電工電子學實驗應(yīng)注意的幾個問題

張孟忠

（九江學院 電子工程學院，江西 九江 332005）

0 引言

在多年的電工電子學課程教學過程中，發(fā)現(xiàn)電工電子實驗時有幾個問題要注意，如果不注意就會使得實驗不成功或者得到與理論相反的結(jié)論，而這些問題實驗指導書一般不講，這些問題是，1電壓表內(nèi)阻對測量結(jié)果的影響；2 電磁耦合對實驗的影響；3 公共地對交流電壓測量的影響。下面分析它們?nèi)绾斡绊憣嶒炓约叭绾伪苊狻?/p>

1 電壓表內(nèi)阻對電路的影響

在一次共集電極放大電路實驗中，有學生將一個能正常工作的用NPN晶體管組成的電路斷開正弦交流輸入信號，想看一下各電極電壓情況，他用模擬萬用電表直流電壓檔分別測量C極，B極，E極三點對地電壓，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Vb＜Ve，，這說明放大電路發(fā)射結(jié)是反偏的，他問是否共集電極放大電路在發(fā)射結(jié)反偏的條件下也能正常工作嗎？當然不是，為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？讓我們來分析其中的原因，將萬用電表轉(zhuǎn)到直流電壓檔，并聯(lián)到放大電路上測量電路電壓，測出的電壓實際是萬用電表內(nèi)阻Rv與放大電路并聯(lián)電阻上的電壓。測量電阻R上電壓時，實際測出的是R與萬用表內(nèi)阻Rv并聯(lián)電阻上的電壓。共集電極放大電路輸入電阻大，輸出電阻小，而模擬萬用電表等效內(nèi)阻Rv不是足夠大，當測量Vb時，由于萬用電表內(nèi)阻Rv與放大電路輸入電阻相差不大，其并聯(lián)電阻比電路輸入電阻小很多，因而測得電壓比實際電壓下降很多，當測量Ve，時，萬用電表內(nèi)阻Rv比放大電路輸出電阻大很多，對電路影響不大，其并聯(lián)電阻與電路電阻差不多，因而測得電壓與實際電壓差不多，而放大電路正常放大時Vbe鍺管0.3V，硅管0.7V，都很小，當Vb下降大于0.3V或者0.7V時，就會出現(xiàn)Vb＜Ve，的結(jié)果。

為了避免電壓表內(nèi)阻對電路的影響有兩個方法，1用萬用電表直接測量b，e之間電壓，b，e之間電阻一千多歐姆，比萬用電表內(nèi)阻Rv小很多，萬用電表測電壓時對電路沒什么影響，可以測得準確的電壓。2 用內(nèi)阻很大數(shù)字萬用電表測電壓，Vb幾乎不下降，所以不會出現(xiàn)Vb＜Ve現(xiàn)象。

2 導線之間的電磁耦合對電子實驗的影響

在多級放大電路實驗中，經(jīng)常出現(xiàn)放大電路一會兒正常，一會兒不正常，一會兒出現(xiàn)自激震蕩，一會兒又消失的怪現(xiàn)象。在一次多級放大電路實驗中，一位同學很快完成實驗，當他去指導其他同學做實驗時，卻再也做不出來，我仔細詢問了他兩次做實驗的情況，發(fā)現(xiàn)他第一次做實驗時都是用短線連接電路，第二次時用了很多長線，連線都重疊在一起，我叫他全部用短線連接，連線之間全部分開，放大電路就能正常工作了。為什么呢？這是電磁耦合引起的，連線與連線之間看起來不相干，電壓，電流相互不影響，但當連線中通過交流電時會產(chǎn)生電磁場，電磁場之間會產(chǎn)生電磁耦合，相互干擾，傳遞電信號，從而產(chǎn)生一些不可控制的正反饋，負反饋，使放大電路一會兒正常，一會兒不正常，一會兒出現(xiàn)自激震蕩，一會兒又消失的怪現(xiàn)象，避免電磁耦合的方法是盡量使用短線連接，使連線之間分開，減小電磁耦合程度。連線之間成垂直方向放置也能減少電磁耦合現(xiàn)象。

3 測量交流電壓時要注意公共地的影響

理論上差分放大電路雙端輸出交流電壓是單端輸出交流電壓的兩倍。若將交流豪伏表或示波器跨接在兩輸出端直接測量雙端輸出正弦交流電壓時，將會出現(xiàn)不論是差模信號還是共模信號其雙端輸出交流電壓測量值都等于單端輸出交流電壓測量值的現(xiàn)象，與理論相矛盾，其原因是什么呢 ?

因為通用的信號源，交流毫伏表，示波器一般都是單端輸出，其端口由一個信號端子和一個接地端子組成[1]。接地端都是與機殼相連接。而實驗室里的信號源，交流毫伏表，示波器的機殼都是接在實驗室專用地線上的，即信號源與測量儀表共地，這樣可以減少干擾。如圖2所示，當我們將交流毫伏表或示波器跨接在兩輸出端（信號端接C1，接地端接C2）直接測量雙端輸出電壓V0時，與交流毫伏表或示波器接地端相連的輸出端C2被強制接地，其輸出交流電壓被強制變?yōu)榱悖╒02=0），交流毫伏表和示波器測得電壓其實是另一端C1與地之間的電壓——即單端輸出電壓。

不論差模信號還是共模信號其雙端輸出電壓測量值都是V0=V01，所以出現(xiàn)雙端輸出電壓測量值與單端輸出電壓測量值相等的錯誤原因是信號源與測量儀表共地。

如何能直接測量雙端輸出真實電壓呢？關(guān)鍵在于測量時測量儀表的接地端不能使任一輸出端（C1，C2）強迫接地。下面介紹測量雙端輸出交流電壓方法。

由于雙端輸出交流電壓測量值的錯誤是由于信號源與交流毫伏表共地產(chǎn)生的。因此只要在交流毫伏表地線與實驗室地線之間裝一個開關(guān)，當測量雙端輸出正弦交流電壓時將開關(guān)打開使交流毫伏表與信號源不共地即可，當測量單端輸出正弦交流電壓時合上開關(guān)，使交流毫伏表與信號源共地。

4 結(jié)語

這三個問題是做電學實驗時經(jīng)常遇到的問題，而這些問題實驗指導書一般不講。這使我們會經(jīng)常忽視這些問題，而不注意這些問題則會使實驗做不出來或者出現(xiàn)錯誤而找不出原因。本文分析了這些問題對實驗造成怎樣的影響以及避免的方法。了解這些知識可以提高實驗技能，做好電學實驗。