我主编的电子技术实验手册(02)——仪表与电源

2024-02-10 20:44

本文主要是介绍我主编的电子技术实验手册(02)——仪表与电源,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

        本专栏是笔者主编教材(图0所示)的电子版,依托简易的元器件和仪表安排了30多个实验,主要面向经费不太充足的中高职院校。每个实验都安排了必不可少的【预习知识】,精心设计的【实验步骤】,全面丰富的【思考习题】。因此,对于开展电子技术教学犯愁的师生,本专栏应该能够帮到你们。

图0 本专栏对应的教材封面

实验02  仪表与电源

【实验目的】

  1. 学会读取指针式万用表的多重刻度。
  2. 学会使用实验室里的直流稳压电源。
  3. 了解实验室配备万用表的基本功能,并学会使用它测量直流电压。

【预习知识】

       电路中包含电源和元件,它们彼此连接以提供电流流动的路径。元件参数不随外部电气参数的变化而改变,这样的元件称为无源器件。电阻、电容器、电感器和变压器就是典型的无源器件。

        元件工作特性会随着外部电气参数变化而改变,这样的元件称为有源器件,例如晶体管和集成电路。这些元件通常需要非常稳定的电源,通常由直流电源提供。直流电源是一种把交流电源转换成恒定电压或电流的设备,不管输入的交流电压、负载电流或温度如何变化。图1所示的是笔者所在实验室使用的两种直流电源。

图1 实验室里的直流电源

        测量各种电气参数是确定电路性能的基础,这些参数包括电压、电流、功率、频率等物理量。许多电气参数是用仪表来测量的,常见仪表的电气符号如图2所示。

图2 测量电气参数常见的仪表符号

        万用表,是一种多功能、多量程的电子测量仪表,一般以测量电压、电流和电阻为主。万用表按显示方式分为指针(模拟)式万用表和数字式万用表,图3所示的是笔者所在实验室所用的几款万用表。

图3 指针式万用表和数字式万用表

        指针式万用表和数字式万用表各有所长,在精度、灵敏度、线性、内阻和功能5方面,数字表基本上完胜指针表。但在对环境的适应性方面,数字表则会败下阵来。在很多情况下我们并不需要很精硧的测量数字,只是看一下有无以及大小和强弱,此时用数字表就显得很麻烦。如果用指针式就很快捷方便,只需用表笔碰一下被测点就可以了,有时甚至不需要指针停下来即可估计出被测值的状况。综上所述,指针式万用表比较适合作定性测量,而数字式则更适合精硧的定量分析。

        在上一个实验中,我们了解到电学中的度量其实包含了非常大的范围。就拿电阻来说,可以从小于1 Ω到大于1,000,000 Ω。万用表必须有某种方式来容纳这些数字,因此就有了图3(a)(b)中针对一种电气参数的不同量程,用户需要选择一个合适的范围来显示测量的数字。有些万用表有自动切换量程功能,我们只需要选定测量参数的类型,万用表会根据待测数值的大小自动选择量程,如图3(c)所示。

        使用万用表测量电流需要特别小心,绝不能跨电源连接,以免损坏仪表。电流测量需要选择电流(交流或直流)功能开关以及将红表笔插到“A”或“mA”插孔。在本实验中,不测量电流。

【实验元件与仪器】

        指针式万用表和数字式万用表各1个

【实验内容及步骤】

1. 如果你使用的是指针式万用表,注意观察表盘,如图4所示,里面标记的量程和刻度信息很复杂,第一次使用很容易迷茫。实际上我们在测量电路时,只需要关注其中一根刻度线,这取决于量程开关所处的档位。比如测量电阻(Ω),关注最上面那条刻度线即可;测量直流电压(V),关注第二条即可,等等。每条刻度线两头都有指示字样,表明其代表的电气参数。这一步,我们只关注图中箭头标记的那一条刻度线,这是一条线性刻度,因为每个刻度之间是等宽的。那些较粗且有数字标记的是主刻度,其间较小的是子刻度,图中1个主刻度包含了10个子刻度。从这种刻度线上读数的方法是看指针所处位置扫过的子刻度的格数。假如指针停留在图中所示的位置,请数一下从0刻度到此处的子刻度的格数,并记录下来。

图4 读取万用表上的线性刻度

2. 指针万用表的同一根刻度线可能会对应多种量程。就拿上一步关注的那根刻度线来说,它既代表直流电压(从刻度线左端“V”的字样可知),也代表毫安级的直流电流(从刻度线右端“mA”的字样可知)。现在我们再把注意力转移到量程开关上,如图5所示,V一共有8个量程,mA有4个量程。因此,要读出直流电压的数值,除了与上述子刻度格数有关,还与所选的多重量程有关,具体计算方法如下:

电压读数 = 表针指示的格数 × (所选量程 / 满度格数50)

那么按照图2-5中的10V的量程,电压读数为________;如果选定的是50V的量程,电压读数为________;而如果选定的是500mA的量程,电流读数为________。

图5 读取直流电压

3. 这一步,来看表盘最上面那条刻度线,如图6所示。根据右端“Ω”的字样可知这是电阻读数。细看这条刻度线发现子刻度代表的数值是不等的,这就是非线性刻度。还有一个特点就是,电阻档刻度线与其他刻度线反向,即指针偏转越大,被测阻值越小,指针偏转越小,被测阻值越大。其次,再来看电阻档的量程,分别是×1、×10、×100、×1k、×10k。读数的方法是:用指针在Ω刻度线上的读数乘以所选取量程档位的倍率,就是被测电阻的阻值。根据图6所示,指针停在10的位置,所选的量程是×100,因此阻值读数 = 10 × 100 = 1kΩ。在使用电阻档时应注意调零,其方法是:将红、黑表笔短路,然后调整“电阻调零旋钮”使指针指到0Ω位置即可,而且每次换挡都需要调零

图6 读取阻值

4. 这一步,来看一下你所在实验室使用的直流电源,一般情况下应该包含电压源和电流源。从面板上的仪表(指针式或数字式)来看,该电源是否不止一种功能?________。如果是的,哪些信息表明了可以测量何种功能?__________________________________________
如果是指针式表盘,是否有多个量程或复杂刻度?______。主刻度代表的电压值为多少?______。子刻度代表的电压值为多少?______。
如果是数字式指示,最小的电压精度是多少?______。最小的电流精度是多少?______

5. 看一下直流电源上的控件,如果你不确定控件的用途,参考配套的说明书是,或请教你的老师。简要描述一下电源特点(如多路输出、输出范围、精度、锁定等)。

6. 这一步,我们来使用数字万用表测量直流电源的电压。如图7所示,万用表红表笔插“VΩ”孔,接电源正极;黑表笔插“COM”孔,接电源负极;量程开关转到20V档(如果你使用的是自动量程表,转到V档即可)。将直流电源的输出调至+5.0V,观察万用表的读数是否与之一致并记录下来;再把输出电压调至+12.0V,再测量记录一次;最后把输出电压调至最小值,再测量记录一次。注意,当两只表笔处于开路状态时,数字万用表会出现无规律的数字变化,此为正常现象,不会影响测量结果。
+5.0V时,电源上的电压读数为________,万用表上的电压读数为________。
+12.0V时,电源上的电压读数为________,万用表上的电压读数为________。
最小值时,电源上的电压读数为________,万用表上的电压读数为________。

图7 数字万用表测直流电压

【实验思考与讨论】

1. 仪表的自动量程是什么意思?你所在的实验室配备的是什么类型的万用表?

2. 如果说一种仪表有多种量程,另一种仪表有多重量程,两者有何区别?

3. 线性刻度与非线性刻度有什么区别?

4. 如果某仪表表盘在3.0和4.0两个主刻度之间有标记了4个子刻度,当指针停在当中第1个子刻度位置时,其读数应该是多少?

5. 对于一个万用表,至少应该具备哪三种测量功能?

(本文完)

这篇关于我主编的电子技术实验手册(02)——仪表与电源的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



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