介电常数测试仪的设计与制作实验报告

实验题目: 简易介电常数测试仪的设计与制作

实验目的: 了解多种测量介电常数的方法及其特点和适用范围，掌握替代法，

比较法和谐振法测固体电介质介电常数的原理和方法，用自己设计与制作的介电常数测试仪，测量压电陶瓷的介电常数。

实验原理:

介电体（又称电介质）最基本的物理性质是它的介电性，对介电性的研究不但在电介质材料的应用上具有重要意义，而且也是了解电介质的分子结构和激化机理的重要分析手段之一，探索高介电常数的电介质材料，对电子工业元器件的小型化有着重要的意义。介电常数（又称电容率）是反映材料特性的重要参量，电介质极化能力越强，其介电常数就越大。测量介电常数的方法很多，常用的有比较法，替代法，电桥法，谐振法，Q 表法，直流测量法和微波测量法等。各种方法各有特点和适用范围，因而要根据材料的性能，样品的形状和尺寸大小及所需测量的频率范围等选择适当的测量方法。

介质材料的介电常数一般采用相对介电常数r ε来表示，通常采用测量样品的电容量，经过计算求出r ε，它们满足如下关系： S

Cd

r 00εεεε==

式中ε为绝对介电常数，0ε为真空介电常数，m F /10

85.812

0-?=ε，S 为

样品的有效面积，d 为样品的厚度，C 为被测样品的电容量，通常取频率为kHz 1时的电容量C 。 一、替代法

替代法电路图如下所示，将待测电容X C （图中X R 是待测电容的介电损耗电

阻），限流电阻0R (取Ωk 1)、安培计与信号源组成一简单串联电路。合上开关1K ，调节信号源的频率和电压及限流电阻0R ，使安培计的读数在毫安范围恒定（并保持仪器最高的有效位数），记录读数X I 。将开关2K 打到B 点，让标准电容箱S C 和交流电阻箱S R 替代X C ,调节S C 和S R 值，使S I 接近X I 。多次变换开关2K 的位置(A , B 位)，反复调节S C 和S R ，使X S I I =。假定X C 上的介电损耗电阻X R 与标准电容箱的介电损耗电阻S R 相接近（S X R R ≈），则有S X C C =。

二、比较法

比较法的电路图如下所示，假定S C 上的S R 与X R 接近（S X R R ≈），则测量X C 和S C 上的电压比

X

S

V V 即可求得X C ： X

S

S X V V C C ?=（此时X V 可以不等于S V ）

三、谐振法

谐振法测量电容的原理图如下，由已知电感L （取H 1），电阻R （取Ωk 1）和待测电容X C 组成振荡电路，改变信号源频率使RLC 回路谐振，伏特计上指示最大，则电容可由下式求出： L

f

C X 2

241

π=

式中f 为频率，L 为已知电感，X C 为待测电容。

谐振替代法电路如图所示，将电感器的一端与待测电容X C 串联，调节频率f 使电路达到谐振，此时电容上的电压达到极大值，固定频率0f ，用标准电容箱S C 代替X C ，调节S C 使电路达到谐振，电容上的电压再次达到极大值，此时

S X C C =。

四、电桥法

对于有损耗的电容器，在其固有电感可以忽略不计的条件下，可用串联等效电路或并联等效电路来表示，如图所示。有损耗的电容器的介质损耗在串联等效电路中为CR ωδ=tan ；在并联等效电路中为CR

ωδ1

tan =

，故只要测量出待测样品的电容量和等效电阻R ，便可测量出样品的介电常数εr 和介电损耗tan δ的数

值。

电桥的种类很多，主要有臂比电桥、臂乘电桥、变压器比臂电桥、差动电桥等，现仅举单边变压器比例臂电桥为例，参考电路如图2.2.6-6所示。甸桥平衡时，平衡指使器为0，流过绕组N 1，N 2，及被测阻抗Z x 和标准阻抗Z s 的电流都相等，绕组N 1上的感应电动势E 1必会与被测阻抗Z x 上的压降平衡，同样绕组N 2上的感应电动势E 2必会与标准阻抗Z s 上的压降平衡，故有

因

2

1

21N N E E =

故 2

1N N Z Z S

X =

设Z x 等效为R x 和C x 的串联电路，则有

)1

(121S

S x X C j R N N C j R ωω+=+

令等式两边实部和虚部分别相等，则有

S X C N N C 2

1

=

S X R N N R 2

1

=

X X S S C R C R ωωδ==tan

实验仪器：

信号源一台，多用表一块，电容箱一个，交流电阻箱一个，压电陶瓷一个，电感器一个，导线若干，黄铜片二片，泡沫塑料一块。

实验内容：

1.据所给仪器、元件和用具、采用替代法易的介电常数测试仪，测量压电陶瓷的介电常数εr 。

2.用比较法设计一台简易的介电常数测试仪，测量压电陶瓷的介电常数εr 。

3.用谐振法和谐振替代法设计一台简易的介电常数测试仪，测量压电陶瓷的介电常数εr 。谐振替代法，每个直接测量量各测6次，并做误差分析

数据处理:

压电陶瓷:

mm D 784.24= mm U 063.095.0= mm H 272.0= mm U 043.095.0= 1.替代法:

mA I x 6050.1=,s s C F C ==μ0381.0

∴()m F S Cd r /104285.2210784.2414.31085.810272.0100381.032

3123

60?=÷???????==----εε 2.比较法:

V V x 508.3=, V V s 3573= ,F C s μ0400.0=

∴F V V C C X S S X

μ0501.0508

.357

.30400.0=?=?=

∴()m F S Cd r /101934.3210784.2414.31085.810272.0100501.032312360?=÷???????==----εε 3.谐振法:

V V 970.3max =,Hz f 28.748=

∴F L f C x

μπ0453.01

28.74814.341

412222=???==

∴()m F S Cd r /108874.2210784.2414.31085.810272.0100453.03

2312360?=÷???????==----εε 4.谐振替代法:

∴F C X

μ043817.0=

∴()m F S Cd r /107292.2210784.2414.31085.810272.010043817.03

2

312360?=÷???????==

----εε ∵测量精度与电感L 和信号源频率f 的测量精度无关，只取决于标准电容箱C s

的精度,而该电阻箱准确度为

%

50001.010%2001.010%65.001.010%5.01.010±?±?±?±?F F F F μμμμ ∴F μ5109%50001.0%2001.0%65.001.0-?=?+?+?=?仪 ∴

F

C u t U A p μ42

52

42

2

68

.0103318.1)3

109()10169.111.1()(---?=?+??=?+=（）仪

F U U μ468.095.0106636.22-?==

∵2

0204)

2

(D CH

D CH r πεπεε=

=

∴

1582868

.0)784.24063.0(4)272.0043.0()043817.0106636.2()(4)()(2

224222=++?=++=-D U H U C U U D H X C r

εε

∴231032.4107292.21582868.0?=??=εU

∴m F r

/10)4.07.2(3?±=ε

实验分析：

1.当实验室无专用测量电容的仪器，但有标准可变电容箱或标准可变电容器时，可采用替代法设计一简易的电容测试仪来测量电容。这种方法的优点是对仪器的要求不高，由于引线参数可以抵消，故测量精度只取决于标准可变电容箱或标准可变电容器读数的精度。若待测电容与标准可变电容的损耗相差不大，则该方法具有较高的测量精度。

2.当X C 较小时，用替代法测量，标准可变电容箱的有效位数损失太大，可采用比较法。此时电路引入的参量少，测量精度与标准电容箱的精度密切相关，考虑到S C 和S R 均是十进制旋钮调节，故无法真正调到X S V V =，所以用比较法只能部分修正电压差带来的误差。

3.使用谐振替代法测量时,若X C 较小，线圈和引线的分布电容，伏特计的输入电容等都对测量结构有影响，信号源频率的波动和读数精度都将对测量结果有很大的影响，若不采取其他措施，将导致式L

f

C X 2

241

π=计算的电容产生很

大误差，而且X C 越小，测量误差越大。

4.谐振替代法的特点是电路简单、测量方便、测量精度与电感L 和信号源频率f 的测量精度无关，只取决于标准电容箱S C 的精度，在保证线路状态不变的情况

下，可消除分布电容和杂散电容的影响。

综上所述,当所需精度不高,并且实验条件有限的情况下,用替代法测量,而当

C较

X 小,对测量的精度要求就比较高,此时替代法和比较法,误差都较大,相对而言谐振法和谐振替代法的精确度更高.

模电实验报告

模拟电子技术 实验报告 实验题目：放大电路的失真研究 学院：电子信息工程学院 专业： 姓名： 学号： 指导教师： 【2017年】

目录 一、实验目的与知识背景 (3) 1.1实验目的 (3) 1.2知识背景 (3) 二、实验内容及要求 (3) 2.1基本要求 (3) 2.2发挥部分 (4) 三、实验方案比较及论证 (5) 3.1理论分析电路的失真产生及消除 (5) 3.2具体电路设计及仿真 (8) 四、电路制作及测试 (12) 4.1正常放大、截止失真、饱和失真及双向失真 (12) 4.2交越失真 (13) 4.3非对称失真 (13) 五、失真研究思考题 (13) 六、感想与体会 (16) 6.1小组分工 (16) 6.2收获与体会 (16) 6.3对课程的建议 (17) 七、参考文献 (17)

一、实验目的与知识背景 1.1实验目的 1. 掌握失真放大电路的设计和解决电路的失真问题——针对工程问题，收集信息、查阅文献、分析现有技术的特点与局限性。提高系统地构思问题和解决问题的能力。 2. 掌握消除放大电路各种失真技术——依据解决方案，实现系统或模块，在设计实现环节上体现创造性。系统地归纳模拟电子技术中失真现象。 3. 具备通过现象分析电路结构特点——对设计系统进行功能和性能测试，进行必要的方案改进，提高改善电路的能力。 1.2知识背景 1.输出波形失真可发生在基本放大、功率放大和负反馈放大等放大电路中，输出波形失真有截止失真、饱和失真、双向失真、交越失真，以及输出产生的谐波失真和不对称失真等。 2.基本放大电路的研究、乙类功率放大器、负反馈消除不对称失真以及集成运放的研究与应用。 3.射极偏置电路、乙类、甲乙类功率放大电路和负反馈电路。 二、实验内容及要求 2.1基本要求 1.输入一标准正弦波，频率2kHz，幅度50mV，输出正弦波频率2kHz，幅度1V。

模电仿真实验 共射极单管放大器

仿真实验报告册 仿真实验课程名称：模拟电子技术实验仿真仿真实验项目名称：共射极单管放大器 仿真类型（填■）：（基础■、综合□、设计□） 院系：专业班级： 姓名：学号： 指导老师：完成时间： 成绩：

一、实验目的 （1）掌握放大器静态工作点的调试方法，熟悉静态工作点对放大器性能的影响。 （2）掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。 （3）熟悉低频电子线路实验设备，进一步掌握常用电子仪器的使用方法。 二、实验设备及材料 函数信号发生器、双踪示波器、交流毫伏表、万用表、直流稳压电源、实验电路板。 三、实验原理 电阻分压式共射极单管放大器电路如图所示。它的偏置电路采用（R W +R 1）和R 2组成的分压电路，发射极接有电阻R 4（R E ），稳定放大器的静态工作点。在放大器的输入端加入输入微小的正弦信号U i ，经过放大在输出端即有与U i 相位相反，幅值被放大了的输出信号U o ，从而实现了电压放大。 在图电路中，当流过偏置电阻R 1和R 2的电流远大于晶体管T 的基极电流I B 时（一般5~10倍），则它的静态工作点可用下式进行估算（其中U CC 为电源电压）： CC 21W 2 BQ ≈ U R R R R U ++ （3-2-1） C 4 BE B EQ ≈I R U U I -= （3-2-2） )(43C CC CEQ R R I U U +=- （3-2-3） 电压放大倍数 be L 3u ||=r R R β A - （3-2-4） 输入电阻 be 21W i ||||)(r R R R R += （3-2-5） 图 共射极单管放大器

数字电子钟课程设计实验报告

中北大学 信息与通信工程学院 通信工程专业 《电子线路及系统》课程设计任务书2016/2017 学年第一学期 学生姓名：张涛学号： 李子鹏学号： 课程设计题目：数字电子钟的设计 起迄日期：2017年1月4日～2017年7月10日 课程设计地点：科学楼 指导教师：姚爱琴 2017年月日 课程设计任务书

中北大学 信息与通信工程学院 通信工程专业 《电子线路及系统》课程设计开题报告2016/2017 学年第一学期 题目：数字电子钟的设计 学生姓名：张涛学号： 李子鹏学号：

指导教师：姚爱琴 2017 年 1 月 6 日 中北大学 信息与通信工程学院 通信工程专业 《电子线路及系统》课程设计说明书2016/2017 学年第二学期 题目：数字电子钟的设计 学生姓名：张涛学号： 李子鹏学号： 指导教师：姚爱琴 2017 年月日

目录 1 引言 (6) 2 数字电子钟设计方案 (6) 2.1 数字计时器的设计思想 (6) 2.2数字电路设计及元器件参数选择 (6) 2.2.2 时、分、秒计数器 (7) 2.2.3 计数显示电路 (8) 2.2.5 整点报时电路 (10) 2.2.6 总体电路 (10) 2.3 安装与调试 (11) 2.3.1 数字电子钟PCB图 (11) 3 设计单元原理说明 (11) 3.1 555定时器原理 (12) 3.2 计数器原理 (12) 3.3 译码和数码显示电路原理 (12) 3.4 校时电路原理 (12) 4 心得与体会 (12) 1 引言 数字钟是一种用数字电子技术实现时，分，秒计时的装置，具有较高的准确性和直观性等各方面的优势，而得到广泛的应用。此次设计数字电子钟是为了了解数字钟的原理，在设计数字电子钟的过程中，用数字电子技术的理论和制作实践相结合，进一步加深数字电子技术课程知识的理解和应用，同时学会使用Multisim电子设计软件。 2数字电子钟设计方案 2.1 数字计时器的设计思想 要想构成数字钟，首先应选择一个脉冲源——能自动地产生稳定的标准时间脉冲信号。而脉冲源产生的脉冲信号地频率较高，因此，需要进行分频，使得高频脉冲信号变成适合于计时的低频脉冲信号，即“秒脉冲信号”（频率为1Hz）。经过分频器输出的秒脉冲信号到计数器中进行计数。由于计时的规律是：60秒=1分，60分=1小时，24小时=1天，就需要分别设计60进制，24进制计数器，并发出驱动信号。各计数器输出信号经译码器、驱动器到数字显示器，是“时”、“分”、“秒”得以数字显示出来。 值得注意的是：任何记时装置都有误差，因此应考虑校准时间电路。校时电路一般

传感器实验报告 (2)

传感器实验报告（二） 自动化1204班蔡华轩 U201113712 吴昊 U201214545 实验七： 一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。 二、基本原理：利用平板电容C=εA/d 和其它结构的关系式通过相应的结 构和测量电路可以选择ε、A、d 中三个参数中，保持二个参数不变，而 只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度(ε变)测微小位移(变d)和测量液位(变A)等多种电容传感器。 三、需用器件与单元：电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏 检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源。 四、实验步骤： 1、按图6-4 安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上。 2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图7-1。图 7-1 电容传感器位移实验接线图 3、将电容传感器实验模板的输出端V01 与数显表单元Vi 相接(插入主控 箱Vi 孔)，Rw 调节到中间位置。 4、接入±15V 电源，旋动测微头推进电容传感器动极板位置，每间隔0.2mm 图（7-1） 五、思考题： 试设计利用ε的变化测谷物湿度的传感器原理及结构，并叙述一 下在此设计中应考虑哪些因素？ 答：原理：通过湿度对介电常数的影响从而影响电容的大小通过电压表现出来，建立起电压变化与湿度的关系从而起到湿度传感器的作用；结构：与电容传感器的结构答大体相同不同之处在于电容面板的面积应适当增大使测量灵敏度更好；设计时应考虑的因素还应包括测量误差，温度对测量的影响等

六：实验数据处理 由excle处理后得图线可知：系统灵敏度S=58.179 非线性误差δf=21.053/353=6.1% 实验八直流激励时霍尔式传感器位移特性实验 一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。 二、基本原理：霍尔式传感器是一种磁敏传感器，基于霍尔效应原理工作。 它将被测量的磁场变化（或以磁场为媒体）转换成电动势输出。 根据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，当霍尔元件处在梯度磁场中 运动时，它就可以进行位移测量。图8-1 霍尔效应原理 三、需用器件与单元：霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源±4V、± 15Ｖ、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、将霍尔传感器按图8-2 安装。霍尔传感器与实验模板的连接 按图8-3 进行。1、3 为电源±4Ｖ，2、4 为输出。图8-2 霍尔 传感器安装示意图 2、开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置再调节RW2 使数显表指示为零。

模电实验报告答案1汇总

简要说明：本实验所有内容是经过^一年的使用并完善后的定稿；已经出版的较为成熟的内容，希望同学们主要参考本实验内容进行实验。 实验一常用电子仪器使用 为了正确地观察电子技术实验现象、测量实验数据，实验人员就必须学会常用电子仪器及设备的正确使用方法，掌握基本的电子测试技术，这也是电子技术实验课的重要任务之一。在电子技术实验中，所使用的主要电子仪器有：SS-7804型双踪示波器，EE-1641D函数信号发生器，直流稳压电源，DT89C型数字万用表和电子技术实验学习机。学习上述仪器的使用方法是本实验的主要内容，其中示波器的使用较难掌握，是我们学习的重点，要进行反复的操作练习，达到熟练掌握的目的。 一、实验目的 1. 学习双踪示波器、函数信号发生器、直流稳压电源的正 确使用方法。 2. 学习数字万用表的使用方法及用数字万用表测量元器 件、辩别二极管和三极管的管脚、类型。 3. 熟悉实验装置，学会识别装置上各种类型的元件。 二、实验内容

（一）、示波器的使用 1. 示波器的认识 示波器是一种测量、观察、记录电压信号的仪器，广泛应用于电子技术等领域。随着电子技术及数字处理技术的发展，示波器测量技术日趋完善。示波器主要可分为模拟示波器和数字存贮示波器两大种类。 模拟示波器又可分为：通用示波器、取样示波器、光电存储示波器、电视示波器、特种示波器等。数字存贮示波器也可按功能分类。 即便如此，它们各有各的优点。模拟示波器的优点是： ?可方便的观察未知波形，特别是周期性电压波形； ?显示速度快； ?无混叠效应； ?投资价格较低廉。 数字示波器的优点是： ?捕捉单次信号的能力强； ?具有很强的存储被测信号的功能。 示波器的主要技术指标： ①. 带宽：带宽是衡量示波器垂直系统的幅频特性，它 指的是输入信号的幅值不变而频率变化，使其显示波形的幅度 下降到3dB时对应的频率值。 ②. 输入信号范围： ③. 输入阻抗： ④. 误差： ⑤. 垂直灵敏度：指垂直输入系统的每格所显示的电压

模电仿真实验报告。

模拟电路仿真实验报告 张斌杰生物医学工程141班 MUltiSim软件使用 一、实验目的 1、掌握MUltiSim软件的基本操作和分析方法。 二、实验内容 1、场效应管放大电路设计与仿真 2、仪器放大器设计与仿真 3、逻辑电平信号检测电路设计与仿真 4、三极管Beta值分选电路设计与仿真 5、宽带放大电路设计与仿真 三、MUItiSim软件介绍 MUItiSim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以WindOWS为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用MUItiSinl交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。MUltiSiIn提炼了SPICE 仿真的复杂内容,这样工程师无需懂得深入的SPlCE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过MUItiSiIn和，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到和测试这样一个完整的综合设计流程。 实验名称:

仪器放大器设计与仿真 二、实验目的 1、 掌握仪器放大器的设计方法 2、 理解仪器放大器对共模信号的抑制能力 3、 熟悉仪器放大器的调试功能 4、 掌握虚拟仪器库中关于测试模拟电路仪器的使用方法，如示波器，毫伏 表信 号发生器等虚拟仪器的使用 三、设计实验电路图： 四、测量实验结果: 出为差模放大为399mvo 五、实验心得： 应用MUIti S im 首先要准备好器件的PSPiCe 模型，这是最重要的，没有这个 东西免谈，当然SPiCe 高手除外。下面就可以利用MUItiSinl 的元件向导功 能制作 差模分别输入信号InW 第二条线与第三条线: 共模输入2mv 的的电压，输出为2mv 的电压。 第一条线输

数电课程设计-温度计实验报告(提交版)

一、设计项目名称 温度采集显示系统硬件与软件设计 二、设计内容及要求 1，根据设计要求，完成对单路温度进行测量，并用数码管显示当前温度值系统硬件设计，并用电子CAD软件绘制出原理图，编辑、绘制出PCB印制版。 要求： （1）原理图中元件电气图形符号符合国家标准； (2)整体布局合理，注标规范、明确、美观，不产生歧义。 (3)列出完整的元件清单(标号、型号及大小、封装形式、数量) (4) 图纸幅面为A4。 (4)布局、布线规范合理，满足电磁兼容性要求。 (5)在元件面的丝印层上，给出标号、型号或大小。所有注释信息（包括标号、型号及说明性文字）要规范、明确，不产生歧义。 2.编写并调试驱动程序。 功能要求： （1）温度范围0-100℃。 （2）温度分辨率±1℃。 （3）选择合适的温度传感器。 3.撰写设计报告。 提示：可借助“单片机实验电路板”实现或验证软件、硬件系统的可靠性。 温度传感器 摘要：温度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用之一，随着传感器在生产和生活中的更加广泛的应用，利用新型单总线式数字温度传感器 实现对温度的测试与控制得到更快的开发，随着时代的进步和发展，单 片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域。一种数字式温 度计以数字温度传感器DS18B20作感温元件，它以单总线的连接方式， 使电路大大的简化。传统的温度检测大多以热敏电阻为传感器，这类传 感器可靠性差，测量温度准确率低且电路复杂。因此，本温度计摆脱了 传统的温度测量方法，利用单片机STC89C52对传感器进行控制。这样

易于智能化控制。 关键词：数字测温；温度传感器DS18B20；单片机STC89C52； 一．概述 传感器从功能上可分为雷达传感器、电阻式传感器、电阻应变式传感器、压阻式传感器、热电阻传感器、温度传感器、光敏传感器、湿度传感器、生物传感器、位移传感器、压力传感器、超声波测距离传感器等，本文所研究的是温度传感器。 温度传感器是最早开发，应用最广泛的一类传感器。温度传感器是利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。这些呈现规律性变化的物理性质主要有半导体。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。 随着科学技术的发展，测温系统已经被广泛应用于社会生产、生活的各个领域，在工业、环境监测、医疗、家庭多方面均有应用。从而使得现代温度传感器的发展。微型化、集成化、数字化正成为发展的一个重要方向。 二．硬件设计 1.DS18B20 DS1820 单线数字温度计特性 ? 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯 ? 简单的多点分布应用 ? 无需外部器件 ? 可通过数据线供电 ? 零待机功耗 ? 测温范围-55~+125℃，以 0.5℃递增 ? 温度以 9 位数字量读出 ? 温度数字量转换时间 200ms （典型值） ? 用户可定义的非易失性温度报警设置 ? 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件 ? 应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统 DS1820温度传感器外观图（a ）和引脚图（b ） ①引脚1接地 ②引脚2数字信号输入/输出 ③引脚3接高电平5V 高电平

介电常数测试仪的设计与制作实验报告

实验题目: 简易介电常数测试仪的设计与制作 实验目的: 了解多种测量介电常数的方法及其特点和适用范围，掌握替代法， 比较法和谐振法测固体电介质介电常数的原理和方法，用自己设计与制作的介电常数测试仪，测量压电陶瓷的介电常数。 实验原理: 介电体（又称电介质）最基本的物理性质是它的介电性，对介电性的研究不但在电介质材料的应用上具有重要意义，而且也是了解电介质的分子结构和激化机理的重要分析手段之一，探索高介电常数的电介质材料，对电子工业元器件的小型化有着重要的意义。介电常数（又称电容率）是反映材料特性的重要参量，电介质极化能力越强，其介电常数就越大。测量介电常数的方法很多，常用的有比较法，替代法，电桥法，谐振法，Q 表法，直流测量法和微波测量法等。各种方法各有特点和适用范围，因而要根据材料的性能，样品的形状和尺寸大小及所需测量的频率范围等选择适当的测量方法。 介质材料的介电常数一般采用相对介电常数r ε来表示，通常采用测量样品的电容量，经过计算求出r ε，它们满足如下关系： S Cd r 00εεεε== 式中ε为绝对介电常数，0ε为真空介电常数，m F /10 85.812 0-?=ε，S 为 样品的有效面积，d 为样品的厚度，C 为被测样品的电容量，通常取频率为kHz 1时的电容量C 。 一、替代法 替代法电路图如下所示，将待测电容X C （图中X R 是待测电容的介电损耗电

阻），限流电阻0R (取Ωk 1)、安培计与信号源组成一简单串联电路。合上开关1K ，调节信号源的频率和电压及限流电阻0R ，使安培计的读数在毫安范围恒定（并保持仪器最高的有效位数），记录读数X I 。将开关2K 打到B 点，让标准电容箱S C 和交流电阻箱S R 替代X C ,调节S C 和S R 值，使S I 接近X I 。多次变换开关2K 的位置(A , B 位)，反复调节S C 和S R ，使X S I I =。假定X C 上的介电损耗电阻X R 与标准电容箱的介电损耗电阻S R 相接近（S X R R ≈），则有S X C C =。 二、比较法 比较法的电路图如下所示，假定S C 上的S R 与X R 接近（S X R R ≈），则测量X C 和S C 上的电压比 X S V V 即可求得X C ： X S S X V V C C ?=（此时X V 可以不等于S V ） 三、谐振法

模电实验报告

模拟电子电路课程设计报告书 题目名称：直流稳压电源 姓名：刘海东潘天德 班级：15电科2 学号：23 26 日期：2017.6.11

目录 绪论 (2) 一设计目的 (3) 二设计要求与指标 (3) 三理论分析 (4) 四器件选择及计算 (9) 五具体制作步骤 (12) 六测试方法 (13) 七问题及总结 (15) 八心得体会 (17) 绪论 直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的+/- 5v直流电，并实现电压可在8-15V连续可调。电源在生活中是非常常见的一种电器，任何电子电路都离不开电源，就像我们下学期即将学到的单片机一样，需要5V的直流电源，没有电源就不能进行正常的工作，如果用干电池进行供电，则有供电功率低，持续供电能力差，成本高等缺点。而交流电在产生、电能输送等方面具有独特的优点，发电站、各市电网中的电能传输都是以交流电的形式进行输送，如果我们对市电提供的电压进行降压整流等，把交流电转换成直流电，以获得我们所

需要的电压。 一设计目的 1.学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。 2．学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。 3．培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。 二设计要求与指标 2.1设计要求 （1）分析电路组成及工作原理； （2）单元电路设计计算； （3）采用分立元件电路； （4）画出完整电路图； （5）调试方法； （6）小结与讨论。 2.2设计指标 （1）输出电压：8~15V可调 （2）输出电流：I O=1A （3）输入电压：交流 220V+/-10%

介电常数的测量

《大学物理》实验报告 学院： 专业： 姓名： 学号： 实验题目：介电常数的测量 实验目的：1．掌握固体、液体电介质相对介电常数的测量原理及方法 2．学习减小系统误差的实验方法 3．学习用线性回归处理数据的方法。 实验原理:用两块平行放置的金属电极构成一个平行板电容器，其电容量为： D S C ε= D 为极板间距，S 为极板面积，ε即为介电常数。材料不同ε也不同。在真空中的介电常数为 0ε，m F /1085.8120-?=ε。 考察一种电介质的介电常数，通常是看相对介电常数，即与真空介电常数相比的比值r ε。 如能测出平行板电容器在真空里的电容量C 1及充满介质时的电容量C 2，则介质的相对介电常数即为 1 2 r C C ε= 然而C 1、C 2的值很小，此时电极的边界效应、测量用的引线等引起的分布电容已不可忽略，这些因素将会引起很大的误差，该误差属系统误差。本实验用电桥法和频率法分别测出固体和液体的相对介电常数，并消除实验中的系统误差。 1． 用电桥法测量固体电介质相对介电常数 将平行板电容器与数字式交流电桥相连接，测出空气中的电容C 1和放入固体电介质后的电容C 2。 1101C C C C 分边++= 222C C C C 分边串++= 其中C 0是电极间以空气为介质、样品的面积为S 而计算出的电容量： D S C 00ε= C 边为样品面积以外电极间的电容量和边界电容之和，C 分为测量引线及测量系统等引起的分

布电容之和，放入样品时，样品没有充满电极之间，样品面积比极板面积小，厚度也比极板的间距小，因此由样品面积内介质层和空气层组成串联电容而成C 串，根据电容串联公式有： (D-t) εt S εεt S εεt D S εt S ε εD-t S εC r r r r +=+-? =0 0000串 当两次测量中电极间距D 为一定值，系统状态保持不变，则有21C C 边边=、21C C 分分=。 得：012C C C C +-=串 最终得固体介质相对介电常数：t) (D C S εt C ε r --?= 串0串 该结果中不再包含分布电容和边缘电容，也就是说运用该实验方法消除了由分布电容和边缘效应引入的系统误差。 2． 线性回归法测真空介电常数0ε 上述测量装置在不考虑边界效应的情况下，系统的总电容为：分0 0C D S εC += 保持系统分布电容不变，改变电容器的极板间距D ，不同的D 值，对应测出两极板间充满空气时的电容量C 。与线性函数的标准式BX A Y +=对比可得：C Y =，分C A =， 00S B ε=，D 1 X = ，其中S 0为平行板电容极板面积。用最小二乘法进行线性回归，求得分布电容C 分和真空介电常数0ε（空εε≈0）。 3．用频率法测定液体电介质的相对介电常数 所用电极是两个容量不相等并组合在一起的空气电容，电极在空气中的电容量分别为C 01和C 02，通过一个开关与测试仪相连，可分别接入电路中。测试仪中的电感L 与电极电容和分布电容等构成LC 振荡回路。振荡频率为： LC 2π1 f =，或 22 2 241f k Lf C ==π 其中分C C C 0+=。测试仪中电感L 一定，即式中k 为常数，则频率仅随电容C 的变 化而变化。当电极在空气中时接入电容C 01，相应的振荡频率为f 01 ，得：2012 01f k C C =+分， 接入电容C 02，相应的振荡频率为f 02 ，得：202 2 02f k C C =+分

模电课程设计实验报告分析

模电课程设计实验报告 实验内容：一、设计并制作一个能输出+5V 电压的直流稳压电源，输入电压为直流9V。二、利用课程设计（一）制作的电源、电压比较器、电压跟随器设计，驱动三 极管，通过可调电阻，控制LED灯的点亮和熄灭。 实验要求：（1）设计出+5V 直流稳压电源的电路原理图； （2）在万用板上焊接组装给定的元器件并进行调试，输入电压没有极性之分， 输出电压+5V，并点亮电源指示灯（红色）； （3）设计一款电压比较器A，参考电压2.5V； （4）设计一款电压跟随器B，跟随电压比较器A 的电压； （5）驱动三极管，通过可调电阻，实现对LED（绿色）灯的控制； （6）完成课程设计报告的撰写。 实验原理： 一、制作稳定电压源 采用二极管、集成运放、电阻、稳压管、电容、二极管、LED发光二极管等元件器件。 输入电压为9V 的直流电源经桥式整流电路和滤波电路形成稳定的直流电源，稳压部分采用 串联型稳压电路。比例运算电路的输入电压为稳定电压；同时，为了扩大输出大电流，集 成运放输出端加晶体管，并保持射极输出形式，就构成了具有放大环节的串联型稳压电路。整体功能结构如图 直流9V 1、单相桥式整流电路 直流5V 为了将电压转换为单一方向的电压，通过整流电路实现。查阅资料可知单相整流电路有单相桥式整流电路（全波整流电路）。桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器次级电压的极性分别导通，将变压器次级电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。单相桥式整流电路，具有输出电压高，变压器利用率高、脉动系数小等优点。所以在电路中采用单相桥式整流电路。 2、滤波电路 整流电路滤波电路稳压电路

材料的介电常数和磁导率的测量

无机材料的介电常数及磁导率的测定 一、实验目的 1. 掌握无机材料介电常数及磁导率的测试原理及测试方法。 2. 学会使用Agilent4991A 射频阻抗分析仪的各种功能及操作方法。 3. 分析影响介电常数和磁导率的的因素。 二、实验原理 1.介电性能 介电材料（又称电介质）是一类具有电极化能力的功能材料，它是以正负电荷重心不重合的电极化方式来传递和储存电的作用。极化指在外加电场作用下，构成电介质材料的内部微观粒子，如原子，离子和分子这些微观粒子的正负电荷中心发生分离，并沿着外部电场的方向在一定的范围内做短距离移动，从而形成偶极子的过程。极化现象和频率密切相关，在特定的的频率范围主要有四种极化机制：电子极化 (electronic polarization ，1015Hz)，离子极化 (ionic polarization ，1012～1013Hz)，转向极化 (orientation polarization ，1011～1012Hz)和空间电荷极化 (space charge polarization ，103Hz)。这些极化的基本形式又分为位移极化和松弛极化，位移极化是弹性的，不需要消耗时间，也无能量消耗，如电子位移极化和离子位移极化。而松弛极化与质点的热运动密切相关，极化的建立需要消耗一定的时间，也通常伴随有能量的消耗，如电子松弛极化和离子松弛极化。 相对介电常数（ε），简称为介电常数，是表征电介质材料介电性能的最重要的基本参数，它反映了电介质材料在电场作用下的极化程度。ε的数值等于以该材料为介质所作的电容器的电容量与以真空为介质所作的同样形状的电容器的电容量之比值。表达式如下： A Cd C C ?==001εε （1） 式中C 为含有电介质材料的电容器的电容量；C 0为相同情况下真空电容器的电容量；A 为电极极板面积；d 为电极间距离；ε0为真空介电常数，等于8.85×10-12 F/m 。 另外一个表征材料的介电性能的重要参数是介电损耗，一般用损耗角的正切（tanδ）表示。它是指材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应

模电课设实验报告

河北科技大学 课程设计报告 学生姓名：xxx学号：120701103 专业班级：xxx 课程名称：模拟电子技术基础 学年学期：2 013 —2 014 学年第一学期指导教师：王彦朋蔡明伟 2 0 1 3 年12 月

课程设计成绩评定表

目录 一任务.................................................................................................................. - 1 - 二电路原理图...................................................................................................... - 1 - 三单元电路设计.................................................................................................. - 1 - 1.稳压电源单元电路设计............................................................................... - 1 - 2.正弦波单元电路设计................................................................................... - 2 - 3.方波单元电路设计....................................................................................... - 3 - （1）过零比较器及限幅电路.................................................................. - 3 - （2）反相比例运算放大电路.................................................................. - 4 - 4.三角波单元电路设计................................................................................... - 5 - 四元件明细表...................................................................................................... - 6 - 五安装与调试...................................................................................................... - 7 - 六收获体会.......................................................................................................... - 7 - 七附录.................................................................................................................. - 8 - 八参考文献.......................................................................................................... - 8 -

数电课程设计

一、数字电子钟 1.设计目得 (1)培养数字电路得设计能力。 (2)掌握数字电子钟得设计、组装与调试方法。 2.设计内容及要求 (1)设计一个数字电子钟电路。要求: ①按24小时制直接显示“时”、“分”、“秒”。 ②当电路发生走时误差时具有校时功能。 ③具有整点报时功能,报时音响为4低1高,即在59分51秒、53秒、55秒、57秒输出500Hz信号,在59分59秒时输出1000 Hz信号,音响持续时间为1秒,最后一响结束时刻正好为整点。 (2)用中小规模集成电路组成电子钟,并在实验仪上进行组装、调试。 (3)画出各单元电路图、整机逻辑框图与逻辑电路图,写出设计、实验总结报告。 (4)选作部分:①闹钟系统。②日历系统。 3.数字电子钟基本原理及设计方法 数字电子钟得逻辑框图如图1411所示。它由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路与整点报时电路组成。振荡器产生得脉冲信号经过分频器作为秒脉冲,秒脉冲送入计数器计数,计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器显示时间。有得数字电子钟还加有定时响铃、日历显示等其它功能,需增加相应得辅助电路。 图1411 数字电子钟得基本逻辑框图 (1)振荡分频电路 振荡器就是数字电子钟内部用来产生时间标准“秒”信号得电路。构成振荡器得电路很多,图1412(a)就是RC环形多谐振荡器,其振荡周期T≈2、2RC。作为时钟,最主要得就是走时准确,这就要求振荡器得频率稳定。要得到频率稳定得信号,需要采用石英晶体振荡器。石英晶体振荡器电路如图1412(b)所示,这种电路得振荡频率只取决于石英晶体本身得固有频率。 图1412 振荡器

(a)RC环形多谐振荡器 (b)石英晶体多谐振荡器 由于石英晶体振荡器产生得频率很高,要得到秒信号,需采用分频电路。例如,振荡器输出4 MHz信号,先经过4分频变成1 MHz,再经过6次10分频计数器,便可得到1Hz得方波信号作为秒脉冲。 (2)计数器 把秒脉冲信号送入秒计数器个位得CP输入端,经过6级计数器,分别得到“秒”个位、十位,“分”个位、十位,以及“时”个位、十位得计时。“秒”、“分”计数器为60进制,“时”计数器为24进制。 24进制计数器如图1413所示。当“时”个位计数器输入端CP来到第10个触发脉冲时,该计数器归零,进位端Q D5向“时”十位计数器输出进位信号。当第24个“时”脉冲(来自“分”计数器输出得进位信号)到来时,十位计数器得状态为0010,个位计数器得状态位0100,此时“时”十位计数器得Q B6与“时”个位计数器得Q C5输出为1。两者相与后送到两计数器得清零端R0A与R0B,通过74LS90内部得R0A与R0B与非后清零,完成24进制计数。同理可构成60进制计数器。 CP 来自分计数器 的进位信号 图1413 24进制计数器 (3)译码显示电路 译码驱动器采用8421 BCD码七段译码驱动器74LS48,显示器采用共阴极数七段数码显示器,有关74LS48与七段显示器得使用方法前面已经作了介绍,这里不再赘述。 (4)校时电路 当数字电子钟出现走时误差时,需要对时间进行校准。实现校时电路得方法很多,如图1414所示电路即可作为时计数器或分计数器得校时电路。 图1414 校时电路 现设用该电路作为分计数器得校时电路,图中采用RS触发器作为无抖动开关。通过开关K得接入位置,可以选择就是将“1 Hz信号”还就是将“来自秒计数器得进位信号”送至分计数器得CP端。当开关K置于B端时,RS触发器得输出、,“来自秒计数器得进位信号”被送至分计数器得CP端,分计数器正常工作;需要校正分计数器时,将开关K置于A端,这时RS触发器得输出、,“1 Hz信号”被送至分计数器得CP端,分计数器在“1Hz信号”得作用下快速计数,直至正确得时间,再将开关K置于B端,达到了校准时间得目得。 (5)整点报时电路 电路得设计要求在差10 s为整点时开始每隔1 s鸣叫一次,每次持续时间为1 s,共鸣叫5次,前4次为低音500 Hz,最后一次为高音1 kHz。因为分计数器与秒计数器从59分51秒计数到59分59秒得过程中,只有秒个位计数器计数,分十位、分个位、秒十位计数器得状态不变,分别为Q D4Q C4Q B4Q A4＝0101,Q D3Q C3Q B3Q A3＝1001,Q D2Q C2Q B2Q A2＝0101,所以Q C4＝Q A4＝Q D3＝Q A3＝Q C2＝Q A2＝1不变。设Y1＝Q C4Q A4Q D3Q A3Q C2Q A2,又因为在51、53、55、57秒时Q A1＝1,Q D1＝0,输出500Hz信号f2;59秒时Q A1＝1,Q D1＝1,输出1kHz信号f1,由此可写出整点报时电路得逻辑表达式为:

3.静电实验研究 实验报告

静电实验研究实验报告 【实验目的】 1、掌握静电的特点分析静电演示实验成功的关键。 2、掌握静电学的主要实验的演示方法掌握韦氏起电机和范德格拉夫起电机的构 造及使用方法。 3、加深对静电现象及其原理的理解。 【实验器材】静电计 韦氏起电机、范德格拉夫起电机、验电器、验电羽、金属网、尖形布电器、平行板电容器、枕形导体、球形导体、起点盘及静电除尘装置、绝缘体等。 【仪器介绍】一、验电器 验电器是用来检验物质是否带电的仪器。验 电器的结构如图1所示 验电器的工作原理是当带电物质接触金属球 时就会有很少的带电粒子传到验电器上面金属箔 就会张开。验电器金属箔张开的角度和物质带电 量的大小成正比。 利用验电器判断物质所带电量正负的方法很简单先将一个物体与球接触再将另一个物体与 球接触张角变大表明两物体带同种电荷张角变小或张角先变小后变大表明两物体带异号电荷。 二、静电计 将验电器装上刻度盘与金属底座就构成了一个静电计静电计的示意图如右图 静电计可以测量

带点物质的电势。将带点物质连接到小球上显示的就是对于地面的电势。将两个物体分别接于金属球和底座测得的就是两物体的电势差。 三、 起电机 1、 韦氏起电机韦氏起电机是实验室常用的起电 机示意图如下 图 1 验电器示意图 图 2 静电计 图 3 韦氏起电机示意图

韦氏起电机是利用静电感应原理制作的它靠莱顿瓶积累电荷。当积累的电荷达到一定的数量两个金属球就会放电。 2、范德格拉夫起电机 图4 范德格拉夫起电机 范德格拉夫起电机是利用橡胶皮带将负电荷从内部不断的运送到电极上使电机所带的电荷越来越多电势也越来越高。理论上对地电位可以达到无穷大。 【实验内容】 实验一演示感应起电 1、摩擦起电 两种物质相互摩擦电子在力的作用下会从一个物体转移到另一个物体两个物体就会带异号电荷。 丝绸摩擦玻璃棒带正电。毛皮摩擦橡胶棒带负电。 带电玻璃棒接触验电器验电器有张角。带电橡胶棒接触验电器张角闭合。 可见两个带异号电荷。 2、感应起电 将带电物体靠近导体由于同性相斥异性相吸导体靠近带点物质的部分会带异号电荷远离的部分带同种电荷。 将带电玻璃棒靠近验电器验电器有张角可见感应起电。将一个接地的导线接触验电器验电器的张角闭合。将导线离开验电器玻璃棒也远离验电器验电器又有张角表明验电器带电。接地的导线使验电器上与玻璃棒同号的电荷传到地上验电器上就只有与玻璃棒异号的电荷。这时拿带电橡胶棒接触验电器验电器张角闭合。

模电实验报告

模拟电子技术基础实验报告 姓名:蒋钊哲 学号:2014300446 日期:2015、12、21 实验1:单极共射放大器 实验目的: 对于单极共射放大电路,进行静态工作点与输入电阻输出电阻的测量。 实验原理: 静态工作点的测量就是指在接通电源电压后放大器输入端不加信号(通过隔直电容 将输入端接地)时,测量晶体管集电极电流I CQ 与管压降V CEQ 。其中集电极电流有两种测量 方法。 直接法:将万用表传到集电极回路中。 间接法:用万用表先测出R C 两端的电压,再求出R C 两端的压降,根据已知的R E 的阻值,计 算I CQ 。 输出波底失真为饱与失真,输出波顶失真为截止失真。 电压放大倍数即输出电压与输入电压之比。 输入电阻就是从输入端瞧进去的等效电阻,输入电阻一般用间接法进行测量。 输出电阻就是从输出端瞧进去的等效电阻,输出电阻也用间接法进行测量。实验电路:

实验仪器: (1)双路直流稳压电源一台。 (2)函数信号发生器一台。 (3)示波器一台。 (4)毫伏表一台。 (5)万用表一台。 (6)三极管一个。 (7)电阻各种组织若干。 (8)电解电容10uF两个,100uF一个。 (9)模拟电路试验箱一个。 实验结果: 经软件模拟与实验测试,在误差允许范围内,结果基本一致。 实验2:共射放大器的幅频相频 实验目的: 测量放大电路的频率特性。 实验原理: 放大器的实际信号就是由许多频率不同的谐波组成的,只有当放大器对不同频率的放大能力相同时,放大的信号才不失真。但实际上,放大器的交流放大电路含有耦合电容、旁路电容、分布电容与晶体管极间电容等电抗原件,即使得放大倍数与信号的频率有关,此关系为频率特性。 放大器的幅频特性就是指放大器的电压放大倍数与输入信号的频率之间的关系。在一端频率范围内,曲线平坦,放大倍数基本不变,叫作中频区。在中频段以外的频率放大倍数都会变化,放大倍数左右下降到0、707倍时,对应的低频与高频频率分别对应下限频率与上限频率。 通频带为: f BW=f H-f L 实验电路:

模拟电子线路multisim仿真实验报告

MULTISIM 仿真实验报告

实验一单级放大电路 一、实验目的 1、熟悉multisim软件的使用方法 2、掌握放大器的静态工作点的仿真方法，及对放大器性能的影响。 3、学习放大器静态工作点、电压放大倍数，输入电阻、输出电阻的仿真方法，了解共 射级电路的特性。 二、虚拟实验仪器及器材 双踪示波器信号发生器交流毫伏表数字万用表 三、实验步骤 1.仿真电路图 V1 10mVrms 1kHz 0° R1 100kΩ Key=A 10 % R2 51kΩ R3 20kΩ R4 5.1kΩ Q1 2N2222A R5 100Ω R6 1.8kΩ C1 10μF C2 10μF C3 47μF 3 7 V2 12 V 4 5 2 1 R7 5.1kΩ 9 XMM1 6 E级对地电压25.静态数据仿真

仿真数据（对地数据）单位；V计算数据单位；V 基级集电极发射级Vbe Vce RP 2.834 6.126 2.2040.63 3.92210k 26.动态仿真一 1.单击仪表工具栏的第四个，放置如图，并连接电路。 V1 10mVrms 1kHz 0° R1 100kΩ Key=A 10 % R2 51kΩ R3 20kΩ R4 5.1kΩ Q1 2N2222A R5 100Ω R6 1.8kΩ C1 10μF C2 10μF C3 47μF 3 7 V2 12 V 4 5 2 R7 5.1kΩ XSC1 A B Ext Trig + + _ _+_ 6 1 9

2.双击示波器，得到如下波形 5.他们的相位相差180度。 27.动态仿真二 1.删除负载电阻R6 V1 10mVrms 1kHz 0° R1 100kΩ Key=A 10 % R2 51kΩ R3 20kΩ R4 5.1kΩ Q1 2N2222A R5 100Ω R6 1.8kΩ C1 10μF C2 10μF C3 47μF 3 7 V2 12 V 4 5 2 XSC1 A B Ext Trig + + _ _+_ 6 1 9 2.重启仿真。