电路实验新1资料.docx
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电路实验新1资料
电路分析实验
电工电子学教学中心
目录
实验要求3
实验一直流电路中基本电量的测量4
实验二受控源研究6
实验三叠加定理的验证10
实验四戴维宁定理及最大功率传输条件的研究11
实验五常用电子仪器的使用13
实验六一阶RC电路过渡过程的研究16
实验七R,L,C元件频率特性的测试19
实验八RLC串联谐振电路研究23
实验九交流电路元件参数的测量27
实验十单相交流电路的研究30
实验十一三相电路的研究33
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。
实验一直流电路中基本电量的测量
一、实验目的
1.认识电阻元件;
2.学习并掌握万用表、电流表及稳压电源的使用;
3.学习电压、电流的测量方法及简单的电路故障分析。
二、实验原理
在电路中,当负载额定电压低于电源电压时,为使负载正常工作,则应通过分压电路降低负载电压来达到要求。
图1.1为用变阻器构成的基本分压电路,原则上整个电源电压Us分布于R1上,图中j是变阻器的滑动触头,它将电阻R1分为Rkj、Rjp两部分,其中Rkj只起降压作用,而Rjp还对负载提供电压。
图1.1
三、仪器设备
1.万用表、电流表、电压表、稳压电源
2.电路实验箱
四、实验内容
1.观察TH1942型数字万用表的面板和盘有关的符号和数字,搞清楚用它测量V~、V-,A-和的用法。
2.用万用表的挡分别测量R1、R2和R3的阻值,并记录于表1.1。
表1.1
电阻
标称值
测量值
3.电压与电流的测量
按图1.1接线。
取US=10V,RS=100Ω,R1=10kΩ,RL=2kΩ,改变变阻器R1滑动触头j的位置,使负载电阻RL两端电压Ujp为表1.2所示各值,并测量其它电流和电压值,数据填入表1.2中。
表1.2
Ujp/V
UKj/V
I1/mA
I2/mA
IL/mA
2
3
4
5
6
五、预习内容
1.阅读各项实验内容,明确实验目的;
2.观察实验电路,指出电源参考点“地“的位置,并思考电阻RS的作用。
六、报告要求
阐述用万用表、电压表、电流表测量电阻、电压、电流的方法。
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?
3.实验电路中,若忽略电阻RS,当Ujp=2V时,Rjp是否等于2KΩ,为什么?
实验二受控源研究
一.实验目的
1.加深对受控源的理解;
2.掌握受控源特性的测量方法。
二.原理说明
受控源向外电路提供的电压或电流是受其它支路的电压或电流控制,因而受控源是双口元件:
一个为控制端口,或称输入端口,输入控制量(电压或电流),另一个为受控端口或称输出端口,向外电路提供电压或电流。
受控端口的电压或电流,受控制端口的电压或电流的控制。
根据控制变量与受控变量的不同组合,受控源可分为四类:
(1)电压控制电压源(VCVS),如图2-1(a)所示,其特性为:
其中:
称为转移电压比(即电压放大倍数)。
(2)电压控制电流源(VCCS),如图2-1(b)所示,其特性为:
其中:
称为转移电导。
(3)电流控制电压源(CCVS),如图2-1(c)所示,其特性为:
其中:
称为转移电阻。
(4)电流控制电流源(CCCS),如图2-1(d)所示,其特性为:
其中:
称为转移电流比(即电流放大倍数)。
三.实验设备
1.数字万用表
2.电路实验箱
四.实验任务
1.测试电压控制电压源(VCVS)特性
图2-2
实验电路如图2-2所示,图中,U1用恒压源的可调电压输出端,将实验箱上VCVS处的电位器逆时针旋到底。
(1)测试VCVS的转移特性U2=f(U1)
调节恒压源输出电压U1(以电压表读数为准),用电压表测量对应的输出电压U2,将数据记入表2-1中。
表2-1VCVS的转移特性数据
U1/V
1.2
1.5
2.0
2.5
3
U2/V
(2)测试VCVS的负载特性U2=f(RL)
保持U1=2V,在U2两端接上负载RL,改变RL阻值,用电压表测量对应的输出电压U2,将数据记入表2-2中。
表2-2VCVS的负载特性数据
RL/Ω
1K
2K
3K
5.1K
7.1K
9.1K
10K
U2/V
2.测试电压控制电流源(VCCS)特性
图2-3
实验电路如图2-3所示,图中,U1用恒压源的可调电压输出端。
(1)测试VCCS的转移特性I2=f(U1)
调节恒压源输出电压U1(以电压表读数为准),用电流表测量对应的输出电流I2,将数据记入表2-3中。
表2-3VCCS的转移特性数据
U1/V
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
I2/mA
(2)测试VCCS的负载特性I2=f(RL)
保持U1=2V,在输出两端接上负载RL,改变RL阻值,用电流表测量对应的输出电流I2,将数据记入表2-4中。
表2-4VCVS的负载特性数据
RL/Ω
1K
2K
3K
5.1K
7.1K
9.1K
10K
I2/mA
3.测试电流控制电压源(CCVS)特性
图2-4
实验电路如图2-4所示,图中,I1用实验箱上的恒流源。
(1)测试CCVS的转移特性U2=f(I1)
调节恒流源输出电流I1(以电流表读数为准),用电压表测量对应的输出电压U2,将数据记入表2-5中
表2-5CCVS的转移特性数据
I1/mA
2
3
4
5
6
7
8
U2/V
(2)测试CCVS的负载特性U2=f(RL)
保持I1=5mA,在输出两端接上负载RL,改变RL阻值,电压表测量对应的输出电压U2,将数据记入表2-6中。
表2-6CCVS的负载特性数据
RL/Ω
1K
2K
3K
5.1K
7.1K
9.1K
10K
U2/V
4.测试电流控制电流源(CCCS)特性
图2-5
实验电路如图2-5所示。
图中,I1用实验箱上的恒流源。
(1)测试CCCS的转移特性I2=f(I1)
调节恒流源输出电流I1(以电流表读数为准),用电流表测量对应的输出电流I2,将数据记入表2-7中。
表2-7CCCS的转移特性数据
I1/mA
2
3
4
5
6
7
8
9
I2/mA
(2)测试CCCS的负载特性I2=f(RL)
保持I1=2mA,在输出两端接上负载RL,改变RL阻值,用电流表测量对应的输出电流I2,将数据记入表2-8中。
表2-8CCCV的负载特性数据
RL/Ω
1K
2K
3K
5.1K
7.1K
9.1K
10K
I2/mA
五.实验注意事项
用恒流源供电的实验中,不允许恒流源开路;
六.预习与思考题
1.什么是受控源?
了解四种受控源的缩写、电路模型、控制量与被控量的关系;
2.四种受控源中的转移参量μ、g、r和β的意义是什么?
如何测得?
3.若受控源控制量的极性反向,试问其输出极性是否发生变化?
4.如何由两个基本的CCVC和VCCS获得其它两个CCCS和VCVS,它们的输入输出如何连接?
.实验报告要求
1.根据实验数据,在方格纸上分别绘出四种受控源的转移特性和负载特性曲线,并求出相应的转移参量μ、g、r和β;
2.参考表2-1数据,说明转移参量μ、g、r和β受电路中哪些参数的影响?
如何改变它们的大?
3.回答预习与思考题中的3、4题;
4.对实验的结果作出合理地分析和结论,总结对四种受控源的认识和理解。
实验三叠加定理的验证
一、实验目的
验证叠加定理的正确性。
加深对线性电路叠加性的认识和理解。
二、原理说明
叠加定理指出:
在有几个独立源共同作用的线性电路中,任一支路电流(或电压)都是电路中各个电源单独作用时在该支路中产生的电流(或电压)的代数和。
三、实验仪器设备
数字万用表
电路实验箱
四、实验内容
1.实验前先任意设定三条支路的电流参考方向,如图4-1中的I1、I2、I3所示,并熟悉线路结构,掌握各开关的操作使用方法。
2.取稳压电源Us1=6V,Us2=12V两电源共同作用下,测量各支路的电流及各电阻元件两端的电压。
3.Us1单独作用时,测量各支路的电流及各电阻元件两端的电压。
4.Us2单独作用时,测量各支路的电流及各电阻元件两端的电压。
将以上结果记入表4-1。
实验线路如图4-1所示。
图4-1
表4-1
电源
I1
I2
I3
UR1
UR2
UR3
UR4
UR5
Us1Us2共同作用
Us1单独作用
Us2单独作用
五、注意事项
注意仪表的极性。
要根据电流和电压的参考方向,确定被测数值的正负号。
六、实验报告
1.利用表4-1的数据进行分析、比较、归纳总结出实验的结论验证叠加定理
2.根据实验数据验证电阻R3上的功率是否符合叠加定理?
为什么?
实验四戴维宁定理及最大功率传输条件的研究
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.学习线性含源一端口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2.1.1所示。
对线性一端口网络,此特性为一直线,如图2.1.2所示。
图2.1.1含源网络外特性的测量电路图2.1.2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
电路实验箱、万用表、电压表、电流表
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2.1.3接线。
改变电阻RL值,测量对应的电流和电压值,数据填入表2.1.1中。
根据测量结果,求出对应于戴维宁等效参数Uoc、Isc。
图2.1.3线性一端口网络
表2.1.1
电阻RL(Ω)
0
200
300
510
710
1000
2000
∞
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2.1.2中。
表2.1.2
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构成戴维宁等效电路,按实验内容1测量。
五、预习内容
1.仔细阅读有关TH1942型万用表的使用说明。
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.在用万用表电阻挡测量电阻之前,需做哪些准备工作?
为什么?
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.根据实验内容1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。
实验五常用电子仪器的使用
一、实验目的
1、学习电子电路实验中常用的电子仪器——示波器、函数信号发生器、交流毫伏表、频率计等的主要技术指标、性能及正确使用方法。
2、初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。
二、实验原理
在模拟电子电路实验中,经常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表及频率计等。
它们和万用电表一起,可以完成对模拟电子电路的静态和动态工作情况的测试。
实验中要对各种电子仪器进行综合使用,可按照信号流向,以连线简捷,调节顺手,观察与读数方便等原则进行合理布局,各仪器与被测实验装置之间的布局与连接如图4.1所示。
接线时应注意,为防止外界干扰,各仪器的共公接地端应连接在一起,称共地。
信号源和交流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线,示波器接线使用专用电缆线,直流电源的接线用普通导线。
图4.1模拟电子电路中常用电子仪器布局图
示波器
示波器是一种用途很广的电子测量仪器,它既能直接显示电信号的波形,又能对电信号进行各种参数的测量。
现着重指出下列几点:
1)、寻找扫描光迹
将示波器Y轴显示方式置“CH1”或“CH2”,输入耦合方式置“GND”,开机预热后,若在显示屏上不出现光点和扫描基线,可按下列操作去找到扫描线:
①适当调节亮度旋钮。
②触发方式开关置“自动”。
③适当调节垂直
(
)、水平(
)“位移”旋钮,使扫描光迹位于屏幕中央。
2)、双踪示波器一般有五种显示方式,即“CH1”、“CH2”、“CH1+CH2”三种单踪显示方式和“交替”“断续”二种双踪显示方式。
“交替”显示一般适宜于输入信号频率较高时使用。
“断续”显示一般适宜于输入信号频率较底时使用。
3)、为了显示稳定的被测信号波形,“触发源选择”开关一般选为“内”触发,使扫描触发信号取自示波器内部的Y通道。
4)、触发方式开关通常先置于“自动”调出波形后,若被显示的波形不稳定,可置触发方式开关于“常态”,通过调节“触发电平”旋钮找到合适的触发电压,使被测试的波形稳定地显示在示波器屏幕上。
有时,由于选择了较慢的扫描速率,显示屏上将会出现闪烁的光迹,但被测信号的波形不在X轴方向左右移动,这样的现象仍属于稳定显示。
5)、适当调节“扫描速率”开关及“Y轴灵敏度”开关使屏幕上显示一~二个周期的被测信号波形。
在测量幅值时,应注意将“Y轴灵敏度微调”旋钮置于“校准”位置,即顺时针旋到底,且听到关的声音。
在测量周期时,应注意将“X轴扫速微调”旋钮置于“校准”位置,即顺时针旋到底,且听到关的声音。
还要注意“扩展”旋钮的位置。
根据被测波形在屏幕坐标刻度上垂直方向所占的格数(div或cm)与“Y轴灵敏度”开关指示值(v/div)的乘积,即可算得信号幅值的实测值。
根据被测信号波形一个周期在屏幕坐标刻度水平方向所占的格数(div/cm)与“扫速”开关指示值(t/div)的乘积,即可算得信号频率的实测值。
2.函数信号发生器
函数信号发生器按需要输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。
输出电压最大可达20VP-P。
通过输出衰减开关和输出幅度调节旋钮,可使输出电压在毫伏级到伏级范围内连续调节。
函数信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关进行调节。
函数信号发生器作为信号源,它的输出端不允许短路。
3.交流毫伏表
交流毫伏表只能在其工作频率范围之内,用来测量正弦交流电压的有效值。
为了防止过载而损坏,不用时将交流毫伏表两测试线短接,测量时先把量程开关置于较大位置上,然后在测量中逐档减小量程。
三、实验设备与器件
函数信号发生器、双踪示波器、交流毫伏表、直流稳压电源、直流电压表
四、实验内容
1.练习使用信号发生器和交流毫伏表
使信号发生器依次输出以下正弦波信号,用交流毫伏表测量其大小。
频率/幅值
有效值
频率/有效值
有效值
500Hz,40mVpp
30kHz,10mVRMS
1kHz,100mVpp
100kHz,1VRMS
2.使信号发生器依次输出以下信号,用毫伏表测量其大小,同时用示波器观察其波形图(在示波器上调出1~5个周期的波形),并记录下来示波器上t/cm和v/cm两个旋钮的位置。
正弦波信号
示波器
f
U(有校值)
X轴
Y轴
TIME/DIV
T
VOLTS/DIV
UP-P
1kHz
20mV
15kHz
0.2V
210kHz
2.5V
3.示波器的双踪显示:
将示波器的MODE开关置DUAL位置,调出两条扫描线。
将ALT/CHOP按键选择ALT,TRIG..ALT按键推进。
两个Y轴输入端CH1、CH2分别输入由信号发生器产生的1kHz、2.5V正弦波信号和示波器面板上的校正信号,在屏幕上显示两个稳定的波形。
五、实验总结
1、整理实验数据,并进行分析。
2、问题讨论
1)如何操纵示波器有关旋钮,以便从示波器显示屏上观察到稳定、清晰的波形?
2)用双踪显示波形,并要求比较相位时,为在显示屏上得到稳定波形,应怎样选择下列开关的位置?
a)显示方式选择(CH1;CH2;CH1+CH2;交替;断续)
b)触发方式(常态;自动)
c)触发源选择(内;外)
d)内触发源选择(CH1、CH2、交替)
3、函数信号发生器有哪几种输出波形?
它的输出端能否短接,如用屏蔽线作为输出引线,则屏蔽层一端应该接在哪个接线柱上?
4、交流毫伏表是用来测量正弦波电压还是非正弦波电压?
它的表头指示值是被测信号的什么数值?
它是否可以用来测量直流电压的大小?
六、预习要求
查阅相关资料,了解信号源(SFG-1013型台湾固纬)、示波器(GOS-620型台湾固纬)部分内容。
实验六一阶RC电路过渡过程的研究
一、实验目的
1.了解示波器的原理,熟悉示波器面板上的开关和旋钮的作用,学会其使用方法;
2.学会信号发生器、交流毫伏表等电子仪器的使用方法;
3.研究一阶RC电路的过渡过程。
二、实验原理
1.RC电路的脉冲序列响应
(a)(b)
图5.1RC电路及其响应
(a)RC电路(b)脉冲序列响应
为了观察图5.1(a)所示RC电路过程中电压、电流的变化规律,采用如图5.1(b)中us所示的矩形脉冲序列作为RC电路的输入信号。
矩形脉冲的脉宽tp≥5(=RC),则RC电路的脉冲序列响应(如图5.1(b)所示)为:
当tp不变而适当选取大小不同的R、C参数以改变时间常数时,会使电路特性发生变化。
2.时间常数的测量
时间常数可以从响应波形中测量,测量原理如图5.2所示。
图5.2时间常数的测量
三、仪器设备
1.示波器
2.交流毫伏表
3.信号发生器
四、实验内容与步骤
按图5.3接线。
调节信号发生器使其输出幅度Us=5V,频率f=500Hz的方波信号。
1.取C=0.1μF(104),用示波器分别观察R=1kΩ、R=2kΩ两种情况下的us、uC波形,测量电路的时间常数值,并记录。
2.将图5.3中的R和C互换位置,用示波器分别观察R=1kΩ、R=2kΩ两种情况下的us、uR波形,并记录。
图5.3一阶RC电路响应的测量电路
四、预习要求
1.认真阅读有关示波器、低频信号发生器、交流毫伏表全部内容,了解它们的工作原理、主要用途、使用范围和注意事项,熟悉各仪器面板上旋钮的作用。
2.复习有关一阶RC电路响应的内容,了解时间常数的测量方法。
五、报告要求
1.根据实验结果,说明使用示波器观察波形时,需调节哪些旋钮达到:
(1)波形清晰且亮度适中;
(2)波形大小适当且在荧光屏中间;
(3)波形完整;
(4)波形稳定。
2.用示波器观察正弦波电压时,
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