电路分析实验.docx
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电路分析实验
实验一仪表电压、电流量程的扩展
一．实验目的
1．掌握直流电压表、电流表扩展量程的原理和设计方法；
2．学会校验仪表的方法。
二．原理说明
多量程电压表或电流表由表头和测量电路组成。
表头通常选用磁电式仪表，其满量程和内阻用Iｍ和R0表示。
多量程（如1V、10V）电压表的测量电路如
图1－1所示，图中R1、R2称为倍压电阻，它们的阻值与表头参数应满足下列方程：
多量程（如10ｍA、100ｍA、500ｍA）电流表的测量电路如图1－2所示，图中R3、R4、R5称为分流电阻，它们的大小与表头参数应满足下列方程：
当表头参数确定后，倍压电阻和分流电阻均可
计算出来。
根据上述原理和计算，可以得到仪表扩展量程的方法。
扩展电压量程：
用表头直接测量电压的数值为IｍR0，当用它来测量1V电压时，必须串联倍压电阻R1，若测量10V电压时，必须串联倍压电阻R1和R2。
扩展电流量程：
用表头直接测量电流的数值为Iｍ，当用它来测量大于Iｍ的电流时，必须并联分流电阻R3、R4、R5，如图1－2所示，当测量10ｍA时，‘－’端从‘ａ’引出，当测量100ｍA时，‘－’端从‘ｂ’引出，当测量500ｍA时，‘－’端从‘ｃ’引出。
通常，用一个适当阻值的电位器与表头串联，以便在校验仪表时校正测量数值。
磁电式仪表用来测量直流电压、电流时，表盘上的刻度是均匀的（即线性刻度）。
因而，扩展后的表盘刻度根据满量程均匀划分即可。
在仪表校验时，必须首先校准满量程，然后逐一校验其它各点。
三．实验设备
1．直流数字电压表、直流数字电流表（EEL－06组件或EEL系列主控制屏）
2．恒压源（EEK—I、II、III、IV均含在主控制屏上，根据用户的要求，可能有两种配置
（1）+6V（+5V），+12V，0~30V可调或
（2）双路0~30V可调。
）
3．EEL－23组件（含电阻箱、固定电阻，电位器）或EEL—51组件、EEL—52组件
4．EEL－30组件或EEL—37组件、EEL—56组件（含磁电式表头1ｍＡ、160Ω，倍压电阻和分流电阻，电位器）
四．实验内容
1．扩展电压量程（1V、10V）
参考图1－1电路，首先根据表头参数Iｍ（1ｍＡ）和R0（160Ω）计算出倍压电阻R1、R2，然后用EEL－30组件中的表头和电位器RP1以及倍压电阻R1、R2相串联，分别组成1V和10V的电压表。
用它测量恒压源可调电压输出端电压，并用直流数字电压表校验，如在满量程时有误差，用电位器RP1调整，然后校验其它各点，将校验数据记录在自拟的数据表格中。
2．扩展电流量程（10ｍA、100ｍA、500ｍA）
参考图1－2电路，根据表头参数Iｍ（1ｍＡ）和R0（160Ω）计算出分流电阻R3、R4、R5，首先用EEL－30组件中的表头和电位器RP2串联，然后
和分流电阻R3、R4、R5并联。
当测量10ｍA时，‘－’端从‘ａ’引出，当测量100ｍA时，‘－’端从‘ｂ’引出，当测量500ｍA时，‘－’端从‘ｃ’引出。
用它测量图1－3所示电路中的电流，并用直流数字电流表校验，如在满量程时有误差，用电位器RP2调整，然后校验其它各点，将校验数据记录在自拟的数据表格中。
图1－3中，电源用恒压源的12V输出端，制作的电流
表、直流数字电流表和电阻RL1、RL2串联，其中，RL1＝51Ω，RL2用1ｋΩ的电位器（均在EEL－23组件中）。
如您的设备为EEL—V型，则需EEL—51组件和EEL—52组件。
五．实验注意事项
1．磁电式表头有正、负两个连接端，电路中一定要保证电流从正端流入，否则，指针将反转。
2．电流表的表头和分流电阻要可靠连接，不允许分流电阻断开。
3．校准1V和10V电压表满量程时，均要调整电位器RP1。
同样，在校准10ｍA、100ｍA、500ｍA电流表满量程时，均要调整电位器RP2。
4．实验台上恒压源的可调稳压输出电压的大小，可通过粗调（分段调）波动开关和细调（连续调）旋钮进行调节，，并由该组件上的数字电压表显示。
在启动恒压源时，先应使其输出电压调节旋钮置零位，待实验时慢慢增大。
六．预习与思考题
1．设计1V和10V电压表的测量电路，计算出满足实验任务要求的各量程的倍压电阻。
自拟记录校验数据的表格。
2．设计10ｍA、100ｍA和500ｍA电流表的测量电路，计算出满足实验任务要求的各量程的分流电阻。
自拟记录校验数据的表格。
3．电压表和电流表的表盘如何刻度？
4．如何对扩展量程后的电压表和电流表进行校验？
七．实验报告要求
1．画出1V、10V电压表和10ｍA、100ｍA、500ｍA电流表的测量电路，标明倍压电阻和分流电阻的阻值。
2．根据校验数据写出电压表和电流表的校验报告。
3．已知表头参数：
1ｍＡ、160Ω，设计一个万用表（部分）测量电路，要求能测量1V、10V直流电压和10ｍA、100ｍA、500ｍA直流电流。
4．回答思考题3和4。
实验二基本电工仪表的使用与测量误差的计算
一．实验目的
1.熟悉实验台上仪表的使用及布局；
2.熟悉恒压源与恒流源的使用及布局；
3.掌握电压表、电流表内电阻的测量方法；
4.掌握电工仪表测量误差的计算方法。
．实验原理
通常，用电压表和电流表测量电路中的电压和电流，而电压表和电流表都具有一定的内阻，分别用RV和RA表示。
如图2－1所示，测量电阻R2两端电压U2时，电压表与R2并联，只有电压表内阻RV无穷大，才不会改变电路原来的状态。
如果测量电路的电流I，电流表串入电路，要想不改变电路原来的状态，电流表的内阻RA必须等于零，。
但实际使用的电压表和电流表一般都不能满足上述要求，即它们的内阻不可能为无穷大或者为零，因此，当仪表接入电路时都会使电路原来的状态产生变化，使被测的读数值与电路原来的实际值之间产生误差，这种由于仪表内阻引入的测量误差，称之为方法误差。
显然，方法误差值的大小与仪表本身内阻值的大小密切相关，我们总是希望电压表的内阻越接近无穷大越好，而电流表的内阻越接近零越好。
可见，仪表的内阻是一个十分关注的参数。
通常用下列方法测量仪表的内阻：
1．用‘分流法’测量电流表的内阻
设被测电流表的内阻为RA，满量程电流为Iｍ，测试电路如图2－2所示,首先断开开关Ｓ,调节恒流源的输出电流Ｉ，使电流表指针达到满偏转,即I＝IA＝Iｍ。
然后合上开关S,并保持I值不变,调节电阻箱Ｒ的阻值,使电流表的指针指在1/2满量程位置，即
则电流表的内阻。
2．用‘分压法’测量电压表的内阻
设被测电压表的内阻为RV，满量程电压为Uｍ，测试电路如图2－3所示,首先闭合开关Ｓ,调节恒压源的输出电压U，使电压表指针达到满偏转,即U＝UV＝Uｍ。
然后断开开关S,并保持U值不变,调节电阻箱Ｒ的阻值,使电压表的指针指在1/2满量程位置，即
则电压表的内阻。
图2－1电路中，由于电压表的内阻RV不为无穷大，在测量电压时引入的方法误差计算如下：
R2上的电压为：
若R1=R2，则U2=U/2
现用一内阻RV的电压表来测U2值，当RV与R2并联后，，以此来代替上式的R2,则得
绝对误差为
若，则得
相对误差
本实验使用的电压表和电流表采用实验一的表头（1ｍＡ、160Ω）及其制作的电压表（1V、10V）和电流表（1ｍＡ、10ｍＡ）。
三．实验设备
1．直流数字电压表、直流数字电流表（EEL－06组件或EEL系列主控制屏）
2．恒压源（EEL—I、II、III、IV均含在主控制屏上，根据用户的要求，可能有两种配置
（1）＋6V（＋5V），＋12V，0～30V可调或
（2）双路0～30V可调。
）
3．恒流源（0～500ｍＡ可调）
4．EEL－23组件（含电阻箱、固定电阻，电位器）或EEL—51组件
5．EEL－30组件（含磁电式表头1mA、160Ω，倍压电阻和分流电阻，电位器）
四．实验内容
1．根据‘分流法’原理测定直流电流表1mA和10mA量程的内阻
实验电路如图2-2所示，其中R为电阻箱，用100Ω、10Ω、1Ω、三组串联，1mA电流表用表头和电位器RP2串联组成，10mA电流表由1mA电流表与分流电阻并联而成（具体参数见实验一），两个电流表都需要与直流数字电流表串联（采用20mA量程档），由可调恒流源供电，调节电位器RP2校准满量程。
实验电路中的电源用可调恒流源，测试内容见表2－1，并将实验数据记入表中。
表2－1电流表内阻测量数据
被测表量程
（mA）
S断开，调节恒源，使I＝IA＝Iｍ（mA）
S闭合，调节电阻R，
使IR＝IA＝Iｍ/2（mA）
R
（Ω）
计算内阻RA
（Ω）
1
10
2．根据‘分压法’原理测定直流电压表1V和10V量程的内阻
实验电路如图2-3所示，其中R为电阻箱，用1ｋΩ、100Ω、10Ω、1Ω四组串联，1V、10V电压表分别用表头、电位器RP1和倍压电阻串联组成（具体参数见实验一），两个电压表都需要与直流数字电压表并联，由可调恒压源供电，调节电位器RP1校准满量程。
实验电路中的电源用可调恒压源，测试内容见表2－2，并将实验数据记入表中。
表2－2电压表内阻测量数据
被测表量程
（V）
S闭合，调节恒压源，使U＝UV＝Uｍ（V）
S断开，调节电阻R，使UR＝UV＝Uｍ/2（V）
R
（Ω）
计算RV
（Ω）
1
10
3．方法误差的测量与计算
实验电路如图2-1所示，其中R1＝300Ω
压U2之值，并计算测量的绝对误差和相
对误差，实验和计算数据记入表2－3中。
表2－3方法误差的测量与计算
RV
计算值U2
实测值U’2
绝对误差U=U2－U’2
相对误差U/U2100
五．实验注意事项
1．实验台上的恒压源、恒流源均可通过粗调（分段调）波动开关和细调（连续调）旋
钮调节其输出量，并由该组件上数字电压表、数字毫安表显示其输出量的大小。
在启动这二个电源时，先应使其输出电压调节或电流调节旋钮置零位，待实验时慢慢增大。
2.恒压源输出不允许短路，恒流源输出不允许开路。
3.电压表并联测量，电流表串入测量，并且要注意极性与量程的合理选择。
六．预习与思考题
1．根据已知表头的参数（1ｍＡ、160Ω），计算出组成1V、10V电压表的倍压电阻和1mA、10mA的分流电阻。
2．若根据图2－2和图2－3已测量出电流表1mA档和电压表1V档的内阻，可否直接计算出10mA档和10V档的内阻？
3．用量程为10A的电流表测实际值为8A电流时，仪表读数为8.1A，求测量的绝对误差和相对误差。
4．如图2-4（a）、（b）为伏安法测量电阻的两种电路，被测电阻的实际值为R，电压表的内阻为RV，电流表的内阻为RA,求两种电路测电阻R的相对误差。
七．实验报告要求
1．根据表2－1和表2－2数据，计算各被测仪表的内阻值，并与实际的内阻值相比较；
2．根据表2－3数据，计算测量的绝对误差与相对误差；
3．回答思考题。
实验三减小仪表测量误差的方法
一．实验目的
1．进一步了解电压表、电流表的内阻在测量过程中产生的误差及其分析方法；
2．掌握减小仪表内阻引起的测量误差的方法。
二．实验原理
减小因仪表内阻而引起的测量误差有‘不同量程两次测量计算法’和‘同一量程两次测量计算法’两种方法：
1．不同量程两次测量计算法
当电压表的内阻不够高或电流表的内阻太大时，可利用多量程仪表对同一被测量用不同量程进行两次测量，所得读数经计算后可得到非常准确的结果。
（1）电压表不同量程两次测量计算法
如图3-1所示电路，欲测量具有较大内阻R0的电
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