电位值电压值的测定.docx

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电位值电压值的测定

实验一电位、电压的测定、基尔霍夫定律的验证

一、实验目的

加深电路中电位的相对性、电压的绝对性的理解。

牢记基尔霍夫定律是电路的基本定律,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。

二、预习要点

1.实验需用仪器仪表；

2.电位、电压的测定方法，基尔霍夫定律的验证方法。

三、实验所用仪表和仪器

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

直流数字毫安表

0~200mA

1

4

电位、电压测定实验电路板

1

DGJ-03

四、实验内容

1．测定电位、电压的值；

　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）分别将两路直流稳压电源接入电路，令U1＝6V，U2＝12V。

（先调准输出电压值，再接入实验线路中。

）

（2）以图1-1中的A点作为电位的参考点，分别测量B、C、D、E、F各点的电位值φ及相邻两点之间的电压值UAB、UBC、UCD、UDE、UEF及UFA，数据列于表中。

（3）以D点作为参考点，重复实验内容2的测量，测得数据列于表中。

电位

参考点

φ与U

φA

φB

φC

φD

φE

φF

UAB

UBC

UCD

UDE

UEF

UFA

A

计算值

测量值

相对误差

D

计算值

测量值

相对误差

2.验证基尔霍夫定律；

（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.误差原因分析。

4.回答以下问题：

若以F点为参考电位点，实验测得各点的电位值；现令E点作为参考电位点，试问此时各点的电位值应有何变化？

总结电位相对性和电压绝对性的结论。

5.心得体会及其他。

实验二　叠加原理、戴维南定理和诺顿定理

一、实验目的

1.验证线性电路叠加原理的正确性，加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解；

2.验证戴维南定理和诺顿定理的正确性，加深对该定理的理解；

3.掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。

二、预习要点

1.什么情况下可用叠加原理，如何应用；

2.有源二端网络等效参数如何测量，并作相关的计算。

三、实验所用仪表和仪器

1．叠加原理实验

序号

名称

型号与规格

数量

备注

1

直流稳压电源

0~30V可调

二路

2

万用表

1

自备

3

直流数字电压表

0~200V

1

4

直流数字毫安表

0~200mV

1

5

迭加原理实验电路板

1

DGJ-03

　2．戴维南定理和诺顿定理实验

序号

名称

型号与规格

数量

备注

1

可调直流稳压电源

0～30V

1

2

可调直流恒流源

0～500mA

1

3

直流数字电压表

0～200V

1

4

直流数字毫安表

0～200mA

1

5

万用表

1

自备

6

可调电阻箱

0～99999.9Ω

1

DGJ-05

7

电位器

1K/2W

1

DGJ-05

8

戴维南定理实验电路板

1

DGJ-05

四、实验内容

1.叠加原理

利用实验线路图2-1验证叠加原理的正确性。

图2-1

（1）将两路稳压源的输出分别调节为12V和6V，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）。

用直流数字电压表和毫安表（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2-1。

　　表2-1

测量项目

实验内容

U1

（V）

U2

（V）

I1

（mA）

I2

（mA）

I3

（mA）

UAB

（V）

UCD

（V）

UAD

（V）

UDE

（V）

UFA

（V）

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2-1。

（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2-1。

（5）将U2的数值调至＋12V，重复上述第3项的测量并记录，数据记入表2-1。

*（6）将R5（330Ω）换成二极管1N4007（即将开关K3投向二极管IN4007侧），重复1～5的测量过程，数据记入表2-2。

（7）任意按下某个故障设置按键，重复实验内容4的测量和记录，再根据测量结果判断出故障的性质。

表2-2

测量项目

实验内容

U1

（V）

U2

（V）

I1

（mA）

I2

（mA）

I3

（mA）

UAB

（V）

UCD

（V）

UAD

（V）

UDE

（V）

UFA

（V）

U1单独作用

U2单独作用

U1、U2共同作用

2U2单独作用

2．戴维南定理和诺顿定理验证

实验线路如图2-2所示，被测有源二端网络如图2-2（a）。

（a）图2-2（b）

用DGJ-03挂箱的“基尔夫定律/叠加原理”线路。

Uoc

（v）

Isc

（mA）

R0=Uoc/Isc

（Ω）

（1）用开路电压、短路电流法测定戴维南等效

电路的Uoc、R0和诺顿等效电路的ISC、R0。

按

图2-2（a）接入稳压电源Us=12V和恒流源Is=10mA，

不接入RL。

测出UOc和Isc,并计算出R0。

（测UOC

时，不接入mA表。

）

（2）负载实验

按图2-2（a）接入RL。

改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。

U（v）

I（mA）

（3）验证戴维南定理：

从电阻箱上取得按步骤“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2-2（b）所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。

U（v）

I（mA）

（4）验证诺顿定理：

从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻R0之值，然后令其与直流恒流源（调到步骤“1”时所测得的短路电流ISC之值）相并联，如图2-3所示，仿照步骤“2”测其外特性，对诺顿定理进行验证。

U（v）

I（mA）

（5）有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的直接测量法。

见图2-2（a）。

将被测有源网络内的所有独立源置零（去掉电流源IS和电压源US，并在原电压源所接的两点用一根短路导线相连），然后用伏安法或者直接用万用表的欧姆档去测定负载RL开路时A、B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻R0，或称网络的入端电阻Ri。

（6）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。

线路及数据表格自拟。

图2-3

五、实验注意事项

1.测量时应注意电流表量程的更换。

2.步骤“5）”中，电压源置零时不可将稳压源短接。

3.用万表直接测R0时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表。

其次，欧

姆档必须经调零后再进行测量。

4.用零示法测量UOC时，应先将稳压电源的输出调至接近于UOC，再按图2-2测量。

5.改接线路时，要关掉电源。

六、实验报告

1.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与齐次性。

　　2.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。

3.通过戴维南定理和诺顿定理实验步骤6及分析表格6-2的数据，你能得出什么样的结论？

4.根据步骤2、3、4，分别绘出曲线，验证戴维南定理和诺顿定理的正确性，并分析产生误差的原因。

5.根据步骤1、5、6的几种方法测得的Uoc与R0与预习时电路计算的结果作比较，你能得出什么结论。

6.回答以下问题：

（1）在叠加原理实验中，要令U1、U2分别单独作用，应如何操作？

可否直接将不作用的电源（U1或U2）短接置零？

*

（2）实验电路中，若有一个电阻器改为二极管，试问叠加原理的迭加性与齐次性还成立吗？

为什么？

（3）在求戴维南或诺顿等效电路时，作短路试验，测ISC的条件是什么？

在本实验中可否直接作负载短路实验？

请实验前对线路2-2（a）预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。

（4）说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法，并比较其优缺点。

实验三R、L、C元件阻抗特性的测定

一、实验目的

1.验证电阻、感抗、容抗与频率的关系，测定R～f、XL～f及Xc～f特性曲线。

2.加深理解R、L、C元件端电压与电流间的相位关系。

二、预习要点

1.如何判断一个负载阻抗是感性还是容性；

　　2.双踪示波器如何使用。

三、实验所用仪表和仪器

序号

名称

型号与规格

数量

备注

1

函数信号发生器

1

2

交流毫伏表

0～600V

1

3

双踪示波器

1

自备

4

频率计

1

5

实验线路元件

R=1KΩ，r=51Ω,C=1μF,L约10mH

1

DGJ-05

四、实验内容

1.R、L、C元件的阻抗频率特性测量电路如图3-1所示

　　通过电缆线将函数信号发生器输出的正弦信号接至如图3-1的电路，作为激励源u，并用交流毫伏表测量，使激励电压的有效值为U＝3V，并保持不变。

使信号源的输出频率从200Hz逐渐增至5KHz（用频率计测量），并使开关S分别接通R、L、C三个元件，用交流毫伏表测量Ur，并计算各频率点时的IR、IL和IC（即Ur/r）以及R=U/IR、XL=U/IU及XC=U/IC之值。

　图中的r是提供测量回路电流用的标准小电阻，由于r的阻值远小于被测元件的阻抗值，因此可以认为AB之间的电压就是被测元件R、L或C两端的电压，流过被测元件的电流则可由r两端的电压除以r所得。

φ

2.用双踪示波器观察在不同频率下各元件阻抗角的变化情况，按图3-2记录n和m，算出φ。

。

图3-1图3-2

用双踪示波器同时观察r与被测元件两端的电压，亦就展现出被测元件两端的电压和流过该元件电流的波形，从而可在荧光屏上测出电压与电流的幅值及它们之间的相位差。

五、实验注意事项

1．在接通C测试时，信号源的频率应控制在200～2500Hz之间。

　　2．交流毫伏表属于高阻抗电表,测量前必须先调零。

3．测φ时，示波器的"V/div"和"t/div"的微调旋钮应旋置“校准位置”。

测量R、L、C各个元件的阻抗角时，为什么要与它们串联一个小电阻？

可否用一个小电感或大电容代替？

为什么？

4．元件的阻抗角（即相位差φ）随输入信号的频率变化而改变，将各个不同频率下的相位差画在以频率f为横坐标、阻抗角φ为纵座标的座标纸上，并用光滑的曲线连接这些点，即得到阻抗角的频率特性曲线。

5．用双踪示波器测量阻抗角的方法如图3-2所示。

从荧光屏上数得一个周期占n格，相位差占m格，则实际的相位差φ（阻抗角）为

φ＝m×

（度）。

六、实验报告

　1.根据实验数据，在方格纸上绘制R、L、C三个元件的阻抗频率特性曲线，从中可得出什么结论？

2.根据实验数据,在方格纸上绘制R、L、C三个元件串联的阻抗角频率特性曲线，并总结、归纳出结论。

心得体会及其他。

　　　实验四　正弦稳态交流电路相量的研究

一、实验目的

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。

二、预习要点

1.参阅课外资料，了解日光灯的启辉原理；

2.改善电路功率因数的方法。

三、实验所用仪表和仪器

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、启辉器

与40W灯管配用

各1

DGJ-04

6

日光灯灯管

40W

1

屏内

7

电容器

1μF,2.2μF,4.7μF/500V

各1

DGJ-05

8

白炽灯及灯座

220V，15W

1~3

DGJ-04

9

电流插座

3

DGJ-04

四、实验内容

1．日光灯线路接线与测量。

图4-1

日光灯线路如图4-1所示，图中A是日光灯管，L是镇流器，S是启辉器。

按图4-1接线。

经指导教师检查后接通实验台电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止，记下三表的指示值。

然后将电压调至220V，测量功率P，电流I，电压U，UL，UA等值，验证电压、电流相量关系。

测量数值

计算值

P（W）

Cosφ

I（A）

U（V）

UL（V）

UA（V）

r（Ω）

Cosφ

启辉值

正常工作值

2．并联电容器电路──电路功率因数的改善。

按图4-2组成实验线路。

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。

数据记入下页表中。

ic

图4-2

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

0

1

2.2

4.7

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、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.根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式的基尔霍夫定律。

3.讨论改善电路功率因数的意义和方法。

4.问题回答与讨论：

（1）在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时，人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮（DGJ-04实验挂箱上有短接按钮，可用它代替启辉器做试验。

）；或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？

（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？

　5.装接日光灯线路的心得体会及其他。

实验五　互感电路测量

一、实验目的

1.学会互感电路同名端、互感系数以及耦合系数的测定方法。

2.理解两个线圈相对位置的改变，以及用不同材料作线圈芯时对互感的影响。

二、预习要点

1.什么是同名湍；

2．有哪些方法可以测得互感线圈的同名端，如何侧。

三、实验所用仪表和仪器

序号

名称

型号与规格

数量

备注

1

数字直流电压表

0～200V

1

2

数字直流电流表

0～200mA

2

3

交流电压表

0～500V

1

4

交流电流表

0～5A

1

5

空心互感线圈

N1为大线圈

N2为小线圈

1对

DGJ-04

6

自耦调压器

1

7

直流稳压电源

0~30V

1

8

电阻器

30Ω/8W

510Ω/2W

各1

DGJ-05

9

发光二极管

红或绿

1

DGJ-05

10

粗、细铁棒、铝棒

各1

DGJ-04

11

变压器

36V/220V

1

DGJ-04

四、实验内容

1.分别用直流法和交流法测定互感线圈的同名湍。

（1）直流法

图5-1

实验线路如图5-1所示。

先将N1和N2两线圈的四个接线端子编以1、2和3、4号。

将N1，N2同心地套在一起，并放入细铁棒。

U为可调直流稳压电源，调至10V。

流过N1侧的电流不可超过0.4A（选用5A量程的数字电流表）。

N2侧直接接入2mA量程的毫安表。

将铁棒迅速地拨出和插入，观察毫安表读数正、负的变化，来判定N1和N2两个线圈的同名端。

（2）交流法

图5-2

本方法中，由于加在N1上的电压仅2V左右，直接用屏内调压器很难调节，因此采用图5-2的线路来扩展调压器的调节范围。

图中W、N为主屏上的自耦调压器的输出端，B为DGJ-04挂箱中的升压铁芯变压器，此处作降压用。

将N2放入N1中，并在两线圈中插入铁棒。

A为2.5A以上量程的电流表，N2侧开路。

接通电源前，应首先检查自耦调压器是否调至零位，确认后方可接通交流电源，令自耦调压器输出一个很低的电压（约12V左右），使流过电流表的电流小于1.4A，然后用0～30V量程的交流电压表测量U13，U12，U34，判定同名端。

　　1.拆去2、4连线，并将2、3相接，重复上述步骤，判定同名端。

　2.拆除2、3连线，测U1，I1，U2，计算出M。

3.将低压交流加在N2侧，使流过N2侧电流小于1A，N1侧开路，按步骤2测出U2、I2、U1。

　　4.用万用表的R×1档分别测出N1和N2线圈的电阻值R1和R2，计算K值。

　　5.观察互感现象

在图5-2的N2侧接入LED发光二极管与510Ω（电阻箱）串联的支路。

（1）将铁棒慢慢地从两线圈中抽出和插入，观察LED亮度的变化及各电表读数的变化，记录现象。

（2）将两线圈改为并排放置，并改变其间距，以及分别或同时插入铁棒，观察LED亮度的变化及仪表读数。

（3）改用铝棒替代铁棒，重复

（1）、

（2）的步骤，观察LED的亮度变化，记录现象。

五、实验注意事项

1.整个实验过程中，注意流过线圈N1的电流不得超过1.4A，流过线圈N2的电流不得超过1A。

2.测定同名端及其他测量数据的实验中，都应将小线圈N2套在大线圈N1中，并插入铁芯。

3.作交流试验前，首先要检查自耦调压器，要保证手柄置在零位。

因实验时加在N1上的电压只有2～3V左右，因此调节时要特别仔细、小心，要随时观察电流表的读数，不得超过规定值。

五、实验报告

　　1.总结对互感线圈同名端、互感系数的实验测试方法。

2.自拟测试数据表格，完成计算任务。

3.解释实验中观察到的互感现象。

4.回答以下问题：

（1）用直流法判断同名端时，可否以及如何根据S断开瞬间毫安表指针的正、反偏来判断同名端？

（2）本实验用直流法判断同名端是用插、拨铁芯时观察电流表的正、负读数变化来确定的应如何确定？

实验六R、L、C串联谐振电路的研究

一、实验目的

　　1.学习用实验方法绘制R、L、C串联电路的幅频特性曲线。

2.加深理解电路发生谐振的条件、特点，掌握电路品质因数（电路Q值）的物理意义及其测定方法。

二、预习要点

1.根据实验线路板给出的元件参数值，估算电路的谐振频率；

2.改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振，电路中R的数值是否影响谐振频率值；

3.如何判别电路是否发生谐振?

测试谐振点的方案有哪些；

4.要提高R、L、C串联电路的品质因数，电路参数应如何改变。

三、实验所用仪表和仪器

序号

名称

型号与规格

数量

备注

1

函数信号发生器

1

2

交流毫伏表

0～600V

1

3

双踪示波器

1

自备

4

频率计

1

5

谐振电路实验电路板

R=200Ω，1KΩ

C=0.01μF，0.1μF，

L=约30mH

DGJ-03

四、实验内容

1.按图6-1组成监视、测量电路。

先选用C1、R1。

用交流毫伏表测电压，用示波器监视信号源输出。

令信号源输出电压Ui=4VP-P，并保持不变。

图6-1

2.找出电路的谐振频率f0，其方法是，将毫伏表接在R（200Ω）两端，令信号源的频率由小逐渐变大（注意要维持信号源的输出幅度不变），当Uo的读数为最大时，读得频率计上的频率值即为电路的谐振频率f0，并测量UC与UL之值（注意及时更换毫伏表的量限）。

3.在谐振点两侧，按频率递增或递减500Hz或1KHz，