电工技术实验讲义.docx
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电工技术实验讲义
学生实验守则
1、进入本实验室的学生必须接受安全教育，严格遵守实验室的各项规章制度，严格遵守仪器设备的操作规程，对违规者指导教师有权停止其实验。
2、实验前认真预习实验指导书，明确实验目的、原理和步骤，并写出合格的预习报告，回答指导教师提出的问题，无预习报告者不得参加实验。
3、必须在指定的时间内参加实验，不准迟到、早退，迟到十分钟以上者不得参加本次实验。
4、由于特殊情况不能参加实验的学生，必须履行相应的请假手续（如：
病假条、有班主任签字认可的事假条）。
无手续而不参加实验者按旷课论处，补做实验者必须个人提出申请经指导教师批准。
5、实验时必须严格按仪器仪表的操作规程进行，如实记录实验原始数据。
按时完成实验报告。
不得抄袭他人的实验结果。
学生实验完毕必须按原样整理好实验桌面上的仪器设备及，将个人物品和废纸杂物带离实验室。
6、在实验过程中随时注意安全。
如出现故障或异常情况，应立即切断电源，保持现场。
并报告指导教师处理。
严禁学生私自拆卸仪器设备，因违反操作规程而造成损坏仪器设备者，应按规定酌情赔偿。
7、学生进入实验室，不得大声喧哗、嬉闹，严禁吸烟、吃零食，不得乱抛纸屑杂物。
8、实验期间，不准将与实验无关的人员带入实验室。
不得玩游戏或做与实
验无关的事情。
严禁修改、删除、复制实验室计算机中的系统软件与应用
软件。
目录
一、基本电工仪表的使用及测量误差的计算………………………………………………１
二、减小仪表测量误差的方法………………………………………………………………５
三、基尔霍夫定律的验证……………………………………………………………………9
四、叠加原理的验证…………………………………………………………………………11
五、戴维南定理和诺顿定理的验证…………………………………………………………14
六、受控源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS的实验研究………………………………18
七、RC一阶电路的响应测试……………………………………………………………22
八、R、L、C元件阻抗特性的测定……………………………………………………………22
九、正弦稳态交流电路相量的研究………………………………………………………27
实验一 基本电工仪表的使用及基尔霍夫定律的验证
一、实验目的
1.熟悉实验台上各类电源及各类测量仪表的布局和使用方法。
2.验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。
3.学会用电流插头、插座测量各支路电流。
二、原理说明
基尔霍夫定律是电路的基本定律。
测量某电路的各支路电流及每个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。
即对电路中的任一个节点而言，应有ΣI＝0；对任何一个闭合回路而言，应有ΣU＝0。
运用上述定律时必须注意各支路或闭合回路中电流的正方向，此方向可预先任意设定。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
直流可调稳压电源
0~30V
二路
2
万用表
1
自备
3
直流数字电压表
0~200V
1
4
电位、电压测定实验电路板
1
DGJ-03
四、实验内容
利用DGJ-03实验挂箱上的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路，按图1-1接线。
图1-1
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＝6V，U2＝12V。
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
五、实验注意事项
1.同实验四的注意1，但需用到电流插座。
2．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。
3.防止稳压电源两个输出端碰线短路。
4.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。
六、预习思考题
1.根据图1-1的电路参数，计算出待测的电流I1、I2、I3和各电阻上的电压值，记入表中，以便实验测量时，可正确地选定毫安表和电压表的量程。
2.实验中，若用指针式万用表直流毫安档测各支路电流，在什么情况下可能出现指针反偏，应如何处理？
在记录数据时应注意什么？
若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示呢？
七、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.心得体会及其他。
实验二 用三表法测量电路等效参数
一、实验目的
1.学会用交流电压表、交流电流表和功率表测量元件的交流等效参数的方法。
2.学会功率表的接法和使用。
二、原理说明
1.正弦交流信号激励下的元件值或阻抗值，可以用交流电压表、交流电流表及功率表分别测量出元件两端的电压U、流过该元件的电流I和它所消耗的功率P，然后通过计算得到所求的各值，这种方法称为三表法，是用以测量50Hz交流电路参数的基本方法。
计算的基本公式为：
阻抗的模
，电路的功率因数cosφ＝
等效电阻R＝
＝│Z│cosφ，等效电抗X＝│Z│sinφ
或X＝XL＝2πfL，X＝Xc＝
1.阻抗性质的判别方法：
可用在被
测元件两端并联电容或将被测元件与电容
串联的方法来判别。
其原理如下：
图2-1并联电容测量法
（1）
在被测元件两端并联一只适当容量的试验电容,
若串接在电路中电流表的读数增大，则被测阻抗为容性，
电流减小则为感性。
图2-1（a）中，Z为待测定的元件，C'为试验电容器。
（b）图是（a）的等效电路，图中G、B为待测阻抗Z的电导
和电纳，B'为并联电容C'的电纳。
在端电压有效值不变
的条件下，按下面两种情况进行分析：
1设B＋B'＝B"，若B'增大，B"也增大，则图2-2
电路中电流I将单调地上升，故可判断B为容性元件。
②设B＋B'＝B"，若B'增大，而B"先减小而后再增大，电流I也是先减小后上升，如图2-2所示，则可判断B为感性元件。
由以上分析可见，当B为容性元件时，对并联电容C'值无特殊要求；而当B为感性元件时，B'<│2B│才有判定为感性的意义。
B'>│2B│时，电流单调上升，与B为容性时相同，并不能说明电路是感性的。
因此B'<│2B│是判断电路性质的可靠条件，
由此得判定条件为
＜
。
（2）与被测元件串联一个适当容量的试验电容，若被测阻抗的端电压下降，则判为容性，端压上升则为感性，判定条件为
＜│2X│式中X为被测阻抗的电抗值，C'为串联试验电容值，此关系式可自行证明。
判断待测元件的性质，除上述借助于试验电容C'测定法外，还可以利用该元件的电流i与电压u之间的相位关系来判断。
若i超前于u，为容性；i滞后于u，则为感性。
3.本实验所用的功率表为智能交流功率表，其电压接线端应与负载并联，电流接线端应与负载串联。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
交流电压表
0～500V
1
2
交流电流表
０～5A
1
3
功率表
1
（DGJ-07）
4
自耦调压器
1
5
镇流器（电感线圈）
与30W日光灯配用
1
DGJ-04
7
电容器
1μF,4.7μF/500V
1
DG09
8
白炽灯
15W/220V
3
DGJ-04
四、实验内容
测试线路如图2-3所示。
1.按图2-3接线，并经指导教师检查
后，方可接通市电电源。
2.分别测量15W白炽灯（R）、30W日
光灯镇流器（L）和4.7μF电容器（C）的等效
参数。
图2-3
3.
图16-3
测量L、C串联与并联后的等效参数。
被测阻抗
测量值
计算值
电路等效参数
U
（V）
I
（A）
P
（W）
cosφ
Z
（Ω）
cosφ
R
（Ω）
L
（mH）
C
（μF）
15W白炽灯R
电感线圈L
电容器C
L与C串联
L与C并联
4.验证用串、并试验电容法判别负载性质的正确性。
实验线路同图2-3，但不必接功率表，按下表内容进行测量和记录。
被测元件
串1μF电容
并1μF电容
串前端电压（V）
串后端电压（V）
并前电流（A）
并后电流（A）
R
（三只15W白炽灯）
C（4.7μF）
L（1H）
五、实验注意事项
1.本实验直接用市电220V交流电源供电，实验中要特别注意人身安全，不可用手直接触摸通电线路的裸露部分，以免触电，进实验室应穿绝缘鞋。
2.自耦调压器在接通电源前，应将其手柄置在零位上，调节时，使其输出电压从零开始逐渐升高。
每次改接实验线路、换拨黑匣子上的开关及实验完毕，都必须先将其旋柄慢慢调回零位，再断电源。
必须严格遵守这一安全操作规程。
3.实验前应详细阅读智能交流功率表的使用说明书，熟悉其使用方法。
六、预习思考题
1.在50Hz的交流电路中，测得一只铁心线圈的P、I和U，如何算得它的阻值及电感量？
2.如何用串联电容的方法来判别阻抗的性质？
试用I随X'C（串联容抗）的变化关系作定性分析，证明串联试验时，C'满足
＜│2X│。
七、实验报告
1.根据实验数据，完成各项计算。
2.完成预习思考题1、2的任务。
3.心得体会及其他。
实验三 常用电子仪器的使用
一、实验目的
1、学习电子电路实验中常用的电子仪器——示波器、函数信号发生器的主要技术指标、性能及正确使用方法。
2、初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。
3、熟悉电子元器件和模拟电路实验箱，
4、掌握放大电路静态工作点的调试方法。
5、学习测量放大电路Q点，AV的方法，了解共射极电路特性。
6、学习放大电路的动态性能。
二、实验原理
在模拟电子电路实验中，经常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表及频率计等。
它们和万用电表一起，可以完成对模拟电子电路的静态和动态工作情况的测试。
实验中要对各种电子仪器进行综合使用，可按照信号流向，以连线简捷，调节顺手，观察与读数方便等原则进行合理布局，各仪器与被测实验装置之间的布局与连接如图1-1所示。
接线时应注意，为防止外界干扰，各仪器的共公接地端应连接在一起，称共地。
信号源和交流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线，示波器接线使用专用电缆线，直流电源的接线用普通导线。
图3-1模拟电子电路中常用电子仪器布局图
1、示波器
示波器是一种用途很广的电子测量仪器，它既能直接显示电信号的波形，又能对电信号进行各种参数的测量。
现着重指出下列几点：
1）、寻找扫描光迹
将示波器Y轴显示方式置“Y1”或“Y2”，输入耦合方式置“GND”，开机预热后，若在显示屏上不出现光点和扫描基线，可按下列操作去找到扫描线：
①适当调节亮度旋钮。
②触发方式开关置“自动”。
③适当调节垂直
（
）、水平（
）“位移”旋钮，使扫描光迹位于屏幕中央。
（若示波器设有“寻迹”按键，可按下“寻迹”按键，判断光迹偏移基线的方向。
）
2）、双踪示波器一般有五种显示方式，即“Y1”、“Y2”、“Y1＋Y2”三种单
踪显示方式和“交替”“断续”二种双踪显示方式。
“交替”显示一般适宜于输入信号频率较高时使用。
“断续”显示一般适宜于输入信号频率较低时使用。
3）、为了显示稳定的被测信号波形，“触发源选择”开关一般选为“内”触发，使扫描触发信号取自示波器内部的Y通道。
4）、触发方式开关通常先置于“自动”调出波形后，若被显示的波形不稳定，可置触发方式开关于“常态”，通过调节“触发电平”旋钮找到合适的触发电压，使被测试的波形稳定地显示在示波器屏幕上。
有时，由于选择了较慢的扫描速率，显示屏上将会出现闪烁的光迹，但被
测信号的波形不在X轴方向左右移动，这样的现象仍属于稳定显示。
5）、适当调节“扫描速率”开关及“Y轴灵敏度”开关使屏幕上显示
一～二个周期的被测信号波形。
在测量幅值时，应注意将“Y轴灵敏度微调”旋钮置于“校准”位置，即顺时针旋到底，且听到关的声音。
在测量周期时，应注意将“X轴扫速微调”旋钮置于“校准”位置，即顺时针旋到底，且听到关的声音。
还要注意“扩展”旋钮的位置。
根据被测波形在屏幕坐标刻度上垂直方向所占的格数（div或cm）与“Y轴灵敏度”开关指示值（v/div）的乘积，即可算得信号幅值的实测值。
根据被测信号波形一个周期在屏幕坐标刻度水平方向所占的格数（div或
cm）与“扫速”开关指示值（t/div）的乘积，即可算得信号频率的实测值。
2、函数信号发生器
函数信号发生器按需要输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。
输出电压最大可达20VP-P。
通过输出衰减开关和输出幅度调节旋钮，可使输出电压在毫伏级到伏级范围内连续调节。
函数信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关进行调节。
函数信号发生器作为信号源，它的输出端不允许短路。
3、交流毫伏表
交流毫伏表只能在其工作频率范围之内，用来测量正弦交流电压的有效值。
为了防止过载而损坏，测量前一般先把量程开关置于量程较大位置上，然
后在测量中逐档减小量程。
三、实验设备与器件
1、函数信号发生器2、双踪示波器
3、交流毫伏表
四、实验内容
1、用机内校正信号对示波器进行自检。
1）扫描基线调节
将示波器的显示方式开关置于“单踪”显示（Y1或Y2），输入耦合方式开关置“GND”，触发方式开关置于“自动”。
开启电源开关后，调节“辉度”、“聚焦”、“辅助聚焦”等旋钮，使荧光屏上显示一条细而且亮度适中的扫描基线。
然后调节“X轴位移”（
）和“Y轴位移”（
）旋钮，使扫描线位于屏幕中央，并且能上下左右移动自如。
2）测试“正弦波信号”波形的幅度、频率
调节函数信号发生器有关旋钮，使输出频率分别为1KHz、10KHz，有效值均为1V（交流毫伏表测量值）的正弦波信号。
将示波器Y轴输入耦合方式开关置于“AC”或“DC”，触发源选择开关置“内”，内触发源选择开关置“Y1”或“Y2”。
调节X轴“扫描速率”开关（t/div）和Y轴“输入灵敏度”开关（V/div），使示波器显示屏上显示出一个或数个周期稳定的方波波形。
改变示波器“扫速”开关及“Y轴灵敏度”开关等位置，测量信号源输出电压频率及峰峰值，记入表3-1。
表3-1
信号电压频率
示波器测量值
信号电压
毫伏表读数
（V）
示波器测量值
周期（ms）
频率（Hz）
峰峰值（V）
有效值（V）
1KHz
10KHz
（2）按图3.2接线，调整RP使VE=2.2V，计算并填表1.1。
图3.2工作点稳定的放大电路
为稳定工作点，在电路中引入负反馈电阻Re，用于稳定静态工作点，即当环境温度变化时，保持静态集电极电流ICQ和管压降UCEQ基本不变。
依靠于下列反馈关系：
T↑—β↑—ICQ↑—UE↑—UBE↓—IBQ↓—ICQ↓，反过程也一样,其中Rb2的引入是为了稳定Ub。
但此类工作电路的放大倍数由于引入负反馈而减小了，而输入电阻ri变大了，输出电阻ro不变。
，
，
由以上公式可知，当β很大时，放大倍数
约等于
，不受β值变化的影响。
表3.2
实测
实测计算
VBE（V）
VCE（V）
Rb（KΩ）
IB（μA）
IC（mA）
3.动态研究
（1）按图3.3所示电路接线。
（1）将信号发生器的输出信号调到f=1KHz，幅值为500mV，接至放大电路的A点，经过R1、R2衰减（100倍），Vi点得到5mV的小信号，观察Vi和VO端波形，并比较相位。
图3.3所示电路中，R1、R2为分压衰减电路，除R1、R2以外的电路为放大电路。
之所以采取这种结构，是由于一般信号源在输出信号小到几毫伏时，会不可避免的受到电源纹波影响出现失真，而大信号时电源纹波几乎无影响，所以采取大信号加R1、R2衰减形式。
此外，观察输出波形时要调节Rb1，使输出波形最大且不失真时开始测量。
输入输出波形两者反相，相差180度。
（2）信号源频率不变，逐渐加大信号源幅度，观察VO不失真时的最大值并填表4.2。
分析图3.3的交流等效电路模型，由下述几个公式进行计算：
，
，
合适状态时：
UB=0.7，UE=0，UC=3.36，Rb=135.4kΩ
IB=56µA，IC=1.72mA，β=30.7，rbe=674Ω
表3.2RL=∞
实测
实测计算
估算
Vi（mV）
VO（V）
AV
AV
图3.3小信号放大电路
五、实验总结
1、整理实验数据，并进行分析。
2、问题讨论
1）如何操纵示波器有关旋钮，以便从示波器显示屏上观察到稳定、清晰的波形？
2） 用双踪显示波形，并要求比较相位时，为在显示屏上得到稳定波形，应怎样选择下列开关的位置？
a）显示方式选择（Y1；Y2；Y1＋Y2；交替；断续）
b） 触发方式（常态；自动）
c） 触发源选择（内；外）
d）内触发源选择（Y1、Y2、交替）
3、函数信号发生器有哪几种输出波形？
它的输出端能否短接，如用屏蔽
线作为输出引线，则屏蔽层一端应该接在哪个接线柱上?
六、预习要求
1、阅读实验附录中有关示波器部分内容。
2、已知C＝0.01μf、R＝10K，计算图1-1-2RC移相网络的阻抗角θ。
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