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电工电子实验,技术与实操如何融合?

课程概述与重要性

“电工技术与电子技术实验”是电类、自动化类、计算机类以及许多工科专业学生的基础实践课程,它不是理论课的简单附属,而是将抽象的电路理论、电磁学、模拟电子技术和数字电子技术付诸实践的关键环节。

电工电子实验,技术与实操如何融合?-图1
(图片来源网络,侵删)

重要性体现在:

  1. 理论联系实际: 验证课堂上学到的定律(如欧姆定律、基尔霍夫定律)、定理(如叠加定理、戴维南定理)和电路特性,将书本上的公式和图形变为可触摸、可测量的现实。
  2. 培养实践技能: 掌握常用电子仪器(如万用表、示波器、信号发生器、稳压电源)的正确使用方法,学习电路的搭建、焊接、调试和故障排查技巧。
  3. 建立工程思维: 学习如何根据实验目的设计实验方案,如何处理实验数据,如何分析误差来源,如何撰写规范的实验报告,这是从“学生思维”向“工程师思维”转变的起点。
  4. 激发创新意识: 通过亲手设计和实现一些简单的电路(如报警器、小夜灯、计数器),可以极大地激发对电子技术的兴趣和创造力。

实验核心内容分类

这门实验课通常分为两大模块:电工技术实验电子技术实验

电工技术实验

主要研究对象是强电大功率电路,侧重于电能的产生、传输、转换和控制。

核心实验内容:

电工电子实验,技术与实操如何融合?-图2
(图片来源网络,侵删)
  1. 直流电路实验

    • 基础仪器使用: 学习使用万用表测量电压、电流、电阻。
    • 欧姆定律验证: 测量线性电阻的伏安特性曲线,验证 V=IR。
    • 基尔霍夫定律验证: 测量复杂电路中各节点电流和回路电压,验证 KCL 和 KVL。
    • 叠加定理与戴维南定理验证: 通过测量,理解线性电路的叠加性和等效电源的概念。
  2. 交流电路实验

    • 正弦交流电基本参数测量: 使用万用表和示波器测量交流电压、电流的频率、幅值、相位。
    • RLC 串联谐振电路: 找到电路的谐振频率,观察谐振时电压与电流的关系,绘制幅频和相频特性曲线。
    • 三相电路实验:
      • 学习三相负载的星形(Y)和三角形(Δ)连接。
      • 测量线电压、相电压,线电流、相电流,验证它们之间的关系。
      • 理解三相功率的测量方法(二表法)。
  3. 电机与控制实验

    • 变压器特性测试: 测量变压器的变比、空载特性和短路特性。
    • 三相异步电动机的启动与正反转控制:
      • 学习使用接触器、继电器、按钮等低压电器。
      • 搭建电动机的点动、长动(自锁)控制电路。
      • 搭建电动机的正反转互锁控制电路(这是经典的“启保停”电路)。

电子技术实验

主要研究对象是弱电小信号电路,侧重于信号的放大、处理、产生和变换。

电工电子实验,技术与实操如何融合?-图3
(图片来源网络,侵删)

核心实验内容:

  1. 模拟电子技术实验

    • 常用电子元器件识别与检测: 二极管、三极管、电阻、电容、电位器等。
    • 二极管与整流滤波电路: 搭建单相半波/全波桥式整流电路,并加入电容滤波,观察输入输出波形。
    • 晶体管放大电路:
      • 静态工作点测量与调整: 理解 Q 点对放大性能的重要性。
      • 放大倍数、输入/输出电阻测量: 使用示波器观察并测量放大电路的电压增益。
    • 集成运算放大器电路:
      • 线性应用: 搭建反相比例放大器、同相比例放大器、加法器、减法器、积分器和微分器,验证其输入输出关系。
      • 非线性应用: 搭建电压比较器,观察其输出方波特性。
  2. 数字电子技术实验

    • 逻辑门电路测试: 测试与门、或门、非门、与非门、或非门等基本 TTL/CMOS 门的逻辑功能。
    • 组合逻辑电路:
      • 编码器与译码器: 验证 74LS138 (3-8译码器) 等芯片的功能。
      • 数据选择器: 实现简单的逻辑函数。
      • 加法器: 搭建半加器和全加器电路。
    • 时序逻辑电路:
      • 触发器: 测试 JK 触发器、D 触发器的逻辑功能和触发方式。
      • 计数器: 利用 74LS161 等芯片实现模 N 计数器(如十进制计数器)。
      • 寄存器: 实现数据暂存和移位功能。
    • 555 定时器应用:
      • 构建多谐振荡器(产生方波)。
      • 构建单稳态触发器(产生定时脉冲)。

实验流程与关键步骤

一次完整的实验通常遵循以下流程:

  1. 实验前预习:

    • 目的: 明确本次实验要做什么,验证什么理论,达到什么目标。
    • 原理: 复习相关的理论知识,理解实验电路的工作原理。
    • 电路图: 看懂实验指导书上的电路图,并尝试自己绘制一遍。
    • 仪器清单: 列出需要用到的所有仪器和元器件。
    • 数据记录表: 提先设计好记录测量数据的表格。
  2. 实验操作:

    • 检查仪器: 确保所有仪器工作正常,并设置好初始状态(如示波器探头衰减比、信号发生器输出幅度)。
    • 连接电路:
      • 断电操作! 先断开所有电源,按照电路图从电源开始,逐级、有序地连接。
      • 布局整洁,导线尽量短,避免交叉。
      • 元器件的极性(如电解电容、二极管、三极管)不能接反。
    • 通电检查:
      • 先接通电源,用手触摸元器件,检查有无异常发烫。
      • 用万用表初步检查关键点的电压是否正常。
    • 数据测量:
      • 先粗后精: 先用示波器观察波形的大致形状,再精确测量幅度、频率、相位等参数。
      • 原始记录: 将所有测量数据(包括你认为“不对”的数据)真实、完整地记录在预习时设计的表格中。严禁捏造数据!
      • 波形截图: 对于重要的波形,使用手机或示波器的存储功能进行截图,并标注好参数。
  3. 实验后处理:

    • 整理现场: 断开所有电源,拆除电路,将仪器和元器件整理归位。
    • 数据处理与分析:
      • 对数据进行整理、计算(如计算放大倍数)。
      • 在坐标纸上或使用软件(如 Excel, MATLAB)绘制特性曲线(如伏安特性、频率特性)。
      • 将理论计算值与实测值进行比较,分析误差来源(仪器误差、读数误差、模型误差、接触电阻等)。
    • 撰写实验报告: 这是实验的最终成果,是科学训练的重要部分。

实验报告的撰写规范

一份好的实验报告应包含以下部分:

  1. 实验名称、日期、姓名、同组人
  2. 实验目的
  3. 实验原理(简明扼要地阐述核心理论)
  4. 实验仪器与元器件清单
  5. 实验电路图(用标准符号绘制,清晰整洁)
  6. 实验步骤(简述关键步骤,不是照抄指导书)
  7. 实验数据与处理
    • 原始数据记录表。
    • 处理后的数据、计算结果。
    • 特性曲线图(必须标注坐标轴、单位、刻度、图名)。
    • 重要的波形图(标注参数)。
  8. 实验结果分析与讨论

    **核心

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