驗器材： 運算放大器芯片（如LM741）、直流電源（雙電源）、電阻（不同阻值）、電位器、交流信號發生器、示波器、導綫若乾、麵包闆或接綫闆。 實驗內容與步驟： 8.1 搭建同相放大電路： 根據電路圖，在麵包闆上搭建同相放大電路。 選擇閤適的反饋電阻 $R_f$ 和輸入電阻 $R_i$（在同相放大電路中，輸入電阻通常指連接在同相輸入端和地之間的電阻，通常取較大值或省略，直接接地）。 將交流信號發生器的輸齣作為輸入信號，幅度不宜過大。 使用示波器觀察輸入信號和輸齣信號。 測量輸入信號和輸齣信號的幅值，計算實際電壓放大倍數，並與理論值 $1 + frac{R_f}{R_i}$ 進行比較。 8.2 搭建反相放大電路： 根據電路圖，在麵包闆上搭建反相放大電路。 選擇閤適的反饋電阻 $R_f$ 和輸入電阻 $R_i$。 將交流信號發生器的輸齣作為輸入信號。 使用示波器觀察輸入信號和輸齣信號。 測量輸入信號和輸齣信號的幅值，計算實際電壓放大倍數（注意輸齣信號的極性），並與理論值 $-frac{R_f}{R_i}$ 進行比較。 8.3 改變放大倍數： 保持輸入信號不變，改變 $R_f$ 或 $R_i$ 的值，觀察輸齣信號幅值的變化，驗證放大倍數與電阻值的關係。 數據記錄與分析： 記錄實驗中使用的電阻值。記錄不同輸入信號幅值下的輸齣信號幅值。計算理論和實際的電壓放大倍數。分析實驗結果，驗證同相和反相放大電路的特性。 思考題： 為什麼運算放大器需要雙電源供電？ 如果輸入信號幅值過大，會導緻什麼問題？ 除瞭放大，運算放大器還可以實現哪些基本運算？ 附錄 常用電子元器件的識彆與選用 電子實驗安全注意事項 實驗數據處理與誤差分析方法 參考文獻 後記 電工與電子技術是一門博大精深的學科，本書僅僅是引導讀者進入這個精彩世界的敲門磚。我們希望通過本書的學習，能夠點燃您對這門學科的興趣，激發您進一步探索的欲望。實踐齣真知，理論與實踐相結閤是掌握任何一門技術的不二法門。在今後的學習和工作中，請繼續保持好奇心和探索精神，不斷學習新知識，勇於嘗試新方法，相信您一定能在電工與電子技術的領域取得更大的成就。