电工学实验指导书新辽科技Word下载.docx

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实验线路如下，用实验台上“直流电路实验单元”。

1、实验前先任意设定三条支路和三个闭合回路的电流正方向。

图1-1中的I1、I2、I3的方向已设定。

三个闭合回路的电流正方向可设为ADEFA、BADCB和FBCEF。

2、分别将两路直流稳压源接入电路，令U1＝10V，U2＝5V。

3、熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接至数字毫安表的“＋、－”两端。

4、将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，读出并记录电流值。

5、用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，记录之。

被测量

I1（mA）

I2（mA）

I3（mA）

U1（V）

U2（V）

UFA（V）

UAB（V）

UAD（V）

UCD（V）

UDE（V）

计算值

测量值

相对误差

实验线路如图1-2所示，用实验台上“直流电路实验单元”。

1、将两路稳压源的输出分别调节为10V和5V，接入U1和U2处。

2、令U1电源单独作用（将开关K1投向U1侧，开关K2投向短路侧）。

用直流电压表和直流电流表（接电流插头）测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表1-1。

表1-1

测量项目

实验内容

U1

（V）

U2

I1

（mA）

I2

I3

UAB

UCD

UAD

UDE

UFA

U1单独作用

U2单独作用

U1、U2共同作用

2U2单独作用

3、令U2电源单独作用（将开关K1投向短路侧，开关K2投向U2侧），重复实验步骤2的测量和记录，数据记入表1-1。

4、令U1和U2共同作用（开关K1和K2分别投向U1和U2侧），重复上述的测量和记录，数据记入表1-1。

5、将U2的数值调至＋10V，重复上述第3项的测量并记录，数据记入表1-1。

　　五、实验注意事项

1、所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。

U1、U2也需测量，不应取电源本身的显示值。

2、防止稳压电源两个输出端碰线短路。

3、用指针式电压表或电流表测量电压或电流时，如果仪表指针反偏，则必须调换仪表极性，重新测量。

此时指针正偏，可读得电压或电流值。

若用数显电压表或电流表测量，则可直接读出电压或电流值。

但应注意：

所读得的电压或电流值的正确正、负号应根据设定的电流参考方向来判断。

4、用电流插头测量各支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性，正确判断测得值的＋、－号后，记入数据表格。

5、注意仪表量程的及时更换。

六、实验报告

　　1、根据实验数据，选定节点A，验证KCL的正确性。

2、根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证KVL的正确性。

3、将支路和闭合回路的电流方向重新设定，重复1、2两项验证。

4、误差原因分析。

5、根据实验数据表格，进行分析、比较，归纳、总结实验结论，即验证线性电路的叠加性。

　　6、各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？

试用上述实验数据，进行计算并作结论。

8、心得体会及其他。

实验二　日光灯电路及功率因数的提高（综合性实验）

1．研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。

2、掌握日光灯线路的接线。

3、理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。

图3-1

1、在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得

各支路的电流值，用交流电压表测得回路各元件两

端的电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔

霍夫定律，即ΣI＝0和ΣU＝0。

2、图3-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信

号U的激励下，UR与UC保持有90º

的相位差，即当图3-2

R阻值改变时，UR的相量轨迹是一个半园。

U、UC与UR三者形成一个直角形的电压三

角形，如图3-2所示。

R值改变时，可改

变φ角的大小，从而达到移相的目的。

3、日光灯线路如图3-3所示，图中A

是日光灯管，L是镇流器，S是启辉器，

C是补偿电容器，用以改善电路的功率因

数（cosφ值）。

有关日光灯的工作原理请

自行翻阅有关资料。

图3-3

三、实验设备

名称

备注

交流电压表

0～500V

交流电流表

０～5A

功率表

自耦调压器

5

镇流器、启辉器

与20W灯管配用

各1

6

日光灯灯管

20W

屏内

7

电容器

1μF,2μF,5μF/500V

8

白炽灯及灯座

220V，15W

1~3

9

电流插座

1、日光灯线路接线与测量。

按图3－4接线。

图3-4

经指导老师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器的输出调至220V，记录功率表、电压表读数。

通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行三次重复测量。

数据记入下表中。

电容值

测量数值

计算值

（μF）

P（W）

COSφ

U（V）

I（A）

IL（A）

IC（A）

I’（A）

Cosφ

五、实验注意事项

　　1、本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。

2、功率表要正确接入电路。

3、线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好。

六、预习思考题

　　1、参阅课外资料，了解日光灯的启辉原理。

2、为了改善电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？

　　3、提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？

所并的电容器是否越大越好？

七、实验报告

　　1、完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。

2、讨论改善电路功率因数的意义和方法。

3、装接日光灯线路的心得体会及其他。

实验三　三相负载的连接（验证性实验）

　　1、掌握三相负载作星形联接、三角形联接的方法，验证这两种接法下线、相电压及线、相电流之间的关系。

2、充分理解三相四线供电系统中中线的作用。

3、掌握用一瓦特表法、二瓦特表法测量三相电路有功功率与无功功率的方法

4、进一步熟练掌握功率表的接线和使用方法

　　1、三相负载可接成星形（又称“Ｙ”接）或三角形（又称"

△"

接）。

当三相对称负载作Y形联接时，线电压UL是相电压Up的

倍。

线电流IL等于相电流Ip，即

　　　　UL＝

，　　IL＝Ip

　　在这种情况下，流过中线的电流I0＝0，所以可以省去中线。

　　当对称三相负载作△形联接时，有IL＝

Ip，　　UL＝Up。

2、不对称三相负载作Y联接时,必须采用三相四线制接法，即Yo接法。

而且中线必须牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压维持对称不变。

　　倘若中线断开，会导致三相负载电压的不对称，致使负载轻的那一相的相电压过高，使负载遭受损坏；

负载重的一相相电压又过低，使负载不能正常工作。

尤其是对于三相照明负载，无条件地一律采用Y0接法。

　　3、当不对称负载作△接时，IL≠

Ip，但只要电源的线电压UL对称，加在三相负载上的电压仍是对称的，对各相负载工作没有影响。

4、对于三相四线制供电的三相星形联接的负载（即Yo接法），可用一只功率表测量各相的有功功率PA、PB、PC，则三相负载的总有功功率ΣP＝PA＋PB＋PC。

这就是一瓦特表法，如图6-1所示。

若三相负载是对称的，则只需测量一相的功率，再乘以3即得三相总的有功功率。

图6-1图6-2

5、三相三线制供电系统中，不论三相负载是否对称，也不论负载是Y接还是△接，都可用二瓦特表法测量三相负载的总有功功率。

测量线路如图6-2所示。

若负载为感性或容性，且当相位差φ＞60°

时，线路中的一只功率表指针将反偏（数字式功率表将出现负读数）,这时应将功率表电流线圈的两个端子调换（不能调换电压线圈端子），其读数应记为负值。

而三相总功率∑P=P1+P2（P1、P2本身不含任何意义）。

除图6-2的IA、UAC与IB、UBC接法外，还有IB、UAB与IC、UAC以及IA、UAB与IC、UBC两种接法。

6、对于三相三线制供电的三相对称负载，可用一瓦特表法测得三相负载的总无功功率Q，测试原理线路如图6-3所示。

图示功率表读数的

倍，即为对称三相电路总的无功功率。

除了此图给出的一种连接法（IU、UVW）外，还有另外两种连接法，即接成（IV、UUW）或（IW、UUV）。

图6-3

0～5A

单相功率表

三相灯组负载

220V，10W白炽灯

三相电容负载

1μF，2.2μF，4.7μF/500V

各3

1、三相负载星形联接（三相四线制供电）

按图6-4线路组接实验电路。

经指导教师检查合格后，方可开启实验台电源，并按下述内容完成各项实验，分别测量三相负载的线电压、相电压、线电流、相电流、中线电流、电源与负载中点间的电压。

将所测得的数据记入表6-1中，并观察各相灯组亮暗的变化程度，特别要注意观察中线的作用。

图6-4

表6-1

测量数据

（负载情况）

开灯盏数

线电流（A）

线电压（V）

相电压（V）

中线

电流

I0

（A）

中点

电压

UN0

A

相

B

C

IA

IB

IC

UBC

UCA

UA0

UB0

UC0

Y0接平衡负载

Y接平衡负载

Y0接不平衡负载

Y接不平衡负载

Y0接B相断开

Y接B相断开

Y接B相短路

2、负载三角形联接（三相三线制供电）

按图6-5改接线路，经指导教师检查合格后接通三相电源，并按表6-2的内容进行测试。

图6-5

表6-2

负载情况

开灯盏数

线电压=相电压（V）

相电流（A）

A-B相

B-C相

C-A相

IAB

IBC

ICA

三相平衡

三相不平衡

　　1、本实验采用三相交流市电，线电压为380V，应穿绝缘鞋进实验室。

实验时要注意人身安全，不可触及导电部件，防止意外事故发生。

　　2、每次接线完毕，同学应自查一遍，然后由指导教师检查后，方可接通电源，必须严格遵守先断电、再接线、后通电；

先断电、后拆线的实验操作原则。

3、星形负载作短路实验时，必须首先断开中线，以免发生短路事故。

　　1、三相负载根据什么条件作星形或三角形连接？

　　2、复习三相交流电路有关内容，试分析三相星形联接不对称负载在无中线情况下，当某相负载开路或短路时会出现什么情况？

如果接上中线，情况又如何？

　　1、用实验测得的数据验证对称三相电路中的

关系。

　　2、用实验数据和观察到的现象，总结三相四线供电系统中中线的作用。

　　3、不对称三角形联接的负载，能否正常工作？

实验是否能证明这一点？

4、根据不对称负载三角形联接时的相电流值作相量图，并求出线电流值，然后与实验测得的线电流作比较，分析之。

5、心得体会及其他。

实验四RC串联电路的过渡过程（验证性实验）

1、测定RC一阶电路的零输入响应、零状态响应及完全响应。

2、学习电路时间常数的测量方法。

3、掌握有关微分电路和积分电路的概念。

4、进一步学会用示波器观测波形。

　　1、动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程。

要用普通示波器观察过渡过程和测量有关的参数，就必须使这种单次变化的过程重复出现。

为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；

利用方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号。

只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ，那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的。

　　2.图7-1（b）所示的RC一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数τ。

　　3、时间常数τ的测定方法:

用示波器测量零输入响应的波形如图7-1（a）所示。

根据一阶微分方程的求解得知uc＝Ume-t/RC＝Ume-t/τ。

当t＝τ时，Uc（τ）＝0.368Um。

此时所对应的时间就等于τ。

亦可用零状态响应波形增加到0.632Um所对应的时间测得，如图7-1（c）所示。

τ

（a）零输入响应（b）RC一阶电路（c）零状态响应

图7-1

4、微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的电路，它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。

一个简单的RC串联电路，在方波序列脉冲的重复激励下，当满足τ＝RC<

<

时（T为方波脉冲的重复周期），且由R两端的电压作为响应输出，则该电路就是一个微分电路。

因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。

如图7-2（a）所示。

利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。

（a）微分电路（b）积分电路

图7-2

若将图7-2（a）中的R与C位置调换一下，如图7-2（b）所示，由C两端的电压作为响应输出，且当电路的参数满足τ＝RC>

>

，则该RC电路称为积分电路。

因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。

利用积分电路可以将方波转变成三角波。

从输入输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的作用，请在实验过程仔细观察与记录。

函数信号发生器

双踪示波器

自备

元件

实验线路板的器件组件，如图7-3所示，请认清R、C元件的布局及其标称值，各开关的通断位置等。

1、从电路板上选R＝5KΩ，C＝0.47μF组成如图7-2（b）所示的RC充放电电路。

ui为脉冲信号发生器输出的Um＝2V、f＝5KHz的方波电压信号，并通过两根同轴电缆线，将激励源ui和响应uC的信号分别连至示波器的两个输入口YA和YB。

这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律，请测算出时间常数τ，并用方格纸按1:

1的比例描绘波形。

　　少量地改变电容值或电阻值，定性地观察对响应的影响，记录观察到的现象。

2、令R＝5KΩ，C＝1μF，观察并描绘响应的波形，继续增大C之值，定性地观察对响应的影响。

3、令C＝0.47μF，R＝100Ω，组成如图7-2（a）所示的微分电路。

在同样的方

波激励信号（Um＝2V，f＝5KHz）作用下，观测并描绘激励与响应的波形。

增减R之值，定性地观察对响应的影响，并作记录。

当R增至1MΩ时，输入输出波形有何本质上的区别？

1、调节电子仪器各旋钮时，动作不要过快、

过猛。

实验前，需熟读双踪示波器的使用说明图7-3动态电路、选频电路实验板

书。

观察双踪时，要特别注意相应开关、旋钮的操作与调节。

2、信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起（称共地），以防外界干扰而影响测量的准确性。

3、示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时，应将辉度调暗，以延长示波管的使用寿命。

　　1、什么样的电信号可作为RC一阶电路零输入响应、零状态响应和完全响应的激励源？

2、已知RC一阶电路R＝5KΩ，C＝0.47μF，试计算时间常数τ，并根据τ值的物理意义，拟定测量τ的方案。

　　3、何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？

它们在方波序列脉冲的激励下，其输出信号波形的变化规律如何？

这两种电路有何功用？

　　4、预习要求：

熟读仪器使用说明，回答上述问题，准备方格纸。

　　1、根据实验观测结果，在方格纸上绘出RC一阶电路充放电时uC的变化曲线，由曲线测得τ值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。

2、根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的特征。

3、心得体会及其他。

实验五晶体管单管交流电压放大电路（验证性实验）

1、掌握单管电压放大电路的调试和测试方法。

2、掌握放大器静态工作点和负载电阻对放大器性能的影响。

3、学习测量放大器的方法，了解共射极电路的特性。

4、学习放大器的动态性能。

二、实验原理与说明

实验采用分压式工作点稳定电路，如图2.1所示。

图2.1单管电压放大电路

1、静态工作点的估算

当流过基极分压电阻的电流远远大于三极管的基极电流时，可以忽略

，

则有：

2、动态指标的估算与测试

放大电路的动态指标主要有电压放大倍数，输入电阻，输出电阻及通频带等。

理论上，电压放大倍数

，输入电阻

，输出电阻

。

测量电压放大倍数时，首先将电路调整到的合适静态工作点，给定输入电压

，在输出电压不失真的情况下，用毫伏表测出输出电压

与输入电压

的有效值，则

模拟电路实验箱及附件板A1

万用表

毫伏表

１、在模拟电路实验箱上插上附件板A1，按图2.1电路，用插接线连接实验电路，接线完毕，检查无误后，接上＋12V直流电源（在模拟电路实验箱的右下角）。

　　２、静态调整。

　　合适的静态工作点应使UCE=（1/3—1/2）VCC，我们选UCE＝５V。

令

，调节RP使晶体管C、E之间的电压为５V（用万用表直流电压档测量）。

调整完合适的静态工作点之后，测量晶体管b-e之间的电压UBE，判断所用晶体管为硅管还是锗管。

通过此过程，了解晶体管静态工作点的调试方法。

　　３、动态研究——晶体管正常放大状态。

　　①利用模拟电路实验箱左上角的函数波发生器，调节幅值细调旋钮，用毫伏表测量函数波发生器的输出端（注意，毫伏表所用接线的黑夹子接地），使输出为10mV（因输出值较小，所以为了便于调节，置函数波发生器中“衰减”按钮为按下状态）。

　　②利用示波器观察函数波发生器输出端的正弦波形（此时，函数波发生器波形选择开关拨置正弦波位置），观察到正弦波形后，函数波发生器频率粗调选择开关拨置第三档，调节函数波发生器的频率细调旋钮，使函数波发生器输出频率为1000Hz（在示波器上观察到的）的正弦波。

　　③将调好的10mV、1000Hz的正弦交流信号加到放大电路中的A、B两点，作为输入信号

，在接负载RL（5.1K）和不接负载RL两种情况下，用毫伏表测量放大电路输出端电压

的大小，填入表2.1中，再用示波器观察输入电压

和输出电压

的波形（示波器测量线中黑夹子接地，以减少干扰）。

通过此过程，了解晶体管正常放大的条件及波形、了解负载对电压放大倍数的影响。

表2.1

空载

有载

波形

计算

　　4、动态研究——晶体管失真状态。

①重新调整静态工作点，使UCE=0.5V（此时晶体管已接近饱和），保持输入信号

不变，在有负载电阻RL的条件下，观察输出电压

的波形，研究其失真情况，把波形描绘下来。

②重新调整静态工作点，使UCE=10V（此时晶体管已接近截止），适当加大输入信号

（例如增到

=40mV），仍在有负载电阻RL的条件下，观察输出电压

五、实验报告要求

1、列出所观测和计算的结果（数据、波形），并对这些结果从理论上加以分析（例如这些测量的数据是否符合理论？

又如由于静态工作点的不适当而产生的失真，其波形与理论是否符合等。

）。

2、本次实验使用了全部电子仪器（万用表、示波器、毫伏表），你对它们的作用、方法是否掌握？

有何体会？