《电工电子学》实验指导书14修订版.docx

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《电工电子学》实验指导书14修订版

《电工电子学》实验指导书（2014修订版）

　　　　　　　　《电工电子学》实验指导书　　　　　　信息学院实验中心　　2014年3月　　　　　　　　　　目录　　　　实验一电路基本定律.....................................................................................................-2-实验二RC一阶电路响应测试......................................................................................-6-实验三三相交流电路...................................................................................................-10-实验四三相异步电动机的控制...................................................................................-13-实验五实验六实验七实验八实验九实验十　　　　　　　　共射极单管放大电路.......................................................................................-16-集成运算放大器...............................................................................................-20-组合逻辑电路设计...........................................................................................-23-时序逻辑电路的设计与应用...........................................................................-25-555定时器及其应用........................................................................................-29-直流稳压电源综合实验...................................................................................-31--1-　　实验一电路基本定律　　　　一、实验目的　　1．验证基氏定律2．验证迭加定理3．验证戴维南定理　　4．加深对电流、电压参考方向的理解5．正确使用直流稳压电源和万用电表　　二、仪器设备　　1．TPE—DG2电路分析实验箱　　1台2．SA5051台式万用表　　　　1台　　三、预习内容　　1．认真阅读TPE—DG2电路分析实验箱使用说明2．预习实验内容步骤；写预习报告，设计测量表格并计算理论值3．根据TPE—DG2电路分析实验箱设计好连接线路　　四、实验原理　　1．基尔霍夫电流、电压定律及叠加定理基尔霍夫电流定律　　在集总电路中，任一瞬时，流向某一结点的电流之和等于该结点流出的电流之和。

　　AI1R1E1　　R2E2B　　图1-1验证基尔霍夫电流、电压定律电路原理图　　I2I3　　R3电路原理图及电流的参考方向如图1-1所示。

根据KCL，当E1、E2共同作用时，流入和流出结点A的电流应有：

I1+I2-I3=0成立。

　　-2-　　　　基尔霍夫电压定律　　在集总电路中，任一瞬时，沿任一回路所有支路电压的代数和恒等于零。

　　其电路原理图及电流的参考方向如图1-1所示。

根据KVL应有：

E1-UR1-UR3=0；或E1-UR1+UR2-E2=0；或E2-UR1-UR2=0成立。

叠加定理　　在线性电路中，任一支路中的电流等于电路中各个独立源分别单独作用时在该支路产生的电流的代数和。

所谓一个电源单独作用是指除了该电源外其他所有电源的作用都去掉，即理想电压源所在处用短路代替，理想电流源所在处用开路代替，但保留它们的内阻，且电　　路结构不作改变。

于功率是电压或电流的二次函数，因此叠加定理不能用来直接计算功率。

　　　　电路原理图及电流的参考方向如图1-1所示。

分别测量E1、E2共同作用下的电流I1、I2、I3；E1单独作用下的电流I1?

、I2?

、I3和E2单独作用下的电流I1?

?

、I2?

?

、I3?

?

。

根据叠加原理应有：

I1=I1?

+I1?

?

；　　′I2=I2?

+I2?

?

；I3=I3+I3?

?

成立。

　　′2．戴维南定理　　任何一个线性有源二端口网络，对于外电路而言，总可以用一个理想电压源和电阻的串联形式来代替。

理想电压源的电压等于原二端口网络的开路电压UOC，其电阻等于网络中所有电压源短路、电流源开路时的入端等效电阻Req，见图1-2。

　　线性有　　源二端网络　　ab　　等效成　　+-a　　UOCReqb　　图1-2戴维南定理示意图　　开路电压的测量方法a．直接测量法：

　　当有源二端网络的等效电阻Req与电压表的内阻相比可以忽略不计时，可以直接用电压表测量开路电压。

　　b．零示法：

　　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误差。

为了消除电压表内阻的影响，采用零示法。

即用一个低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压　　　　VUOCReq稳压电源-3-　　电源的输出电压与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，即为二端网络的开路电压UOC。

等效电阻的测量方法a．短路电流法：

　　用电压表测得开路电压UOC后，将开路端短路，测其短路电流ISC，则等效电阻Req=UOC/ISC。

此方法测量简便，但可能因短路电流过大会损坏电路内部的元件，对于等效电阻较小的二端网络，一般不宜采用。

　　b．两次电压测量法：

　　先测开路电压UOC，再在开路端接一个已知负载电阻RL，测RL两端的电压UL，则等效电阻　　Req?

（UOC?

1）RL。

ULc．半电压测量法：

　　调电位器RL大小，当其两端的电压等于二端网络开路电压的一半时，RL的阻值即为等效电阻Req的值。

　　d．直接测量法：

　　当二端网络的等效电阻与万用表内阻相比可忽略不计时，可用万用表欧姆档直接测量二端网络的等效电阻Req。

　　UOCVReqRL五、实验内容与步骤　　1、验证基尔霍夫电流、电压定律　　实验线路中取的E1=3V、E2=6V，R1=R2=R3=1kΩ，连接电路，测量各支路电流及各元件两端的电压值，验证结果，自拟表格。

　　2、验证叠加定理　　测量E1、E2单独作用和共同作用时，各支路的电流值。

数据填入表1-1。

　　表1-1验证叠加定理　　计算E1作用E2作用E1、E2作用　　　　I1测量　　误差　　计算　　I2测量　　误差　　计算　　I3测量　　误差　　-4-

　　　　　　3、验证戴维南定理　　用戴维南定理测量R3支路的电流I3。

按实验原理，选择合适的测量方法测量开路电压UOC和等效电阻Req的值。

然后用直流电压源和可变电位器分别调出UOC和Req的值，再串上R3支路，测量R3支路的电流I3。

　　注意：

　　1．一定要接好线后再开电源，切勿带电接线。

　　2．选定参考方向后，按参考方向插入指针式万用表表笔。

测量电压或电流时，如果指针正偏，测量值为正，电压或电流的实际方向与参考方向一致；如指针反偏，则必须调换万用表表笔极性，重新测量，此时，测量值为负正，说明电压或电流的实际方向与参考方向相反。

　　六、实验报告要求　　1．数据分析：

用你所测得的实验数据如何验证定律及定理的？

2．与计算值比较，分析误差原因。

3．请回答问题：

　　1）你是如何通过电流表的串入，测试并理解参考方向这一概念的？

　　2）在验证戴维南定理的实验中，如果线性二端网络的内阻和你所用的万用电表内阻接近时，　　应选用实验原理中讲述的哪种方法测量Req值？

　　　　　　-5-　　　　实验二RC一阶电路响应测试　　一、实验目的　　1.掌握RC暂态电路零状态响应、零输入响应及全响应的概念。

　　2.了解RC暂态电路构成微分电路和积分电路的条件，电路的特点及响应波形。

　　3.学习电路时间常数的测量方法。

　　4.学习用示波器观测波形，并掌握用示波器测量电压、时间等参数。

　　二、仪器设备　　1．TPE—DG2电路分析实验箱　　1台2．TFG6040DDS函数信号发生器　　1台3．RIGOL数字示波器　　1台　　三、实验原理　　1．RC电路的方波响应　　为了用示波器观察RC一阶电路的暂态响应过程，通常用方波信号来代替输入阶跃信号。

图2-1所示为RC一阶电路，如在ui端加入如图2-1所示的方波信号，当方波信号的脉宽tp满足tp≈（4~5）τ时，电容两端的响应波形如图2-1所示。

　　RuiuiUmuCUmbC0（a）tpT2Tt0acT2Tt（b）（c）图2-1方波激励下电容两端的响应波形　　图2-1中，从t=0开始到t=T时间段，ui对电容器进行充电。

因为方波信号的　　2脉宽tp足够宽，则uC两端的充电电压能够达到稳态值Um。

这样在0~T范围内uC即为零状态响　　2应；从t=T开始到t=T时间段，ui=0，电容器两端电压uC稳态值Um开始通过R放电，　　2　　　　ui+Um0uCtpT2T+Umt0T2Tt-Um-Um图2-2输入正负对称方波时电容端的全响应波形　　-6-　　　　在足够宽的tp范围内，电容器上的电荷基本全部放完，此过程即为零输入响应。

　　若ui为正负对称的方波信号，此时因输入阶跃和电容初始值均不为零，则电路为全响应过程，如图2-2所示。

　　2．用示波器测量时间常数τ　　在方波信号脉宽tp足够宽时，例如t=5τ时，电容器充电电压uC≈，放电电压uC≈，此时认为暂态过程已结束，电路进入到新的稳定状态，此时可用示波器测量时间常数τ的值。

如图2-3所示，在示波器显示的电容充电段波形上，从t=0开始到电容　　τbτT2cT图2-3时间常数τ的测量充电电压上升到uC=点所对应的时间范围即是时间常数τ。

或者在电容放电段波形上，从t=T点电容电压从稳态值Um开始，下降到uC=点所对应的时间范围即是时间常数τ。

　　23．RC电路的应用　　在RC电路中，如果改变输入方波信号的脉宽tp与电路时间常数τ的比值，可以实现微分电路和积分电路。

　　微分电路　　电路如图2-4所示。

当τ>>tP时，电容器充电很慢，电阻两端电压uR与输入电压ui的波形很相近，如图2-4是所示；随着τ和tP比值的减小，电阻两端电压uR的波形逐渐变成正负尖脉冲，τ越小，尖脉冲越陡，如图2-4所示。

此看出，当RC电路的时间常数τ很小时，电阻两端的电压uR正比于输入电压ui的微分，即uR?

RCdui，因此称为微分电路。

构成微分电路的条dt件是：

τ　　ui,uRCuiRuR0uiuRtptui,uRuRui0tpt图2-4微分电路图2-4τ>>tP时uR的波形图2-4τ　　电路如图2-5所示。

当τ≤tP时，电容器充放电较快，电容两端电压uC的波形如图2-5　　-7-　　　　所示。

当τ>>tP时，电容器充电缓慢，后又经电阻缓慢放电，电容两端电压uC的波形逐渐变成三角波，τ越大，充放电越缓慢，三角波