电工学基础实验指导书食品19级.docx

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电工学基础实验指导书食品19级

实验一基尔霍夫定律

一、实验目的

1．加深对基尔霍夫定律的理解

2．用实验数据验证基尔霍夫定律

3．熟练仪器仪表的使用

二、实验原理

基尔霍夫定律是电路理论中最基本最重要的定律。

它包括基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL）。

KCL：

电路中任一节点，在任何时刻所有支路电流的代数和恒等于零。

即ΣIj=0

KCL阐明了电路中任一节点上各支路电流的约束关系。

这种约束关系与该节点上各支路元件的性质无关。

KVL：

对于线性非线性元件支路、时变非时变元件支路，沿任一回路所有支路电压的代数和恒等于零。

即ΣUj=0

KVL阐明了电路中任一闭合回路中，支路电压间的约束关系。

这种约束关系与电路结构有关，与构成回路的各支路上元件性质无关。

对于线性非线性、时变非时变、含源非含源元件支路均成立。

基尔霍夫定律表达式中的电流、电压均是代数量，即有正、负之分，这种“正”与“负”表明了电流、电压的方向性。

电路中电流的实际方向与参考方向一致时为正，相反时为负。

在闭合电路中，指定一个绕行方向为电压参考方向，支路电压与绕行方向一致为正，反之为负。

三、实验内容

1.实验电路、接线电路分别如图2-1（a）、（b）所示，用该电路验证基尔霍夫两条定律。

图2-1验证基尔霍夫定律电路

图中US1、US2取自实验台上稳压电源的输出电压（10V、5V），实验中调到所要的电压后保持不变；R1、R2、R3、R4、R5、为固定电阻（R1＝R2＝R3＝220Ω；R4＝270Ω；R5＝200Ω；R6＝240Ω），精度1.0级。

实验时各条支路及总电流用电流表测量，在接线时每条支路可串联连接一个电流表插口，测量时只要把电流表所连接的插头插入即可读数。

但要注意插头连接时极性。

实验时各个元件电压用直流电压表分别测量，测量时只要把电压表所连接的插头并联接在元件两端即可读数。

但要注意插头连接时极性。

2.验证KCL

实验结果

支路电流

I1

I2

I3

ΣI

计算值

测量值

3.验证KVL

实验结果

回

路

Ⅰ

UR1

UR3

UR4

US1

ΣUⅠ

ΣUⅠ（计算值）

ΣUⅠ（测量值）

回

路

Ⅱ

UR2

UR3

UR5

US2

ΣUⅡ

ΣUⅡ（计算值）

ΣUⅡ（测量值）

*4.可以用自行设计的电路，或选择的任一参考电路，接线后需经教师检查同意后再进行测量、验证。

四、问题与思考

改变电流参考方向和回路绕行方向，对验证基尔霍夫定律有无影响？

为什么？

实验二日光灯功率因数提高

一、实验目的

1．熟悉日光灯的接线

2．了解提高电路功率因数的方法及意义

3．熟悉功率表的使用

二、实验原理

本实验的交流电路为一普通日光灯管的电路，由镇流器L（带铁芯的电感线圈）、日光灯管D和启辉器S串联而成，由220V的交流电源供电，如图2-1所示。

图2-1日光灯接线图

当接通电源后，启辉器内发生辉光放电，双金属片受热弯曲，触点接通，将灯丝预热使它发射电子，启辉器接通后辉光放电停止，双金属片冷却，又把触点断开，这时镇流器感应出高电压加在灯管两端使日光灯管放电，产生大量紫外线，灯管内壁的荧光粉吸收后辐射出可见光，日光灯就开始正常工作。

启辉器相当一只自动开关，能自动接通（加热灯丝）和断开电路（使镇流器产生高压，将灯管击穿放电）。

镇流器的作用除了感应高压使灯管放电外，在日光灯正常工作时，起限制电流的作用，其名称也由此而来。

由于电路中串联着镇流器，它是一个电感值较大的线圈，因而整个电路的功率因数不高。

功率因数的高低实际上反映了电源容量的利用情况。

电路负载的功率因数低，一方面电源容量不能被充分利用，另一方面在输电电路中增加损耗。

因此提高功率因数，使电源容量得到充分利用，这正是人们所企盼的。

提高功率的途径，根本在于减小电路阻抗的阻抗角，在实际应用电路中，感性负载居多。

所以提高感性负载电路功率因数的有效途径，是在负载两端并联一合适的电容器，使由R、L、C组成的负载阻抗角减小，从而达到提高功率因数的目的。

三、实验内容

1．按图2-2所示连接测量仪表和实验线路。

图2-2日光灯测量接线图

2．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，进行三次重复测量并记录。

将测得数据记录在表2-1中。

表2-1

电容C（μF）

0

2.0

3.0

4.0

4.47

5.0

6.0

UL（V）

UD（V）

I（mA）

ID（mA）

IC（mA）

P

cosφ

四、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。

五、问题与思考

　　1．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；或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？

　　2．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？

　　3．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？

实验三单管低频放大电路

一、实验目的

1．学习放大电路静态工作点的调试方法。

2．熟悉放大电路的工作原理及基本测量方法。

3．掌握常用电子仪器的使用方法。

二、实验原理

图3-1所示是分压式单管放大电路。

它的偏置电路采用RW、RB1、RB2组成的分压电路，发射极接有电阻R，形成电流负反馈，以稳定静态工作点。

当在放大电路的输入端加入输入信号ui后，在放大电路的输出端便可得到一个与ui相位相反，幅值被放大了的输出信号uo,从而实现了电压放大。

图3-1分压式单管放大电路

如静态工作点选择合适，晶体管工作在放大区，该电路的交流电压放大倍数（不失真）为：

Au=-β

如果在小信号情况下，可近似认为：

rbe=300+（1+β）

如果工作电流减小到使（1+β）

>>300Ω时，Au几乎与β无关，此时：

Au≈

可见，增加IE能使Au提高，但IE也不能太大，否则会影响工作点。

Au还与等效电RC//RL

成正比，但增加RC并不能使Au提高很多，原因是还有RL的影响，而且过分增大RC会降低

UCE，使电路工作进入饱和区。

三、实验设备

1．直流稳压电源

2．函数信号发生器

3．双踪示波器

4．直流电流表

5．交、直流电压表

6．实验电路板

四、实验内容

1．调节及测量静态工作点

不加输入信号，输出端开路，调节电位器RW，使IC=1.6mA，测量UCE值。

2．输入端加信号电压

外加由函数信号发生器提供的信号，选择正弦信号，频率调到1KHZ。

因该信号电压较高，须外接电阻衰减。

衰减后的信号作为单管放大电路的输入信号。

衰减电路如图3-2所示。

图3-2

3．测量电压放大倍数

把图3-2中衰减后的信号加到单管放大电路的输入端（正弦信号，1KHZ），用交流电压表测这一输入电压值ui，调节信号发生器的输出信号幅度并改变衰减电路的可变电阻，使ui=10mV。

然后测放大电路的输出电压uo。

计算放大倍数Au。

同时用双踪示波器观察输入、输出电压波形，是否为正弦波，是否反相。

4．观察负载电阻对放大倍数的影响

保持输入信号不变（正弦信号，1KHZ），输出端分别接上负载电阻RL1（3KΩ）及RL2（10KΩ），观察输出电压波形是否变化，测量电压值，计算放大倍数。

将测量数据记录到表3-1中。

表3-1

静态工作点

输入电压

Ui（mV）

负载电阻

RL（KΩ）

输出电压

Uo（mV）

放大倍数

Au

IC（mA）

UCE（mV）

∞

3

10

五、问题与思考

1．输入与输出信号的相位关系如何？

2．负载电阻对放大倍数有什么影响？

3．接线时各仪器、线路板的接地端应如何连接，防干扰性能好？

实验四基本运算放大电路

一、实验目的

1．加深理解集成运算放大器的性质和特点。

2．用集成运算放大器组成基本运算电路。

二、实验原理

集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。

外部接入不同的线性或非线性元件组成输入和负反馈电路时，可实现特定的函数关系。

在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。

本实验所用的运放器件为μA741（或F007），引脚排列如图4-1所示，1、5脚为调零端。

图4-1运放器件μA741引脚排列示意图

在大多数情况下，运算放大器可视为理想运放，即把运放的各项技术指标

理想化为，即：

开环电压增益Aoud=∞

输入阻抗Ri=∞

输出阻抗Ro=0

带宽fbw=∞

输入失调电压Uio、输入失电流Iio及它们的零点漂移均为零。

三、实验设备

1．双路直流稳压电源

2．函数信号发生器

3．双踪示波器

4．交、直流电压表

5．实验电路板

四、实验内容

1.反相输入比例运算电路

实验电路接成反相比例运算电路如图4-2所示，稳压电源接法如图4-3所示。

（1）把±12V电源电压分别接到电位器两端，电位器中点（活动点）可输出-12～+12可调直流电压，如图8-4所示。

然后把这一直流电压加到运放电路的输入端，调节电位器旋钮，使输入直流电压UI改变，可在运放电路输出端得到不同的经过放大了的直流电压UO。

测量一组值，记录到表8-1中。

（2）输入信号由函数信号发生器提供，选择正弦信号，频率调到400HZ。

信号源地与实验板地或电源中性点相联接。

函数信号发生器的幅度旋钮先调到最小，再将其输出端接到放大电路的输入端A，然后调大旋钮，使放大器输入电压ui逐渐升高，分别测量相应的输入、输出电压，同时用双踪示波器观察输入、输出电压波形，测量结果记录到表4-2中。

图4-2

图4-3图4-4

表4-1

UI（V）

-1.2

-0.9

-0.6

0

0.6

0.9

1.2

UO理论值（V）

UO测量值（V）

表4-2

ui（V）

0.6

0.7

0.8

0.9

uo理论值（V）

uo测量值（V）

ui波形

uo波形

2.同相输入比例运算电路

按图4-5连接好实验电路，并加上直流电源。

图4-5

与1．中的

（1）、

（2）步类似，分别加直流电压与交流电压信号，测出对应的输出电压，并将测量值记录在表4-3、4-4中。

表4-3

UI（V）

-2

-1

-0.5

0

0.5

1

2

UO理论值（V）

UO测量值（V）

表4-4

ui（V）

0.6

0.7

0.8

0.9

uo理论值（V）

uo测量值（V）

ui波形

uo波形

五、问题与思考

1．实验电路的放大倍数如何表达与计算？

表4-1、表4-2中UO的理论值如何计算？

2．在实验中，当UI的绝对值（有效值）达到一定数值后，再增大时，UO（uo）不随着相同的比例增大，为什么？