電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

張孟忠

（九江學(xué)院 電子工程學(xué)院，江西 九江 332005）

0 引言

在多年的電工電子學(xué)課程教學(xué)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)電工電子實(shí)驗(yàn)時(shí)有幾個(gè)問(wèn)題要注意，如果不注意就會(huì)使得實(shí)驗(yàn)不成功或者得到與理論相反的結(jié)論，而這些問(wèn)題實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書一般不講，這些問(wèn)題是，1電壓表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；2 電磁耦合對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響；3 公共地對(duì)交流電壓測(cè)量的影響。下面分析它們?nèi)绾斡绊憣?shí)驗(yàn)以及如何避免。

1 電壓表內(nèi)阻對(duì)電路的影響

在一次共集電極放大電路實(shí)驗(yàn)中，有學(xué)生將一個(gè)能正常工作的用NPN晶體管組成的電路斷開(kāi)正弦交流輸入信號(hào)，想看一下各電極電壓情況，他用模擬萬(wàn)用電表直流電壓檔分別測(cè)量C極，B極，E極三點(diǎn)對(duì)地電壓，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Vb＜Ve，，這說(shuō)明放大電路發(fā)射結(jié)是反偏的，他問(wèn)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(dāng)然不是，為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？讓我們來(lái)分析其中的原因，將萬(wàn)用電表轉(zhuǎn)到直流電壓檔，并聯(lián)到放大電路上測(cè)量電路電壓，測(cè)出的電壓實(shí)際是萬(wàn)用電表內(nèi)阻Rv與放大電路并聯(lián)電阻上的電壓。測(cè)量電阻R上電壓時(shí)，實(shí)際測(cè)出的是R與萬(wàn)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(wàn)用電表等效內(nèi)阻Rv不是足夠大，當(dāng)測(cè)量Vb時(shí)，由于萬(wàn)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(cè)得電壓比實(shí)際電壓下降很多，當(dāng)測(cè)量Ve，時(shí)，萬(wàn)用電表內(nèi)阻Rv比放大電路輸出電阻大很多，對(duì)電路影響不大，其并聯(lián)電阻與電路電阻差不多，因而測(cè)得電壓與實(shí)際電壓差不多，而放大電路正常放大時(shí)Vbe鍺管0.3V，硅管0.7V，都很小，當(dāng)Vb下降大于0.3V或者0.7V時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)Vb＜Ve，的結(jié)果。

為了避免電壓表內(nèi)阻對(duì)電路的影響有兩個(gè)方法，1用萬(wàn)用電表直接測(cè)量b，e之間電壓，b，e之間電阻一千多歐姆，比萬(wàn)用電表內(nèi)阻Rv小很多，萬(wàn)用電表測(cè)電壓時(shí)對(duì)電路沒(méi)什么影響，可以測(cè)得準(zhǔn)確的電壓。2 用內(nèi)阻很大數(shù)字萬(wàn)用電表測(cè)電壓，Vb幾乎不下降，所以不會(huì)出現(xiàn)Vb＜Ve現(xiàn)象。

2 導(dǎo)線之間的電磁耦合對(duì)電子實(shí)驗(yàn)的影響

在多級(jí)放大電路實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常出現(xiàn)放大電路一會(huì)兒正常，一會(huì)兒不正常，一會(huì)兒出現(xiàn)自激震蕩，一會(huì)兒又消失的怪現(xiàn)象。在一次多級(jí)放大電路實(shí)驗(yàn)中，一位同學(xué)很快完成實(shí)驗(yàn)，當(dāng)他去指導(dǎo)其他同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，卻再也做不出來(lái)，我仔細(xì)詢問(wèn)了他兩次做實(shí)驗(yàn)的情況，發(fā)現(xiàn)他第一次做實(shí)驗(yàn)時(shí)都是用短線連接電路，第二次時(shí)用了很多長(zhǎng)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(kāi)，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(lái)不相干，電壓，電流相互不影響，但當(dāng)連線中通過(guò)交流電時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)之間會(huì)產(chǎn)生電磁耦合，相互干擾，傳遞電信號(hào)，從而產(chǎn)生一些不可控制的正反饋，負(fù)反饋，使放大電路一會(huì)兒正常，一會(huì)兒不正常，一會(huì)兒出現(xiàn)自激震蕩，一會(huì)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(kāi)，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(cè)量交流電壓時(shí)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(cè)量雙端輸出正弦交流電壓時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)不論是差模信號(hào)還是共模信號(hào)其雙端輸出交流電壓測(cè)量值都等于單端輸出交流電壓測(cè)量值的現(xiàn)象，與理論相矛盾，其原因是什么呢 ?

因?yàn)橥ㄓ玫男盘?hào)源，交流毫伏表，示波器一般都是單端輸出，其端口由一個(gè)信號(hào)端子和一個(gè)接地端子組成[1]。接地端都是與機(jī)殼相連接。而實(shí)驗(yàn)室里的信號(hào)源，交流毫伏表，示波器的機(jī)殼都是接在實(shí)驗(yàn)室專用地線上的，即信號(hào)源與測(cè)量?jī)x表共地，這樣可以減少干擾。如圖2所示，當(dāng)我們將交流毫伏表或示波器跨接在兩輸出端（信號(hào)端接C1，接地端接C2）直接測(cè)量雙端輸出電壓V0時(shí)，與交流毫伏表或示波器接地端相連的輸出端C2被強(qiáng)制接地，其輸出交流電壓被強(qiáng)制變?yōu)榱悖╒02=0），交流毫伏表和示波器測(cè)得電壓其實(shí)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(hào)還是共模信號(hào)其雙端輸出電壓測(cè)量值都是V0=V01，所以出現(xiàn)雙端輸出電壓測(cè)量值與單端輸出電壓測(cè)量值相等的錯(cuò)誤原因是信號(hào)源與測(cè)量?jī)x表共地。

如何能直接測(cè)量雙端輸出真實(shí)電壓呢？關(guān)鍵在于測(cè)量時(shí)測(cè)量?jī)x表的接地端不能使任一輸出端（C1，C2）強(qiáng)迫接地。下面介紹測(cè)量雙端輸出交流電壓方法。

由于雙端輸出交流電壓測(cè)量值的錯(cuò)誤是由于信號(hào)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(shí)驗(yàn)室地線之間裝一個(gè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)測(cè)量雙端輸出正弦交流電壓時(shí)將開(kāi)關(guān)打開(kāi)使交流毫伏表與信號(hào)源不共地即可，當(dāng)測(cè)量單端輸出正弦交流電壓時(shí)合上開(kāi)關(guān)，使交流毫伏表與信號(hào)源共地。

4 結(jié)語(yǔ)

這三個(gè)問(wèn)題是做電學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)經(jīng)常遇到的問(wèn)題，而這些問(wèn)題實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書一般不講。這使我們會(huì)經(jīng)常忽視這些問(wèn)題，而不注意這些問(wèn)題則會(huì)使實(shí)驗(yàn)做不出來(lái)或者出現(xiàn)錯(cuò)誤而找不出原因。本文分析了這些問(wèn)題對(duì)實(shí)驗(yàn)造成怎樣的影響以及避免的方法。了解這些知識(shí)可以提高實(shí)驗(yàn)技能，做好電學(xué)實(shí)驗(yàn)。