《电工学》实验指导书.docx
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《电工学》实验指导书
《电工学》实验指导书
实验一戴维宁定理
一、实验目的
1.加深对戴维宁定理的理解；
2.学习有源二端网络等效电动势和等效内阻的测量方法；
3.熟悉稳压电源、数字万用表的使用；
二、实验器材
1.数字万用表一块
2.直流稳压电源两台
3.电阻若干只
4.导线若干根
5.面包板两块
三、实验原理简述
任何一个线性有源二端网络都可以用一个电动势为E、内阻为R0的等效电压源代替。
如图1-1所示。
等效电压源的电动势E就是有源二端网络的开路电压UOC，如图1-2（a）所示。
等效电压源的内阻RO就是有源二端网络除源后（有源二端网络变为无源二端网络）两端之间的等效电阻，如图1-2（b）所示。
除源是指将原有源二端网络内所有电源的作用视为零，即将理想电压源视为短路、理想电流源视为开路。
（a）原电路（b）戴维宁等效电路
图1-1戴维宁等效电路
（a）开路电压（b）等效电阻
图1-2等效量的求解
在电路分析中，若只需计算某一支路的电流和电压，应用戴维宁定理就十分方便。
只要将该待求支路划出，其余电路变为一个有源二端网络，根据戴维宁定理将其等效为一个电压源，如图1-1（b）所示。
只要求出等效电压源的电动势E和内阻RO，则待求支路电流即为
四、实验内容和步骤
1.实验电路连接及参数选择
实验电路如图1-3所示。
由R1、R2和R3组成的T型网络及直流电源US构成线性有源二端网络。
可调电阻箱作为负载电阻RL。
图1-3验证电路
在实验台上按图1-3所示电路选择电路各参数并连接电路。
参数数值及单位填入表1-1中。
表1-1实验线路元件参数
R1
R2
R3
US
RL
2.戴维宁等效电路参数理论值的计算
根据图1-3给出的电路及实验步骤1所选择参数计算有源二端网络的开路电压UOC、短路电流ISC及等效电阻RO并记入表1-2中。
图1-4测开路电压UOC图1-5测短路电流ISC
（1）开路电压UOC可以采用电压表直接测量，如图1-4所示。
直接用万用表的电压档测量电路中有源二端网络端口（N-P）的开路电压UOC，见图1-4，结果记入表1-2中。
（2）等效内阻RO的测量可以采用开路电压、短路电流法。
当二端网络内部有源时，测量二端网络的短路电流ISC，电路连接如图1-5所示，计算等效电阻RO=UOC/ISC，结果记入表1-2中。
表1-2开路电压、短路电流及等效电阻RO实验记录
被测量
理论计算值
实验测量值
开路电压UOC（V）
短路电流ISC（A）
等效电阻RO=UOC/ISC（Ω）
4.验证戴维宁定理、理解等效的概念
（1）测量原有源二端网络外接负载时的电流、电压
将图1-3的原有源二端网络外接负载RL，测量RL上的电流IL及端电压UL，结果记入表1-3中，并与前一步实验结果进行比较，验证戴维宁定理。
（2）测量戴维宁等效电路外接同样负载时的电流、电压
①组成戴维宁等效电路
根据表1-3的实验数据，调节稳压电源输出电压值E，使E=UOC，调节一个可调电阻箱，使其阻值为RO，查阅表1-1中作为负载RL的阻值，用另一个可调电阻箱作为负载RL，组成如图3-1（b）所示戴维宁等效电路。
②测量戴维宁等效电路负载电阻RL上的电流IL及端电压UL，结果记入表1-3中。
表1-3验证戴维宁定理
被测量
UL（V）
IL（mA）
戴维宁等效电路
原有源二端网络
五、预习与思考
1．根据图1-3所示电路及参数，计算UOC、ISC、RO，填入表3-2中。
2．用开路电压、短路电流法测量等效电阻时，能否同时进行开路电压和短路电流的测量？
为什么？
六、注意事项
1.测量电流、电压时都要注意各表的极性、方向和量程。
测量时与各电量的理论计算值进行比较，以保证测量结果的准确。
2.做实验前注意观察实验台面板图，记录有关电源、电阻的参数，并画出本实验所需电路的接线图。
七、实验报告要求
1.根据实验数据，验证戴维宁定理。
2.分析产生误差的原因
实验二串联谐振电路实验
一．实验目的
1．加深理解电路发生谐振的条件、特点，掌握电路品质因数（电路Ｑ值）、通频带的物理意义及其测定方法。
2．学习用实验方法绘制Ｒ、Ｌ、Ｃ串联电路不同Q值下的幅频特性曲线。
3．熟练使用信号源、频率计和交流毫伏表。
二．原理说明
在图16—１所示的Ｒ、Ｌ、Ｃ串联电路中，电路复阻抗
，
当
时，Z＝R，
与
同相，电路发生串联谐振，谐振角频率
，
谐振频率
。
在图2－1电路中，若
为激励信号，
为响应
信号，其幅频特性曲线如图2－2所示，在ｆ＝ｆ０时，
图2-2图2-3
A＝1，UR＝U，ｆ≠ｆ０时，UR＜U，呈带通特性。
A＝0．707，即UR＝0．707U所对应的两个频率ｆL和ｆｈ为下限频率和上限频率，ｆｈ－ｆL为通频带。
通频带的宽窄与电阻R有关，不同电阻值的幅频特性曲线如图2－3所示。
电路发生串联谐振时，UR＝U，UL＝UC＝QU，Q称为品质因数，与电路的参数R、L、C有关。
Ｑ值越大，幅频特性曲线越尖锐，通频带越窄，电路的选择性越好，在恒压源供电时，电路的品质因数、选择性与通频带只决定于电路本身的参数，而与信号源无关。
在本实验中，用交流毫伏表测量不同频率下的电压U、UR、UL、UC，绘制Ｒ、Ｌ、Ｃ串联电路的幅频特性曲线，并根据
计算出通频带，根据
或
计算出品质因数,
三．实验设备
1．信号源（含频率计）；
2．交流毫伏表；
3．MEEL－05组件。
四．实验内容
1．按图2-4组成监视、测量电路。
用交流毫伏表测电压，令其输出有效值为1V，并保持不变。
图中L＝9ｍH，R＝51Ω，C＝0.033uF。
图2-4
2．测量Ｒ、Ｌ、Ｃ串联电路谐振频率选取，调节信号源正弦波输出电压频率，由小逐渐变大，并用交流毫伏表测量电
阻R两端电压UR，当UR的读数为最大时，读得频率计上的频率值即为电路的谐振频率ｆ0，并测量此时的UC与UL值（注意及时更换毫伏表的量限），将测量数据记入自拟的数据表格中。
3．测量Ｒ、Ｌ、Ｃ串联电路的幅频特性
在上述实验电路的谐振点两侧，调节信号源正弦波输出频率，按频率递增或递减500Ｈz或１KHz,依次各取7个测量点，逐点测出UR、UL和UC值，记入表2－1中。
表2－1幅频特性实验数据一
f（ｋHz）
UR（V）
UL（V）
UC（V）
4．在上述实验电路中，改变电阻值，使R=100,重复步骤1、２的测量过程，将幅频特性数据记入表2－2中。
表2－2幅频特性实验数据二
f（ｋHz）
UR（V）
UL（V）
UC（V）
五．实验注意事项
1．测试频率点的选择应在靠近谐振频率附近多取几点，在改变频率时，应调整信号输出电压，使其维持在１Ｖ不变。
2．在测量UL和UC数值前，应将毫伏表的量限改大约十倍，而且在测量UL与UC时毫伏表的“＋”端接电感与电容的公共点。
六．预习与思考题
1．根据实验1、3的元件参数值，估算电路的谐振频率，自拟测量谐振频率的数据表格。
2．改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振，电路中Ｒ的数值是否影响谐振频率？
3．如何判别电路是否发生谐振？
测试谐振点的方案有哪些？
4．电路发生串联谐振时，为什么输入电压ｕ不能太大，如果信号源给出１Ｖ的电压，电路谐振时，用交流毫伏表测ＵＬ和ＵＣ，应该选择用多大的量限？
为什么？
5．要提高Ｒ、Ｌ、Ｃ串联电路的品质因数，电路参数应如何改变？
七．实验报告要求
1．电路谐振时，比较输出电压UR与输入电压U是否相等？
ＵＬ和ＵＣ是否相等？
试分析原因。
2．根据测量数据，绘出不同Ｑ值的三条幅频特性曲线：
ＵR＝f（f）,ＵＬ＝f（f）,ＵＣ＝f（f）
3．计算出通频带与Ｑ值，说明不同Ｒ值时对电路通频带与品质因素的影响。
4．对两种不同的测Ｑ值的方法进行比较，分析误差原因。
5．回答思考题1、2、5。
6．试总结串联谐振的特点。
实验三功率因数提高
一、实验目的：
1．研究感性负载并联电容提高功率因数的方法，进一步领会提高功率因数的实际意义；
2．学会联接日光灯电路，并了解日光灯电路各部件的作用；
3．学会使用功率表。
二、仪器与设备：
1．电源控制屏GDS----01
2．GDS---09
3．GDS---11
4．GDS---12
5．功率因数表
三、实验步骤：
1．按图3—1接好线路，K1、K2、K3先断开；
2．经检查无误后，送电待日光灯启动完毕，正常运行后读取功率P和支路电流I，记表
3—1；
3．合上K1，重复2，合上K2重复2，合上K3重复2。
图3—1
表3—1
补偿电容
P
I
IC
IL
cos
=P/UI
未并电容
1μf
2μf
4μf
6μf
四、分析与讨论：
1．从表3—1中的数据中，你发现P、I、IC、IL中那些是电容量的变量，那些是常量？
2．并联电容器后，功率因数是否提高？
是否并入电容越大越好？
3．串联电容也能使功率因数提高，但为什么不采用此法？
附注：
日光灯和它的工作工作原理
日光灯由灯管、镇流器和起辉器三部分组成。
灯管：
是一根玻璃管，内壁均匀涂有薄薄一层萤光物质，管的两端是灯丝，管内抽成真空有水银蒸气和氩气，接上电源后，灯丝通过起辉器和镇流器构成闭合电路，这时电流使灯丝预热。
当起辉器跳开，通过镇流器的电流突然中断，于是它产生一个很高的感应电压（500伏左右，甚至更高），加在管子两端，使管子产生辉光发电，激出萤光。
起辉后，管子两端的电压只有80左右，其余电压降在镇流器上，因此，日光灯管不能直接接在220伏电源上，必须与相应的镇流器配套使用。
起辉器：
是一个自动开关‘它有两个电极’一个是固定片，另一个是用双金属片做成的动片，一起封装在一个玻璃泡内，并充以惰气。
玻璃泡外面还有一个小电容器，和泡内两电极并联着，为的是防止电极由通到断开时产生的电火花烧坏电极和对无线电设备的干扰。
两电极间未加电压时是断开的，当电源电压加上后，产生辉光放电，双金属片受热膨胀两极接通起到预热灯丝的作用。
电极接通后，辉光消失，双金属片冷却，恢复原状，电极断开，使镇流器产生脉冲高压，使日光灯管产生辉光放电而发光。
镇流器：
是一个带铁芯的电感线圈，在起辉器触头断开时，通过它的电流突然变化到零。
由电磁感应定律eL
可知，将产生一个高电压加在灯管两端，使灯管起辉。
这时电流通过灯管内部和镇流器联成通路，电路进入稳定工作状态后，镇流器起降压和限流的作用。
由于镇流器是一个大电感负载，因而日光灯电路的功率因数很低，只有0.5左右。
实验四三相电路
一、实验目的：
１．了解三相平衡负载作星形联接时线电压和相电压的数量关系；
２．了解三相不平衡负载作星形联接时中线的作用；
３．了解三相平衡与不平衡负载作三角形联接时，线电流与相电流的关系。
二、实验原理说明：
将三相对称灯泡负载（每相三个灯泡）各相的一端U2、V2、W2联结在一起，形成中点。
各相的另一端（U1、V1、W1）则分别接至三相电源即为星形联结，这时相电流等于线电流，线电压是相电压的
倍。
由于三相电源电压对称，因此三相电流也对称，电源中点与负载中点之间的电压为零。
如用中线将两中点联结起来，中线电流也等于零。
当负载不对称时，则中线就有电流流过，这时如将中线断开，三相负载的各相电压的大小不相等，此状况应避免出现。
三、仪器与设备：
１．电流控制屏GDS-01１块
２．三相负载GDS-08１块
３．交流电压表１个
４．交流电流表１个
四、实验步骤：
先将GDS—01上的单调、联调开关置于三相联调状态，调节三相电压为120V；
1．星形联接
（1）将GDS—08实验箱上的三相负载按星形接法联接，并接至GDS—01上三相电压输出端子U、V、W、N；
（2）测三相负载对称时，有中线情况下各线电压，UAB、UBC、UCA相电压UA、UB、UC各线电流Ia、Ib、Ic、IN；
（3）三相负载对称，将中线拆除，测各线电压，相电压，线电流，相电流及负载中点与电源中点之间的电压；
（4）测量有中线时，三相负载不对称（如A相一盏灯，B相两盏灯，C相三盏灯）的情况下，各线电压，相电压，相电流及中线电流；
（5）测量中线拆除时，三相不对称情况下各线电压，相电压，相电流，负载中点与电源中
点之间电压。
将以上各次测量的结果分别记入表4—1中。
图4-1
表4—1
测量值
负载状况
线电压（V）
相电压（V）
相、线电流（A）
中
线
电
流
中
线
电
压
负载对称
有中线
无中线
负载不对称
有中线
无中线
2．三角形连接
（1）将三相负载接成三角形，测量三相负载对称时，各线电压，线电流；
（2）当三相负载不对称时，测各线电压，线电流，相电流。
将以上各次测量的结果分别记入表4—2中。
图4—2
表4—2
测量值
负载状态
线电压（V）
相电流（A）
线电流（A）
负载对称
负载不对称
五、分析与讨论：
１.作相量图说明三相平衡负载作星形连接时线电压和相电压的关系。
２.作相量图说明三相平衡负载作三角形连接时线电流和相电流的关系。
实验五单管放大电路
一、实验目的：
１.学习共射极放大电路静态工作点的调整方法；
２.测量共射极放大电路的电压放大倍数；
３.观察静态工作点对电压放大倍数及非线性失真的影响。
二、仪器及设备：
１.单管交流放大电路板１块
２.直流稳压电源１台
３.示波器１台
４.低频信号发生器１台
５.晶体管毫伏表１块
６.万用表１块
三、实验步骤：
１.检查单管交流放大电路板的线路和元件。
对照单管交流放大电路原理图5－１，找出各元件在实验板上的位置，校对各元件
的参数是否与图中标明的一致，检查线路的连接是否正确,经教师检查后，即可进行第二步。
２.接上直流电源。
将静态工作点调到合适的值。
（1）.将直流稳压电源的输出电压调到12V，接至单管放大电路的+Ec和地端。
（2）.调节RB，使UCE＝5~6V（用万用表测量），并测此时的IB和IC。
记录于下：
UCE＝V；IC＝mA；IB＝μA
３.输入交流信号，测试空载和负载时的电压放大倍数。
（1）.将低频信号发生器的输出端，接到单管交流放大电路的输入端，调节信号频率为1000HZ，用晶体管毫伏表测电压Ui＝10mV。
（2）.用晶体管毫伏表测放大器的输出电压和输入电压（交流值）。
记下负载电阻RL接通前后的数据，填入表5-1。
图5-1单管交流放大电路原理图
表5-1
负载情况
输入电压Ui（mV）
输出电压U0（mV）
电压放倍数
空载
RL=2.7
４.观察电压放大倍数随静态工作点的改变而改变的情况。
继续保持Ui＝10mV，负载电阻RL断开，调节RB，改变静态工作点，用示波器观察U0的变化情况，可以看到，随着静态工作点的改变,U0也随之改变也就是电压放大倍数随静态工作点的改
变而改变。
５.用示波器观察静态工作点对输出电压波形的影响。
继续保持Ui＝10mV，调节RB，使IB逐渐增大，一直到从示波器中看到输出电压出现
饱和失真。
调节RB，使IB逐渐减小，一直到从示波器中看到电压波形出现截止失真。
四、分析与讨论
１.解释负载电阻RL接通前后电压放大倍数不同的原因。
２.解释电压放大倍数随静态工作点的改变而改变的原因。
３.将实验得到的电压放大倍数和按公式计算的结果比较。
实验六负反馈放大电路
一、实验目的
加深理解负反馈放大电路的工作原理及负反馈对放大电路性能的影响
掌握负反馈放大电路性能的测量与调试方法
进一步掌握多级放大电路静态工作点的调试方法
二、实验原理
负反馈在电子电路中有着广泛的应用。
虽然它使放大器的放大倍数降低，但能在多方面改善放大器的动态参数，如稳定放大倍数，改变输入、输出电阻，减小非线性失真和展宽通频带等。
因此，几乎所有的实用放大器都带有负反馈。
负反馈放大器有四种组态，即电压串联，电压并联，电流串联，电流并联。
本实验以电压串联负反馈为例，分析负反馈对放大器各项性能指标的影响。
图6-1电压串联负反馈实验电路图
三、实验步骤
在放大器的输入端加入f=1000Hz，Ui=3mV的正弦电压信号。
用示波器观察输出波形，适当调节Rp,使第一级，第二级输出波形幅值最大且不失真。
1.测量放大器的电压放大倍数
保持输入信号不变,工作点不变的情况下，分别测量放大器的第一级和第二级的输出电压U01和U02，然后把数据记入下表。
测试条件
U01
U02
Au1
Au2
Au
Ui=3mV
无反馈
有反馈
2.测量负反馈对放大倍数稳定性影响
保持上述输入信号不变的情况下，将电源电压从12V降低到10V，分别测出无反馈与有反馈情况下的输出电压U0，并与两次得到的结果比较，将结果记入下表。
Vcc=12V
Vcc=10V
无反馈
U0=
Au=
U0=
Au=
有反馈
U0=
Au=
U0=
Au=
3.观察负反馈对非线性失真的影响
不带负反馈逐渐增大输入信号幅度，记下放大器未出现明显失真时的Ui，然后继续增加Ui直至有明显失真为止。
引入反反馈观察在上术输入幅度下失真波形是否改善。
继续增加Ui幅度，记下波形尚未出现明显失真时的输入电压值，并与不带负反馈时作比较。
无反馈
Ui=
有反馈
Ui=
四实验仪器和仪表
虚拟实验仪器及器材
双踪示波器信号发生器交流毫伏表数字万用表
五实验报告要求
根据数据分析有、无负反馈两种情况下，负载对放大倍数的影响。
结合实验总结说明电压负反馈，对电压放大倍数、电压放大倍数稳定性及改善非线性失真的影响。
实验七集成运算放大器
一、实验目的：
掌握运算放大器的使用方法。
学习运算放大器作为比例放大器和电压比较器的应用。
二、仪器及设备：
低频信号发生器1台
示波器1台
万用表1块
稳压电源1台
运算放大器实验板1块
晶体管毫伏表1块
三、实验步骤：
1．运算放大器的零点校正
按图１1－１将运放接成反相比例放大器，输入端Ui按地，电源电压为±12V，用万用表直流电压档监测输出电压U0然后调整RP1使U0=0则运算放大器的零点调好。
图7-1
2．反相比例放大
按图7－1接线，将图中Ui与地断开（不得调动RP1），接入1KHZ、10毫伏的信号，用晶体管毫伏表测量UO，并计算放大倍数。
3．电压比较器
保留步骤2的接线，将运放接成过零电压比较器。
Ui为1KHZ、10mv的正弦电压,用示波器观测输出端UO的波形并记录。
四、分析与讨论：
1.计算比例运算时的放大倍数，并与实验结果比较，说明原因；
2.过零电压比较器观测到的方波信号与理论分析应得到的方波信号有什么不同？
为什么？
3.在过零电压比较器实验过程中，是否顺利观测到方波信号？
如不顺利，采用了哪些方法？
4.如果希望方波信号电压为±5V，对图7－1电路应如何改进？
实验八整流、滤波及串联型稳压电源
一、实验目的
（一）熟悉直流稳压电源的电路组成及各部分电路的作用。
（二）进一步理解直流稳压电源的性能。
（三）学会使用三端集成稳压器。
二、实验仪器、设备
1稳压源与RC电路板
2示波器
3单相调压器
4数字万用表
5直流电流表
三、实验内容
（一）测量单相桥式整流电路的U1和Uo的值，观察Uo的波形并纪录。
（二）测量单相桥式整流电容滤波电路当电容C1=1000μF和C1=100μF时（此时负载电阻RL=56Ω）的UC1和Uo的值，观察Uo的波形并纪录。
（三）串联反馈式稳压电路
1．调节电位器R0，测量输出电压调节范围。
2．稳压性能测试
保持U1=220V，改变RL，使负载电流IL在0～50mA变化，测量UC1、UCE1、Uo的值。
在保持IL=50mA不变时，改变U1，使其在220V±10%间变化，测量UC1、UCE1、Uo的值。
（四）学习使用三端集成稳压器CW7812，并在U1=220V时作稳压性能测试。
四、预习要求
（一）复习单相桥式整流电容滤波电路的工作情况和串联型稳压电源的基本原理，以及三端集成稳压器的应用。
（二）画出单相桥式整流电路图。
给定电源变压器额定电压220V/12V，计算负载电压的平均值Uo。
（三）画出单相桥式整流电容滤波电路图，自拟测试表格。
（四）根据电路所给参数，估算串联反馈式稳压电路的输出电压调节范围。
（五）自拟串联反馈式稳压电路的稳压性能测试表格。
（六）画CW7812的应用电路，输出固定正电压，并自拟稳压性能测试表格。
五、实验报告
（一）将预习要求的计算值与实验结果比较。
（二）用实验数据和波形说明负载电压Uo的纹波和平均值主要取决于什么参数。
（三）整理实验数据，总结串联型稳压电路和使用CW7812的稳压电路的稳压性能。
实验九门电路
一、实验目的：
１．熟悉TTL与非门外形和引脚引线排列。
２．了解TTL与非门电路的性能及使用方法。
二、实验原理：
1、 基本门电路有与门、或门和非门。
常见的与门有：
74LS08（四2输入与门）、74LS09（四2输入与门——OC门）、74LS11（三3输入与门）、74LS15（三3输入与门——OC门）、74LS21（双4输入与门）。
常见的或门有：
74LS32（四2输入或门）。
常见的非门有：
74LS04（六反相器）、74LS05（六反相器——OC门）。
2、常见的复合逻辑门 常
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