电子技术实验（我带学生手把手做电子实验）

大家好，我是老耿，高职青椒一枚，一直从事单片机、嵌入式、物联网等课程的教学。对于高职的学生层次，同行应该都懂的，老师在课堂上教学几乎是没什么成就感的。正是如此，才有了借助头条平台寻求认同感和成就感的想法。

这个系列是本人讲授《电工电子技术》这门课自编的一套实验教程，花了很多心思，应该跟市面上大多数电子实验教程不一样。在未出版之前，准备陆续把本系列教程分享出来，如果您是一名电子爱好者或是一名同行，欢迎点赞 关注，也希望本教程能为更多在校学生提供指引，大家的支持是本人持续输出的动力，多谢多谢！#我要上微# #电子技术# #单片机#

一、引言

本人所在的电子实验室概貌

上图是本人所在电子实验室的概貌，每个工位上都配备了常用的仪器，如直流电源、交流电源、示波器、函数信号发生器、万用表等。本教程旨在帮助你初步认识这些常用仪器，这是一个“电子人”的基本功。

需要声明的是，这里介绍的这些仪器的品牌和型号，肯定与你所在实验室使用的不同。因此，不可能涵盖仪器之间的所有差异，但同类仪器的一般特征和基本操作是相通的，这是希望你通过本教程了解的。至于你使用的仪器的功能细节，请参阅配套说明书。除此之外，你还需要了解实验室的安全操作规程。

二、电源

大多数电子电路需要一个稳定的直流电源（包括电压源和电流源两种）才能正常工作，这样的装置以直流稳压电源比较常见，它将输入电源（通常是交流电源）转换成直流电源来实现，以提供恒定电压和持续能量使电子电路工作。

• 实验室配备的直流稳压电源

电源必须为给定的电路提供适当的直流电压，因为一些集成电路的工作电压要求是一个非常小的范围内。在将电源连接到测试电路之前，必须将电压设置到适当的水平。

实验室工位上的电源可能有不止一个输出，通常会有明确的字样标识或者内置的仪表来帮助你设置电压。有些电源有同时监测电压和电流的仪表，同一面板上可能有多个量程或多种输出规格，如下图（a）所示的是本人所在实验室工位上的电源，交直流各种规格很全。有的实验室可能由于经费的原因，没有配备这种规格的电源，但至少会提供类似下图（b）所示的可移动的直流电源。无论使用的是何种型号，在本教程实验中，都采用下图（c）的示意图形。

稳压电源实物和示意

• 配备的线缆

重要的是，实验时要用配套线缆把电源输出端子连接好，如果不小心把输出短路了，这些线缆就要承载很大的负载电流。下图所示的是电源配套的线缆。

稳压电源配套的线缆

三、万用表

万用表，是一种多用途电子测量仪器，主要用于物理、电气、电子等测量领域，一般包含电流表（安培计）、电压表（伏特计）、电阻表（欧姆计）等功能。万用表按显示方式分为数字式和指针式（模拟式）两种，数字式万用表按量程又分手动量程和自动量程，这几种万用表如下图所示。

本人实验室使用的万用表

1. 数字式与指针式万用表的简单对比

数字表将被测量表示为数字，避免了像模拟仪器上所要求的那样对刻度进行换算。虽然在大多数实验室中，数字表已经基本取代了指针表，但指针表也自己的优点：它不太容易受到干扰，具有更高的频率响应等。

2. 万用表的功能选择

由于万用表是一种多用途仪器，因此在测量前必须通过控件选择所需的功能。此外，电流测量比较特殊，通常需要一组单独的引线连接到表上，如标有“A”或“mA”字样的插孔是用来测量电流的。

选定功能之后，还需要选择适当的量程来进行测量，所以我们看到表盘上同一种功能有多个量程档位（自动量程的除外）。对于手动量程的万用表，当无法估计待测电压或电流大小时，总是从大量程开始测量，以避免仪表过载可能造成的损坏。然后根据实际将量程调小，以提高精度。为了延长量程开关的寿命，请在探头与电路断开的情况下改变量程。在指针表上，所选的量程尽量能让指针停留在刻度线的前半部分，提高读数的精度。

下图所示的是万用表配套的测量表笔，因为使用频繁，请务必配备一对质量好的表笔，使用时不要用力拉拽，接头处尽量减少弯折。

数字式万用表的测量表笔

3. 注意红黑表笔的极性

数字式万用表既能测直流电压，也能测交流电压。测量直流电压实际上测的是红、黑两支表笔的电位差。如果红表笔的电位高于黑表笔，万用表上的读数为正；反之读数则是负的。然而，指针式万用表可没有这个特性，必须确保红正黑负，否则指针将试图反向移动，可能会损坏仪表。

4. 测量交流电压须知

交流电压功能用于测量低频正弦波。仪表上的读数经过校准，读取的是正弦波的均方根值（也称有效值）。频率是波形每秒的周期数，单位为赫兹（Hz）。无论是数字表还是指针表，测量交流电都有特定的频率范围（查阅说明书知悉）。如果你试图测量指定频率范围之外的波形，读数则不准确。典型的数字表在45Hz以下或1kHz以上的交流测量是不准的，但这个范围已经可以更好的覆盖常用的交流频率了。对于指针表，则可以测量100kHz范围内的交流波形。

5. 测量电阻须知

使用万用表欧姆计测量电阻，只用于不通电的电路。欧姆计的工作原理是在电路中嵌入一个小的测试电压，然后测量产生的电流，最后通过欧姆定律换算出阻值。因此，如果电路中有电压存在，读数就会有误差。欧姆计显示的是两表笔之间所有可能路径的电阻，如果你只是测量某个元件的电阻，必须将该元件与电路的其他部分隔离开来。此外，如果测量时手指接触了表笔的探针，人体的电阻会影响读数。这是应该避免的，特别是在测量高电阻的情况下。

四、函数信号发生器

函数信号发生器用于产生正弦波、方波和三角波，也可用于测试数字逻辑电路的脉冲输出。下图是本人使用的函数发生器和本教程所用的示意图。函数发生器通常有几个必要的控件，用来选择各种波形，以及调整幅度、频率和直流偏置电平。

本人使用的函数信号发生器（固纬电子SFG-2010型）

本教程所用的函数发生器示意图

• 幅度调节控件

波形的峰峰值电压由AMPLITUDE控件调节，直流偏置电平由标由DC OFFSET的控件调节，它能在交流波形上叠加或减去一个直流分量（一些函数发生器在直流电平功能上有一个禁用开关）。波形的幅度和直流偏置控制通常没有校准，所以送进电路前需要配合用示波器或万用表进行验证。

• 频率调节控件

频率的确定由范围选择开关和微调控件的组合来完成。首先，通过十进制频率开关或按钮选择频率范围，几十、几百、几（十）千还是上兆赫兹；然后，再通过微调旋钮调整在该范围内所需的精确频率。

• 函数发生器的内阻和信号线

当函数发生器与电路连接时，其输出电平将低于开路电压。根据不同的条件，当把它连接到电路后，你通常需要重新调整信号至你需要的幅度。这是因为函数发生器存在一个无法消除的内阻，它与信号源串联，将影响被测电路。本系列教程会按安排实验间接地测量这个电阻，常见的内阻为50Ω和600Ω。下图所示的是函数发生器配套信号线（BNC转鳄鱼夹线缆）。

函数发生器的信号线

价格较高的仪器将增加一些功能，如触发器或同步输出，用于同步示波器、调制、增加频率范围、固定衰减器输出，等等。如果你想得到一个幅度很小的信号（如放大器相关实验所需的输入信号），就可以借助固定衰减功能。一些函数发生器还具有对称或占空比控制，允许你控制方波脉冲的宽度。有关函数发生器控件的详细信息，请参阅配套说明书。

五、示波器

示波器是最通用的测量仪器，它能让你“看到”电路中电压随时间变化的曲线图。许多电路有特定的时序要求或相位关系，可以很容易地用双通道示波器测量。待测电压通过阴极射线管（CRT）转换成可视显示，CRT是一种类似于电视显像管的真空装置。

以下三张图是本人使用的双通道示波器、本教程所使用的示意图，以及配套的信号线。示波器的功能控件比较多，详细功能需要参考说明书。对于一些常用功能，后续会通过几个实验来掌握。因此，这里就不再展开介绍了。

本人使用的示波器（固纬电子GOS-620型）

本教程所用的示波器示意图

示波器的信号线

六、面包板

万用实验电路板俗称面包板（breadboard），是一种最常用的电子实验工具，它和平时吃的面包绝对没有任何关系，而是元器件实现电气连接的载体。面包板通常由白色塑料制成，有穿孔和大量的金属夹子来插入电线和元件，穿孔之间的间距通常为0.1英寸（0.25厘米），这与双列直插芯片引脚的间距一致。

面包板上插装元器件

• 面包板的意义

我们当然可以使用Multisim或Circuit Wizard等工具来对电路进行仿真，观察电路的功能。但是，学习电路的最终目的不是为了仿真，而是为了把电路制作出来，让真实的元器件工作。所以，需要把电路所需的器件弄回来，把它们插到一块面包板上（体积较大的器件如电池等不一定插上去），然后用导线和面包板自身的连接特性实现元器件之间的电气连接，如果元器件质量没有问题且连接正确，接通电源就能够观察电路的工作情况了。

• 面包板的规格

不同规格和尺寸的面包板

上图（a）所示的是一种常用的面包板（175mm×53mm×10mm），如果要实验的元器件非常多，一块面包板插不完，可以使用多块面板并把它们拼装在一起（如上图（c）所示）。而如果电路非常简单，也可以使用上图（b）所示的小面包板，它的宽度只有一般面包板的一半。

• 面包板的结构

面包板结构示意

面包板的表面有规则排列的供插装元器件的插孔，在面包板中间有一条中心分隔槽把它分隔成上、下两个部分。如果有双列直插式的芯片，就把它跨在这条槽上一排引脚插在上半部分插孔中，另一排管脚插在下半部分插孔中。面包板上的插孔不是独立的，而是具有一定电气连接：在中心分隔槽上、下两部分，每一列上半部分的5个插孔之间是导通的，每一列下半部分的5个插孔之间也是导通的，而上、下部分插孔之间不导通。另外，在面包板上、下边缘还各有两排用于接电源正极和负极的排孔，每一排的插孔都是互相导通的。有的面包板电源排孔分成左、右两个部分，每个部分内部的排孔导通。

• 面包板上的元器件

面包板上插装元器件

面包板上的插孔可以夹住元器件的金属管脚，只要轻轻的把元器件的管脚推入插孔中即可。面包板的连接非常灵活，如图所示的电阻5，一支管脚插在电源正极排孔上，另一支管脚插在下半部分的插孔中，在该插孔上方既连接了按键1的一个管脚，又用一根导线跨接到另一列插孔中，而芯片2的某一个管脚插于同列插孔中，这样就实现了彼此的电气连接。

• 面包板上的连线

面包板专用跳线

长度不一的面包板硬芯导线

插面包板的导线可以使用面包板专用跳线，这种跳线有不同长度和不同颜色。跳线两头是类似元器件管脚的金属针，具有一定的硬度，所以能很容易的插到面包板的插孔中。跳线的使用非常方便，在需要进行电气连接的地方用它跨接就可以了。如果没有这种跳线，也可以使用单股的硬芯导线实现连接，只不过需要用剥线钳去掉导线的绝缘皮后，把露出来的导线芯插到插孔中。

不论是使用面包板跳线或导线，都要养成使用不同颜色跳（导）线来连接不同电路节点的良好习惯，比如红色一般用来连接电源正极，黑色则用来连接电源负极。这样可以在电路调试或排除故障时快速定位。本书中的实验均需要用到面包板，熟练使用它进行电路实验，可以使电路的验证和调试更有效率。

七、第一次分析和搭建电路

了解面包板之后，现在可以开始制作第一个简单电路——LED发光电路。很多电子设备和电器都有指示灯，这些指示灯就是LED（发光二极管）。我们的第一个电路就从最简单的LED发光电路开始。需要说明的是，目前我们还没有着手对各类元件的电气特性和工作原理进行介绍，所以这里的电路分析暂时看不懂不要紧，知道个大概即可，等学了相关知识再回来看一下就明白了。

• 电路原理图

LED发光电路原理图

该电路原理图如0-16所示，电源、LED和电阻串联在一起。电源为 3V的直流电，这用两节干电池串联即可实现；LED使用的是直径为5mm的红色LED，正常工作稳压值为2V，阳极接电源，阴极与电阻R相连；R为限流电阻，阻值为1kΩ，在LED安全工作电流范围内R越大，亮度越低。

• 面包板电路连接

利用面包板连接LED发光电路

因元件数量少，可以找一块小面包板进行连接，电池可以放在面包板外，通过导线与面包板连接，LED和电阻则插到面包板孔中，通过面包板自身连接特性和导线完成电路连接。

• 测试电路

完成电路连接后，进入电路调试阶段。这里因为电路很简单，也不存在调试一说，其实就是接通电池盒上的开关，LED就亮起来了。如果想调节LED的亮度，再在该电路中串联一个1kΩ的电位器，转动电位器旋钮即可调节亮度了。

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（本次教程完）

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