PASG。物理组合实验系列 交直流电子学组合实验 周礼冲编译 上海交通大学物理实验中心
PASCO 物理组合实验系列 交直流电子学组合实验 周礼冲 编译 上海交通大学物理实验中心
目录 实验1欧姆定律Ⅱ… 实验2RC电路 实验3LR电路 6 实验4LRC电路… 8 实验5二极管实验（一） 10 实验6二极管实验（二）… 12 实验7晶体管实验（一）一NPN晶体管作为数字开关 16 实验8晶体管实验（二）一电流增益NPN射极跟随放大器 17 实验9晶体管实验（三）一共发射极放大器… 19
目 录 实验 1 欧姆定律Ⅱ············································································································· 2 实验 2 RC 电路··················································································································· 4 实验 3 LR 电路··················································································································· 6 实验 4 LRC 电路················································································································ 8 实验 5 二极管实验（一）································································································· 10 实验 6 二极管实验（二）································································································· 12 实验 7 晶体管实验（一）── NPN 晶体管作为数字开关············································· 16 实验 8 晶体管实验（二）── 电流增益 NPN 射极跟随放大器······························· 17 实验 9 晶体管实验（三）──共发射极放大器······························································ 19
实验1欧姆定律Ⅱ 实验仪器 计算机 102电阻 接口 导线 功率放大器 香蕉插头连线。 电子学实验线路板 实验目的 研究欧姆定律和非欧姆材料电压和电流间的关系。 实验原理 欧姆定律表示为=VR,欧姆电阻的电压和电流关系是直线，直线斜率的数值等于电阻。 实验内容 一.109电阻实验 1.计算机设置 (1)连接计算机和接口，接通电源。 (2)连接功率放大器和模拟通道A,接通电源。 (3)采样频率设置为4000Hz。 (4)设置信号发生器，使它能输出60HZ3.00V三角信号。 (5)设置显示器窗口，使得垂直轴表示输出电压(1.000V/div)。水平轴表示模拟通道A 的电流(0.100V/div)。 2.仪器设置 在电子学线路板上选择合适部件按图1连 线，接通功放电源。 3.记录数据 102 点击信号发生器窗口“ON”按扭，接通信 Power Amplifier 号发生器，点击实验设置窗口“MON”按扭， 记录并显示数据。 4.数据分析 图1 确定并记录显示器窗口直线的斜率。 5.选做内容 改换100Ω电阻重做上述实验。 分析讨论题 1.电阻轨迹直线斜率是否等于电阻阻值？
1 实验 1 欧姆定律Ⅱ 实验仪器 计算机 接口 功率放大器 电子学实验线路板 10Ω电阻 导线 香蕉插头连线。 实验目的 研究欧姆定律和非欧姆材料电压和电流间的关系。 实验原理 欧姆定律表示为 I=V/R，欧姆电阻的电压和电流关系是直线，直线斜率的数值等于电阻。 实验内容 一．10Ω电阻实验 1．计算机设置 （1）连接计算机和接口，接通电源。 （2）连接功率放大器和模拟通道 A，接通电源。 （3）采样频率设置为 4000Hz。 （4）设置信号发生器，使它能输出 60HZ 3.00V 三角信号。 （5）设置显示器窗口，使得垂直轴表示输出电压（1.000V/div）。水平轴表示模拟通道 A 的电流（0.100V/div）。 2．仪器设置 在电子学线路板上选择合适部件按图 1 连 线，接通功放电源。 3． 记录数据 点击信号发生器窗口“ON”按扭，接通信 号发生器，点击实验设置窗口“MON”按扭， 记录并显示数据。 4． 数据分析 确定并记录显示器窗口直线的斜率。 5． 选做内容 改换 100Ω电阻重做上述实验。 分析讨论题 1. 电阻轨迹直线斜率是否等于电阻阻值？ 图 1 10Ω Power Amplifier
实验2RC电路 实验仪器 计算机 1002电阻 接口 330μF电容 功率放大器 香蕉插头连线 电子学实验线路板 实验目的 研究充电过程中电容器上电压的变化和测量RC电路时间常数。 实验原理 在充电过程中，电容器电量随时间变化为： 9=9o1-e-h) 式中t是时间常数(t=RC,R是电阻，C是电容)。电量达到的时间称半衰周期，它和 时间常数关系为： =tIn2 2 实验内容 1.计算机设置 (1)连接计算机和接口，接通电源。 (2)分别连接电压传感器和模拟通道A,功率放大器和模拟通道B,接通电源。 (3)设置采样频率为1000Hz,停止条件为 4.00秒。 (4)设置信号发生器，使它能输出0.40Hz, 4.00V方波信号，输出模式为自动。 330μF (5)设定图形显示窗口垂直轴显示范围为 0-5V,水平轴显示范围为0-4秒。 2.仪器设置 1002 Power Amplifier 在电子学实验线路板上选择合适部件按 图2连线，接通电源。 3.记录数据 点击“REC”按扭，4秒后数据图标RUN#1出 图2 现在实验设置窗口中。 4.数据分析 (1)点击自动改变比例按扭，使图形显示匹配数据
2 实验 2 RC 电路 实验仪器 计算机 接口 功率放大器 电子学实验线路板 100Ω电阻 330mF 电容 香蕉插头连线 实验目的 研究充电过程中电容器上电压的变化和测量 RC 电路时间常数。 实验原理 在充电过程中，电容器电量随时间变化为： (1 ) 0 t t q q e - = - 式中t 是时间常数（t =RC，R 是电阻，C 是电容）。电量达到 2 0 q 的时间称半衰周期，它和 时间常数关系为： ln 2 2 1 t =t 实验内容 1． 计算机设置 （1）连接计算机和接口，接通电源。 （2）分别连接电压传感器和模拟通道 A，功率放大器和模拟通道 B，接通电源。 （3）设置采样频率为 1000Hz，停止条件为 4.00 秒。 （4）设置信号发生器，使它能输出 0.40Hz， 4.00V 方波信号，输出模式为自动。 （5）设定图形显示窗口垂直轴显示范围为 0-5V，水平轴显示范围为 0-4 秒。 2． 仪器设置 在电子学实验线路板上选择合适部件按 图 2 连线，接通电源。 3． 记录数据 点击“REC”按扭，4 秒后数据图标 RUN#1 出 现在实验设置窗口中。 4． 数据分析 （1）点击自动改变比例按扭，使图形显示匹配数据。 图 2 100Ω Power Amplifier 330mF
(2)点击放大镜按扭，利用鼠标拖出电压上升区域。 (3)利用鼠标显示并记录电压起始上升时间和电压达到2.00V时间，两者之差即11。 (4)利用11=tn2计算电容器电容。 (5)测量R和C,计算τ并和实验结果比较。 分析讨论题 1.利用实验数据确定电容器充电到0.75q。花的时间。 2.4个半衰周期后电容器电量为多少？ 3.求出电容器最大电量。 4.造成标称和实验测量值不符合的因素是什么？
3 （2）点击放大镜按扭，利用鼠标拖出电压上升区域。 （3）利用鼠标显示并记录电压起始上升时间和电压达到 2.00V 时间，两者之差即 2 1 t 。 （4）利用 ln 2 2 1 t =t 计算电容器电容。 （5）测量 R 和 C，计算t并和实验结果比较。 分析讨论题 1. 利用实验数据确定电容器充电到 0.75 0 q 花的时间。 2. 4 个半衰周期后电容器电量为多少？ 3. 求出电容器最大电量。 4. 造成标称和实验测量值不符合的因素是什么？
实验3LR电路 实验仪器 计算机 电感 接口 102电阻 功率放大器 导线 电压传感器 万用表 电子学实验线路板 香蕉插头连线 实验目的 研究直流电路中电感器的行为。 实验原理 直流电压Vo加到RL串联电路上，稳态电流为： Imax =Vo/R 电流随时间按下式变化： I=Img(1-e) 式中x=LR是LR串联电路时间常数，电流达到0.5Im时间t1和t的关系为： =TIn2 2 实验内容 1.计算机设置 (1)连接计算机和接口，接通电源。 (2)分别连接2个电压传感器和功率放大器到模拟通道A、B和C,接通电源。 (3)设置采样选择为：采样频率等于10000Hz。开始条件是模拟通道C电压通过0伏， 停止条件为采样时间达到0.02秒。 (4)设置信号发生器使它能输出50.00Hz3.00V方波交流信号。 2.仪器设置 在电子学实验线路板选用合适部件按图3连线，接通电源。 3.记录数据 (1)利用万用表测量并记录电感和电阻器电阻
4 实验 3 LR 电路 实验仪器 计算机 接口 功率放大器 电压传感器 电子学实验线路板 电感 10Ω电阻 导线 万用表 香蕉插头连线 实验目的 研究直流电路中电感器的行为。 实验原理 直流电压 V0加到 RL 串联电路上，稳态电流为： I max =VO / R 电流随时间按下式变化： (1 ) / max t t I I e - = - 式中t =L/R 是 LR 串联电路时间常数，电流达到 0.5 max I 时间 2 1 t 和t 的关系为： ln 2 2 1 t =t 实验内容 1. 计算机设置 （1）连接计算机和接口，接通电源。 （2）分别连接 2 个电压传感器和功率放大器到模拟通道 A、B 和 C，接通电源。 （3）设置采样选择为：采样频率等于 10000Hz。开始条件是模拟通道 C 电压通过 0 伏， 停止条件为采样时间达到 0.02 秒。 （4）设置信号发生器使它能输出 50.00Hz 3.00V 方波交流信号。 2. 仪器设置 在电子学实验线路板选用合适部件按图 3 连线，接通电源。 3. 记录数据 （1）利用万用表测量并记录电感和电阻器电阻
(2)点击“ON”按钮，接通信号发 Channel A 生器。 (3)点击“REC”按钮，数据图标RUN#1 立即出现在设置窗口中。 22mH 4.数据分析 点击“Smart Cursor”按钮，利用鼠标， 在图形显示窗口测量并记录电阻器峰值电 Channel B Power Amplifier 100 压，峰值电压的时间，半极大值电压时间 和达到半极大值化的时间，计算x。 讨论思考题 图3 1.试比较LR串联电路时间常数理论值 和实验测量值。 2.利用图形显示窗口中显示的三张图， 测量有关数据验证克希荷夫环路定 律
5 （2）点击“ON”按钮，接通信号发 生器。 （3）点击“REC”按钮，数据图标 RUN#1 立即出现在设置窗口中。 4. 数据分析 点击“Smart Cursor”按钮，利用鼠标， 在图形显示窗口测量并记录电阻器峰值电 压，峰值电压的时间，半极大值电压时间 和达到半极大值化的时间，计算t 。 讨论思考题 1. 试比较 LR 串联电路时间常数理论值 和实验测量值。 2. 利用图形显示窗口中显示的三张图， 测量有关数据验证克希荷夫环路定 律。 图 3 Power Amplifier 10Ω 22mH Channel B Channel A
实验4LRC电路 实验仪器 计算机 电感 接口 102电阻 功率放大器 100uF电容 电压传感器 导线 电子学实验线路板 香蕉插头连线 实验目的 研究LRC电路共振现象。 实验原理 串联LRC电路电流振幅I依赖于外加电压振幅和电路阻抗： Io=Vo/Z 由于阻抗依赖于频率，电流随频率改变。 Z=V(X-Xc)2+R2 式中X,=0L,X。=么C,当外加电压频率等于LRC电路共振额率0。 C时， 电流最大。 实验内容 1.计算机设置 (1)连接计算机和接口，接通电源。 22mH (2)分别连接功放和电压传感器到模拟 通道A和B。 (3)设置信号发生器使它能输出 Channel B Power Amplifier 102 10.00Hz,3.00V正弦交流波，输出模 式设置为自动。 2.仪器设置 在电子实验线路板上选择合适部件按图 100μF 4连线，接通功放电源。 图4 3.记录数据 (1)点击“MON”按扭开始监视数据。 (2)点击“Smart Cursor”按扭，利用鼠标在显示器窗口测量并记录输出电压峰值Vo和 电阻上电压峰值VR。 (3)调整信号发生器输出电压频率为20,30，…150Hz重复上述实验。 6
6 实验 4 LRC 电路 实验仪器 计算机 接口 功率放大器 电压传感器 电子学实验线路板 电感 10Ω电阻 100mF 电容 导线 香蕉插头连线 实验目的 研究 LRC 电路共振现象。 实验原理 串联 LRC 电路电流振幅 I0依赖于外加电压振幅和电路阻抗： I 0=V0/Z 由于阻抗依赖于频率，电流随频率改变。 2 2 Z = (X l - X c ) + R 式中 C X L L X C w w 1 = , = ，当外加电压频率等于 LRC 电路共振频率 LC res w = 1 时， 电流最大。 实验内容 1. 计算机设置 （1）连接计算机和接口，接通电源。 （2）分别连接功放和电压传感器到模拟 通道 A 和 B。 （3）设置信号发生 器 使 它 能输出 10.00Hz，3.00V 正弦交流波，输出模 式设置为自动。 2. 仪器设置 在电子实验线路板上选择合适部件按图 4 连线，接通功放电源。 3. 记录数据 （1）点击“MON”按扭开始监视数据。 （2）点击“Smart Cursor”按扭，利用鼠标在显示器窗口测量并记录输出电压峰值 V0 和 电阻上电压峰值 VR。 （3）调整信号发生器输出电压频率为 20，30，……150Hz 重复上述实验。 图 4 Power Amplifier 10Ω 22mH Channel B 100mF
(4)观察实验数据，估计共振频率，调整信号发生器输出电压频率为共振频率估计算， 再微调频率使显示器窗口在XY模式上显示直线，这时LRC电路处于共振状态，记 下共振频率。 (5)利用LCR测量仪测量线圈电感，电容器电容和线圈和电阻总电阻。 4.数据处理和分析 记下共振频率，共振角频率，电感，电容，计算理论共振角频率，在方格纸上作电流和 线频率关系图，计算理论共振频率0，= √LC 并和实验值比较。 分析讨论题 1.共振角频率测量值和理论值百分误差是多少？ 2.电流频率曲线是否对共振频率对称，为什么？ 3.利用测量数据计算LRC电路共振电阻，共振电阻是否等于102？为什么。 选做内容 1.利用模拟通道B的电压传感器分别测量每个元件的峰值电压，峰值电压之和为什么不 等于外加电压峰值？试作相位复矢量图说明之。 2.确定共振频率是否依赖于电阻。 7
7 （4）观察实验数据，估计共振频率，调整信号发生器输出电压频率为共振频率估计算， 再微调频率使显示器窗口在 X-Y 模式上显示直线，这时 LRC 电路处于共振状态，记 下共振频率。 （5）利用 LCR 测量仪测量线圈电感，电容器电容和线圈和电阻总电阻。 4. 数据处理和分析 记下共振频率，共振角频率，电感，电容，计算理论共振角频率，在方格纸上作电流和 线频率关系图，计算理论共振频率 LC res w = 1 并和实验值比较。 分析讨论题 1. 共振角频率测量值和理论值百分误差是多少？ 2. 电流频率曲线是否对共振频率对称，为什么？ 3. 利用测量数据计算 LRC 电路共振电阻，共振电阻是否等于 10Ω？为什么。 选做内容 1. 利用模拟通道 B 的电压传感器分别测量每个元件的峰值电压，峰值电压之和为什么不 等于外加电压峰值？试作相位复矢量图说明之。 2. 确定共振频率是否依赖于电阻
实验5二极管实验（一) 实验仪器 计算机 电压传感器 接口 电子实验线路板 功率放大器 香蕉插头连线。 实验目的 研究各种二极管性质。 实验原理 二极管加上合适的正向电压后，允许电流单向流过，正向电压过小或改变电压方向时没 有电流流过二极管，电流正向通过发光二极管时发光二极管会发光，红绿双色二极管实际上 是红绿两种发光二极管反平行连接在一齐构成的。双色LED是一种齐纳二极管。 实验内容 一。第一单元一二极管性质 1.计算机设置 (1)连接计算机和接口，接通电源。 (2)连接二个电压传感器和模拟通道A和B。 (3)连接功率放大器和模拟通道C。 (4)设置信号发生器使它能输出上斜交流信号，输出信号频率为2.00Hz,振幅为6.00V。 (5)设置采样频率为500Hz,开始条件为模拟信号为-5.9V,停止条件为样本数达到250。 2.仪器设置 在电子实验线路板选择合适部件按图15.1接线，接通电源。 3.记录数据一二极管和1K电阻。 channel A- channel B (1)点击“ON”按扭接通信号发生器。 black red black (2)点击“REC”按扭记录数据，数据图标Run1 出现在实验设置窗口中。 W black Diode 4.数据分析一二极管和1K电阻 10002 red (1)点击自动改变比例按扭改变图形显示比例 Power Amplifier 来拟合实验数据。 图15.1 (2)存数据。 (3)点击放大器按扭。 (4)利用鼠标拖出包含电流上升部分的矩形，保证矩形区域上界超过2A。 (5)点击“Smart Cursor'”按扭，在图形显示窗口找出并记电流达到2mA时的电压
8 实验 5 二极管实验（一） 实验仪器 计算机 接口 功率放大器 电压传感器 电子实验线路板 香蕉插头连线。 实验目的 研究各种二极管性质。 实验原理 二极管加上合适的正向电压后，允许电流单向流过，正向电压过小或改变电压方向时没 有电流流过二极管，电流正向通过发光二极管时发光二极管会发光，红绿双色二极管实际上 是红绿两种发光二极管反平行连接在一齐构成的。双色 LED 是一种齐纳二极管。 实验内容 一． 第一单元──二极管性质 1. 计算机设置 （1）连接计算机和接口，接通电源。 （2）连接二个电压传感器和模拟通道 A 和 B。 （3）连接功率放大器和模拟通道 C。 （4）设置信号发生器使它能输出上斜交流信号，输出信号频率为 2.00Hz，振幅为 6.00V。 （5）设置采样频率为 500Hz，开始条件为模拟信号为-5.9V，停止条件为样本数达到 250。 2. 仪器设置 在电子实验线路板选择合适部件按图 15.1 接线，接通电源。 3. 记录数据──二极管和 1K 电阻。 （1）点击“ON”按扭接通信号发生器。 （2）点击“REC”按扭记录数据，数据图标 Run#1 出现在实验设置窗口中。 4. 数据分析──二极管和 1K 电阻。 （1）点击自动改变比例按扭改变图形显示比例 来拟合实验数据。 （2）存数据。 （3）点击放大器按扭。 （4）利用鼠标拖出包含电流上升部分的矩形，保证矩形区域上界超过 2mA。 （5）点击“Smart Cursor”按扭，在图形显示窗口找出并记电流达到 2mA 时的电压。 图 15.1