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实验教程附录
附录A电工测量仪表的误差及准确度
用电工测量仪表测量电路中各个物理量,应正确选用仪表量程。
下面对电工测量中的准确度做一简单介绍。
准确度是电工测量仪表的主要特性之一。
仪表的准确度与其误差有关。
不管仪表制造得如何精确,仪表的读数和被测量的实际值之间总是有误差的。
电工测量仪表的测量误差有以下几类:
1.基本误差:
由于仪表本身结构或制造的不精确产生的误差,如机械式仪表刻度的不准确、弹簧的永久变形、轴和轴承之间的摩擦、零件位置安装不正确;电子线路的数字式仪表内部的元器件精度、调试精度不高等。
2.附加误差:
由于外界因素对仪表读数的影响所产生的误差,例如没有在正常的工作条件下进行测量(仪表的摆放位置正常,周围温度为20ºC,无外界电场和磁场的影响,如果是用于工频的仪表,则电源应该是频率为50Hz的正弦波),测量方法不完善,读数不准确等。
指针式电工测量仪表的准确度是根据仪表的相对额定误差来分级的。
所谓相对额定误差,就是指仪表在正常工作条件下进行测量可能产生的最大基本误差△A与仪表的最大量程(满标值)Am之比,如以百分数表示,则为
我国指针式电工测量仪表按准确度分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0七级。
这些数字就是表示仪表的相对额定误差的百分数。
例如有一准确度为2.5级的伏特计,其最大量程为50V,则可能产生的最大基本误差为
在正常工作条件下,可以认为最大基本误差是不变的,所以被测量值较满标值越小,则相对测量误差就越大。
例如用上述伏特计来测量实际值为10V的电压时,则相对测量误差为
而用它来测量实际值为40V的电压时,则相对的测量误差为
因此,在选用仪表的量程时,应使被测量的值越接近满标值越好。
一般应使被测量的值超过仪表满标值的一半以上。
准确度等级较高(0.1、0.2、0.5级)的测量仪表常用来进行精密测量或校正其他仪表。
目前数字式仪表被越来越广泛地用于电工测量中,其准确度取决于它的显示位数、被测量的类型、大小以及所选择的量程等因素有关,一般公式为(%读数+n位数字)。
以UT51型数字式万用表为例:
直流电压200mV~200V档的准确度为(0.5%读数+1字);交流电压2V~200V档的准确度为(0.8%读数+3字);电阻20M档的准确度为(1%读数+2字)等等。
附录B电阻器的标称值系列
电阻器(通常简称电阻)在电路中的作用是控制电压、电流的大小,并能与其它元件配合使用,组成各种不同功能的电路。
电阻器用文字符号R表示。
1.电阻器的分类
电阻器按是否可调分类:
可分为固定电阻器和可变式电阻器(又称电位器)。
电阻器按制作的材料分类:
可分为碳膜电阻器、金属膜电阻器、绕线电阻器及各种敏感电阻器,如光敏电阻器、热敏电阻器等。
电阻器按用途分类:
可分为普通电阻器、精密电阻器、高频电阻器、高阻值电阻器及高压电阻器等。
2.电阻器的主要指标
电阻器的主要指标有标称阻值、允许偏差和额定功率等。
(1)电阻器标称阻值的色环标志法
电阻器标称阻值的具体标志方法有直标法和色环标志法。
直标法是将电阻器标称阻值直接标示在电阻器表面;色环法是利用4~5个色环标示在电阻器表面,表示电阻器的标称阻值及偏差。
电阻器的色环标志法如附表B.1所示。
附表B.1电阻器的色环标志法
色环颜色
第一环
第一位数
第二环
第二位数
第三环
倍率
第四环
允许偏差/%
黑
0
0
100
棕
1
1
101
±1
红
2
2
102
±2
橙
3
3
103
黄
4
4
104
绿
5
5
105
±0.5
蓝
6
6
106
±0.2
紫
7
7
107
±0.1
灰
8
8
108
白
9
9
109
金
10-1
±5
银
10-2
±10
无色
±20
(2)普通电阻器的标称阻值系列
电阻器的标称阻值是标在电阻器表面上的阻值。
标称阻值与实际阻值之间有一定偏差。
普通电阻器的偏差一般分为三级,用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示,或用百分数表示,即±5%、±10%、±20%。
普通电阻器的标称阻值应符合附表B.2所列数值之一,或表列数值乘以10n(n为整数)。
附表B.2普通电阻器的标称阻值系列
E24系列
允许偏差±5%
1.01.11.21.31.51.61.82.02.22.42.73.0
3.33.63.94.34.75.15.66.26.87.58.29.1
E12系列
允许偏差±10%
1.01.21.51.82.22.73.33.94.75.66.88.2
E6系列
允许偏差±20%
1.01.52.23.34.76.8
(3)电阻器的额定功率系列
电阻器的额定功率,是指电阻器在交流或直流电路中长期连续工作所允许消耗的最大功率。
电阻器的额定功率系列如附表B.3所示。
附表B.3电阻器的额定功率系列/W
线绕电阻器
0.050.1250.250.51248101625405075100150250500
非线绕电阻器
0.050.1250.250.5125102550100
附录C电容器的主要指标及标注
电容器(简称电容)具有隔直流、通交流、存储电能等特点,因此在电路中广泛用于隔直流、旁路、能量转换等方面,并能与其它元件配合组成各种功能的电路。
电容器用文字符号C表示。
1.电容器的分类
电容器按电容量是否可调:
可分为固定电容器、可变电容器、微调电容器等。
电容器按绝缘介质:
可分为纸介电容器、瓷介电容器、云母电容器、塑料薄膜电容器和电解电容器等。
2.电容器的主要指标
(1)电容器标称容量和偏差
电容器标称容量是标在电容器表面上的电容量数值。
标称容量与实际容量之间有一定偏差。
偏差一般分为三级,用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示,或用百分数表示,即±5%、±10%、±20%。
(2)额定直流工作电压
电容器的额定直流工作电压,也叫耐压,表示电容器接入电路后,在长期连续可靠工作的前提下,所能承受的最高直流工作电压,使用时不允许超过这个电压值。
(3)绝缘电阻
电容器的绝缘电阻是指两极板间的绝缘介质电阻,又叫漏电阻。
电容器在一定电压作用下,会有微弱电流流过介质,造成电能的损耗,绝缘电阻越小,漏电流越大,电能损耗越多,因此不能选用漏电流太大的电容器。
3.电容器容量的标注方法
电容器容量的标注方法分为直标法和文字符号法。
(1)直标法
v若数字是不带小数点的整数,此时容量单位为PF,如6800=6800PF。
v若数字带小数点,此时容量单位为μF,如0.047=0.047μF。
v用数码表示。
电容量的大小用三位数码表示,单位是PF。
第1、2位数字为标称容量的有效数字,第3位数字代表有效数字后面零的个数,如103=10000PF=0.01μF。
(2)文字符号法
v数字表示有效值,字母表示数值量级。
其中:
μ表示μF(10–6F);n表示nF(10–9F);P表示PF(10–12F)。
v字母表示小数点:
如3μ3表示为3.3μF。
v数字前面加字母R:
以R表示小数点,如R33表示为0.33μF。
附录D集成芯片外引线排列图
在DCL-I电子技术实验箱上已安装了一些实验中用到的集成芯片。
各集成芯片引脚序号的排列方法是:
由集成芯片结构特征(凹口、标记等)左下角起按逆时针方向,依次为1,2,3…….。
通用运算放大器音频功率放大器555定时器
1、5脚之间接调零电位器1、8脚之间为增益设定7脚通常接电容器
二输入四与非门74LS00二输入四或非门74LS02
六非门74LS04CMOS六非门CD4069
三输入三与非门74LS10三输入三与门74LS11
四输入二与非门74LS20四输入二与门74LS21
二输入四或门74LS32双D触发器74LS74
四非门(三态)74LS81二输入四异或门74LS86
双JK触发器74LS1124总线缓冲器74LS125(三态)
74LS1254总线缓冲器(三态)功能
功能:
时,1Y=1A;
时,2Y=2A
时,3Y=3A;
时,4Y=4A
当1
、2
、3
、4
为高电平时,输出为高阻状态。
3-8线译码器74LS138双2-4线译码器74LS139
附表D.13线-8线译码器74138逻辑功能表
输入
输出
SA
A2A1A0
0φφ
φ11
φφφ
φφφ
11111111
11111111
100
000
001
010
011
100
101
110
111
01111111
10111111
11011111
11101111
11110111
11111011
11111101
11111110
附表D.22-4线译码器74139逻辑功能表
输入
输出
功能
A1A0
1
φφ
1111
禁止译码
0
00
01
10
11
0111
1011
1101
1110
进行
译码
附表D.3同步十进制加法计数器74LS160功能表
功能
输入
输出
时钟
CP
清零
置数控制
控制信号
置数输入
ABCD
QAQBQCQD
S1
S2
清零
φ
0
φ
φ
φ
φφφφ
0000
置数
1
0
φ
φ
abcd
abcd
保持
φ
1
1
0
1
φφφφ
保持
保持
φ
1
1
φ
0
φφφφ
保持(QCC=0)
计数
1
1
1
1
φφφφ
计数
同步二进制加法计数器74LS161的功能表与同步十进制加法计数器74LS160的功能表完全相同,此处不再重复给出。
附表D.4十进制加/减可逆计数器74190功能表
功能
输入
输出
时钟
CP
使能控制
置数控制
加/减控制
置数输入
ABCD
QAQBQCQD
置数
φ
φ
0
φ
abcd
abcd
保持
φ
1
1
φ
φφφφ
保持
计数
0
1
0
φφφφ
加法计数
0
1
1
φφφφ
减法计数
附表D.5多功能移位寄存器74LS194功能表
功能
输入
输出
清零
控制信号
串行输入
时钟
并行输入
Q0Q1Q2Q3
S1S0
DSRDSL
CP
D0D1D2D3
清零
0
0000
保持
1
0
送数
1
11
d0d1d2d3
d0d1d2d3
右移
1
01
d
左移
1
10
d
保持
1
00
附表D.6显示译码驱动器74LS248逻辑功能表
十进
制数
控制端
输入
输出
字形
A3A2A1A0
YaYbYcYdYeYfYg
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
灯测
灭灯
灭零
111
1φ1
1φ1
1φ1
1φ1
1φ1
1φ1
1φ1
1φ1
1φ1
0φ1
φφ0
100
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
φφφφ
φφφφ
0000
1111110
0110000
1101101
1111001
0110011
1011011
1011111
1110000
1111111
1111011
1111111
0000000
0000000
暗
暗
附录EMultisimV10的使用说明
E1MultisimV10简介
E1.1简介
EDA技术(ElectronicDesignAutomation电子设计自动化)是电子、信息技术发展的杰出成果。
它的发展与应用引发了一场电路设计与制造工业的技术革命。
EDA技术是以计算机硬件和系统软件为工作平台,继承和借鉴了前人在电路、图论、拓扑逻辑以及优化理论等多学科多理论的最新科技成果,其目的是使电子工程师开发设计新的电子系统与电路、IC和PCB时,利用计算机进行设计、分析、仿真以及制造等工作,最大限度地降低成本、缩短开发周期,提高设计的成功率。
MultisimV10是一个完整的设计工具系统,提供了一个非常大的元器件库,并提供了原理图输入功能、全部的数字/模拟Spice仿真功能、VHDL/Verilog设计接口与仿真功能、FPGA/CPLD的综合和设计、RF电路设计和后处理功能等。
加拿大ElectronicsWorkbench公司被美国NationalInstruments公司收购后,现已推出MultisimV10产品,在高校学生中作为电路、电子技术等电子信息课程学习的辅助工具被广泛使用,有效地提高了学习效率,加深了对电路、电子技术课程内容的理解。
在个人计算机上安装了MultisimV10电路仿真软件,就好像将电子实验室搬回了家和宿舍,就完全可以在家或宿舍的个人电脑上进行电路与电子技术实验。
早期版本的Multisim,在ElectronicsWorkbench公司的网站上,还有专门为学生提供的Student版本,以供学习和使用。
要想了解这方面的有关内容,可到其公司网站
E1.2MultisimV10的组成与基本界面
MultisimV10系统如同一个实际的电子实验室,有工作架和工作台。
工作架上摆放了搭接电子电路的元器件和仪器设备,实验人员可以将仪器设备和元器件从工作架上将其移到工作台面上。
连接好电路后,合上电源开关,即可进行电路的调试和测试。
MultisimV10的仿真工作过程与此相似。
启动MultisimV10,出现如附图E1.1所示的工作界面,该界面各部分如附图E1.1所示。
系统工具栏包含了常用的基本功能按钮;设计工具栏包含了Multisim的仿真主要功能,是该软件一个非常重要的功能按钮群(附图E1.1虚框内);使用中元器件列表(InUse)列出了当前电路所有使用过的元器件;元器件工具栏和虚拟元器件工具栏包含了绘制电路所需的所有电路元器件;测量仪器工具栏包含了测量电路所需的测试仪器。
电路设计窗口则相当于图纸,是绘制电路图的场所。
E1.3工作界面的定制操作
要想控制当前电路的显示方式,可在电路设计窗口单击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中进行选择。
可进行如下操作:
★显示网格点(ShowGrid)
★显示标题栏和边界(ShowTitleBlock或ShowBorder)
★元器件的属性显示选择(Show…)
单击鼠标右键后点击弹出菜单中的Show…快捷菜单后,出现如附图E1.2所示对话框。
其中ShowcomponentreferenceID为显示元器件的序号,如附图E1.2中电压源的序号为V1,两个电阻的序号分别是R1和R2;Shownodenames为显示电路的节点标号,其中“地”默认节点标号为“0”;Showcomponentvalues为显示元器件的值,如附图E1.2中电压源的电压值12V,电阻R1和R2的阻值分别为3.3kohm_5%和4.7kohm_5%。
在某项前的选中框打勾,则表示选中该显示项。
E2MultisimV10基本操作
E2.1电路原理图的输入
本节以一个简单的例子来说明如何绘制电路和怎样对电路进行仿真,帮助大家对MultisimV10有一个概略的了解。
完成的电路如附图E2.1所示,这是基本放大电路。
MultisimV10中设计电路的基本步骤是:
选择要使用的元器件,然后放置到电路设计窗口的适当位置,并选择元器件放置的方向,最后连接元器件,以及其它必要的设计内容,如连接示波器等。
接下来,我们一步一步的来完成该电路的原理图输入。
E2.1.1建立电路文件
通过选择开始\程序\NationalInstruments\CircuitDesignSuite10.0\Multisim(也可通过其它快捷方式),可运行MultisimV10程序。
一旦程序运行,就自动打开一个空白的电路文件,电路的颜色、尺寸和显示模式等可通过改变相关设置(如1.3节所述)进行修改。
E2.1.2在电路设计窗口中放置元器件
点击元器件工具栏或虚拟元器件工具栏,可选择所需的元器件。
还可通过点击菜单命令Place\component或快捷方式Ctrl+w,打开Selectacomponent对话框,在对话框中可选择所需的元器件。
打开的Selectacomponent对话框如附图E2.2所示。
MultisimV10提供了三个层次的元器件库文件,分别是MultisimMaster和User(用户自建库),有些版本还有合作/项目库,其中MultisimMaster是主元器件库,我们所需元器件绝大多数都来自该库文件。
1.元器件工具栏的操作
这里元器件工具栏包括虚拟元器件工具栏,今后除非必要,将不再区别。
在附图E1.1的左侧,已分别显示了这两个工具栏,其中有绿底色的是虚拟元器件,即理想器件。
元器件工具栏按逻辑进行了分组,其意义看栏中的图形和文字说明即可明白。
如想选择其中的某种元器件,可将鼠标指到该图形,单击,打开与附图E2.2类似的窗口。
该操作也可通过在附图E2.2中的Group下拉菜单进行。
2.放置元器件
首先放置第一个元件——电源VCC(+12V)。
第一步,将鼠标指到元器件工具栏中的电源工具按钮(或在附图E2.2中下拉Group菜单,点击选择Source),如附图E2.3所示。
双击要放置的元器件(这里为VCC),则附图E2.3消失,所选中的元器件VCC出现在电路设计窗口中。
移动鼠标到电路设计窗口合适位置,单击鼠标左键,则将元器件放置到了电路设计窗口中。
第二步,改变元器件的值。
VCC的默认值为5V,可非常容易地将之改为我们想要的值——12V。
其方法是:
在电路设计窗口,双击电源VCC,出现如附图E2.4所示电源属性对话框,在该对话框中,点击Value标签页,将5改为12,然后单击确定按钮,即将电源值修改为12V。
修改元器件的值要注意的是,只有虚拟器件修改才有效。
其次,我们放置电阻R1。
这里我们采用的是虚拟电阻器,操作如附图E2.5所示,选择虚拟电阻,然后放置到电路设计窗口中合适位置,并调整元器件的方向等。
虚拟电阻的默认阻值是1kΩ,而需要的阻值是285kΩ,像修改电源的电压值一样,可双击电阻,在弹出的BASIC_VIRTUAL对话框中,选择Value标签页,修改电阻阻值为所需的285kΩ。
双击弹出的修改电阻阻值的对话框如附图E2.6所示。
附图E2.1中的电阻R1、R2可按上述步骤处理。
再次,放置双极型晶体管。
操作如附图E2.7所示,从左到右单击黑框所示图形,可选择BJT_NPN_VIRTUAL(虚拟双极型晶体管NPN型)器件,并放置到电路设计窗口中的合适位置。
本例中NPN晶体管无需修改其参数值。
再次,放置电压型信号源V1,按前述选择元器件的操作步骤,打开Selectacomponent对话框,在Family中选择SIGNAL_VOLTAGE_SOURCE,则在component栏出现AC_VOLTAGE和AM_VOLTAGE等器件,由于在本例基本放大电路中,V1是交流小信号电压源,故可选择AC_VOLTAGE,并将之放置到电路设计窗口中的适当位置。
然后双击该元件,显示它的属性对话框,修改其幅值、频率、初相位等属性参数。
AC电压源的属性窗口如附图E2.8所示。
再次,放置电解电容。
打开Selectacomponent对话框后,在Group中选择Basic,然后在Family中点击选CAP_ELECTROLITIC,在Component中输入10,如附图E2.9所示,然后双击10uF_POL,则将所选择的10uF电解电容选中并放入了电路设计窗口中。
在电容的放置中,涉及器件的旋转问题。
其方法有三种,一个是鼠标右键单击器件,在弹出的快捷菜单中进行选择,如附图E2.10所示。
其中FlipHorizontal(其键盘操作方式为Alt+x)为水平翻转,FlipVertical(Alt+y)为垂直翻转,90Clockwise(Ctrl+R)为顺时针旋转900,90CounterCW(shift+Ctrl+R)为逆时针旋转900。
第二个方法是鼠标左键单击选中器件,然后用键盘输入Alt+X或按前述括号内键盘输入组合键。
第三个方法是鼠标左键单击选中器件,然后点击菜单Edit下的FlipHorizontal等项。
最后,放置“地”(GROUND),选择元器件对话框如附图E2.11所示。
放置完元器件并设置好属性后,如附图E2.12所示。
E2.1.3连接电路
在MultisimV10中,连接电路元器件的操作非常简单。
其操作如下:
将鼠标指向要连接的元器件的一端,则鼠标指针变成带十字的小黑点,鼠标左键单击要连接元器件端点,然后移动鼠标到目标元器件端点上,再次单击鼠标左键,则自动连接上两个元器件之间的导线。
需要注意的是导线之间的连接当是T型交叉时,系统自动添加节点,而是十字交叉时需手工添加节点。
手工添加节点的方法是:
单击Place\Junction(或Ctrl+J)启动放置节点命令,然后将鼠标移动到需要放置节点的位置,再单击鼠标左键放置节点。
连接好的电路如附图E2.1所示(由于连接电路的顺序可能与本书不同,故节点的序号也可能不同。
)
E2.1.4保存所设计的文件
单击File\Save命令(或系统工具栏图标
),即可保存所设计的工作到指定文件夹。
保存文件的操作与其它Windows软件并无什么不同。
E2.2元器件库简介
MultisimV10的元器件库
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