电工电子实验内容.docx
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电工电子实验内容
实验要求
一、实验课的重要性
实验是研究自然科学的重要方法，是工程技术与科学研究中的重要组成部分。
实验课是大学教育中的重要环节，其质量高低将直接影响学生实验能力的培养，影响学生今后的工作和发展。
通过电路实验课希望达到以下目的：
1．培养学生用实验来观察和研究基本电磁现象和规律的能力，丰富学生的感性认识，以巩固和扩展学到的知识。
2．进行实验基本技能的训练。
如正确使用常规的电工仪器仪表，了解基本的测试技术和实验方法，制定实验方案，选择实验方法，并培养学习根据实验数据进行数据处理、误差分析、编写实验报告等初步能力。
3．培养学生实事求是、严肃认真、细致踏实的科学作风，养成良好的实验习惯。
二、实验课要求
1．做好实验前的预习准备工作
（1）明确实验的目的、任务、方法和步骤，完成必要的计算。
（2）研究或拟定实验线路，清楚各元件、仪表、设备的作用，应有的量程。
如果未给出线路图，请自行设计，并列出所用设备及规格。
（3）知道观察什么现象，测哪些数据，设计好相应的记录表格，初估实验结果，曲线变化趋势。
（4）初步了解有关仪器设备的使用方法，明确注意事项。
（5）写好预习报告，包括实验名称、目的、任务、步骤、线路、记录表格等。
2．实验操作过程
（1）接线前应核对并了解本组仪器的类型、规格及使用方法，合理选用仪表及量程。
（2）实验中要用的仪器、仪表、实验板等应根据连线清晰、调节顺手、读数方便的原则合理布局。
（3）正确连接线路，接线可按先串联后并联的原则，接线时应将所有电源断开，并调节设备于安全位置（调压器及直流电源等可调至设备的起始位置。
若无数字表明，一般反时针旋到底）。
接线时应防止短路，导线间尽量少交叉。
接好线路经教师检查后方可接通电源。
（4）观察并读取数据，数据记录应包括物理量名称、单位、数值及实验条件。
（5）实验结束后，先拉断电源，再根据实验要求核对实验数据，经教师审核后再拆线并作好整理工作。
3．编写实验报告
（1）实验报告是对实验的总结。
主要内容应包括：
目的、任务、线路图、设备、数据整理和计算结果、曲线和图表、分析、讨论和结论。
（2）报告要求文理通顺，简明扼要，字迹清楚。
（3）数据整理和计算结果，尽量以表格列出，物理量要写出单位，表格后面要有计算公式和计算过程。
（4）曲线用坐标纸画，先选好坐标，标上物理量及单位，曲线要求光滑，线条粗细均匀，写上曲线名称。
（5）根据实验结果作出结论。
分析、讨论的内容可以包括实验结果的分析、误差原因的分析、实验中发现的问题、实验的收获、心得体会、对实验的建议等，并回答思考题。
实验内容安排：
实验一、基本电工仪表的使用
实验二、线性电路叠加性和齐次性的研究
实验三、戴维宁等效电路参数的研究
实验四、交流电路元件参数的测量
实验五、单相交流电路研究
实验六、三相交流电路研究
实验七、三相功率测量
实验八、考试
后面为电子部分实验请与实验老师联系相关实验内容
实验一、基本电工仪表的使用
一、实验目的
1.熟悉电阻元件的识、读、测；
2.掌握万用表、直流电表及稳压电源的使用。
3.掌握电压、电流的测量及故障分析。
二、实验原理
在电路中，当给定的电源电压高于负载的额定电压时，需要采用分压电路降压来满足负载的要求，如图1.1所示。
R1、R2构成分压电路，其中R2为可调电阻，用于改变输出电压，R1为保护电阻，防止当调至最下端时电源电压全部加到负载两端。
图1.1
三、仪器设备
1.数字万用表、直流电流表、直流电压表、稳压电源
2.实验挂件
四、实验内容
1.电阻的测量
用万用表测量表1.1给定电阻阻值，并用色环法直接读取其阻值和误差。
表1.1
标称值
200
300
500
测量值
色环法
2．直流电压、电流的测量
按图1.1接线。
取Us=10V，R1=500Ω，R2=2kΩ，RL=2kΩ，测量各电流和电压值，数据填入表1.2中。
表1.2
被测电量
计算结果
测量结果
%误差
UR1/V
UL/V
I1/mA
I2/mA
IL/mA
3.故障分析（按实测分析）
①若R1断开，则UR1=，UL=；
②若R1短路，则UR1=，UL=；
③若R2断开，则UR1=，UL=；
④若R2短路，则UR1=，UL=。
3.观察电路的变化（增加、减小或不变）。
①若R1改变为200Ω，UL将会；
②若R1改变为800Ω，UL将会；
③若R2改变为1kΩ，UL将会；
④若R2改变为3kΩ，UL将会；
⑤若RL改变为500Ω，UL将会。
五、预习内容
阅读各项实验内容，明确实验目的，完成表1中计算要求。
六、报告要求
2.根据实验3的结果，说明电路发生短路或断开时会对电路产生何种影响？
阐述用欧姆表检查电路连线的方法。
思考题：
1.正在通电运行的某电阻R能否用万用表Ω挡直接测得R的阻值？
为什么？
2.为什么电流表不能与电路并联？
为什么电压表不能与电路串联？
相反情况会产生什么后果？
电阻器基础知识与检测方法
电阻器是电路元件中应用最广泛的一种，在电子设备中约占元件总数的30%以上，其质量的好坏对电路工作的稳定性有极大影响。
它的主要用途是稳定和调节电路中的电流和电压，其次还作为分流器分压器和负载使用。
一、分类
电阻器种类繁多，按材料可分为碳膜电阻、金属膜电阻、和绕线电阻等。
按结构分可以分为固定电阻器、可变电阻器和敏感电阻器。
碳膜电阻金属膜电阻绕线电阻
可变电阻器
二、电阻器的阻值和误差
电阻器的阻值和误差，一般用数字标印在电阻器上，通常一些但体积很小得电阻器，其阻值和误差常用色环来表示。
1、直标法
2、色标法
色标法是指用不同颜色表示元件不同参数的方法。
在靠近电阻器的一端画有四道或五道（精密电阻）色环。
其中，第一道色环、第二道色环、及精密电阻的第三道色环都表示其相应位数的数字。
其后的一道色环则表示前面数字再乘以10的n次幂，最后一道色环表示阻值的允许误差。
各种颜色所代表的意义见表4。
色别
第一色环
最大一位数字
第二色环
第二位数字
第三色环
应乘的数
第四色环
误差
棕
1
1
10
红
2
2
100
橙
3
3
1000
黄
4
4
10000
绿
5
5
100000
蓝
6
6
1000000
紫
7
7
10000000
±0.1%
灰
8
8
100000000
白
9
9
1000000000
黑
0
0
1
金
0.1
±5%
银
0.01
±10%
无色
±20%
三、额定功率
额定功率是指长时间工作允许的最大功率。
通常有1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、5W、10W。
实验二线性电路叠加性和齐次性的研究
一．实验目的
1．验证叠加原理；
2．了解叠加原理的应用场合；
3．理解线性电路的叠加性和齐次性。
二．原理说明
叠加原理指出：
在有几个电源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个电源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。
具体方法是：
一个电源单独作用时，其它的电源必须去掉（电压源短路，电流源开路）；在求电流或电压的代数和时，当电源单独作用时电流或电压的参考方向与共同作用时的参考方向一致时，符号取正，否则取负。
在图2.1中：
图2.1
叠加原理反映了线性电路的叠加性，线性电路的齐次性是指当激励信号（如电源作用）增加或减小K倍时，电路的响应（即在电路其它各电阻元件上所产生的电流和电压值）也将增加或减小K倍。
叠加性和齐次性都只适用于求解线性电路中的电流、电压。
对于非线性电路，叠加性和齐次性都不适用。
三．实验设备
1．直流数字电压表、直流数字电流表
2．恒压源（双路0～30V可调）
3．NEEL－11下组件或EEL－53组件或MEEL—06
四．实验内容
实验电路如图2.2所示，图中：
，图中的电源US1=＋12V，US2=＋6V（以直流数字电压表读数为准），开关S3投向R3侧。
1．US1电源单独作用（将开关S1投向US1侧，开关S2投向短路侧），参考图2.1（b），
画出电路图，标明各电流、电压的参考方向。
用直流数字毫安表接电流插头测量各支路电流：
将电流插头的红接线端插入数字电流表的红（正）接线端，电流插头的黑接线端插入数字电流表的黑（负）接线端，测量各支路电流，按规定：
在结点A，电流表读数为‘＋’，表示电流流入结点，读数为‘－’，表示电流流出结点，然后根据电路中的电流参考方向，确定各支路电流的正、负号，并将数据记入表2.1中。
用直流数字电压表测量各电阻元件两端电压：
电压表的红（正）接线端应插入被测电阻元件电压参考方向的正端，电压表的黑（负）接线端插入电阻元件的另一端（电阻元件电压参考方向与电流参考方向一致），测量各电阻元件两端电压，数据记入表2.1中。
表2.1实验数据一
测量项目
实验内容
US1
（V）
US2
（V）
I1
（mA）
I2
（mA）
I3
（mA）
UAB
（V）
UCD
（V）
UAD
（V）
UDE
（V）
UFA
（V）
US1单独作用
12
0
US2单独作用
0
6
US1,US2共同作用
12
6
US2单独作用
0
12
2．US2电源单独作用（将开关S1投向短路侧，开关S2投向US2侧），参考图2.1（c），画出电路图，标明各电流、电压的参考方向。
重复步骤1的测量并将数据记录记入表格2.１中。
3．US1和US2共同作用时（开关S1和S2分别投向US1和US2侧），各电流、电压的参考方向见图2.2。
完成上述电流、电压的测量并将数据记录记入表格2.１中。
4．将US2的数值调至＋12V，重复第2步的测量，并将数据记录在表2.1中。
5．将开关S3投向二极管VD侧，即电阻R3换成一只二极管1N4007，重复步骤１～4的测量过程，并将数据记入表2.2中。
表2.2实验数据二
测量项目
实验内容
US1
（V）
US2
（V）
I1
（mA）
I2
（mA）
I3
（mA）
UAB
（V）
UCD
（V）
UAD
（V）
UDE
（V）
UFA
（V）
US1单独作用
12
0
US2单独作用
0
6
US1,US2共同作用
12
6
US2单独作用
0
12
6.将图2.2中Us1换成电流源Is1，取值Is1=10mA，Us2不变，验证叠加原理。
将数据记录入表2.3中。
表2.3实验数据三
测量项目
实验内容
IS1
（mA）
US2
（V）
I1
（mA）
I2
（mA）
I3
（mA）
UIS
（V）
UAB
（V）
UCD
（V）
UAD
（V）
UDE
（V）
UFA
（V）
IS1单独作用
10
0
US2单独作用
0
6
IS1,US2共同作用
10
6
五．实验注意事项
1．用电流插头测量各支路电流时，应注意仪表的极性，及数据表格中“＋、－”号的记录；
2．注意仪表量程的及时更换；
3．电压源单独作用时，去掉另一个电源，只能在实验板上用开关S１或S２操作，而不能直接将电压源短路。
六．预习与思考题
1．叠加原理中US1,US2分别单独作用，在实验中应如何操作？
可否将要去掉的电源（US1或US2）直接短接？
2．实验电路中，若有一个电阻元件改为二极管，试问叠加性与齐次性还成立吗？
为什么？
七．实验报告要求
1．根据表2.1实验数据一，通过求各支路电流和各电阻元件两端电压，验证线性电路的叠加性与齐次性；
2．各电阻元件所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？
试用上述实验数据计算、说明；
3．根据表2.1实验数据一，当US1＝US2＝12V时，用叠加原理计算各支路电流和各电阻元件两端电压；
4．根据表2.2实验数据二，说明叠加性与齐次性是否适用该实验电路；
实验三戴维宁等效电路参数的研究
一、实验目的
1.进一步熟悉万用表及直流仪表设备的使用方法。
2.学习线性有源线性二端网络等效电路参数的测量方法。
3.用实验方法验证戴维宁定理及最大功率传输条件。
二、实验原理
1.外特性及其测量方法
含源一端口网络的两个输出端上的电压和电流关系U＝f（I）称为输出特性或外特性。
它可通过在网络输出端接一个可变电阻RL作负载，RL取不同数值时测出两端电压和电流而得到，如图3.1所示。
对线性一端口网络，此特性为一直线，如图3.2所示。
图3.1含源网络外特性的测量电路图3.2线性含源网络的外特性
对应于A点，I=0，U=Uoc（此电压称为开路电压），相当于RL。
对应于B点，U=0，I=Isc（此电流称为短路电流），相当于RL=0。
2．对于线性含源一端口网络，可以用实验方法测出网络的开路电压，而网络除源后的等效电阻Ro，可以用以下方法测定。
（1）用万用表挡直接测出网络除源后（恒压源短路，恒流源开路）的等效电阻。
（2）短路电流法。
测网络端口处的开路电压Uoc及短路电流Isc，则
（3）电压法。
测出已知负载电阻RL两端的电压UL，则
4．一个内阻为Rs的电源给负载RL供电，其负载功率为
为求得RL从电源获得最大功率的所需条件，可令
，由此解得RL=Rs，即负载RL从电源获得最大功率的条件是RL=Rs，其最大功率
三、仪器设备
数字万用表、电工电子实验系统、电工原理
（一）实验箱、元件
（一）实验箱
四、实验内容与步骤
1.测定线性一端口网络的外特性U＝f（I）。
按图3.3接线。
改变电阻RL值，测量对应的电流和电压值，数据填入表3.1中。
根据测量结果，求出对应于戴维宁等效参数Uoc、Isc。
图3.3线性一端口网络
表3.1
电阻RL（Ω）
0
100
200
300
500
700
800
∞
I（mA）
U（V）
2.利用实验原理3中介绍的方法求Ro，数据记录于表3.2中。
表3.2
方法
1
2
3
平均值
Rs（Ω）
3.验证戴维宁定理
用上述内容测得的等效参数画出戴维宁等效电路，并测其外输出特性，表格自拟。
*4.功率随负载电阻变化的曲线测量（选做）
现将有源线性二端网络中的负载RL取值调节为内阻R0的计算值，测出负载电流I（mA）值。
再将负载RL分别调大和调小，同时记录负载RL的电阻值和其电流值，并计算其对应功率。
数据表格自拟。
五、预习内容
1.仔细阅读仪器设备及万用表的使用说明。
2.阅读各项实验内容，理解有关原理，明确实验目的。
六、报告要求
1.画出戴维宁等效电路的电路图及等效电路的所测表格。
2.根据实验内容1和内容3测量结果，在同一坐标上做出它们的外特性曲线，并做分析比较。
3.计算R0实际测量值与计算值的误差。
4.根据实验内容4的测量数据，计算并绘制功率随RL变化的曲线，即P＝f（RL），验证最大功率的传输条件。
5.根据实验数据，得出结论。
实验四交流电路元件参数的测量
一、实验目的
1．学会使用交流数字仪表（电压表、电流表、功率表）和自耦调压器；
2．学习用交流数字仪表测量交流电路的电压、电流、功率及功率；
3．学会用交流数字仪表测定交流电路参数的方法；
4．加深对阻抗、阻抗角及相位差等概念的理解。
二、原理与说明
正弦交流电路中各个元件的参数值，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，是用来测量50Hz交流电路参数的基本方法。
计算的基本公式为：
电阻元件的电阻：
或
电感元件的感抗
，电感
电容元件的容抗
，电容
串联电路复阻抗的模
，阻抗角
其中：
等效电阻
，等效电抗
本次实验电阻元件用白炽灯（非线性电阻）。
电感线圈用镇流器，由于镇流器线圈的金属导线具有一定电阻，因而，镇流器可以由电感和电阻相串联来表示。
电容器一般可认为是理想的电容元件。
在R、L、C串联电路中，各元件电压之间存在相位差，电源电压应等于各元件电压的相量和，而不能用它们的有效值直接相加。
电路功率用功率表测量，功率表（又称为瓦特表）是一种电动式仪表，其中电流线圈与负载串联，（具有两个电流线圈，可串联或并联，以便得到两个电流量程），而电压线圈与电源并联，电流线圈和电压线圈的同名端（标有*号端）必须连在一起，如图4.1所示。
本实验使用数字式功率表，连接方法与电动式功率表相同。
图4.1
三、实验设备
1．电工实验装置
2．实验箱
四、实验内容
实验电路如图4.2所示，功率表的连接方法见图4.1，交流电源经自耦调压器调压后向负载Z供电。
1．测量镇流器的参数
将图4.2电路中的Z换为镇流器，由
于镇流器在不同的工作电流下功率损耗是不同的，在这里按40W日光灯镇流器工作在额定状态下电压为160V为基准，进行测量。
现将电压U分别调到160V，测量电流、功率、功率因数，将数据记入表4.1中。
表4.1
U/V
测量值
计算值
I/mA
P/W
cosφ
cosφ
R/Ω
L/mH
160
2．测量白炽灯的电阻
图4.2电路中的Z为一个220V/25W的白炽灯，用自耦调压器调压，使U为220V，（用电压表测量），并测量电流、功率、功率因数，将数据记入表4.2中。
表4.2
U/V
测量值
计算值
I/mA
P/W
cosφ
R/Ω
220
3．测量电容器的容抗
将图4.2电路中的Z换为4.7μF/630V的电容器（改接电路时必须断开交流电源），将电压U调到220V，测量电流、功率、功率因数，将数据记入表4.3中。
将电容器换为2.2uF/630V，重复上述实验。
表4.3
U/V
测量值（4.7μF/630V）
测量值（2.2μF/630V）
计算值
I/mA
P/W
cosφ
I/mA
P/W
cosφ
220
4．将图4.2电路中的Z换为一个220V/25W的白炽灯和4.7μF/630V的电容器的并联（改接电路时必须断开交流电源），将电压U调到220V，测量电压、电流、功率和功率因数，将数据记入表4.4中。
表4.4
U/V
测量值（总）
测量值（4.7μF/630V）
测量值（白炽灯）
计算值
I/mA
P/W
cosφ
I/mA
P/W
cosφ
I/mA
P/W
cosφ
Z
cosφ
220
五、实验注意事项
1．通常，功率表不单独使用，要有电压表和电流表监测，使电压表和电流表的读数不超过功率表电压和电流的量限；
2．注意功率表的正确接线，上电前必须经指导教师检查；
3．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。
每次改接实验负载或实验完毕，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。
六、预习与思考题
1．在50Hz的交流电路中，测得一只铁心线圈的P、I和U，如何计算得它的电阻值及电感量？
2．了解功率表的连接方法
3．了解自耦调压器的操作方法。
七、实验报告要求
1．根据实验1的数据，计算镇流器的参数（电阻R和电感L）；
2．根据实验2的数据，计算白炽灯在额定电压下的电阻值；
3．根据实验3的数据，计算电容器的容抗及电容值；
4．根据实验4的数据，计算相应电路的等效参数，画出电压和电流的相量图，说明各个电压之间的关系。
实验五单相交流电路的研究
一、实验目的
1.学习交流仪表及功率表的使用方法。
2.掌握日光灯电路的接线方法以及功率的测量方法。
3．验证单相正弦交流电路总电压、电流与各元件电压、电流的相量关系。
4.掌握感性负载并联电容提高功率因数的原理。
二、实验原理
1.当正弦电流通过电阻、电感和电容串联电路时，电路两端电压相量等于各元件电压的相量之和，即
；当正弦电压加于电阻、电感和电容并联电路时，总电流相量等于各元件中电流的相量之和，即
。
2.图5.1为日光灯电路，它由灯管A，镇流器L及启动器S组成。
日光灯为预热式阴极低气压汞气放电灯，灯管两端有预热灯丝K1，K2，管内充有稀薄氩气和少量水银，管内壁涂有一层荧光物质。
镇流器是一个有铁芯的电感线圈。
启动器由氖气泡、电容器和外壳构成，氖气泡内装有二个电极，一个为固定电极，另一个是由热膨胀系数不同的双金属片构成、并随泡内温度变换发生形变移位的可动电极。
图5.1实验原理图图5.2日光灯等效电路模型
当电源接通后，启动器两极间的电压为电源电压。
两极间发生辉光放电，双金属片受热形变，与固定电极接触，形成电流通路。
这时灯管灯丝被加热而发射电子。
启动器两极接通后，辉光放电即刻停止，等金属片冷却后，两极分开，所形成的电流通路被切断。
在此瞬间，镇流器产主很高的反向电动势，加于灯管两端，迫使灯丝旁的电子在两极间运动，形成电流。
由于电子碰撞水银分子，使其电离发出紫外线，紫外线又激发内壁上的荧光物质而发出可见光。
日光灯工作时，其两极间的电压较低，且只需一定的电流．镇流器在启动后起降压限流作用。
日光灯工作时，灯管相当于一个电阻RL，镇流器可等效为一个小电阻r和电感L的串联，启动器断开，整个电路可等效为一R、L串联电路，其电路模型如图5.2所示。
三、仪器设备
1．电工电子实验台
2．MASRECHMY-60型万
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