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,