大学电路课程实验讲义.docx

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大学电路课程实验讲义

福建工程学院国脉信息学院

电工技术实验

陈佳新编

电子信息与通信工程系

2010年2月修订

　　　　　　目　　录

第一章电工测量基本知识…………………………………………………………………1

第二章电工技术实验的基本知识和技能…………………………………………………3

实验课题一　直流电路的电位测量和基尔霍夫电压定律验证……………………………8

实验课题二　基尔霍夫电流定律和叠加定理验证…………………………………………10

实验课题三　电信号的观察与测量…………………………………………………………12

实验课题四　一阶线性电路暂态过程的观测………………………………………………15

实验课题五日光灯电路和功率因数的提高………………………………………………17

实验课题六RLC串联谐振电路……………………………………………………………20

实验课题七　三相电路实验…………………………………………………………………22

实验课题八线性无源二端口网络…………………………………………………………24

第三章电路实验中常用的仪器、设备、元器件…………………………………………26

3.1　电流插座………………………………………………………………………………26

3.2　双踪示波器简介………………………………………………………………………26

3.3　信号发生器……………………………………………………………………………28

3.4KHDL-1电路原理实验箱…………………………………………………………30

3.5THA-JDZ1交流电路综合实验箱…………………………………………………31

第一章电工测量基本知识

1.1测量的概念和分类

测量是以确定被测对象量值为目的的全部操作。

通常测量结果的量值由两部分组成：

数值（大小及符号）和相应的单位名称。

测量可从不同的角度出发进行分类。

1.1.1从获得测量结果的不同方式分类，可分为直接测量法、间接测量法和组合测量法。

1.1.1.1直接测量法——从测量仪器上直接得到被测量量值的测量方法，直接测量的特点是简便。

此时，测量目的与测量对象是一致。

例如用电压表测量电压。

1.1.1.2间接测量法——通过测量与被测量有函数关系的其它量，才能得到被测量量值的测量方法。

例如用伏安法测量电阻。

当被测量不能直接测量，或测量很复杂，或采用间接测量比采用直接测量能获得更准确的结果时，采用间接测量。

间接测量时，测量目的和测量对象是不一致的。

1.1.1.3组合测量法——在测量中，若被测量有多个，而且它们和可直接（或间接）测量的物理量有一定的函数关系，通过联立求解各函数关系来确定被测量的数值，这种测量方式称为组合测量法。

1.1.2根据获得测量结果的数值的方法不同，分为直读测量法和比较测量法。

1.1.2.1直读测量法（直读法）——直接根据仪表（仪器）的读数来确定测量结果的方法。

例如用电流表测量电流、用功率表测量功率等。

直读测量法的特点是设备简单，操作简便。

1.1.2.2比较测量法——测量过程中被测量与标准量（又称度量器）直接进行比较而获得测量结果的方法。

例如用电桥测电阻，测量中作为标准量的标准电阻参与比较。

比较测量法的特点是测量准确，灵敏度高，适用于精密测量。

实际测量中采用哪种方法，应根据对被测量测量的准确度要求以及实验条件是否具备等多种因素具体确定。

1.2数字式仪表

数字式仪表的工作原理是将被测量（模拟量）转换成数字量之后，用计数器和显示器显示出测量结果。

这个转换过程称为模/数（A/D）转换。

下面仅从使用的角度对数字式仪表作一简单介绍。

1.2.1概述数字式仪表面板上的显示窗口，可以直接显示出被测量的正负读数和单位。

面板上的量程选择开关可用以选择测量类型及测量量程，有的数字仪表具有自动转换量程功能。

数字式仪表的主要技术特性包括：

显示位数、测量范围、误差、分辨力、输入阻抗、采样方式和采样时间等。

1.2.2数字仪表的显示位数

数字式仪表数码管的个数一般为4~5个，有的高精度的数字仪表可做到6个。

但不能显示出满位“9”，而是以最高位显示数为“4”或“1”较多。

判定数字仪表的位数有两条原则：

①能显示0~9所有数字的位为整数位；

　②分数位的数值是以最大显示中最高位数字为分子，用满量程时最高位数字作分母。

例如：

某数字仪表的最大显示值为±19999，满量程计数值为20000，这表明该仪表有4个整数位，而分数位的分子为1，分母为2，故称之为

位，读作四位半，其最高位只能显示0或1。

位（读作三又三分之二位）仪表的最高位只能显示从0～2的数字，故最大显示值为±2999。

1.3有效数字

1.3.1有效数字的定义

一个数据，从左边第一个非零数字起至右边的所有数位均为有效数字位。

有效数字就是一个由可靠数字和最末一位欠准数字两部分组成的数字。

测量所得到的数据都是近似数。

近似数由两部分组成：

一部分是可靠数字，另一部分是欠准数字。

通常测量时，只应保留一位欠准数字（对于指针式仪表，一般估读到最小刻度的十分位；而对于数字式仪表，则与所选的量程有关），其余数字均为可靠数字。

例如，某仪表的读数为106.5，其中106是可靠数字，而末位数5是欠准数字。

106.5的有效数字位数是四位。

1.3.2有效数字的正确表示

（1）有效数字的位数与小数点无关，小数点的位置仅与所用单位有关。

例5100Ω和5.100KΩ都是四位有效数字。

（2）在数字之间或在数字之后的“0”是有效数字，而在数字之前的则不是有效数字。

（3）若近似数的右边带有若干个“0”，通常把这个近似数写成α×10n形式，1≤a＜10。

利用这种写法，可从a含有几个有效数字来确定近似数的有效位数，如5.2×103和7.10×103分别为二位和三位有效数字，4.800×103为四位有效数字。

在计算式中，对常数π、e、

等的有效数字，可认为无限制，在计算中根据需要取位。

1.4测量结果的表示

1.4.1实验数据列表表示法

列表是将一组实验数据中的自变量、因变量的各个数值依一定的形式和顺序一一对应列出来。

列表法的优点是简单易作，形式紧凑，数据便于比较，同一表格内可以同时表示几个变量的关系。

1.4.2图形表示法

图形表示法可以更加形象和直观地看出函数变化规律，能够简明、清晰地反映几个物理量之间的关系。

图形表示法应分两个步骤：

第一步是把测量数据点标在适当的坐标系中，第二步是根据点画出曲线。

根据各点作曲线时，应注意到曲线一般光滑匀整，只具少数转折点；曲线所经过的地方应尽量与所有的点相接近，但不一定通过图上所有的点。

1.5实验设备的选择

实验设备的选择主要包括实验元器件的选择和测量仪器的选择。

1.5.1实验元器件的选择

在实际应用中，各种元件（电阻、电感、电容等）通常要给出不同的额定值，例如电阻给出元件的额定功率值，实际上是限制了电阻元件上容许通过的最大电流值；电感给出元件允许通过的电流值，在实际应用中还要考虑电感元件的内阻参数，因为绕制电感的导线有内阻；电容则给出元件的耐压值。

所以我们在选择实验中的元器件时，应该首先核算出电路在各种特殊情况时各元件所承受的不同电压电流值，注意不能超过其额定值，否则将会烧毁元件。

例，对于额定功率为0.5W，阻值为51欧姆的电阻，其额定电流

。

若使用该电阻，则应保证流过其上的电流值不超过99mA，否则，将烧毁电阻元件。

1.5.2测量仪器仪表、量程的选择

测量仪器仪表以及量程的选择也很重要。

选择测量的仪器仪表应根据具体的使用要求和测量准确度，即根据不同的准确度要求选择不同等级的仪器仪表。

而量程的选择直接影响到测量误差的大小。

正确的量程选择原则应该是使被测量量值尽量与所选量程接近，这样才能使一次测量中仪表所引起的最大示值相对误差最小。

第二章电工技术实验的基本知识和技能

2.1实验目的

　　《电工技术实验》是同《电路分析》理论课紧密配套而又独立设置的课程。

学习电路分析理论知识进行实验，电工理论的建立就是在实验的基础上实现的。

　　学生进行电工实验的目的主要是：

2.1.１验证理论，加深对理论的理解。

学生在课堂上学习了电工理论的各种概念、定理、定律、原理，一般还是抽象的，停留在纸面上的。

通过实验，学生可以直接进行验证，认识理论的正确性，从而加深对理论的理解，把知识掌握得更加牢固。

2.1.2技能训练，增强实践能力。

工程技术人员的实践能力是其实际技术工作的重要内容。

通过实验，既可训练实验动手能力，也能训练分析问题的能力，培养严肃认真的科学作风。

具体地说，学生通过电工实验要掌握一般通用电工测量仪器仪表的使用；掌握若干电工技术中常用的电子仪器设备的使用；掌握电工实验技能，不但能动手实验，而且能用理论对实验现象进行分析。

　　实验是学生学习理论与实践能力的重要环节，是理论和实践相结合的重要场合，也是培养学生严谨的科学作风的重要阵地。

2.2实验设备

　　进行电工实验，必须使用各种实验设备。

实验设备大体可分为电源设备、被测试设备、测量仪表、电路联接设备等。

电源设备有直流稳压电源、交流电源、交流调压器、低频信号发生器等，其作用是向实验电路施加所需要的激励。

被测试设备有各种电阻器（固定的、可变的等）、电容器、电感线圈、实验用灯排、日光灯、小型变压器等，其作用是组成实验电路以进行测试研究。

测量仪表有各种型式的（磁电系、电磁系、电动系、数字等）电压表、电流表、功率表、相位表、万用表以及示波器等，其作用是测定电路的各种物理量，以供分析研究。

　　电路联接设备有电流插头插座、探头、开关、测试棒、导线等，是为方便电路联接与测量而使用的。

　　通过多次的实验使用，学生必须正确熟悉（或了解）各种实验设备的原理与使用方法，包括型号、额定值、量程、接线、操作、读数等。

2.3实验准备与实验预习

实验是分课题进行的。

每个课题的实验包括实验准备、实验进行与实验总结三个阶段。

只有三个阶段都完成得好，才能称得上整个实验过程的成功。

实验准备包括理论知识准备与具体实验内容预习。

2.3.１理论知识准备。

电工技术实验是验证性的实验，一般是先通过课堂教学，使学生明了电工基础的理论知识，而后才进行实验。

进行每个课题的实验，对该实验所要测试的电路特性、所要验证的定理定律等理论，先要学习，了解其内容。

这是进行实验的前提；否则进行实验是盲目的，也就没有什么意义了。

　　为此要求学生要学好课堂理论知识，对所进行的实验课题所涉及的理论知识事先要尽量理解清楚。

2.3.2实验内容预习。

学生必须通读实验讲义有关课题的内容，对所要进行实验的题目、内容、目的、设备、电路、数据表、曲线、预计结论等都要明了，学生应该按要求把该准备的内容具体准备好。

通过预习，学生必须对本课题实验做到：

　　（１）目的明确，内容条目清楚。

　　（２）知道电路如何联接，能画出电路图。

　　（３）知道使用哪些设备，设备的规格、量程。

　　（４）知道读取哪些数据，准备好数据表格。

　　（５）能预计实验的结果（数据估计、曲线形状、…），准备好可能用到的公式。

　　一定要防止没有预习的实验，因为没有预习的实验是无论如何做不好的；既达不到实验的目的，又拖延甚至枉费时间，还可能发生事故。

2.4实验进行

　　从学生进入实验室到退出实验室是实验进行阶段，是学生实施实验的具体过程，是实验的中心环节。

实验进行必须严肃、认真、细心、文明。

实验进行有以下六个步骤。

2.4.1选择与排列设备

　　设备选择：

按实验课题要求，选择所需用的设备。

所选用的设备必须在型号、规格、量程、额定值等方面符合要求。

设备排列：

依照实验电路，按从电源到被测试设备的顺序，把设备排列放置清楚，做到整齐合理。

２.4.2