川大电工电子实践文档格式.docx

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电压超前电路90°

。

分析：

当交流电通过线圈时，在线圈中产生感应电动势。

根据电磁感应定律，感应电动势为

（负号说明自感电动势的实际方向总是阻碍电流的变化）。

当电感两端有自感电动势，则在电感两端必有电压，且电压u与自感电动势e相平衡。

在电动势、电压、电流三者参考方向一致的情况下，则

设图所示的电感中，有正弦电流

通过，则电感两端电压为：

波形与相量图如下：

2、在交流电容电路中

对电容器来说，其两端极板上电荷随时间的变化率，就是流过连接于电容导线中的电流，而极板上储存的电荷由公式q=Cu决定，于是就有：

也可写成：

设：

电容器两端电压

由上式可知：

，即

实验和理论均可证明，电容器的电容C越大，交流电频率越高，则

越小，也就是对电流的阻碍作用越小，电容对电流的“阻力”称做容抗，用Xc代表。

实验结论

1.电容元件电压电流大小关系：

Uc=U/ωC=XcIc，Ic=ωCU=Uc/Xc;

2.相位关系，电流超前电压90°

查阅

资料

1电工技术与电子技术王鸿明编着清华大学出版社2001

2电工学下册秦曾煌主编高等教育出版社2001

3电路（第四版）邱关源主编高等教育出版社1999

4电子线路基础教程王成华主编科学出版社2000

5模拟电子技术基础童诗白主编高等教育出版社2001

6数字系统设计基础沈嗣昌主编航空工业出版社1996

实验二电路功率因素的提高

1．了解日光灯电路的工作原理

2．掌握提高功率因数的意义与方法

1．1台型号为RTDG－3A或RTDG－4B的电工技术实验台

2．1根40W日光灯灯管

3．1台型号为RTZN13智能存储式交流电压／电流表

4．1个型号为RTDG－08的实验电路板，含有镇流器、启辉器、电容器组

测量日光灯电路有并联电容和没有并联电容这两种情况下的功率因数，掌握提高功率因数的方法。

在正弦交流电路中，功率因数的高低关系到交流电源的输出功率和电力设备能否得到充分利用。

为了提高交流电源的利用率，减少线路的能量损耗，可采取在感性负载两端并联适当容量的补偿电容，以改善电路的功率因数。

并联了补偿电容器C以后，原来的感性负载取用的无功功率中的一部分，将由补偿电容提供，这样由电源提供的无功功率就减少了，电路的总电流也会减小，从而使得感性电路的功率因数cosφ得到提高。

实验过程：

1.日光灯没有并联电容时的操作过程

（1）先切断实验台的总供电电源开关，按照实验电路图4—1来连线。

用导线将调压器输出相线端、总电流测量插孔、日光灯电流测量插孔、镇流器、日光灯灯丝一端、启辉器、日光灯灯丝另一端、调压器输出地线端按顺序联接到实验线路中。

（2）用导线将电容器电流测量插孔与电容器组串联再与上述日光灯电路并联，并将电容器组中各电容器的控制开关均置于断开位置。

注意，电容器电流测量插孔应联接在总电流测量插孔的后面。

（3）实验电路接线完成后，需经过实验指导教师检查无误，方可进行下一步操作。

（4）将安装在电工实验台左侧面的自耦变压器调压手柄按照逆时针方向旋转到底。

（5）闭合实验台的总供电电源开关，按下启动按键。

（6）按下调压按键，使实验台的调压器开始工作，这时实验台上的三相电压表显示调压器的输出电压。

（7）闭合交流电表开关，用导线将交流电压表与调压器输出端相联接，按顺时针方向旋转自耦变压器的调压手柄，用交流电压表监测，将调压器输出电压逐渐调升至220V。

这时安装在实验台内部的日光灯灯管将会点亮，日光灯电路开始正常工作。

（8）使用交流电压表、交流电流表，按表4—1中的顺序测量电路端电压U、电路总电流I、日光灯灯管电压UR，将测量结果记入表4—1中。

2.日光灯并联电容时的操作过程

按照表4—2中列出的电容器容量值，逐项测量电路总电流I、日光灯支路电流IR（或IL）、电容器支路电流IC的数值，并将测量结果记入表4—2中。

表4—1日光灯电路的测量

项目

U（V）

I（A）

UR（V）

cosФ

测量值

210

220

表4－2并联电容提高功率因数

电容值

I（mA）

IR或IL（mA）

IC（mA）

0μF

1μF

160

140

20

μF

90

10

100

190

290

480

180

660

由表4—2中计算出的功率因数cosφ值分析，使日光灯电路功率因数改善效果最佳的电容器容量值为：

实验三虚拟一阶RC电路

1、在ElectronicsworkbenchMultisim电子电路仿真软件中，对一阶电路输入方波信号，用示波器测量其输入，输出之间的波形，以验证RC电路的充放电原理。

2、熟悉示波器的使用

1、示波器

2、实验箱

3、直流电源

RC电路充放电如实验图所示。

实验图R电路C充放电

电容具有充放电功能，充放电时间与电路时间常数

有关。

当

足够小就构成微分电路，从电阻端输出的电压与输入电源电压之间呈微分关系，如实验图。

实验图RC微分电路

而当

足够大就构成积分电路，从电容两端输出的电压与输入电源电压之间呈积分关系，如实验图

实验图RC积分电路

1、RC电路的充放电特性测试

（1）在EWB的电路工作区按图连接。

按自己选择的参数设置。

（2）选择示波器的量程，按下启动\停止开关，通过空格键使电路中的开关分别接通充电和放电回路，观察不同时间常数下RC电路的充放电规律。

（3）依照实验表计算其时间常数。

输入为频率为50Hz的方波，经过微分电路后，输出为变化很陡峭的曲线。

当第一个方波电压加在微分电路的两端（输入端）时，电容C上的电压开始因充电而增加。

而流过电容C的电流则随着充电电压的上升而下降。

电流经过微分电路（R、C）的规律可用下面的公式来表达

i=（V/R）e-（t/CR）

i-充电电流（A）；

v-输入信号电压（V）；

R-电路电阻值（欧姆）；

C-电路电容值（F）；

e-自然对数常数（）；

t-信号电压作用时间（秒）；

CR-R、C常数（R*C）

由此我们可以看出输出部分即电阻上的电压为i*R，结合上面的计算，我们可以出输出电压曲线计算公式为：

iR=V[e-（t/CR）]

积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波，还可将锯齿波转换为抛物波。

电路原理很简单，都是基于电容的冲放电原理，这里就不详细说了，这里要提的是电路的时间常数R*C，构成积分电路的条件是电路的时间常数必须要大于或等于10倍于输入波形的宽度。

输出信号与输入信号的积分成正比的电路，称为积分电路。

原理：

Uo=Uc=（1/C）∫icdt,因Ui=UR+Uo,当t=to时，Uc=Oo.随后C充电，由于RC≥Tk,充电很慢，所以认为Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故Uo=（1/c）∫icdt=（1/RC）∫icdt

这就是输出Uo正比于输入Ui的积分（∫icdt）

RC电路的积分条件：

RC≥Tk

实验四用数字电桥测交流参数

用TH2080型LCR数字交流电桥测量RLC的各种参数，了解电阻、电容、电感的特性

TH2080型LCR数字测量仪、待测元件

图是交流电桥的原理线路。

它与直流单臂电桥原理相似。

在交流电桥中，四个桥臂一般是由交流电路元件如电阻、电感、电容组成；

电桥的电源通常是正弦交流电源；

交流平衡指示仪的种类很多，适用于不同频率范围。

频率为200Hz以下时可采用谐振式检流计；

音频范围内可采用耳机作为平衡指示器；

音频或更高的频率时也可采用电子指零仪器；

也有用电子示波器或交流毫伏表作为平衡指示器的。

本实验采用高灵敏度的电子放大式指零仪，具有足够的灵敏度。

指示器指零时，电桥达到平衡。

交流电桥的平衡条件

我们在正弦稳态的条件下讨论交流电桥的基本原理。

在交流电桥中，四个桥臂由阻抗元件组成，在电桥的一个对角线cd上接入交流指零仪，另一对角线ab上接入交流电源。

当调节电桥参数，使交流指零仪中无电流通过时（即I0=0），cd两点的电位相等，电桥达到平衡，这时有

Uac=UadUcb=Udb

即：

I1Z1=I4Z4I2Z2=I3Z3

两式相除有：

当电桥平衡时，I0=0，由此可得：

I1=I2，I3=I4

所以Z1Z3=Z2Z4

上式就是交流电桥的平衡条件，它说明：

当交流电桥达到平衡时，相对桥臂的阻抗的乘积相等。

由图4-13-1可知，若第一桥臂由被测阻抗Zx构成，则：

当其他桥臂的参数已知时，就可决定被测阻抗Zx的值

实验五差动放大电路实验

1、熟悉差动放大器工作原理；

2、掌握差动放大器的基本测试方法。

1.双踪示波器；

2.数字万用表；

3.信号源；

图5-1

内容：

计算图5-1的静态工作点（Rbc=3K，β=100）及电压放大倍数；

在图5-1基础上画出单端输入和共模输入的电路

步骤：

实验电路如图5-1所示。

（1）调零

将输入端短路并接地，接通直流电源，调节电位器Rp1使双端输出电压Vo=0。

（2）测量静态工作点

测量V1、V2、V3各极对地电压填入表5-1中。

表5-1

1．测量差模电压放大倍数。

在输入端加入直流电压信号Vid=+按表5-2要求测量并记录，由测量数据算出单端和双端输出的电压放大倍数，数以百计点调好DC信号的OUT1和OUT2，使其分别为+和再接入Vi1和Vi2。

2．测量共模电压放大倍数。

将输入端b1、b2短接，接到信号源输入端，信号源号另一端接地。

DC信号分先后接OUT1和OUT2，分别测量并填表5-2。

由测量数据算出单端和双端输出的电压放大倍数。

进一步算出共模抑制比CMRR=|Ad/Ac|。

表5-2

3．在实验板上组成单端输入的差放电路进行下列实验。

（1）在图1中将b2接地，组成单端输入差动放大器，从b1端输入直流信号Vi=+，测量单端及双端输出，填表5-3记录电压值。

计算单端输入时的单端及双端输出的电压放大倍数。

并与双端输入时的单端及双双端差模电压放大倍数进行比较。

表5-3

（2）从b1端加入交流信号Vi=，f=1000Hz分别测量、记录单端及双端输出电压，填入表5-3计算单端及双端的差模放大倍数。

从测量的实验结果来和实际计算结果来看，它们存在一定的误差，造成这种误差的原因有多方面，如在计算的过程中有些值是取约等值，当时作实验时仪器的调节不够准确，仪器的性能性等等。

通过这次实验，我了解了差动放大电路的性能和特点，以及其与前面学习的其它放大电路的区别；

还有差动放大电路能够抑制零点漂移，输入大信号的时候，具有良好的限幅特性。

差动放大电路对不同的输入信号放大能力不同，如差动放大电路对差模输入信号和共模输入信号的放大能力的不同。

实验六负反馈电路

1．加深对负反馈放大电路放大特性的理解。

2．学习负反馈放大电路静态工作点的测试及调整方法。

3.掌握多级放大电路的电压放大倍数，输入电阻，输出电阻的测试方法。

掌握负反馈对放大电路动态参数的影响。

PC计算机一台

仿真软件

两级阻容耦合放大电路（无反馈）

有串联电压负反馈的两级阻容耦合放大电路图

实际放大电路由多级组成，构成多级放大电路。

多级放大电路级联而成时，会互相产生影响。

故需要逐级调整，使其发挥发挥放大功能。

1、两级阻容耦合放大电路（无反馈）

（1）测输入电阻及放大倍数

由图可得输入电流Ii=

输入电压Ui=1mA

输出电压Uo=.

则由输入电阻

Ri=Ui/Ii=.

放大倍数Au=Uo/Ui=

（2）测输出电阻

输出电阻测试电路

由图可得输出电流

Io=.

则输出电阻

Ro=Uo/Io=.

（3）频率响应

幅频相应与相频相应

由左图可知当放大倍数下降到中频的倍对应的频率为上限频率或下限频率。

由下表可知，中频对应的放大倍数是则上限频率或下限频率对应的放大倍数应为左右。

故下限频率为fL=

上限频率为fH=

则频带宽度为

（4）非线性失真

当输入为10mA时开始出现明显失真，输出波形如下图所示

2.有串联电压负反馈的两级阻容耦合放大电路

由图可得输入电流Ii=.输入电压Ui=1mA.输出电压Uo=.

则由输入电阻Ri=Ui/Ii=.

由图可得输出电流Io=.

则输出电阻Ro=Uo/Io=

由图可知当放大倍数下降到中频的倍对应的频率为上限频率或下限频率。

由下表可知，中频对应的放大倍数是。

则上限频率或下限频率对应的放大倍数应为左右。

故下限频率为fL=，上限频率为fH=

频带宽度为

当输入为21mA时开始出现明显失真，输出波形如下图所示

（5）验证Af1/F

又由负反馈中Af=Xo/Xi=

F=Xf/Xo

1/F=Xo/Xf=

显然Af1/F

1、在降低放大倍数的同时，可以使放大器的某些性能大大改善

2、负反馈使放大器的净入信号有所减小，因而使放大器增益下降，但却改善了放大性能，提高了它的稳定性

上述实验结论可知,放大电路中加了串联电压负反馈之后，电路的放大倍数，输入电阻，输出电阻，频带宽度以及非线性失真情况都发生了改变，比较之后可以得出以下结论：

串联电压负反馈可以减少电压放大倍数

串联电压负反馈可以增加输入电阻。

串联电压负反馈可以减少输出电阻。

串联电压负反馈可以扩展频带宽度。

串联电压负反馈可以改善非线性失真。

实验七算术运算电路

1.进一步理解运算放大器的基本原理，熟悉运算放大器平衡的调整方法。

2．掌握由运算放大器组成的比例、加法运算等电路和的调试方法。

实验线路及原理

下图是LM741（或747）集成运放的外引线图，各引脚功能如下：

图1

2--反相输入端　　3--同相输入端　　7--电源电压正端　　4--电源电压负端

　　6--输出端　　1、5--调零端

　　集成运算放大器是一种高放大倍数、高输入阻抗、低输出阻抗的直接耦合多级放大电路，具有两个输入端和一个输出端，可对直流信号和交流信号进行放大。

外接负反馈电路后，输出电压Vo与输入电压Vi的运算关系仅取决于外接反馈网络与输入的外接阻抗，而与运算放大器本身无关。

　　1．反相比例运算及倒相器

　　实验图2为反相比例运算电路。

LM741按理想运放处理，其运算关系为

　　若RF=R1则为倒相器，即

图2反相运算电路图3反相加法运算电路

　　2．反相加法运算电路

　　实验图3为反相法器电路，其运算关系为

图4同相比例运算及跟随器

图5减法运算电路图6积分运算电路

图7微分电路

3．同相比例运算及跟随器

　　实验图4为同相比例运算电路。

其运算关系为

若不接R1，或将RF短路，可实现同相跟随功能，即

减法运算电路实验图5为减法运算电路，其运算关系为

1、准备工作

（1）检查器件好坏

根据集成运算放大器内部电路工作原理，可利用万用表电阻档检查各引脚之间电阻的方法，大致判断器件是否损坏和能否调零。

具体方法是测量1-4端引脚，5-4端引脚之间的电阻值应为1KΩ左右；

7-6端引脚，4-6端引脚之间无短路现象。

（2）接通电源

由实验仪的直流电源区引出+12V、-12V直流电压，分别连接到实验板的±

12V端子上。

注意在组装电路时先不要开启电源。

2、测试反相比例运算电路

（1）按图2组装电路，将输入端接地，进行闭环调零。

调节1-5两端间的调零电位器，保证Ui=0时，U0=0。

（2）在输入端加入直流信号（从仪器的直流信号源区引出）按表1要求实验测量并纪录，验证运算关系。

表1反相比例运算电路测试数据

输入电压Ui（V）

+

输出电压U0（V）

-2

2

理论值

3、测试反相加法运算电路

（1）按图3组装电路并调零。

（2）按表2要求实验测试并纪录，验证运算关系。

表2反相比例加法运算电路测试数据

输入直流电压（V）

Ui1

Ui2

-3

4、测试减法运算电路

（1）按图4组装电路并调零。

（2）按表3要求实验测试并纪录，验证运算关系。

表3减法运算电路测试数据

-6

5、测试积分运算电路

（1）按图6组装电路。

（2）将输入端接地，用导线将电容C短路复零。

用万用表或示波器观测输出电压，若输出电压不为零，应反复调节调零电位器，使积分器零漂最小。

（3）在输入端加入Uip-p=2v,f=500Hz直流发量为零（正负对称）的方波信号，用示波器观察电路的输入、输出波形，测量输出电压Uo的幅值、周期及与Ui的相位关系，并将其描绘下来。

结果如图8

（4）在输入端加入Uip-p=,f=1KHz的正弦波，测量输出电压Uo的幅值及与Ui的相位关系，将其描绘下来。

图8积分电路波形图

6、测试微分运算电路

（1）按图7组装电路。

（3）在输入端加入Uip-p=,f=1KHz直流发量为零（正负对称）的三角波信号，用示波器观察电路的输入、输出波形，测量输出电压Uo的幅值、周期及与Ui的相位关系，并将其描绘下来。

结果如图9

结果如图10

（5）在输入端加入Uip-p=1v,f=500KHz的正弦波，测量输出电压Uo的幅值及与Ui的相位关系，将其描绘下来。

（Vi：

三角波，频率1KHz，幅度）

图9微分电路波形图

输入正弦波

　　（Vi：

正弦波，频率1KHz，幅度）

图10微分电路波形图

正弦波，频率500Hz，幅度1V）

图11微分电路波形图

实验八整流滤波与并联稳压电路

1.熟悉