第一章
绪论

电路与电子技术实验课程是电气信息类专业学科的基础必修课之一，是培养电气信息类专业人才整体知识结构的重要组成部分。模拟电子技术包括常用电子器件、模拟电路及其系统的分析和设计等知识。电路与电子技术实验课程可使学生获得模拟电子技术方面的基本知识、理论和技能，能提高学生综合分析问题和解决问题的能力。

电路与电子技术实验课程使学生在实践中掌握常用电子仪器的使用，掌握电子电路调试的基本方法，掌握电路故障排查的方法，熟悉实验数据的测量、记录与处理过程；在数据处理中，通过对比理论预测与实践结果的差异及误差分析，加深学生对抽象模拟电子技术理论的理解，并进一步提高学生的综合学习能力，使学生初步掌握实验研究的过程。

一、电路与电子技术实验课程目的

电路与电子技术实验课程是高等学校电气信息类各专业的一门实践性很强的专业基础课。该课程的实验训练，一方面能使学生基于电子电路原理采用科学方法对电子工程相关领域的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据并通过信息综合得到合理有效的结论；另一方面能培养学生正确使用电子电路仿真与测试工具、对复杂工程问题中涉及的电子电路进行分析、设计及计算的能力，其具体课程目的如下：

（1）熟练掌握模拟电子电路所涉及的常用仪器，如示波器、信号发生器、万用表、毫伏表、稳压电源等的使用方法；熟悉常见的电子元器件，如电阻、电容、电感、三极管、运放等；熟练掌握模拟电子电路的测试方法和性能指标测试、计算与分析方法；掌握电路故障的分析和排查能力。

（2）熟练掌握电子电路仿真软件的使用方法；能使用电子电路仿真软件对电子电路的典型电路进行仿真、调试，并根据技术指标要求，对电子电路进行修改、设计，使之达到所规定的技术要求。

（3）熟练掌握常见模拟电子电路如典型放大电路、典型运放电路的设计和搭建方法；掌握运用面包板灵活搭建电路的方法；能够根据技术指标要求，对实验电路进行修改、设计，使之达到所规定的技术要求。

二、电路与电子技术实验课程要求

（1）熟悉常见的电子元器件，如电阻、电容、电感、三极管、运放等；掌握电子元器件参数的读取方法；熟练掌握模拟电路常用仪器，如示波器、信号发生器、万用表、毫伏表、稳压电源等的使用方法。

（2）掌握电子电路仿真软件的使用方法；能使用电子电路仿真软件对电子电路的典型电路进行仿真、调试，并根据技术指标要求，对电子电路进行修改、设计。

（3）掌握典型放大电路的设计、分析、搭建和测量方法；能通过差分、单级、负反馈放大电路的学习，掌握静态工作点的调节方法以及放大倍数、频率特性等关键参数的测试和分析方法。

（4）掌握典型运放电路的设计、分析、搭建和测量方法；能通过比例求和、积分和微分、有源滤波、电压比较等运放电路的学习，熟练掌握运放电路的分析方法以及使用技巧和测试方法。

（5）掌握模拟电子电路的故障分析方法，能对器件的工作状态进行判断，对电路问题进行排查和分析。

（6）通过课程实践，能进一步明确实验的目的、任务和要求；通过实验加深对模拟电子技术理论的理解，加深理解社会实践对模拟电子技术知识、理论和设计的需求。

（7）在实验中要求有严谨的科学态度，能培养学生针对模拟电子技术的工程设计问题的设计实验、分析问题、数据采集和处理分析数据能力。

三、电路与电子技术实验的过程和要求

（一）实验预习

实验预习是顺利进行实验并达到预期效果的重要前提与保障，是提高实验质量与效率的有效途径。实验预习需要按照以下步骤进行：

（1）通过实验指导书，了解本次实验的目的和任务，了解本次实验所涉及的电路类型。根据该电路类型，查阅相关理论书籍，复习相关的理论知识，掌握本次实验的基本原理。

（2）根据实验指导书给出的实验电路和元器件参数，进行理论计算，给出理论计算结果，以便于在实验中进行有目的的对比与测量。

实际元器件往往不同于理想元器件，实际元器件会因为其生产厂家不同、型号不同，在外形上有所不同，在标称值与精度等元器件参数上也有很大差别。因此，实际电路的测量结果与理论计算的结果往往存在着误差。

（3）根据实验指导书给出的实验电路和元器件型号，使用电子电路仿真软件对电路进行仿真分析与调试，熟悉实验中需要测试的数据，并将仿真结果与理论计算结果进行对比，分析误差。

（4）根据本次实验的目的和任务，确定本次实验需要使用的仪器仪表，仔细阅读相关仪器仪表的使用说明，熟悉相关仪器仪表的操作。

实验中使用到的仪器仪表主要有数字万用表、交流毫伏计、直流电源、任意函数发生器以及双踪示波器等。实验前必须熟悉仪器仪表的功能、原理以及使用方法，在实验中正确选用仪器仪表来对实验电路进行表征及测量。

（5）根据本次实验的目的和任务，拟定相关测试内容以及需要记录的数据，合理设计实验记录表格，将相关理论计算结果填写于表格中（便于与实验记录的数据相互对比），进行数据处理与误差分析。

（二）实验操作注意事项

实验中必须严格遵守实验操作注意事项，避免实验事故的发生。

（1）实验前必须充分预习，完成指定的预习任务。

（2）使用仪器和实验箱前，必须了解其操作方法、性能及注意事项，并在使用时严格遵守实验规定。

①将标有220V的电源线插入市电插座，接通开关。若三路直流电源指示灯亮，则表示学习机电源工作正常。

②实验箱面板上的插孔应使用专用连接线。连接线插头可叠插使用，顺时针向下旋转即可锁紧，逆时针向上旋转即可移开。

③实验时应先阅读实验指导书，在断开电源开关的状态下按实验线路接好连接线（实验中用到可调直流电源时，应将该电源调到实验值后再接到实验线路中），检查无误后再接通主电源。

④实验箱面板的实验线路上凡标Vcc、Vee处均未接通电源，须在实验时根据实验线路要求接入相应电源，运算放大器单元的电源及所有接地端均已在板内接好。

（3）实验时接线要认真，同组人员相互仔细检查，确定无误并经指导教师审查同意后才能接通电源。

（4）实验时使用不同颜色连接线进行区分，以便于排查电路错误。一般来说，正电源“ _＋ ”使用红色导线，负电源“-”使用蓝色导线，接地端使用黑色导线。接线时注意把接线端拧紧或夹牢，防止线路接触不良或连接线脱落。

（5）实验时应注意观察，若发现有异常现象（例如元器件冒烟、发烫或有异味），应立即切断电源，保持现场，报告指导教师。找出原因、排除故障，经指导教师同意后再继续实验。

（6）实验过程中若需要改接连接线，应切断电源后才能拆、接线。

（7）实验结束后，必须切断电源，并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理好。

（三）实验数据的记录

做实验之前必须规划好需要记录的实验数据，并提前做好实验记录表格，便于实验时进行数据记录。数据处理要根据误差理论对原始数据进行整理、计算、分析，最后得到测量结果，测量结果可以用数据、表格、曲线或者数学表达式表示出来。

1．有效数字的概念及其取舍规则

使用仪器仪表测量出来的数据是被测值的近似值，因此表示测量结果的数字由两部分组成。第一部分是可靠数字，这部分数据的测量值是准确、无误差的；第二部分是欠准数字（即估计读数），这部分数据是实际测量结果的估计值，是带有误差的。比如，使用量程100mA的电流表测量某电路电流时，电流读数为89.3mA，则前面的“89”是可靠数字，而最后的“3”则为欠准数字。可靠数字与欠准数字合起来称为有效数字，因此，上述例子中的电流读数其有效数字为3位。

（1）在记录测量数据时，一般只保留1位欠准数字，因此在实验数据记录中只有最后一位有效数字是欠准数字。这表明在上述例子中的电路电流值“89.3”的最后一位“3”是一个估计值，其有可能是“2”或者是“4”。

（2）在实验数据测量时，测量值最后一位如果是“0”的话，无论该数字处于小数点左边还是右边，该数字都是有效数字，不可以随意去除。例如，测得某电路电压值为5.00V，该测量值的有效数字是3位，表示该实际电压值位于4.99V至5.01V之间，因此小数点后面的两个“0”均是有效数字，不可以随意去除。

（3）在测量大数值时，为了保证有效数字的准确性，需要用科学记数法来进行记录。例如，测得某电阻阻值为三千八百欧姆，当测量仪表的有效数字只有3位时，应记为“3.80×10 ³ Ω”，不能记为“3800Ω”。

2．有效数字的运算规则

（1）在进行加、减法运算时，若多个数据的数量级相同，但有效位数不同，则以最少位有效位数n为准，其余数据的有效位数可按有关处理规则取n＋1位，运算结束后，再按同样规则处理成n位有效位数。若多个数据的数量级不同，则所有数据的数量级和有效位数都归化为与数量级最大的数据相同。

例如，在某串联电路中，测得R ₁ 上电压降为2.13V，R ₂ 上电压降为3.1245V，R ₃ 上电压降为3.5732V，则三个电阻上的总电压降为：

U＝ ＝2.13＋3.124＋3.573＝8.827V

三个测量值中最少的有效位数为3位，则总电压降的有效数字只能取三位，因此：

U＝8.83V

（2）进行乘除运算时，以有效位数最少的一个数为准，其余各数及运算结果、积（或商）均舍入比该数多一位，而与小数点位置无关。

（3）指数运算时，当底远大于1或远小于1时，指数的误差对运算结果影响较大。

例如：

1000 ² . ¹² ＝2290867

1000 ² . ¹³ ＝2454708

0.001 ² . ¹² ＝4.365×10- ⁷

0.001 ² . ¹³ ＝4.074×10- ⁷

可见，底远大于1或远小于1时，指数变化很小都会让运算结果产生很大变化，因而在一般情况下，尽可能对指数多保留几位有效数字。

3．仪器仪表量程的选择

在使用仪器仪表进行测量时，如果选择量程不当，则测量结果会产生较大的误差，而且也会损失有效数字，降低测量精度。

例如，使用数字万用表测量1.6V的电压时，采用不同量程的数字万用表进行测量，其测量值也会有所不同，如表1-1所示。

由表1-1可知，测量1.6V的电压应该选择“2V”的量程进行测量，其他量程将会损失有效数字，并且增加测量误差。在实际测量中，一般使测量值与总量程的比值在2/3左右，因为这时的测量误差较小。

（四）实验数据的处理

在实验中可以获取大量的实验数据，而这些实验数据并不一定能呈现很好的规律性，因此必须对实验数据进行整理、计算、分析及可视化处理，才能从中找出实验规律，得出实验结论。因此，实验数据的处理是总结实验规律、获得实验结论的重要一环。常用的数据处理方法有列表法和画图法两种。

1．列表法

列表法通过预先设计合理的记录表格，在实验中把实验数据填写到表格相应的位置，以便从表格中得到实验的各种数据结果以及对比各实验结果之间的关系。

例如，在反相求和运算电路的实验中，设计的实验记录如表1-2所示：

根据已知的反相求和运算电路参数，理论推导出此反相求和运算电路输入电压与输出电压之间的关系为：

U _o ＝-10×（U _i1 ＋U _i2 ）

由表1-2可知，实际电路的测量值符合理论推导的反相求和运算电路输入电压与输出电压的关系，测量值与理论估算值的相对误差均在±5％以内，说明测量数据基本可信。

对于不同的实验内容，数据记录表格的样式也不一样，需要在做实验之前对实验电路进行预习，弄清楚实验电路的基本原理，合理安排被测量以及被测量的数值分布，便于发现输入量与被测量之间的关系，总结实验结论。

2．画图法

在研究数个物理量之间的关系时，经常会用画图形的方式来表达，图形表达方式比数字、公式、表格以及文字表达方式更直观、更形象。在使用画图法来表示各种物理量之间关系时需要遵循以下步骤：

（1）坐标系的选择。数学上常用的坐标系有直角坐标系、极坐标系和对数坐标系。实验中应根据需要描述的不同物理量之间的数学关系，合理选择坐标系进行作图。坐标系的选择将会影响图形的表达能力。例如，需要表达的两个物理量之间呈对数关系时，如果采用普通的直角坐标系来进行作图，则只能画出一条非线性曲线，从图中只能直观地观察到两个物理量之间的非线性关系；而如果采用对数坐标系进行作图，则可以使得图形变成一条直线，从而直观地展现两个物理量之间的对数关系。

（2）坐标轴的标注。在画图法中，横坐标代表自变量，纵坐标代表因变量。在图中应该明确表明横坐标与纵坐标所代表的物理量及其单位，并标上合适的刻度。对于图中的关键点，要标注该点坐标的具体数值。

（3）测试点的选取。实验中，被测量的最大值和最小值都必须进行测量。

如果绘制的是曲线，则至少要读取5组数据。实验中，如果发现测量数据随着输入量的变化急剧地变化时，应该在变化陡峭的部分多取几个测试点，这样得出的曲线比较平滑准确。在曲线变化的拐点处也应该多取几个测试点，以准确确定拐点的位置。

（4）数据拟合。在实验中由于测量带有误差，如果将所有测试点直接连接起来，得到的曲线将呈现折线的形状，并不能准确反映两个物理量之间的真实关系。应该根据实际情况，参考理论推导的两个物理量之间的关系公式，对实验数据进行数据拟合，才能得到两个物理量之间的真实关系，并估计测量误差。

（五）测量误差及误差分类

测量误差就是测量结果与被测量真实值之间的差别，通常误差有绝对误差、实际相对误差和满刻度相对误差三种。

（1）绝对误差ΔX：实验测量所得到的值与被测量真实值之间的差。其计算公式为：

ΔX＝X _测量 -X _真实

（2）实际相对误差γ ₀ ：绝对误差ΔX与被测量真实值的比值，其计算公式为：

γ _{0 ＝} ×100％

由于被测量的真实值难以准确得到，可以将高一级测量精度的测量仪表所测得的值看作被测量的真实值。

（3）满刻度相对误差γ _m ：测量的绝对误差与测量仪表满刻度之间的比值，其计算公式为：

γ _m ＝ ×100％

其中X _满刻度 是测量仪表的满刻度值，大于被测量的真实值，因此满刻度相对误差应该小于实际相对误差。

实验测量中有很多原因可以造成误差，按照性质可分为系统误差、偶然误差和过失误差三类。

（1）系统误差，又称可测误差。它是实验方法、所用仪器、试剂、实验条件的控制以及实验者本身的一些主观因素所造成的误差。这类误差的性质是：在多次测定中会重复出现；所有的测定或者都偏高，或者都偏低，即具有单向性；由于误差源于某一个固定的原因，其数值基本是恒定不变的。

（2）偶然误差，又称随机误差或未定误差，是一些偶然的原因造成的。例如，测量时环境温度、气压的微小变化都能造成误差。这类误差的性质是：由于源于随机因素，误差数值不定，且方向也不固定，有时为正误差，有时为负误差。这种误差在实验中无法避免。从表面看，这类误差没什么规律，但若用统计的方法去研究，可以从多次测量的数据中找到它的规律性。

（3）过失误差，这是实验工作者粗枝大叶，不按操作规程办事，过度疲劳或情绪不好等原因造成的。这类错误有时无法找到原因，但是完全可以避免。 q4BnWZaxTuO/jG0AjjpoEeos3qmEMmp2UPkRXpPgkMN4Srkub65ZMwvsH1OvtgIs