电路与电子学实验.docx
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电路与电子学实验
绪论
一．误差的分析与计算
（1）算术平均值：
＝∑xi／n（i﹦1～n）
（2）绝对误差与相对误差
设被测量物理量X的测量值为x，真值为a，绝对误差ε=x－a,相对误差εr﹦ε／a，在实验中用算术平均值
代替真值a计算εr。
二、电路与电子实验的目的
三、实验操作注意事项
1、接线
（1）连接电路时，必须有完整的电路图，对电路各部分的作用应明确。
必须正确区分实验元件和测量仪表。
（2）接线时，应把仪器设备放在恰当位置，然后按电路的主回路和支路从电源一端开始，沿主回路依次接线，其次为支路。
主回路开关在接线时应处于断开状态。
（3）电路接线完成后，必须认真复查，确认正确后由教师检查合格后统一供电，接通主回路开关，进行实验。
（4）实验结束后，需检查仪器仪表的良好状态，合格后关闭电源，整理好仪器。
2、使用仪表
（1）实验仪表在工作前应检验其工作状态是否正常，弄清被测的物理量是什么。
（2）要注意选择仪表的量程，量程太小，损坏仪表；太大，读数不准确。
（3）要弄清每一最小刻度所代表的数值，读数时要注意有效数字。
（4）对于多功能、多量程的仪表（例如万用电表）要调整到合用的功能状态和量程，并在表盘上确认读数刻度线。
（5）实验过程中，调换仪器，仪器换挡，改变量程，改接线路，都要首先断开开关后进行。
（6）实验中发现仪表显示不正常，应先断开关后，请教师帮助。
3、安全用电
（1）电路实验室设置总配电柜，向各实验工作台分别供电，由教师控制配电。
（2）接线、拆线、改接线路都应先切断电源，以免人体接触带电部分。
（3）实验室地面及实验桌铺设绝缘橡胶。
（4）如有异常现象发生应立即切断电源，保持现场，报告指导教师。
烧断电源保险丝，仪表指针满刻度或反转，电器过热等均属异常现象。
（5）如果烧断保险丝，应按原规格换上，不得用粗保险丝或铜丝代替。
四、实验报告
1、完整的实验报告，通常包括下列几部分：
（1）实验题目
（2）实验目的（3）实验仪器设备（4）实验原理（5）实验操作步骤（6）实验数据（7）实验数据处理（8）误差分析（9）实验结果
2、实验教学的基本程序
（1）实验前的预习
由于实验课的时间有限，必须在实验前做好预习。
实验预习报告完成的部分为实验报告的
（1）～（6）项。
第（6）项可完成实验数据记录表格，以备填写实验数据。
（2）进行实验
在实验进行前，首先由指导教师进行实验原理的进一步讲授，实验步骤的具体操作。
然后进行实验，每次测量后，应立即将数据记录在实验预习报告上。
（3）实验报告
误差分析包括两方面，一是确定实验结果的误差范围，二是找出影响实验结果的主要因素。
在表达实验结果时，一般包括不可分割的三部分，即测量值
绝对误差ε（或△x），相对误差εr。
如果实验为验证某一物理定律时，同时应写出实验结论。
3、实验成绩的评定
成绩中，满分为10分，预习为2分，实验操作为4分，实验报告成绩为4分。
实验一迭加原理和等效电源定理
一、实验目的
1、验证迭加原理。
2、验证等效电源定理。
二、实验设备
1、线性电路实验板。
2、晶体管稳定电压。
3、万用电表。
三、实验原理
1、迭加原理
（1）在一个包含多个电源的线性电路中，任一支路的电流，等于各个理想电压源或理想电流源单独作用时所产生的电流的代数和。
（2）单独作用，就是保留一个理想电压源或理想电流源，而令其余的电动势或电激流为零，具体实现方法是将电压源短路，将电流源断路。
2、等效电源定理
（1）对于一个复杂网络电路的一个支路，电路的其余部分可以看作是一个有源二端网络，可以简化为一个等效电源。
等效电源对外电路来说，即支路本身，支路中的电流和端电压不变。
（2）戴维南定理：
任何一个有源二端网络都可以用一个电动势为E的理想电压源和内电阻R0串联的电压源等效代替。
电动势E等于有源二端网络的开路电压U0，内电阻R0等于网络中所有电源去除后，二端点之间的等效电阻。
四、实验步骤
图1
1.验证迭加原理
（1）如图1，U1和U2分别接入直流稳压电源。
设定U1=15V；U2=25V。
（2）将U1接入1和2端点，U2接入3和4端点，使U1和U2共同作用。
（3）将万用表调定到电流档，具体定位mA档，满量程50mA。
（4）将万用表笔分别与R1、R2、R3支路串联，测定R1、R2、R3支路电流I1、I2、I3。
（5）将电压源U2去除，使3和4端点短路
（6）重复试验步骤（4），测量U1单独作用时各支路电流I′1、I′2、I′3，测量中注意电流的参考方向与实际方向。
（7）将U1去除，用导线使1和2端点短路，重新在3和4端点接入电源U2。
（8）重复试验步骤（4），测量U2单独作用时各支路电流I″1、I″2、I″3。
2.验证等效电源定理（戴维南定理）
（1）如图1，稳压电源U1=15V，U2=25V。
（2）将U1接入1和2端点，U2接入3和4端点，使U1和U2共同作用。
（3）将万用表调定到mA档，量程设定50mA。
（4）将万用表笔分别与R1支路、R2支路、R3支路串联，测定各支路的电流I1、I2、I3。
（5）将万用表调定到电压档，满量程为50V。
（6）将R1去除，测量R1开路时端电压U01，然后将R1接入原位。
（7）将R2去除，测量R2开路时端电压U02，然后将R2接入原位。
（8）将R3去除，测量R3开路时端电压U03，然后将R3接入原位。
（9）用万用表测量R1、R2、R3的端电压UR1、UR2、UR3。
（10）将万用表调定到欧姆档，具体定位为X10档。
（11）将电压源U1和U2去除，分别将1和2端点，3和4端点用导线连接，使其短路。
（12）将R1拆除，用万用表测量R1的电阻值，R1接线二端网络相应的网络内阻R01，然后将R1接入原位。
（13）将R2和R3依照试验步骤（12），分别测量R2、R02和R3、R03。
（14）实验结束，断开电源，整理实验仪器。
五、实验数据记录
1.表1验证迭加原理
I
I′
I″
R1支路（I1）
R2支路（I2）
R3支路（I3）
2.表2验证等效电源定理
I
UR
U0
R
R0
R1支路
R2支路
R3支路
六、实验数据处理及实验结果
1.表3验证迭加原理
I
ΣI=I′＋I″
（（I－ΣI）／I）×100％
R1支路（I1）
R2支路（I2）
R3支路（I3）
2.表4验证等效电源定理
实验值
戴维南定理计算值
I
UR
I′
عI
U′R
عU
R1支路
R2支路
R3支路
七、分析实验中产生误差的主要因素。
实验二RLC串联交流电路
一、实验目的：
1、观测RLC串联交流电路各电压向量之间的关系。
2、观测电路中电容（或电感）改变时电流变化规律。
二、实验仪器：
1、RLC实验板（电阻一个、电容三个、镇流器代替电感一个）
2、自耦调压器（0～250V）
3、交流伏特表
4、交流安培表
三、实验原理
1.正弦交流电路基本参数
（1）常见的交流电为正弦形态。
u＝Um·Sin（ωt＋φo）,i＝Im·Sin（ωt＋φo）
（2）周期T单位为秒（S）。
频率f单位为赫兹（HZ）。
角频率ω:
单位为（rad/s）；初相位（相位角）:
φo。
关系有：
T=1／f=2π／ω或ω=2π／T=2πf
（3）幅值为瞬时值中的最大值。
有效值:
对于正弦量有I=Im／
;U=Um／
;E=Em／
（4）正弦量的向量表示：
正弦量有三个要素:
有效值、初相位、频率；
2、元件的特性方程
（1）电阻元件u=i·R,Um／Im=U／I=R
结论：
在电阻元件交流电路中，电流和电压是同相的，相位差φ﹦φu﹣φi﹦0
（2）电感元件i＝Im·Sin（ωt）,u＝Um·Sin（ωt＋π/2），XL＝ωL＝2πƒL
结论：
在电感元件电路中，在相位上电流比电压滞后π/2，相位差φ﹦φu﹣φi﹦π/2，
（3）电容元件（C=q/u，电容单位为法拉F）
u＝Um·Sin（ωt）,i＝Im·Sin（ωt＋π/2）
Um／Im＝U／I＝XC＝1／ωC＝1／2πƒC,XC为电容容抗。
结论：
在电容元件电路中，在相位上电流比电压超前π/2，相位差φ﹦φu﹣φi﹦﹣π/2,
元件参数的向量表示：
电阻元件→Ù=U·ej0°,Ì=I·ej0°,Ù=Ì·R
电感元件→Ù=U·ej90°,Ì=I·ej0°,Ù=j·Ì·XL
电容元件→Ù=U·ej﹣90°,Ì=I·ej0°,Ù=Ì·XC／j
3、电阻、电感、电容元件的串联交流电路
（1）基本电路
（2）相位差
同频率的正弦量相加，得出的仍为同频率的正弦量。
故有u＝uR＋uL＋uC＝UmSin（ωt＋φ）
利用相量图来求总电压的幅值和有效值及电压与电流的相位差，最简便。
i＝IMSin（ωt）
uR＝URM·Sin（ωt）
uL＝ULM·Sin（ωT＋π/2）
uC＝UCM·Sin（ωT－π/2）
u＝uR＋uL＋uC
＝UM·Sin（ωt＋φ）
电路图相量图基本公式
已知：
URm／Im＝UR／I＝R,ULm／Im＝UL／I＝XL,UCm／Im＝UC／I＝XC,
则有总电压的有效值U=（UR2＋（UL－UC）2）½＝I·（R2＋（XL－XC）2）½
式中︱Z︱＝U／I＝（R2＋（XL－XC）2）½，称电路阻抗，单位为欧姆。
电压与电流相位差φ=φu－φi=arctg（（UL－UC）／UR）=arctg（（XL－XC）／R）
（3）讨论
对应不同的电路元件及电路参数，电压U与电流I之间的相位差φ不同。
当XL﹥XC→φ﹥0在相位上电流比电压滞后φ角，为电感性电路。
当XL﹤XC→φ﹤0在相位上电流比电压超前φ角，为电容性电路。
当XL＝XC→φ＝0在相位上电流与电压同相，为电阻性电路。
（4）实验的基本条件
实验中由电力系统提供单相交流电，频率ƒ=50HZ。
由自耦调压器提供电源电压U。
由RLC实验板提供电路元件及接线端。
交流伏特表测量各元件电压及总电压有效值，交流安培表测量串联电流有效值。
四、实验步骤
1.检查电路开关是否处于断开状态，保证开关断开。
2.将自耦调压器电源输入端接入单相电源插座。
3.按电路接线图，将电阻器、电感器、电容器、单相电流表串联。
4.将电路两端（A和E端）接入自耦调压器的输出端。
调整输出电压额定值为100V
电路接线图
5.记录实验元件参数值。
6.接通电源开关，电路稳定工作后，记录电流I值。
7.分别将电压表表笔并联在电阻、电感、电容两端，记录UR、UL、UC值。
8.将电压表表笔并联在自耦调压器输出端，记录串联电路总电压U值。
9.重复实验步骤6～8再测两组数据。
10.关闭电源开关。
11.改变线路中串联的电容器。
12.重复实验步骤6～10步，记录数据。
13.再次改接线路中串联的电容器，重复6～10步。
14.实验结束，关闭电源后，拆除接线，实验仪器按原位摆放。
五、实验数据
1.表1实验元件参数
电阻值R
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