具体描述
本教材是根据高等院校非电类专业的本科课程教学大纲，依据当前的实验设备条件，结合多年的教学实际并吸取各学校在电工学实验方面的经验编写而成的，对以往所用教材的体系结构和内容进行了调整、完善与扩充。本书旨在进一步巩固基本理论知识并用来指导实践，帮助学生掌握基本实验技能、提高综合应用能力和设计能力，加强学生的工程实践能力和培养严谨的科学作风。 本书在内容安排上尽量做到由浅入深、循序渐进，在保证基础实验的同时，强调实用性、增加灵活性、注重工程实际和先进性。保留了经典的实验内容，以巩固基础，培养学生的基本实验技能；增加综合性、设计性实验内容，以培养学生的综合应用能力、工程设计能力和探索创新精神。 全书共有电工基础实验、电机控制电路实验、模拟电子技术实验和数字电子技术实验以及附录5部分内容。在内容选择上具有一定的深度和广度。指导教师在使用时可根据教学要求对实验内容进行选择，同样的题目既可以在实验装置上实现，又可以用计算机进行仿真实验。
《电工学实验教程》图书简介 《电工学实验教程》是一本面向高等院校理工科专业学生精心编写的实验指导教材。本书紧密结合电工学课程的核心理论知识，旨在通过系统、规范的实验操作，帮助学生深入理解电工学的基本原理，熟练掌握常用的电工测量仪表和电路分析方法，并初步培养解决实际电路问题的能力。本书内容涵盖了直流电路、交流电路、半导体器件、放大电路、数字电路等电工学教学大纲中的关键模块，力求理论与实践相结合，为学生的专业学习打下坚实的基础。 第一部分：基础电路实验 本部分着重于直流和交流电路的基本概念与定律的实验验证。 实验一：欧姆定律和基尔霍夫定律的验证 实验目的： 深刻理解和掌握欧姆定律在直流电路中的应用，学会使用万用表测量电压和电流，并通过实验验证基尔霍夫的电压定律和电流定律。 实验内容： 搭建简单的串联电路和并联电路，使用直流电源、电阻箱、万用表等元件。 通过改变电阻值或电源电压，测量不同电路元件上的电压和电流，绘制I-V特性曲线，直观感受欧姆定律。 在包含多个支路和节点的复杂直流电路中，测量各支路电流和回路电压，对照基尔霍夫定律的计算结果，验证其正确性。 分析实验误差来源，如测量仪表的精度、导线电阻、连接不当等，并探讨减小误差的方法。 预习要求： 熟悉欧姆定律、基尔霍夫电压定律、基尔霍夫电流定律的数学表达式和物理意义；了解万用表的结构、原理和使用方法，特别是电压档、电流档和电阻档的切换及量程选择。 实验二：戴维宁定理和诺顿定理的验证 实验目的： 掌握等效电源（戴维宁等效电源和诺顿等效电源）的概念，学会利用戴维宁定理和诺顿定理简化复杂直流电路，并进行实验验证。 实验内容： 选择一个含有多个电源和电阻的复杂直流电路。 按照戴维宁定理的方法，计算并测量出电路的开路电压（等效电压源）和负载端与电源等效电阻（戴维宁等效电阻）。 按照诺顿定理的方法，计算并测量出电路的短路电流（等效电流源）和负载端与电源等效电阻（诺顿等效电阻，与戴维宁等效电阻相同）。 将原电路中的复杂部分用计算得到的等效电源替换，然后连接一个负载电阻，测量负载上的电压和电流。 将实验测得的负载电压和电流与直接在原复杂电路中连接相同负载时的测量结果进行对比，验证定理的有效性。 探讨两种定理在电路分析中的适用性和优越性。 预习要求： 熟练掌握节点电压法、网孔电流法等直流电路分析方法；理解等效电源的概念；熟悉如何计算等效电压源、等效电流源和等效电阻。 实验三：RLC串联电路的稳态和暂态分析 实验目的： 学习和掌握RLC串联电路在直流和交流激励下的稳态和暂态响应特性，理解电感和电容对电路行为的影响。 实验内容： 稳态分析： 搭建RLC串联电路，分别接入直流电源和交流电源。 在直流激励下，观察电路的暂态过程（电流由零开始上升或下降，最终趋于稳定）和稳态值（电流为零）。 在交流激励下，测量不同频率下电路的总阻抗、电流和各元件的电压。 绘制电路的阻抗-频率特性曲线和电压-频率特性曲线，观察共振现象。 测量不同频率下的相移。 暂态分析： 使用示波器观察电路接入直流电源瞬间的电流和电压波形，分析其指数衰减或增长的特性。 观察电路接入交流电源瞬间的电流和电压波形，分析其振荡衰减的特性，区分过阻尼、临界阻尼和欠阻尼情况。 改变RLC的参数，观察暂态过程的变化。 预习要求： 理解RLC串联电路的阻抗表达式，特别是感抗和容抗的计算；掌握RLC串联电路的振动方程及其解法（特征方程、阻尼系数、固有频率）；了解示波器的基本操作，包括时基、垂直灵敏度、触发等。 实验四：RLC并联电路的稳态分析 实验目的： 学习和掌握RLC并联电路在交流激励下的稳态特性，理解并联谐振的特点。 实验内容： 搭建RLC并联电路，接入交流电源。 测量不同频率下电路的总阻抗、总电流和各支路电流。 绘制电路的总电流-频率特性曲线，观察并联谐振时总电流最小的现象。 调整电容或电感值，观察谐振频率的变化。 测量谐振频率下的各支路电流和总电流，与理论计算值进行对比。 比较RLC并联电路与RLC串联电路在谐振时的异同点。 预习要求： 理解RLC并联电路的总导纳表达式；掌握并联谐振的条件和特点；了解并联谐振时总电流为何最小。 第二部分：半导体器件与放大电路实验 本部分介绍常用的半导体器件特性及其在放大电路中的应用。 实验五：二极管的伏安特性曲线测量 实验目的： 熟悉二极管的基本结构和工作原理，通过实验测量二极管的正向和反向伏安特性曲线，理解正向导通和反向击穿现象。 实验内容： 选择不同类型的二极管（如硅二极管、锗二极管、发光二极管）。 搭建二极管测试电路，使用直流电源、电阻箱、万用表（测量电压和电流）。 在正向偏置下，缓慢增大正向电压，测量对应的正向电流，绘制正向伏安特性曲线，观察二极管的导通电压。 在反向偏置下，缓慢增大反向电压，测量对应的反向电流，观察反向漏电流，并模拟反向击穿过程（注意控制电流，避免损坏二极管）。 记录不同类型二极管的特性差异。 测量发光二极管的发光电压和亮度随电流的变化关系。 预习要求： 了解PN结的形成原理，掌握二极管的正向偏置和反向偏置条件；理解二极管的单向导电性；熟悉二极管在电路中的符号和作用。 实验六：三极管（BJT）的静态特性测量 实验目的： 掌握双极型三极管（BJT）的基本结构和工作原理，测量其静态参数（如直流电流放大系数β），并了解其放大作用。 实验内容： 选择NPN型或PNP型三极管。 搭建三极管的静态测试电路，使用直流电源、电阻箱、万用表（测量各电极电压和电流）。 在共发射极配置下，固定基极电流Ib，测量集电极电流Ic，计算直流电流放大系数β = Ic / Ib。 改变基极电流Ib，重复测量Ic，绘制Ic-Ib特性曲线，观察β随Ib的变化。 通过改变集电极-发射极电压Vce，观察Ic的变化，确定三极管的工作区域（放大区、饱和区、截止区）。 测量不同温度下三极管的参数变化。 预习要求： 理解三极管的结构（发射极、基极、集电极），掌握BJT的两种工作模式（共发射极、共集电极、共基极）及其特点；理解直流电流放大系数β的定义和意义。 实验七：单管共发射极放大电路的设计与调试 实验目的： 学习设计和搭建一个基本的三极管共发射极放大电路，掌握放大电路的静态工作点设置和动态信号的放大作用。 实验内容： 根据给定的三极管参数和设计要求（如静态工作点、电压增益），计算并选择合适的偏置电阻、负载电阻和耦合电容。 搭建共发射极放大电路。 使用直流电源和万用表，测量静态工作点（各电极的直流电压和电流），并根据测量结果调整偏置电阻，使工作点稳定在放大区的中心区域。 接入交流信号源（如函数发生器），使用示波器观察输入信号和输出信号波形。 测量放大电路的电压增益（Av = Vout / Vin），并与理论计算值对比。 观察在不同幅度输入信号下，输出信号是否存在失真（如饱和失真、截止失真）。 学习如何测量输入电阻和输出电阻。 预习要求： 熟悉共发射极放大电路的基本组成（偏置电路、放大元件、负载）；理解静态工作点对放大电路性能的影响；掌握放大电路的电压增益、输入电阻、输出电阻的计算方法。 实验八：差动放大电路的基本特性 实验目的： 了解差动放大电路的结构和工作原理，掌握其重要的性能指标，如差模增益、共模增益和共模抑制比。 实验内容： 搭建一个简单的差动放大电路（可以使用分立元件或集成芯片）。 差模放大： 将两个输入端施加大小相等、相位相反的差模信号，测量输出信号，计算差模增益Ad。 共模放大： 将两个输入端施加大小相等、相位相同的共模信号，测量输出信号，计算共模增益Ac。 计算共模抑制比（CMRR = Ad / Ac），并分析其意义。 通过改变输入信号的参数，观察输出信号的变化。 讨论差动放大电路在实际应用中的优势。 预习要求： 理解差模信号和共模信号的概念；掌握差动放大电路的分析方法，特别是如何计算差模增益和共模增益；了解共模抑制比的定义及其重要性。 第三部分：数字电路与逻辑门实验 本部分介绍数字电路的基本概念、常用逻辑门芯片以及组合逻辑和时序逻辑电路的设计与实现。 实验九：基本逻辑门（与、或、非、与非、或非、异或）的功能验证 实验目的： 熟悉各种基本逻辑门（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR）的逻辑功能，掌握集成逻辑门芯片的使用。 实验内容： 使用TTL或CMOS系列的基本逻辑门集成电路芯片。 搭建测试电路，为各逻辑门的输入端连接开关或信号源，为输出端连接LED指示灯。 按照真值表，逐一输入各种逻辑组合，观察LED的亮灭情况，验证各逻辑门的功能是否与理论一致。 理解NAND门和NOR门作为“通用门”的特性。 学习如何利用基本逻辑门组合实现其他逻辑功能。 预习要求： 熟练掌握与、或、非、与非、或非、异或等基本逻辑运算的定义和逻辑表达式；了解TTL和CMOS集成电路的基本工作特点和接口电平。 实验十：组合逻辑电路的设计与实现（如加法器、译码器） 实验目的： 学习如何根据逻辑功能要求，设计并实现组合逻辑电路，掌握逻辑化简和芯片选用的方法。 实验内容： 全加器实验： 根据全加器的逻辑功能，推导出其输出（和S、进位Cout）的逻辑表达式，并使用卡诺图进行化简。 选择合适的集成芯片（如74LS83或74LS283）或使用基本逻辑门芯片搭建全加器电路。 通过改变两个加数A、B和低位进位Cin，观察输出S和Cout，验证其正确性。 进一步搭建多位加法器（如4位加法器）。 译码器实验： 例如，实现一个3-to-8译码器（74LS138）。 根据译码器的功能，理解其输入地址信号与输出选中线之间的对应关系。 连接输入地址信号和使能信号，观察对应输出线的状态，验证译码器功能。 探索译码器在地址选择、数据分配等方面的应用。 预习要求： 掌握布尔代数基本定理和公式；熟悉卡诺图化简方法；了解加法器（半加器、全加器）和译码器的基本原理和应用。 实验十一：时序逻辑电路的基本单元（触发器） 实验目的： 学习和掌握各种基本触发器（SR触发器、D触发器、JK触发器、T触发器）的工作原理和逻辑功能，理解其在存储信息方面的作用。 实验内容： SR触发器： 使用与非门或或非门搭建基本SR触发器，理解置位（S）和复位（R）操作，观察其不确定状态（S=1, R=1）。 同步SR触发器： 引入时钟信号，搭建同步SR触发器，观察时钟信号对触发器工作的影响。 D触发器： 搭建D触发器，观察当D输入为0或1时，输出Q跟随D的变化。 JK触发器： 搭建JK触发器，演示其三种工作模式：保持（J=0, K=0）、置位（J=1, K=0）、复位（J=0, K=1）、翻转（J=1, K=1）。 T触发器： 演示T触发器（即JK触发器的J=K=1状态）的翻转功能，理解其在分频器中的作用。 对于所有触发器，重点观察其在时钟上升沿或下降沿（取决于触发器类型）的状态变化。 预习要求： 理解触发器作为基本存储单元的概念；掌握不同触发器（SR, D, JK, T）的逻辑功能表和状态转换图；了解时钟信号在同步时序逻辑电路中的作用。 实验十二：寄存器与计数器 实验目的： 学习寄存器和计数器的结构和工作原理，理解它们在数据存储和计数功能中的应用。 实验内容： 寄存器： 使用D触发器搭建一个4位并行输入/并行输出的寄存器。 演示数据的并行写入（Load）和并行读出（Output）过程。 了解移位寄存器的基本原理（如串行输入/串行输出）。 计数器： 异步计数器（行波计数器）： 使用T触发器或JK触发器搭建一个2进制或3进制异步计数器，观察其翻转特性，分析其时序延迟问题。 同步计数器： 使用D触发器或JK触发器搭建一个同步计数器（如4进制同步计数器），观察其在时钟上升沿同时翻转的特点。 应用示例： 尝试实现一个简单的数码管显示计数器。 预习要求： 掌握寄存器的基本功能（数据存储）；理解异步计数器和同步计数器的区别和联系；了解N进制计数器的构成原理。 实验指导与要求： 本书在每个实验的最后，都详细列出了实验的预期成果、注意事项、常见故障排除以及拓展思考题。学生在进行实验前，必须认真预习，理解实验目的和内容。实验过程中，应严格按照实验步骤进行操作，注意用电安全，规范接线，准确记录实验数据。实验结束后，应认真整理实验报告，分析实验结果，总结实验心得。 《电工学实验教程》力求通过丰富的实验内容和严谨的实验指导，帮助学生建立扎实的电工学实践能力，为后续更深入的专业学习和未来的工程实践打下坚实的基础。
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