电工电子学实践指导 [吴飞青俞恩军 主编] 2012年版.pdf

电工电子学实践指导主 编 吴飞青 俞恩军副主编 黄 山 吴成玉参 编 孙 炯 方 伟机 械 工 业 出 版 社本书注重基础，力求理论联系实际，使学生受到电工电子学的基本技能训练，以培养学生分析问题和解决问题的能力。所选实验项目分为验证型、综合型、开发型。内容涉及电路、模拟电子技术、数字电子技术、电动机及其继电接触控制、可编程序控制等，选编实验 25 个，根据专业及学时的不同，可对实验内容进行不同的组合，以满足不同专业、不同学时对电工电子实验教学的需要。本书可作为本科院校工科非电类专业的教材，也可供从事电工、电子技术的有关人员参考使用。图书在版编目（CIP）数据电工电子学实践指导 吴飞青，俞恩军主编.北京：机械工业出版社，2012.8ISBN 9787111392514.电.吴俞.电工学高等学校教材电子学高等学校教材.TM1TN01中国版本图书馆 CIP 数据核字（2012）第 171669 号机械工业出版社（北京市百万庄大街 22 号 邮政编码 100037）策划编辑：牛新国 责任编辑：赵 任 版式设计：霍永明责任校对：刘 岚 封面设计：陈 沛 责任印制：中国农业出版社印刷厂印刷2012 年 9 月第 1 版第 1 次印刷184mm 260mm12.25 印张298 千字30014200 册标准书号：ISBN 9787111392514定价：29.80元凡购本书，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换电话服务社 服 务 中 心：（010）88361066销 售 一 部：（010）68326294销 售 二 部：（010）88379649读者购书热线：（010）88379203网络服务教材网：http：机工官网：http：机工官博：http： cmp1952封面无防伪标均为盗版李 洋前 言电工电子学实践指导 是工科非电类专业学生学习电工电子系列课程的实验指导书。本教材指导思想是通过实验使学生掌握电工电子技术的基本知识与基本技能；掌握常用电工电子仪表的使用；熟悉常用的电子仿真技术；培养和提高学生的动手能力、分析和解决问题的能力以及创新能力。本教材注重基础、力求理论联系实际，使学生受到电工电子学的基本技能训练，以培养学生分析问题和解决问题的能力。所选实验项目分为验证型、综合型、开发型。内容涉及电路、模拟电子技术、数字电子技术、电动机及其继电接触控制、可编程序控制等，共选编实验 25 个，根据专业及学时的不同，可对实验内容进行不同的组合，以满足不同专业、不同学时对电工电子实验教学的需要。本教材共分三章。第一章为基础知识，介绍常用电子元器件及其性能参数，由吴飞青老师、俞恩军老师、吴成玉老师和孙炯老师共同编写。第二章为电工电子学实验，由俞恩军老师编写。第三章是电工电子学仿真实验，包括 Proteus 计算机辅助设计软件的简介，并附了若干例题，由黄山老师和方伟老师编写。在本书的编写过程中，作者借鉴了许多优秀教材和技术专家的宝贵经验和技术资料，同时得益于实验室各个时期从事实验教学的老师们的教学成果的启示，在此一并表示诚挚的谢意。由于作者水平有限，书中难免有不妥和错误之处，恳请广大读者批评指正。编著者2012 年 5 月目 录前言第一章 基础知识1 第一节 认识电阻2 第二节 认识电容9 第三节 认识电感14 第四节 认识变压器18 第五节 认识继电器20 第六节 认识二极管22 第七节 认识数码管26 第八节 认识晶体管28 第九节 认识光耦合器33 第十节 认识熔断器35 第十一节 认识开关37 第十二节 认识扬声器及蜂鸣器38 第十三节 认识晶体振荡器42 第十四节 认识集成运算放大器45 第十五节 认识中小规模数字集成电路47 第十六节 认识 SMT 元器件61第二章 电工电子学实验63 实验一 基本电工仪表的使用64 实验二 单相交流电路及功率因数的提高70 实验三 串联谐振电路73 实验四 三相交流电路76 实验五 常用电子仪器的使用79 实验六 一阶电路的研究83 实验七 单级放大电路86 实验八 门电路的逻辑变换和测试90 实验九 门电路、触发器及其应用93 实验十 计数、译码和显示96 实验十一 数据选择器100 实验十二 集成运算放大器应用（一）104 实验十三 集成运算放大器应用（二）三角波、方波波形发生器108 实验十四 集成电路 RC 正弦波振荡器111 实验十五 555 时基电路114 实验十六 模数、数模转换电路实验119 实验十七 集成功率放大器125 实验十八 直流稳压电源128 实验十九 三相异步电动机直接起动和正反转控制131 实验二十 常用继电接触控制电路135 实验二十一 可编程序控制器和手持式编程器的使用138 实验二十二 编程软件 RSLogix500 的使用146 实验二十三 可编程序控制器应用153 实验二十四 函数信号发生器的组装与调试156 实验二十五 温度监测及控制电路159第三章 电工电子学仿真实验165 第一节 Proteus 介绍166 第二节 Proteus 的虚拟仿真工具174 第三节 Proteus 进行电路仿真实例184参考文献189第一节 认 识 电 阻一、概述电阻是用电阻率较大的材料按照特定工艺制成的电子器件，是电子电器设备中使用最多的元件之一。在电路中电阻主要起着限流、分压的作用。电阻的国际单位为欧姆，简称欧（）。常用单位有兆欧（M）、千欧（k）等。二、电阻分类电阻按照制造材质和工艺可以分成四类：薄膜类、合金类、合成类、敏感类。1）薄膜类电阻是在玻璃或陶瓷基体上沉积一层碳膜、金属膜、金属氧化膜等形成电阻薄膜，膜的厚度一般在几微米以下，主要包括金属膜电阻（型号：RJ，见图 11），其特点是精度高、稳定性好、噪声低、体积小、高频特性好，允许工作环境温度范围大（55 125）、温度系数低（50 100）106，是组成电子电路应用最广泛的电阻之一；金属氧化膜电阻（型号：RY，见图 12）具有极好的脉冲、高频好和过负荷性能，且耐磨、耐腐蚀、化学性能稳定，但阻值范围窄，温度系数比金属膜电阻差；碳膜电阻（型号：RT，见图 13），价格低廉，阻值范围宽（1 10M），温度系数为负值，常用功率为 18 10W，在一般电子产品中大量使用。图 11 金属膜电阻图 12 金属氧化膜电阻图 13 碳膜电阻 2）合金类电阻是用块状电阻合金拉制成合金线或碾压成合金箔制成的电阻，主要包括线绕电阻（型号：RX，见图 14）和精密合金箔电阻（型号：RJ，见图 15）。线绕电阻具有高稳定性、高精度、大功率等特点，温度系数可做到小于 106，精度高于 0.01，图 14 线绕电阻图 15 精密合金箔电阻2第一章 基 础 知 识最大功率可达 200W，缺点是自身电感和分布电容比较大，不适合在高频电路中使用；精密合金箔电阻最大的特点是具有自动补偿电阻温度系数功能，故精度高、稳定性好、高频响应好。这种电阻的精度可达 0.001，稳定性为 5 104 年，温度系数为 106，是一种高精度电阻。3）合成类电阻是将导电材料与非导电材料按一定比例混合成不同电阻率的材料后制成的电阻，主要有金属玻璃釉电阻（型号：RI，见图 16）、实心电阻（型号：RS，见图17）、合成膜电阻（型号：RH，见图 18）和厚膜电阻网络（电阻排，见图 19）。金属玻璃釉电阻具有较高的耐热性和耐潮性，常用它制成小型化贴片式电阻；实心电阻的体积与相同功率的金属膜电阻相当，但噪声比金属膜电阻大；合成膜电阻可制成高压型和高阻型，高阻型的阻值范围为 10 106M，高压型电阻耐压为 10kV 和 35kV。厚膜电阻网络的温度系数小，阻值范围宽，参数对称性好，被应用在各种电子设备中。图 16 金属玻璃釉电阻图 17 实心电阻 图 18 合成膜电阻 图 19 厚膜电阻网络 4）敏感类电阻是使用不同材料和工艺制造的半导体电阻，具有对温度、光照度、湿度、压力、磁通量、气体浓度等非电物理量敏感的性质，主要有压敏电阻、湿敏电阻、光敏电阻、气敏电阻和力敏电阻等（见图 110 图 114）。图 110 压敏电阻图 111 湿敏电阻图 112 光敏电阻图 113 气敏电阻5）电阻按照电阻是否可变分固定电阻和可变电阻（电位器，见图 115）。电位器是可变电阻的一种。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定点之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。图 114 力敏电阻图 115 可变电阻3第一节 认 识 电 阻图 116 电阻的电路符号a）阻值固定的电阻 b）半可调或微调电阻c）电位器 d）带开关的电位器 e）功率为18W 的电阻 f）功率 14W 的电阻g）功率 12W 的电阻 h）功率 2W 的电阻 i）热敏电阻 j）光敏电阻k）压敏电阻 l）熔断电阻三、电阻符号电阻的电路符号如图 116 所示，电阻的文字符号是“R”。说明：1）电位器的文字符号是“RP”，即在 R 的后面再加一个说明它有调节功能的字符“P”。2）热敏电阻的文字符号是“RT”，用 T 来表示温度，它包括两种电阻，一种是负温度系数，用NTC 来表示；另一种是正温度系数，用 PTC 来表示。光敏电阻的文字符号是“RL”，有两个斜向的箭头表示光线；压敏电阻的文字符号是“RV”，压敏电阻的阻值是随电阻两端所加的电压而变化的，用字符 U 表示电压。这三种电阻实际上都是半导体器件，但习惯上我们仍把它们当做电阻。3）熔断电阻是一种特殊电阻，它的文字符号是“RF”，兼有电阻和熔丝的作用。当温度超过 500时，电阻层迅速剥落熔断，把电路切断，能起到保护电路的作用。它的电阻值很小，目前在彩电中用得很多。4）小功率电阻通常为封装在塑料外壳中的碳膜构成，而大功率的电阻通常为绕线电阻，通过将大电阻率的金属丝绕在瓷心上而制成。额定功率也是电阻的重要指标，是指电阻长时间正常工作时能承受的最大功率。额定功率较大的电阻，一般都将额定功率直接印在电阻上。电阻接入电路后，通过电流时便会发热，当温度过高将会烧毁电阻。所以不但要选择电阻阻值，还要正确选择电阻额定功率。在电路中，通常不加功率标注的电阻均为 18W 的。图 117 电阻的功率标注如果电路对电阻的功率值有特殊要求，就按图117 中所示的符号标注，或用文字说明。电阻的额定功率一般不能过大，也不能过小。过大势必增大电阻的体积，过小则会烧毁电阻。一般情况下所选用的电阻值应使额定功率大于实际消耗功率的两倍左右，以确保电阻的可靠性。四、电阻的标称电阻标有的电阻数值，就是电阻的阻值标称值，标称方法有以下几种。1.直标法直标法是用数字和文字符号在电阻上直接标出主要参数的标志方法，如图 118 所示，图 118 电阻的直标法电阻值为 3.3k，偏差为 5。若电阻上未标注偏差，则均为 20。2.文字符号法在电阻的表面用文字、数字有规律地组合来4第一章 基 础 知 识表示阻值。阻值的符号和阻值精度的描述都有一定的规则。例如图 119a 所示电阻为 47k、级精度；图 119b 所示电阻为 3M、级精度。图 119 电阻的文字符号法阻值符号规定如下：欧姆用 表示；千欧（103）用 k 表示；兆欧（106）用 M 表示；吉欧（109）用 G 表示；太欧（1012）用 T 表示。3.色标法用不同色环标明阻值及误差，具有标志清晰、从各个角度都容易看清标志的优点。小功率碳膜和金属膜电阻，一般都用色环表示电阻阻值的大小。色环电阻分为四色环和五色环。四色环就是用四条有颜色的环代表阻值大小，不同色标的含义见表 11。表 11 不同色标的含义颜色所代表的有效数字乘数允许偏差颜色所代表的有效数字乘数允许偏差银10210绿51050.5金1015蓝61060.2黑0100紫71070.1棕11011灰8108红21022白9109橙3103无色20黄4104色环的电阻值一律以 为单位。可分为四道色环和五道色环两种表示方法。以四道环为例。1）观察色环标注电阻，色环紧密一端为开始端。2）观察第一、二道色环，其代