本学期实验5个.docx
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本学期实验5个
实验一 基尔霍夫定律的验证及直流电路故障的检测
一、实验目的
1.验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。
2.学会用电流插头、插座测量各支路电流。
3.初步学会用万用表直流电压档检测直流电路的故障。
二、原理说明
基尔霍夫定律是电路的基本定律。
测量某电路的各支路电流及每个元件两端的电压，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。
运用上述定律时必须注意各支路或闭合回路中电流的正方向，此方向可预先任意设定。
三、实验设备
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
万用表
FM-47或其他
1
自备
3
直流数字毫安表
0~200mA
1
4
直流数字电压表
0~200V
1
5
二极管
IN4007
1
DGJ-05
6
稳压管
2CW51
1
DGJ-05
7
白炽灯
12V，0.1A
1
DGJ-05
8
线性电阻器
200Ω，1KΩ/8W
1
DGJ-05
四、实验内容
图图1-1
实验线路图1-1相同，用DGJ-03挂箱的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路。
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
6.实验模块上设置了3个故障，请用万用表的直流电压档查出故障点。
现象
检测过程
结论
故障1
故障2
故障3
五、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。
U1、U2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.用指针式电压表或电流表测量电压或电流时，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，可读得电压或电流值。
若用数显电压表或电流表测量，则可直接读出电压或电流值。
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参考方向来判断。
六、预习思考题
1.根据图1-1的电路参数，计算出待测的电流I1、I2、I3和各电阻上的电压值，记入表中，以便实验测量时，可正确地选定毫安表和电压表的量程。
2.实验中，若用指针式万用表直流毫安档测各支路电流，在什么情况下可能出现指针反偏，应如何处理？
在记录数据时应注意什么？
若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示呢？
七、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.将支路和闭合回路的电流方向重新设定，重复1、2两项验证。
4.误差原因分析。
5.心得体会及其他。
实验二（选做） 叠加原理的验证
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和齐次性的认识和理解。
二、原理说明
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。
线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增加或减小K倍时，电路的响应（即在电路中各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增加或减小K倍。
三、实验设备
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
四、实验内容
实验线路如图2-1所示，用DGJ-03挂箱的“基尔夫定律/叠加原理”线路。
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6-1。
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6-1。
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
五、实验注意事项
1.用电流插头测量各支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性，正确判断测得值的＋、－号后，记入数据表格。
2.注意仪表量程的及时更换。
六、预习思考题
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？
七、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.心得体会及其他。
实验二 戴维南定理和诺顿定理的验证
──有源二端网络等效参数的测定
一、实验目的
1.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。
2.掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。
二、原理说明
1.任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络（或称为含源一端口网络）。
戴维南定理指出：
任何一个线性有源网络，总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替，此电压源的电动势Us等于这个有源二端网络的开路电压Uoc，其等效内阻R0等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。
诺顿定理指出：
任何一个线性有源网络，总可以用一个电流源与一个电阻的并联组合来等效代替，此电流源的电流Is等于这个有源二端网络的短路电流ISC，其等效内阻R0定义同戴维南定理。
Uoc（Us）和R0或者ISC（IS）和R0称为有源二端网络的等效参数。
2.有源二端网络等效参数的测量方法
（1）开路电压、短路电流法测R0
在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压Uoc，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流Isc，则等效内阻为
Uoc
R0＝──
Isc
如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口短路
则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。
（2）伏安法测R0
用电压表、电流表测出有源二端网图8-1
络的外特性曲线，如图2-1所示。
根据
外特性曲线求出斜率tgφ，则内阻
△U Uoc
R0＝tgφ＝──＝──。
△I Isc
也可以先测量开路电压Uoc，
再测量电流为额定值IN时的输出
图8-2
Uoc－UN
端电压值UN，则内阻为R0＝────。
IN
（3）半电压法测R0
如图8-2所示，当负载电压为被测网络开
路电压的一半时，负载电阻（由电阻箱的读数
确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。
（4）零示法测UOC图8-3
在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表直接测量会造成较大的误差。
为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示测量法，如图8-3所示.。
零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为“0”。
然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压，即为被测有源二端网络的开路电压。
三、实验设备
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-03
四、实验内容
被测有源二端网络如图8-4（a）。
（a）图8-4（b）
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8-4（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8-4（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8-4（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8-5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8-4（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。
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。
图8-5
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8-3测量。
5.改接线路时，要关掉电源。
六、预习思考题
1.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8-4（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。
2.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。
七、实验报告
1.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。
2.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。
3.归纳、总结实验结果。
4.心得体会及其他。
实验三日光灯电路及功率因数的提高
一、实验目的
1、认识提高功率因数的意义，了解感性负载提高功率因数的方法。
2、熟悉日光灯电路接线与工作原理，测量与研究日光灯各部分电压、电流的关系。
3、掌握交流电压表,交流电流表和万用表的使用。
二、实验原理
1.日光灯电路的组成
日光灯电路由日光灯管、镇流器、启辉器及开关组成，如图3-1所示。
图3－1日光灯电路
（1）日光灯管
灯管是内壁涂有荧光粉的玻璃管，两端有钨丝，钨丝上涂有易发射电子的氧化物。
玻璃管抽成真空后充入一定量的氩气和少量水银，氩气具有使灯管易发光和保护电极延长灯管寿命的作用。
（2）镇流器
镇流器是一个具有铁心的线圈。
在日光灯启动时，它和启辉器配合产生瞬间高压促使灯管导通，管壁荧光粉发光。
灯管发光后在电路中起限流作用。
（3）启辉器
启辉器的外壳是用铝或塑料制成，壳内有一个充有氖气的小玻璃泡和一个纸质电容器，玻璃泡内有两个电极，其中弯曲的触片是由热膨胀系数不同的双金属片（冷态常开触头）制成。
电容器作用是避免启辉器触片断开时产生的火花将触片烧坏，也防止管内气体放电时产生的电磁波辐射对收音机、电视机的干扰。
2.日光灯发光原理及起动过程
在图3-1中当接通电源后，电源电压（220V）全部加在启辉器静触片和双金属片两级间，高压产生强电场使氖气放电（红色辉光），热量使双金属片伸直与静触片连接。
电流经镇流器、灯管两端灯丝及启辉器构成通路。
灯丝流过电流被加热（温度可达800～1000
）后产生热电子发射，释放大量电子，致使管内氩气电离，水银蒸发为水银蒸气，为灯管导通创造了条件。
由于启辉器玻璃泡内两电极的接触，电场消失，使氖气停止放电。
从而玻璃泡内温度下降,双金属片因冷却而恢复原来状态,致使启辉电路断开。
此时,由于整流器中的电流突变,在整流器两端产生一个很高的自感电动势,这个自感电动势和电源电压串联叠加后,加在灯管两端形成一个很强的电场,使管内水银蒸气产生弧光放电,工作电路在弧光放电时产生的紫外线激发了灯管壁上的荧光粉使灯管发光,由于发出的光近似日光故称为日光灯.在日光灯进入正常工作状态后,由于整流器的作用加在启辉器两级间的电压远小于电源电压,启辉器不再产生辉光放电,即处于冷态常开状态,而日光灯处于正常工作状态。
（三）、并联电容器提高功率因数
电感性负载由于有电感L的存在,功率因数都较低,因此必须设法提高电感性负载的功率因数。
常用的方法是在电感性负载的两端并联一个容量适当的电容器,图3-2电路图及图3-3向量图说明并联电容器提高功率因素原理。
图3-2电路图图3-3提高功率因数的相量图
日光灯电路可近似地当作RL串联电路看待。
并联电容器前电路的功率因素
较低,一般为0.5左右,并联适当的电容器后,功率因素可大大提高（
可提高到0.9左右）。
所需并联的电容器值可按下式计算
三、实验设备
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-04
8
白炽灯及灯座
220V，15W
1~3
DGJ-04
9
电流插座
3
DGJ-04
图17-3
四、实验内容
1.按图3-1接线。
R为220V、15W的白炽灯泡，电容器为4.7μF/450V。
经指导教师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器输出（即U）调至220V。
记录U、UR、UC值，验证电压三角形关系。
测量值
计算值
U（V）
UR（V）
UC（V）
U’（与UR，UC组成Rt△）
（U’=
）
△U=U’－U（V）
△U/U（%）
2.日光灯线路接线与测量。
图16-4
按图16-4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
3.并联电路──电路功率因数的改善。
按图16-5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。
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。
ic
图16-5
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
六、预习思考题
1.参阅课外资料，了解日光灯的启辉原理。
2.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？
3.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？
4.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？
七、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.装接日光灯线路的心得体会及其他。
实验四 互感电路观测
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、原理说明
1.判断互感线圈同名端的方法。
（1）直流法
如图4-1所示，当开关S闭合瞬间，
若毫安表的指针正偏，则可断定“1”、
图4-1
“3”为同名端；指针反偏，则“1”、“4”
为同名端。
（2）交流法
如图4-2所示，将两个绕组N1和N2的任意两端（如2、4端）联在一起，在其中的一个绕组（如N1）两端加一个低电压，另一绕组（如N2）开路，用交流电压表分别测出端电压U13、U12和U34。
若U13是两个绕组端压之差，则1、3是同名端；若U13是两绕组端电压之和，则1、4是同名端。
2.两线圈互感系数M的测定。
在图4-2的N1侧施加低压交流电压U1，测出I1及U2。
根据互感电势E2M≈U20＝
U2
ωMI1，可算得互感系数为M＝──
ωI1
3.耦合系数k的测定。
两个互感线圈耦合松紧的程度可用耦合系数k来表示
k＝M/
图4-2
如图22-2，先在N1侧加低压交流电压U1，测出N2侧
开路时的电流I1；然后再在N2侧加电压U2，测出N1侧开
路时的电流I2，求出各自的自感L1和L2，即可算得k值。
三、实验设备
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/2W
510Ω/2W
各1
DGJ-05电阻箱
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
实验线路如图4-3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
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