电工电子学实验应注意的几个问题

2018-11-30张孟忠

炎黄地理 2018年11期

张孟忠

（九江学院电子工程学院，江西九江 332005）

0 引言

在多年的电工电子学课程教学过程中，发现电工电子实验时有几个问题要注意，如果不注意就会使得实验不成功或者得到与理论相反的结论，而这些问题实验指导书一般不讲，这些问题是，1电压表内阻对测量结果的影响；2 电磁耦合对实验的影响；3 公共地对交流电压测量的影响。下面分析它们如何影响实验以及如何避免。

1 电压表内阻对电路的影响

在一次共集电极放大电路实验中，有学生将一个能正常工作的用NPN晶体管组成的电路断开正弦交流输入信号，想看一下各电极电压情况，他用模拟万用电表直流电压档分别测量C极，B极，E极三点对地电压，结果发现Vb＜Ve，，这说明放大电路发射结是反偏的，他问是否共集电极放大电路在发射结反偏的条件下也能正常工作吗？当然不是，为什么会出现这种现象呢？让我们来分析其中的原因，将万用电表转到直流电压档，并联到放大电路上测量电路电压，测出的电压实际是万用电表内阻Rv与放大电路并联电阻上的电压。测量电阻R上电压时，实际测出的是R与万用表内阻Rv并联电阻上的电压。共集电极放大电路输入电阻大，输出电阻小，而模拟万用电表等效内阻Rv不是足够大，当测量Vb时，由于万用电表内阻Rv与放大电路输入电阻相差不大，其并联电阻比电路输入电阻小很多，因而测得电压比实际电压下降很多，当测量Ve，时，万用电表内阻Rv比放大电路输出电阻大很多，对电路影响不大，其并联电阻与电路电阻差不多，因而测得电压与实际电压差不多，而放大电路正常放大时Vbe锗管0.3V，硅管0.7V，都很小，当Vb下降大于0.3V或者0.7V时，就会出现Vb＜Ve，的结果。

为了避免电压表内阻对电路的影响有两个方法，1用万用电表直接测量b，e之间电压，b，e之间电阻一千多欧姆，比万用电表内阻Rv小很多，万用电表测电压时对电路没什么影响，可以测得准确的电压。2 用内阻很大数字万用电表测电压，Vb几乎不下降，所以不会出现Vb＜Ve现象。

2 导线之间的电磁耦合对电子实验的影响

在多级放大电路实验中，经常出现放大电路一会儿正常，一会儿不正常，一会儿出现自激震荡，一会儿又消失的怪现象。在一次多级放大电路实验中，一位同学很快完成实验，当他去指导其他同学做实验时，却再也做不出来，我仔细询问了他两次做实验的情况，发现他第一次做实验时都是用短线连接电路，第二次时用了很多长线，连线都重叠在一起，我叫他全部用短线连接，连线之间全部分开，放大电路就能正常工作了。为什么呢？这是电磁耦合引起的，连线与连线之间看起来不相干，电压，电流相互不影响，但当连线中通过交流电时会产生电磁场，电磁场之间会产生电磁耦合，相互干扰，传递电信号，从而产生一些不可控制的正反馈，负反馈，使放大电路一会儿正常，一会儿不正常，一会儿出现自激震荡，一会儿又消失的怪现象，避免电磁耦合的方法是尽量使用短线连接，使连线之间分开，减小电磁耦合程度。连线之间成垂直方向放置也能减少电磁耦合现象。

3 测量交流电压时要注意公共地的影响

理论上差分放大电路双端输出交流电压是单端输出交流电压的两倍。若将交流豪伏表或示波器跨接在两输出端直接测量双端输出正弦交流电压时，将会出现不论是差模信号还是共模信号其双端输出交流电压测量值都等于单端输出交流电压测量值的现象，与理论相矛盾，其原因是什么呢 ?

因为通用的信号源，交流毫伏表，示波器一般都是单端输出，其端口由一个信号端子和一个接地端子组成[1]。接地端都是与机壳相连接。而实验室里的信号源，交流毫伏表，示波器的机壳都是接在实验室专用地线上的，即信号源与测量仪表共地，这样可以减少干扰。如图2所示，当我们将交流毫伏表或示波器跨接在两输出端（信号端接C1，接地端接C2）直接测量双端输出电压V0时，与交流毫伏表或示波器接地端相连的输出端C2被强制接地，其输出交流电压被强制变为零（V02=0），交流毫伏表和示波器测得电压其实是另一端C1与地之间的电压——即单端输出电压。

不论差模信号还是共模信号其双端输出电压测量值都是V0=V01，所以出现双端输出电压测量值与单端输出电压测量值相等的错误原因是信号源与测量仪表共地。

如何能直接测量双端输出真实电压呢？关键在于测量时测量仪表的接地端不能使任一输出端（C1，C2）强迫接地。下面介绍测量双端输出交流电压方法。

由于双端输出交流电压测量值的错误是由于信号源与交流毫伏表共地产生的。因此只要在交流毫伏表地线与实验室地线之间装一个开关，当测量双端输出正弦交流电压时将开关打开使交流毫伏表与信号源不共地即可，当测量单端输出正弦交流电压时合上开关，使交流毫伏表与信号源共地。