电路理论实验指导书.docx

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电路理论实验指导书

实验一基尔霍夫定律的验证

一、实验目的

1、验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。

2、进一步掌握仪器、仪表的使用方法。

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多个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律和电压定律。

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电流的正方向，此方向可预先任意设定。

三、实验设备

1、RXDI-1电路原理实验箱1台

2、万用表1台

四、实验内容及步骤

实验线路如图A所示

图A

1、实验前先任意设定三条支路的电流参考方向，如图中的I1、I2、I3所示。

2、分别将两路直流稳压电源（如：

一路U2为+12V电源，另一路U1为0～24V可调直流稳压源）接入电路，令U1=6V、U2=12V。

3、将电源分别接入三条支路中，记录电流值。

4、用电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，并记录。

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、实验报告

1、根据实验数据，选定实验电路中的任一个节点，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、分析误差原因。

4、实验总结。

实验二戴维南定理

—有源二端网络等效参数的测定—

一、实验目的

1、验证戴维南定理的正确性

2、掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法

二、原理说明

1、任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络（或称为含源二端口网络）。

戴维南定理指出：

任何一个线性有源网络，总可以用一个等效电压源来代替，此电压源的电动势ES等于这个有源二端网络的开路电压U0C，其等效内阻R0等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短路，理想电流视为开路）时的等效电阻。

U0C和R0称为有源二端网络的等效参数。

2、有源二端网络等效参数的测量方法

（1）开路电压、短路电流法

在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压U0C，然后将其输出端短路，用电流表测其短路电流ISC，则内阻为R0=UOC/ISC

（2）伏安法

用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性如图A所示。

根据外特性曲线求出斜率tgΦ，则内阻RO=tgΦ=△U/△I=UOC/ISC

图A图B

用伏安法，主要是测量开路电压及电流为额定值IN时的输出端电压值UN，则内阻为

RO=UOC-UN/IN

若二端网络的内阻值很低短路电流很大时，则不宜测短路电流。

（3）半电压法

如图B所示，当负载电压为被测网络开路电压一半时，负载电阻（负载电阻由万用表测量），即为被测有源二端网络的等效内阻值。

（4）零示法

在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表进行直接测量会造成较大的误差，为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示测量法，如图C所示。

图C

零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时，电压表的读数为“0”，然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压，即为被测有源二端网络的开路电压。

图D

三、实验设备

1、RXDI-1电路原理实验箱1台

2、万用表1台

四、实验内容及步骤

被测有源二端网络如图D（a）所示。

1、用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的UOC和RO。

按图D（a）电路接入稳压电源ES和恒流源IS及可变电阻RL，测定UOC和RO。

UOC（V）

ISC（mA）

RO=UOC/ISC（Ω）

2、负载实验

按图D（a）改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性。

RL（Ω）

0∞

U（V）

I（mA）

3、验证戴维南定理

用一只10K的电位器，将其阻值调整到等于按步骤1所得的等效电阻R0之值，然后令

其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压UOC之值）相串联，如图D（b）所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴维南定理进行验证。

RL（Ω）

0∞

U（V）

I（mA）

4、测定有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的其它方法，将被测有源网络内的所有独立源置零（将电流源断开，短路电压源），然后用伏安法或者直接用万用电表的欧姆档去测定负载RL开路后输出端两点间的电阻，即为被测网络的等效内阻RO或称网络的入端电阻R1。

5、用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻R0及其开路电压UOC，电路及数据表格自拟。

五、实验注意事项

1、注意测量时及时更换电流表量程的。

2、步骤“4”中，电源置零时不可将稳压源短接。

3、用万用表直接测R0时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表。

4、改接线路时，需关掉电源。

六、实验报告

1、根据步骤2和3，分别绘出曲线，验证戴维南定理的正确性，并分析产生误差的原因。

2、根据步骤1、4、5，用各种方法测得的UOC、RO和预先的电路计算的结果作比较，你能得出什么结论

3、总结实验结果。

实验三RC一阶电路响应测试

一、实验目的

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定方法。

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测绘图形。

二、原理说明

1、动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程，对时间常数的τ较大的电路，可用慢扫描长余辉示波器观察光点移动的轨迹。

然而能用一般的双踪示波器观察过渡过程和测量有关的参数，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，即令方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；方波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，电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的影响和直流电源接通与断开的过渡过程是基本相同的。

2、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、时间常数的测定方法

图A所示电路

图A

用示波器测得零输入响应的波形如图A（b）所示。

根据一阶微分方程的求解得知：

UC=Ee-t/RC=Ee-t/τ

当t=τ时，U0（τ）=

此时所对应的时间就等于τ。

亦可用零状态响应波形增长到所对应的时间测得，如图A（C）所示。

4、微分电路积分电路是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，方波序列脉冲的重复激励下，当满足τ=RC＜＜T/2时（T为方波脉冲的重复周期），且由R端作为响应输出，如图B（a）所示。

这就构成了一个微分电路，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。

若将图B（a）中的R与C位置调换一个，即由C端作为响应输出，且当电路参数的选择满足τ=RC＞＞T/2条件时，如图B（b）所示即构成积分电路，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。

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

图B

三、实验设备

1、RXDI-1电路原理实验箱1台

2、双踪示波器1台

四、实验内容及步骤

实验线路板的结构如图C所示，认清R、C元件的布局及其标称值，各开关的通断位置等。

图C一阶实验线路板

1、选择动态线路板R、C元件，令

（1）R=10KΩC=3300PF

组成如图C（X）所示的RC充放电电路，U为函数信号发生器输出，取Um=3V，f=1KHz的方波电压信号，并通过两根同轴电缆，将激励源Ui和响应U0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，求测时间常数τ，并描绘U及UC波形。

少量改变电容值或电阻值，定性观察对响应的影响，记录观察到的现象。

（2）令R=10KΩC=μF，观察并描绘响应波形，继续增大C之值，定性观察对响应的影响。

2、选择动态板上R、C元件，组成如图B（a）所示微分电路，令C=μF，R=1KΩ。

在同相的方波激励信号（Um=3V，f=1KHz）作用下，观测并描绘激励与响应的波形。

增减R之值，定性观察对响应的影响，并记录，当R增至1MΩ时，输入输出波形有何本质上的区别

五、实验报告

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、实验总结。

实验四互感电路实验

一、实验目的

学会判别互感线圈同名端和异名端，互感系数以及耦合系数的测定方法。

二、原理说明

1、判断互感线圈同名端的方法

（1）直流法

如图A所示

图A

当A1、B两点接通瞬间，若毫安表指针正偏，则可断定“1”、“3”为同名端；指针反偏，则“1”、“4”为同名端。

（2）交流法

如图B所示：

图B

如图B所示，将两线圈N1和N2的任意两端（如2、4端）联在一起同，在其中的一个线圈（如N1）两端加一个低压交流电压AC8V，另一线圈开路，（如N2），用交流电压表分别测出分端电压U13、U12、U34，若U13是两个绕组端压之差，则1、3是同名端；若U13是两绕组端压之和，则1、4是同端。

2、两线圈互感系数的测定

如图B在N1侧加低压交流电压U1、N2侧开路，测出I1及U2，根据互感电势E2m≈U20＝WMI1可算出互感系数为：

M=U2/WI1

3、耦合系数的测定

两个互感线圈耦合松紧的程度大来K表示，如图Ｂ；先在N1侧加低压交流电压U1（AC8V），测出N2侧开路时的电流I1；然后再N2侧加电压U2，测出N1侧开路时的电流，求出各自的L1和L2，算得K值。

三、实验设备

1、RXDI-1电路原理实验箱1台

2、万用表1台

四、实验步骤

1、分别用直流法和交流法测定互感系数的同名端。

（1）直流法

实验线路如图C所示

图C

将N1侧串入直流数字电流表（2A档），U为可调直流稳压电源，调至6V然瞬间闭合开关S；观察在开关闭合的瞬间，毫安表正、负读数的变化，来判定N1和N2两线圈的同名端。

（2）交流法

按实验电路如图D所示

图D

将N1串接电流表（2A交流电流表）U1接AC8V，N2侧开路，用交流电压表测量U13、U12、U34判定同名端。

拆去连线，并将相接，重复上述步骤，判定同名端。

2、自感系数M的测定

拆除2、3连线，测U1、I1、U2，计算出M。

3、耦合系数K的测定

将低压交流AC8V加在N2侧，N1侧开路，按步骤2测出U2、I2、U1值，用万用表200Ω档分别测出N1和N2线圈的电阻R1、R2，计算K值。

五、实验注意事项

1、为避免互感线圈因电流过大而损坏，注意N2必须接AC8V。

2、不允许低压交流电源短路。

六、实验报告

1、总结对互感线圈同名端、互感系数、耦合系数的测定方法。

2、自拟测试表格完成计算任务。

3、实验报告。

实验五三相交流电路电压、电流的测量

一、实验目的

1、掌握三相负载作星形连接，三角形连接的方法，验证这两种接线下线、相电压，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。

二、原理说明

三相电路中的电流有相电流与线电流之分，每相负载中的电流称为相电流表示为IP，每根线中的电流称为线电流表示为IL。

1、三相负载接成星形（又称“Y”接法）：

线电压UL是相电压Up的

倍。

线电流IL等于相电流Ip，

既UL=

UpIL=Ip

中性线电流

，

当三相负载对称时流过中线的电流IO=0，所以可以省去中线。

2、当对称三相负载作△形连接时：

有UL=Up，IL=

Ip。

不对称三相负载作Y连接时，必须采用三相四线制接法，即Y接法。

而且中线必须牢固连接，以保证三相不对称负载的每相电压维持不变。

倘若中线断开，会导致三相负载电压的不对称，致使负载轻的一相的相电压过高，使负载遭受损坏，负载重的一相的相电压过低，使负载不能正常工作。

尤其是对于三相照明负载，无条件的一律采用Y接法。

对于不对称负载作△接法时，I1≠

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

三、实验设备

1、交流电压表1

2、交流电流表1

3、白炽灯15W/220V9

四、实验内容

1、三相负载星形连接（三相四线制供电）

按图7-1连接实验电路，即三相灯组负载接成星形接法。

1、三相负载星形连接（三相四线制供电）

按图7-1连接实验电路，即三相灯组负载接成星形接法。

（1）三相负载平衡时，每相都接入两盏灯泡，检查无误后接入电源。

分别测量三相负载的线电压、相电压、线电流、中线电流，记录数据。

2）三相负载不平衡时，一相接入一盏灯泡，其余两相接入两盏灯泡，检查无误后接入电源。

分别测量三相负载的线电压、相电压、线电流、中线电流，记录数据。

图7-1

3、三相负载三角形连接（三相三线制供电）

图7-2

按图7-2连接实验电路，检查无误后接入电源。

分别测量三相负载的线电压、相电压、线电流、线电流，记录数据。

五、注意事项

1、本实验采用三相交流电，线电压为380V，应穿绝缘鞋进入实验室。

实验时要注意人身安全，不可触及导电部分，防止意外事故发生。

2、每次接线完毕，都应由指导老师检查后，方可接通电源，必须严格遵守先接线，后通电；先断电后拆线的实验操作原则。

六、实验报告

1、用实验测得的数据验证对称三相电路中的

倍关系。

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、不对称三角形连接的负载，能否正常工作实验是否能证明这一点

4、写出实验报告。

实验六、功率因数及相序的测量

一、实验目的

1、掌握三相交流电路相序的测量方法。

2、熟悉功率因数表的使用方法，了解负载性质对功率因数的影响。

二、原理说明

图9-1为相序指示电路，用以测定三相电源的相序U、V、W。

它是由一个电容器和两个瓦数相同白炽灯连接成的星形不对称三相负载电路。

如果电容器所接的是U相，则灯光较亮的是V相，较暗的是W相。

（相序是相对的，任何一相均可作为U相，但U相确定后，V相和W相也就确定了）。

图9-1

为了分析问题简单起见，设XC=RV=RW=RUU=UP＜0°=UP

则

由于U'V＞U'W,故V相灯光较亮。

三、实验设备

1、交流电压表1

2、交流电流表1

3、功率因数表1

4、电容器（1μF,μF）各1

5、白炽灯组负载（220V/15W）3

6、电感线圈（15W日光灯镇流器）1

四、实验内容

1、相序的测定

（1）按图9-1接线，取220V/15W白炽灯两只，1μF/450V电容器一只，输入三相交流电源，观察两只灯泡发亮的状态，判断三相交流电源的相序。

（2）将电源线任意间调换两相后在接入电路。

观察两灯的明亮状态，判断三相交流电源的相序。

2、电路功率（P）和功率因数（cosφ）的测定

按图接线，接通电源，输入AC220V，观测电压表、电流表、功率因数表的读数，并记录。

分析负载特性。

图9-2

开关

状态

测量值

计算值

负载

特性

U（V）

UR（V）

UL=UC（V）

I（A）

P（W）

cosφ

cosφ

S1合

S2、S3随意

S2合

S1、S3随意

S3合

S1、S2随意

S2合S3合、S1断

五、注意事项

本实验为强电实验，注意安全。

每次改接线路都必须先断开电源。

六、实验报告

1、简述实验线路的相序检测原理。

2、根据V、I、P三表测定的数据，计算出cosφ，并与cosφ的读数比较，分析误差原因。

3、分析负载性质对cosφ的影响。

交流部分

一、概述

交流电路实验箱是根据“电工基础”“电路原理”“电路分析”等课程所开发设计的强电类典型实验项目而设计的。

版面设有Y型和△型变化法的三相灯组负载，日光灯实验组件，单相铁心变压器，电流互感器，RLC元件组，三相四线输入接线端子，三相电流插座，三相双掷开关及各种带绝缘护套的连接插头线，数字交流电压表、数字交流电流表、智能型多功能数字功率、功率因数表等。

设计合理紧凑，操作方便。

二、技术性能指标

1、工作电源：

三相四线AC380V±10％50Hz＜180VA

2、使用环境条件：

温度-10℃-40℃湿度＜80％

3、实验箱外型尺寸：

520mm×390mm×180mm

4、数字交流电压表：

三位半LED数码管显示，测量范围AC0～450V，精度级。

5、数字交流电流表：

三位半LED数码管显示，测量范围AC0～2A，精度级。

6、智能数字功率、功率因数表：

可测试：

视在功率、有功功率、无功功率、电流、电压、频率、功率因数，精度级。

产品的主要性能特点：

本仪表可应用于交流功率或直流功率的测量与控制。

、五位LED数码管显示，前四位显示测量参数，从～到1～9999KW，六档量程自动转换，最小分辨力为（10mW），末位数码管显示测量参数的单号符号。

、视在功率、有功功率、无功功率、电流、电压、频率、功率因数等参数通过按钮可轮换显示。

、仪表具有上、下限报警控制功能，内置继电器及蜂鸣器；用户可根据需要自行选择设置视在功率、电流、电压报警。

主要技术指标：

功率测量范围

～、～、1～9999W、

～、～、1KW～9999KW

电流测量范围

1.000A～9999A任意量程可设置

电压测量范围

～单量程

基本误差

±（1%量程+5个字）

环境条件

工作温度：

0℃～40℃相对湿度≤80℃RH

显示字高

LED红色

三、操作方法及说明

1、将该仪器三相电源插头插入三相电源插座。

插入前，要先检查电源应是三相四线380V。

接入后面板上三相电源接线端子带电，方可引出使用。

使用时要从保险管右边“U、V、W、N”引出。

2、打开仪表部分船形开关，仪表带电工作，方可使用，电压、电流表使用时正确接入即可；功率、功率因数使用说明如下。

仪表的面板上设有5个LED指示灯、3个设定控制按狃（分别为K4、K1、K2、K3）、1个蜂鸣器自锁开关K4。

High指示灯亮：

表示上限报警控制信号输出状态。

Low指示灯亮：

表示下限报警控制信号输出状态。

有功指示灯亮：

表示仪表显示读数以KW（千瓦）为单位。

无功指示灯亮：

表示仪表显示读数为无功功率。

K1键为在设定状态下为功能设定键及确认键。

K2键在设定状态下为左右移位键（←→）；在测量状态为视在功率、有功功率、无功功率显示功能选择键。

K3在设定状态下为数字设定键和功能转换键（↑↓）；在测量状态下为功率、电压、电流、频率、功率因数显示功能选择键。

显示部分：

末位数码管为被测参数符号指示管，“P”表示功率，“H”表示频率，“C”表示功率因数，“A”表示电流，“V”表示电压。

1、在功率测量状态下，如果功率值超过9999W，仪表的●KW指示灯亮，此时仪表显示读数以KW（千瓦）为单位。

2、测量状态下，末位数码管显示“P”，仪表显示值为视在功率；按K2键●有功指示灯亮，此时仪表显示值为有功功率值；按K2键●无功指示灯亮，此时仪表显示值为无功功率值；再次按下K2键，●无功指示灯灭，表示恢复视在功率测量。

3、测量状态下，末位数码管显示“P”，仪表显示值为视在功率；按K3键，末尾数码管显示“U”，此时仪表显示值为电压值；按K3键，末位数码管显示“A”，此时仪表显示值为电流值；再按K3键，末位数码管显示“H”，此时仪表显示值为频率值；按K3键，末位数码管显示“C”，此时仪表显示值为功率因数值，按下K3键，末位数码管显示“P”，此时仪表显示值为功率值。

4、报警：

显示到达设置值后，High指示灯亮：

表示上限报警控制信号输出状态；或Low指示灯亮：

表示下限报警控制信号输出状态；蜂鸣器发出报警音，同时表内继电器吸合或断开，输出控制信号。

四、使用注意事项

1、根据不同的连接方法选择合适的电源（220V或380V）。

2、实验时，不使用的仪表可以暂时关掉，减少不必要的损耗。

3、接线一定要经过三刀双掷开关，以防出现问题时及时切断电源。

4、实验时，若发现异常现象，应立即关断电源查找原因，排除故障，切记不允许在通电的情况下查找原因。

5、实验过程中如果需要更改接线时，必须切断电源后才能拆接线，以免触电。

6、实验完毕，必须先关掉电源，拔出电源插头，并将仪器设备工具导线等按规定整理好。

五、实验项目

实验八、日光灯电路实验、改善功率因素实验

实验九、变压器同名端判断

实验十、三相交流电路电压、电流及功率的测量

实验十一、三相交流电路功率的测量

实验十二、功率因数及相序的测量