电路基础实验指导书上交稿.doc

13-14第一学期电路基础实验指导书课程代码：DQ2001B学时：20班级：计控1321盐城工业职业技术学院电气自动化团队编目 录实验一 基本仪表使用实验二 基尔霍夫定律验证实验三 叠加定理验证实验四 最大功率传输条件测定实验五 日光灯功率因数的提高实验六 三相电路电压电流测量实验七 典型电信号的观察与测量实验八 RC一阶电路的响应测试实验九 互感电路测量实验十 双口网络测试实验一 万用表的使用一 实验目的1 万用表的使用2 电压、电流、电阻的单测试二 实验器材万用表 、电路原理实验箱、电阻若干三实验原理用万用表的交流电压档可测量交流电压有效值，根据电压大小调节不同档位；用万用表的直流电压档可以测量直流电压大小；万用表的电阻档测量时需校零：将万用表位于电阻档，将两表笔搭接，调节电气调零，使指针位于0位四实验步骤（一）、用万用表测量电压1、调节实验台的直流电压，用万用表测量电压值，并记下读数。U1= U2= U3= 2、调节实验台的交流电压，用万用表测量电压值，并记下读数。注意读数值的性质1= 2= 3= （二）、用万用表测量电阻1、根据色环电阻的标称值把万用表置于合适的电阻档，调零。2、测得电阻读数并换算成阻值，填入表中五、实验注意事项（1）测量时不要选错挡位，特别是不能用电流或电阻档来测电压，这样极易烧坏万用表。万用表不用时，可将档位置于交流电压最高挡（如1000V挡）（2）测量直流电压或直流电流时，要将红表笔接电源或电路的高电位，黑表笔接低电位，如果表笔接错会反偏，这时应马上互换红、黑笔位置。（3）若不能估计被测电压、电流或电阻的大小，应先用最高挡，如果高挡位测量值偏小，可根据测量大小重新选择相应的低挡位。（4）测量时，手不要接触表笔金属部位，以免触电或影响测量精确度。（5）测量电阻阻值时要进行欧姆校零，如果旋钮无法将表针调到欧姆刻度线为“0”处，一般是万用表内部电池用旧，可重新更换新电池。实验二 基尔霍夫定律的验证一、实验目的 1、学习测量电流和电压的方法；2、验证基尔霍夫定律，从而加深对基尔霍夫定律的理解。二、实验内容通过测量复杂电路的各支路电流来验证基尔霍夫电流定律（KCL），并通过用电流计算回路中各电阻两端的电压和电源的电动势来验证基尔霍夫电压定律（KVL），加深对基尔霍夫定律的理解。三、实验器材基尔霍夫定律实验：电路原理实验箱、50mA插座直流电流表3只、万用电表1只、电阻5只（阻值510电阻3只、1K电阻1只、330电阻1只）、插座单键开关3只、插座导线18只、导线4根。四、实验步骤（一）基尔霍夫定律实验步骤：1、按实验电路图在通用电路板上进行插拼联接，检查无误后接入C组、D组直流稳压电源。2、按要求先粗略调整稳压电源，再用万用电表微调电源输出电压至电路所要求的相应值。3、闭合电键，分别把电流表的读数I 1、I 2、I 3记录在表格中。4、用万用电表直流电压档分别测量U ab、U cb、U df、U bd、U de、的数值记录在表格中。5、根据实验电路图先计算各支路电流I 1、I 2、I 3，与电流表读数比较，核对在节点b是否I入I出，验证基尔霍夫电流定律（KCL）。6、根据回路电压定律，对回路abdea和回路cbdfc进行计算，并与实测值进行比较 IR E ，即验证基尔霍夫电压定律（KVL）。Us1(V)Us2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)Uab(V)Ucb(V)Udf(V)Ubd(V)Ude(V)理 论 值相 对 误 差7、实验结果计算把实验接线图简化为右原理图。根据基尔霍夫定律列出 KCL 方程和 KVL 方程。节点b ：I 1 + I 2 I 3回路：I 1 R1 I 3 R3 I 1 R5 US1回路：I 2 R2 I 3 R3 I 2 R4 US 2联立方程组，求解I 1、I 2、I 3的理论值为：I 1 I 2 I 3 则U ab、U cb、U bd的理论值为：U ab = I 1 R1 =U cb = I 2 R2 =U df = I 2 R4 =U bd = I 3 R3 =U de = I 1 R5 =相对误差为 （实验值理论值） 理论值 100 %8、实验注意事项1、所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。Us1、Us2也需测量，不应取电源本身的显示值。2、防止稳压电源两个输出端碰线短路。3、用指针式仪表测量时，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，但读得电压或电流必须冠以负号。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和电压参考方向来判断。9、实验结论实验三 叠加原理的的验证一、实验目的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的认识和理解。二、实验原理叠加原理指出：在有多个独立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独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。三、实验设备可调直流稳压电源（双路）、万用表、电阻五只（4510，330）叠加原理实验电路板四、实验内容实验线路如图所示，用DVCC-03挂箱的“基尔霍夫定律/叠加原理”电路板。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，（将开关投向侧，开关投向短路侧）。用万用表测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，记录之。3、令U2电源单独作用，（将开关投向短路侧，开关投向侧）。重复上述步骤2的测量，记录之。4、令U1、U2电源共同作用，（将开关和分别投向和侧）。重复上述测量，记录之。测量项（V）（V）（A）（A）（A）（V）（V）（V）（V）（V）单独作用理论值单独作用理论值共同作用理论值四、实验注意事项1、用电表测量时要注意极性，填写表中数据时要正确判断所测值的正负号并记录表中。2、注意仪表量程的及时转换。五、思考题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。六、实验结论实验四 最大功率传输条件测定一、 实验目的1、掌握负载获得最大传输功率的条件2、了解电源输出功率与效率的关系。二、原理说明1、电源与负载功率的关系图中可视为由一个电源向负载输送电能的模型，可视为电源内阻和传输线路电阻的总和，为可变负载电阻。负载上消耗的功率P可由下式表示：当或时，电源输送给负载的功率均为零。而以不同的值代入上式可求得不同的P值，其中必有一个值，使负载能从电源处获得最大的功率。2、负载获得最大功率的条件根据数学求最大值的方法，令负载功率表达式中的为自变量，P为应变量，并使可得，当时，负载从电源获得的最大功率为：这时，称电路处于“匹配”工作状态。3、匹配电路的特点及应用在电路处于“匹配”状态时，电源本身要消耗一半的功率。此时电源的效率只有50%，显然，这对电力系统的能量传输过程是绝对不允许的。发电机的内阻是很小的，电路传输的最主要指标是要高效率送电，最好是100%的功率均传送给负载。为此负载电阻应远大于电源的内阻，即不允许运行在匹配状态。而在电子技术领域中却不同。一般的信号源本身功率较小，且都有较大的内阻。而负载电阻（如扬声器等）往往是较小的数值，且希望能从电源获得最大的功率输出，而电源的效率往往不予考虑。通常设法改变负载电阻，或者在信号源与负载之间加阻抗变换器，使电路处于工作匹配状态，以使负载能获得最大的输出功率。三、实验设备可调直流电源（030V）1台，直流数字电压表（0200V）1个，直流数字毫安表（0200mA）1个，电路实验箱DVCC-05四、实验内容与步骤1、按图接线，负载取自元件箱DVCC-05的电阻箱。2、按表所列内容，令在01K范围内变化时，分别测出及I的值，在最大值附近应多测几点。()(V)(mA)(W)五、图线绘制绘制-关系图线，根据实验结果说明负载获得最大功率的条件是什么？实验五 日光灯电路功率因数的改善一、实验目的 1、了解简单的单相交流电路日光灯电路；2、验证并联电路中总电流与各分电流的关系； 3、了解提高功率因素的方法，通过实验理解提高功率因素的意义。二、实验内容通过组装日光灯电路来了解日常生活中的简单单相交流电路，并通过测量总电路、日光灯支路和电容支路电流来验证并联电路中总电流与各分电流的关系，了解在 RL 串联电路两端并联电容器 C 来提高电路功率因素的方法，并理解提高功率因素的意义。三、实验器材电路原理实验箱、300mA插座交流电流表3只、日光灯镇流器（可用1 个电感代替）、容值为1F的电容器1只、插座单键开关2只、插座导线18只、导线2根。三、实验步骤1、按电路图在通用电路板上进行插拼联接，置S 1、S 2于断开状态。2、检查无误后接入220伏交流电源。接通S 1，当日光灯发光时，读出电流表A 1、A 2的读数I 、I L记录在表格中。3、接通S 2，分别把电流表A 1、A 2、A 3的读数I 、I L、I C记录在表格中。4、总结并联电路中，总电流与各分电流的关系。5、利用在单相交流 RL 串联电路两端并联电容器 C 来提高电路功率因素的原理来分析实际电路，并结合实验画出相量图。6、对比并联电容前后的总电流的变化，并说明提高功率因素的意义和原理。电流状态I (mA)I L(mA)I C(mA)S 1闭合、S 2断开S 1、S 2均闭合四、实验结果1、把实验接线图简化为右原理图。2、提高功率因素的方法主要采用在感性负载的两端并联电容器，其基本原理是用电容的无功功率 Q c对电感的无功功率进行补偿。3、根据测量数据，作一竖直向下的相量：I C； 4、以此相量两端点为圆心，分别以电感支路电流 I C 和总电流 I 为半径，交于 O 点； 5、以 O 点为原点，以与I C 的垂直方向为参考相量方向，作出相量图。五、实验总结相量图表明，在感性负载的两端并联合适的电容 C，在不影响感性电路的电流的前提下，可使电压与总电流的相位差 减小，即原来是L，现减小到，L ，故 CosL Cos，同时线路电流 I L 由减小到 I。这时能量互换部分发生在感性负载与电容器之间，因而使电源设备的容量得到充分利用，线路上的能耗和压降也减小了。实验六 三相负载实验一、实验目的 1、熟悉三相对称与不对称负载分别在星形“Y”联接时的线电压、相电压、线电流、相电流的关系；2、了解三相四线制中线的作用，加深理解三相交流电路。二、实验内容掌握三相负载的星形“Y”联接，测量三相交流电路的线电压、相电压、线电流、相电流。三、实验器材电路原理实验箱、300mA交流电流表3只、白炽灯8只（可用相应大小的电阻）、开关4只，电压表3只四、实验步骤1、按三相负载的星形“Y”联接电路图（a）联接电路，置开关S 4于闭合状态，经实验指导教师检查无误后方可接入380伏三相交流电源。2、用万用表分别测量三相对称负载和三相不对称负载在有中线时的线电压、相电压，计录在表格1中。3、闭合S1、S2、S3、S4，测量三相对称负载的线电流和中线电流，计录在表格中。断开S4，观察线电流和电路中灯光的亮度变化情况。4、闭合S4，断开S1，测量三相不对称负载的线电流和中线电流，计录在表格1中。5、断开S1，将开关S4通断几次，观察其余两相电路中灯光的亮度与电流变化情况。五、实验数据表格1 三相负载的星形“Y”联接电路测量内容线电压相电压线电流中线电流UUVUVWUWUUUNUVNUWNI LI N对称负载不对称负载六、总结从实验数据可知：1、三相对称负载在“Y”形联结时，线电压等于相电压的 3 倍，中性线电流等于零。2、三相不对称负载在“Y”形联结时，中性线电流不等于零。中性线如果去除，灯泡亮度有的变亮，有的变暗，说明负载上电压不对称，用电设备不能正常工作，说明三相不对称负载在“Y”形联结时，中性线不能去除。实验七 典型电信号的观察与测量 一、实训目的与要求1了解常用电子仪器的基本原理。2掌握常用仪器的使用方法。3进行简单的测量应用。二、实验原理：1 示波器的基本结构示波管由电子枪、偏转板、显示屏组成电子枪：由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极、第二阳极组成。偏转板：由两对相互垂直的偏转板组成，一对垂直偏转板，一对水平偏转板。2示波器的示波原理示波器使一个随时间变化的电压波形显示在荧光屏上，是靠两对偏转板对电子束的控制作用来实现的电子在电场中的偏转与所加电压成正比，因此可以将电压测量转化为光点在荧光屏上的偏移的测量。三个条件：在Y轴加一正弦变化电压；在X轴加锯齿波扫描电压；当两信号周期完全一致时，荧光屏上显示出完整的正弦波形。三、实验设备及器材：1SS-5702型双踪示波器。2XD-2型低频信号发生器。 3TD1913型精密交直流数字电压表。4JWY30C型直流稳压电源。5MF-10型万用表。四、实验内容及步骤：1、 熟悉示波器各旋钮的用途及使用方法 电源开关、辉度、聚焦、Y轴位移、X轴位移、Y轴灵敏度选择开关、Y轴微调、X轴灵敏度选择开关、辅助聚焦、X轴微调、Y轴输入插座、X轴输入插座、电平、AC DC 开关、 X 外接开关、 内、TV、外。2、 示波器的调整和正弦波形的显示 （1） 信号发生器的输出端接示波器的“Y1轴输入”端，观察正弦、方波、三角波等的波形。调整波形稳定、清晰并定位于荧光屏的中央。（2） 测正弦交流电压：Y轴输入耦合选择器置于“AC”，根据屏幕的坐标刻度，读出被测正弦信号最高点至最低点所占高度，即信号电压的峰-峰值b(div )，读出Y轴灵敏度a (v/div )，则被测正弦信号电压的峰-峰值为，有效值为。记录数据于表1中。（3） 测正弦信号的频率：根据屏幕的坐标刻度，读出被测正弦信号一个完整波形对应的时间值b(div )，读出X轴灵敏度a (v/div )，则被测正弦信号周期为（S），频率为（HZ）。记录数据于表2中。五、实验结论表1 测正弦交流电压数据信号电压（V）a(V/div)b(diV)表2 测正弦交流电频率数据信号频率（Hz）a(/div)b(diV)T（s）六、思考与体会：1、已有信号接到示波器的输入端，但示波器荧光屏并无显示，可能的原因有： 答：（1）亮度不够。 （2）水平或垂直位移调节不当。 （3）输入端对地短路，即选择开关扳至“GND”端。 2、如果示波器的显示不稳定，可能的原因有： 答：（1）同步源或同步方式选择不当。 （2）触发电平选择不当。 （3）水平扫描速度选择不合适。3、如果示波器显示的波形左右移动，原因是什么？ 答：扫描电压的周期与被测信号的周期不相等或不是整数倍，以致每次扫描开始时波形曲线上起点均不同造成。实验八 RC一阶电路的响应测试一、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量方法。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观测波形。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。要用普通示波器观察过渡过程和测量有关的参数，就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，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；利用方波的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，那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响应就和直流电接通和断开的过渡过程是基本相同的。2、图8-1(b)所示的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。3、时间常数的测定方法：用示波器测量零输入响应的波形如图8-1(a)所示。根据一阶微分议程的求解得知。当时，此时所对应的时间就是。也可以用零状态响应波形增加到所对应的时间测得，如图8-1(c)所示。4、微分电路和积分电路是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，在方波序列脉冲的重复激励下，当满足时,则该电路称为积分电路。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。利用积分电路可以将方波转变成三角波。微分电路和积分电路的输入输出关系如图8-3所示。从输入输出来看，上述两种电路均起着波形变换作用，注意在实验中观察和记录。三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1函数信号发生器12双踪示波器13电路基础实验板1DVCC-03四、实验内容实验线路板的器件组件，如图8-4所示，请认清R、C元件的布局及其标称值，各开关的通断位置等。1、从电路板上选R=10K，C=6800PF组成如图8-1（b）所示的RC放电电路。为函数信号发生器输出的、f=1KHZ的方波电压信号，并通过两根同轴电缆线，将激励源和响应的信号分别连至示波器的两个输入口和。这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律，测算时间常数，并用方格纸描绘波形。少量改变电容值或电阻值，定性地观察对响应的影响，记录观察到的现象。2、令R=10K，C=0.1uF，观察并描绘响应的波形，继续增大C之值，定性地观察对响应的影响。3、令C=0.01uF，R=100，组成如图8-2(a)所示的微分电路。在同样的方波激励信号（、f=1KHZ）作用下，观测是并描绘激励与响应的波形。增减R的值，定性地观察对响应的影响，并作记录。当R增至1M,输入输出波形有何本质的区别？五、实验注意事项1、调节电子仪器各旋钮时，动作不要过快过猛。实验前，需熟读双踪示波器的使用说明书。观察双踪时，要特别注意相应开关、旋钮的操作和调节。2、信号源的接地端与示波器的接地端要连接在一起（称共地），以防外界信号干扰而影响测量的准确性。3、示波器的辉度不宜过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时，应将辉度调暗以延长示波管的使用寿命。六、预习思考题1、什么样的电信号可作为RC一阶电路零输入响应、零状态响应和完全响应的激励源？2、已知RC一阶电路R=10K，C=0.1uF，试计算时间常数。并根据值的物理意义，拟定测量的方案。3、何为积分电路和微分电路，它们具备什么条件？它们在方波序列脉冲的激励下，其输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功用？实验九 互感电路测量1实验目的1.1验证变压器的变电压、变电流特性。1.2了解变压器内阻抗压降，观测实际变压器端电压的变化。1.3掌握测量互感线圈同名端的方法。2实验器材2.1松林牌通用电学实验台2.2小型变压器插子、16v/6w小灯泡2只万用表、电流表50mA、1A各一只。2.3其他按图选用元器件插座及导线。3实验步骤3.1同名端的测试如图1所示，E、F端接220v。按表1的条件用万用表测量，并把结果记入表1中。如果UAD=UAB+UCD那么A与D是异名端，否则同名端。B与C同理。表1测量端电压值A、BUAB=8.9VC、DUCD=8.9VA、DUAD=17.8VB、DUBD=0V3.2变压器的空载实验3.2.1变压器的空载电压测量按图1连接电路，其中E、F端接220v其他对应绕组不接负载，用万用表测量个绕组电压，将结果记入表2中表2项目UEFUABUCD测量值242V8.9V8.9V3.2.2测量变压器空载电流按图1联接电路。其中次级个绕组不接负载，初级E、F端接220电源且串联一只50mA电流表，测量初级个绕组的空载I1= 35 mA。3.3变压器有载电流测量按图2连接电路。在初级E、F接入电压220v的交流电源，次级A、D端接负载，测量负载阻值分别记入表2所示值时，初级、次级绕组电流I1、I2与相对应的负载电压UL。将结果记入表3中。表3项目空载(S1断开)有载(S1闭合)I160mAI2UL4实验报告4.1根据实验结果，验证变压器的变压、变流特性。4.2根据根据表3对空载、不过载实验的测量数据绘制变压器输出伏安特性曲线，说明与负载的关系 图1 变压器空载实验电路 图2 变压器有载实验电路实验十 双口网络测试一、实验目的 1、加深理解双口网络的基本理论。2、掌握直流双口网络传输参数的测量技术。二、原理说明对于任何一个线性网络，我们所关心的往往只是输入端口和输出端口的电压和电流之间的相互关系，并通过实验测定方法求取一个极其简单的等值双口电路来替代原网络，此即为“黑盒理论”的基本内容。1、一个双口网络两端口的电压电流四个变量之间的关系，可以用多种形式的参数方程来表示。本实验采用输出口的电压和电流作为自变量，以输入口的电压和电流作为应变量，所得的方程为双口网络的传输方程，如图1所示的无源线性双口网络（又称为 端网络）的传输方程为：；式中的A、