信息学院电工实验指导书.docx
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信息学院电工实验指导书
《电工与电子技术实验》
实验指导书
大连交通大学
电信学院电工教研室
电基础实验中心
2008年10月
前言
电工与电子技术实验是与电工与电子技术课程同步开设的课程，是一门学位必修课。
开设本课程的目的是为了帮助学生巩固和加深理解所学的理论知识，培养学生的实验技能，树立工程实际观点和严谨的科学作风。
包括电路和数字电子电路等方面的内容。
作为研究电能在技术领域中应用的技术基础课程，主要面向对象是非电专业学生。
同时使学生通过本门实验课程的训练，培养学生分析问题和解决问题的能力，为学好专业课打下一定基础。
近些年，电工实验设备更新的速度加快，为提高我校的基础实验设施的先进性，我们引进了新的实验设备，因此，原有实验指导书已与新设备不相匹配，为了使实验指导书起到良好的指导作用，编写新的指导书的任务已迫在眉睫。
为此，我们编写了这套包括实验指导书和实验报告的教材，力求使我们的实验指导书保持较好的先进性，并很好的符合我们学校的教学特点与要求。
本指导讲义涵盖了电路基础和数字电路各部分的内容，另外安排了设计性实验。
实验指导书由付艳萍和付维胜老师主编，电工教研室邵力耕、孙艳霞、李国辉老师参加了实验内容的编写，张继和教授审阅了书稿。
由于时间仓促，编者的水平有限，错误和欠缺之处恳请各方批评指正。
编者
于2008年10月
目录
实验一认识实验……………………………………………………………………1
实验二基尔霍夫定律/叠加原理……………………………………………………2
实验三戴维南定理和诺顿定理……………………………………………………5
实验四单相正弦交流电路…………………………………………………………9
实验五单管交流放大电路…………………………………………………………12
实验一认识实验
一、实验目的
1．认识DGJ-1型电工技术实验装置
2．学会使用直流稳压源、直流电流源输出直流电源
3．学会直流电压表和直流电流表的使用
二、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
可调直流稳压电源
0~30V
双路
2
可调直流恒流源
0~500mA
1
3
直流数字电压表
0~300V
1
4
直流数字毫安表
0~500mA
1
三、实验内容
1．认识电工技术实验装置的各个部分
确定电工技术实验装置DGJ-01中的交流电源、直流电源和信号发生器的位置。
确定实验装置中，交（直）流电压表，交（直）流电流表的位置。
确定实验装置中为交流稳态实验放置的日光灯的位置及引线端子的位置。
确定当前实验装置中的挂箱编号及其功能，并将其填入设备表中。
2．调节双路直流稳压电源，使输出电压为：
Ua=6V,Ub=12V，并用直流电压表进行校正。
3．调节直流恒流源，是输出电流为I=10mA，并用直流电流表进行校正。
四、注意事项
1．实验开始前和实验结束后，都要确认实验装置左侧的调压旋钮在逆时针旋转到最左面的位置。
2．进行校正时，注意不同表的测试参数的性质，不要把电压表和电流表混用。
五、思考题
1．调节三相交流输出时，用交流电压表测试输出的相电压，并与装置上部分的交流电表值相比较，是否相同？
如不同，它们之间是什么关系？
装置中的交流电表给出的是三相电压中的什么电压？
2．直流电压源和电流源的作用是什么？
各有何特点？
在使用中应注意什么？
3.直流稳压电源、直流恒流源所输出的电压、电流，其自身都有显示，可否直接使用所显示的数值？
六、实验成绩考核办法
1．实验一～七是验证性实验，每个实验10分，共70分，占总成绩的70%。
每个实验按预习（1分）/操作（4分）/实验报告（5分）三部分酌情给分。
2．实验八是综合设计实验，共30分，占总成绩的30%，其中实验设计15分，实际操作15分。
实验二 基尔霍夫定律/叠加原理
电路基础
一、实验目的
1.验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。
2.进一步熟悉电压、电流的正确测量方法。
学会用电流插头、插座测量各支路电流。
3.验证线性电路叠加原理的正确性，加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。
二、原理说明
1.基尔霍夫定律
基尔霍夫定律是电路的基本定律。
测量某电路的各支路电流及每个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。
基尔霍夫电流定律指出：
对电路中的任一个节点而言，应有ΣI＝0；
基尔霍夫电压定律指出：
对任何一个闭合回路而言，应有ΣU＝0。
（运用上述定律时必须注意各支路电流或闭合回路的正方向（也称为参考方向），此方向可预先任意设定。
）
2.叠加原理
叠加原理指出：
在有多个独立源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。
当某一电源单独作用时，其他电源应置零，即电压源以短路代替，电流源以开路代替。
线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增加或减小K倍时，电路的响应（即在电路中各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增加或减小K倍。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
可调直流稳压电源
0~30V
双路
2
直流数字电压表
0~300V
1
3
直流数字毫安表
0~500mA
1
4
叠加原理实验电路板
1
DGJ-03
四、实验内容
实验线路如图2-1所示，用DGJ-03挂箱的“基尔夫定律/叠加原理”电路板。
图1-1
1.将两路稳压源的输出分别调节为12V和6V，接入U1和U2处。
开关K3投向R5侧。
2.令U1电源单独作用（将开关K1投向U1侧，开关K2投向短路侧）。
用直流数字电压表和直流数字毫安表（接电流插头）测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，记录之。
测量项目
实验内容
U1
（V）
U2
（V）
I1
（mA）
I2
（mA）
I3
（mA）
UAB
（V）
UCD
（V）
UAD
（V）
UDE
（V）
UFA
（V）
U1单独作用
U2单独作用
U1、U2共同作用
测量值
计算值
相对误差
2U2单独作用
3.令U2电源单独作用（将开关K1投向短路侧，开关K2投向U2侧），重复实验步骤2的测量，记录之。
4.令U1和U2共同作用（开关K1和K2分别投向U1和U2侧），重复上述的测量，并记录之。
5.将U2的数值调至＋12V（将开关K1投向短路侧，开关K2投向U2侧），重复测量上述各量，记录在2U2单独作用一行。
6.任意按下某个故障设置按键，重复测量下表中所要求的各量并记录，再根据测量结果判断出故障的性质。
测量项目
实验内容
U1
（V）
U2
（V）
I1
（mA）
I2
（mA）
I3
（mA）
UAB
（V）
UCD
（V）
UAD
（V）
UDE
（V）
UFA
（V）
U1单独作用
U2单独作用
U1、U2共同作用
2U2单独作用
五、实验注意事项
1.防止稳压电源两个输出端碰线短路。
2.用电流插头测量各支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性，正确判断测得值的＋、－号后，记入数据表格。
3.所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。
U1、U2也需测量，不应取电源本身的显示值。
4.注意仪表量程的及时更换。
5.用数显电压表或电流表测量，可直接读出电压或电流值。
但应注意：
所读得的电压或电流值的正确正、负号应根据设定的电压、电流参考方向来判断。
六、预习思考题
1.在叠加原理实验中，要令U1、U2分别单独作用，应如何操作？
可否直接将不作用的电源（U1或U2）短接置零？
2.根据图2-1的电路参数，计算出待测的电流I1、I2、I3和各电阻上的电压值，记入表中，以便实验测量时，可正确地选定毫安表和电压表的量程。
3.实验中，若用指针式万用表直流毫安档测各支路电流，在什么情况下可能出现指针反偏，应如何处理？
在记录数据时应注意什么？
若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示呢？
4．从实验数据中，总结参考方向与实际方向的关系。
七、实验报告
1.根据U1、U2共同作用的实验数据，选定节点A，验证KCL的正确性。
2.根据U1、U2共同作用的实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证KVL的正确性。
3.将各支路电流和闭合回路的方向重新设定，重复1、2两项验证。
4.误差原因分析。
5.根据实验数据验证线性电路的叠加性与齐次性。
6.各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？
试用上述实验数据，进行计算并作结论。
实验三 戴维南定理和诺顿定理
一、实验目的
1.验证戴维南定理和诺顿定理的正确性，加深对该定理的理解。
2.掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。
二、原理说明
1.任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络（或称为含源一端口网络）。
戴维南定理指出：
任何一个线性有源网络，总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替，此电压源的电动势Us等于这个有源二端网络的开路电压Uoc，其等效内阻R0等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。
诺顿定理指出：
任何一个线性有源网络，总可以用一个电流源与一个电阻的并联组合来等效代替，此电流源的电流Is等于这个有源二端网络的短路电流ISC，其等效内阻R0定义同戴维南定理。
Uoc和R0或者ISC和R0称为有源二端网络的等效参数。
2.有源二端网络等效参数的测量方法
（1）开路电压、短路电流法测R0
在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压Uoc，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流Isc，则等效内阻为
Uoc
R0＝──
Isc
如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口短路
则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。
（2）伏安法测R0
用电压表、电流表测出有源二端网图3-1
络的外特性曲线，如图3-1所示。
根据
外特性曲线求出斜率tgφ，则内阻
△U Uoc
R0＝tgφ＝──＝──。
△I Isc
也可以先测量开路电压Uoc，
再测量电流为额定值IN时的输出
图3-2
Uoc－UN
端电压值UN，则内阻为R0＝────。
IN
（3）半电压法测R0
如图3-2所示，当负载电压为被测网络开
路电压的一半时，负载电阻（由电阻箱的读数
确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。
（4）零示法测UOC图3-3
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的误差。
为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示测量法，如图3-3所示.。
零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电源的输出电压与有源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，即为被测有源二端网络的开路电压。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
可调直流稳压电源
0～30V
1
2
可调直流恒流源
0～200mA
1
3
直流数字电压表
0～300V
1
4
直流数字毫安表
0～500mA
1
5
元件箱
1
DGJ-05
6
戴维南定理实验电路板
1
DGJ-03
四、实验内容
被测有源二端网络如图3-4（a）。
（a）（b）
图3-4
1.负载实验
按图3-4（a）接入RL。
改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。
RL（）
∞
6200
1510
1020
1000
840
510
330
0
U（V）
I（mA）
2.用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的Uoc、R0和诺顿等效电路的ISC、R0。
按图3-4（a）接入稳压电源Us=12V和恒流源Is=10mA，不接入RL。
测出UOc和Isc,并计算出R0。
Uoc（V）
Isc（mA）
R0=Uoc/Isc（Ω）
3.验证戴维南定理：
从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻R0之值，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压Uoc之值）相串联，如图3-4（b）所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。
RL（）
∞
6200
1510
1020
1000
840
510
330
0
U（V）
I（mA）
4.验证诺顿定理：
从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻R0之值，然后令其与直流恒流源（调到步骤“1”时所测得的短路电流ISC之值）相并联，如图3-5所示，仿照步骤“2“测其外特性，对诺顿定理进行验证。
RL（）
∞
6200
1510
1020
1000
840
510
330
0
U（V）
I（mA）
图3-5
5.有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的直接测量法。
见图3-4（a）。
将被测有源网络内的所有独立源置零（将电流源IS断开，去掉电压源US，并在原电压源所接的两点用一根短路导线相连），然后用万用表欧姆档测定负载RL开路时A、B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻R0，或称网络的入端电阻Ri。
☆6.用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻R0及其开路电压Uoc。
线路及数据表
格自拟。
注：
加☆项为选作
五、实验注意事项
1.测量时应注意电流表量程的更换。
2.步骤“5”中，电压源置零时不可将稳压源短接。
3.用零示法测量UOC时，应先将稳压电源的输出调至接近于UOC，再按图3-3测量。
4.改接线路时，要关掉电源。
六、预习思考题
1.戴维南或诺顿定理的适用条件是什么？
2.有源二端网络的外特性是否与负载有关？
3．说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法，并比较其优缺点。
4.根据电路计算开路电压Uoc和等效内阻R0。
七、实验报告
1.根据步骤2、3、4，在同一坐标纸上画出有源二端网络和等效网络的伏安特性曲线，验证戴维南定理和诺顿定理的正确性，并分析产生误差的原因。
2.根据步骤1、5的几种方法测得的Uoc与R0与预习时电路计算的结果作比较，你能得出什么结论。
3.归纳、总结实验结果。
实验四 单相正弦交流电路
一、实验目的
1.研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。
2.验证交流电路的基尔霍夫定律。
3.了解日光灯电路的基本原理，并学会日光灯电路的正确连接和使用。
4.理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。
5.掌握功率表和功率因数表的使用方法。
二、原理说明
1.在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得
各支路
的电流值，用交流电压表测得回路各元件两端的电压
值，它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律，即
＝0和
＝0。
2.日光灯线路如图4-1所示，图中A是日光灯管，L
是镇流器，S是启辉器，C是补偿电容器，用以改善图4-1
电路的功率因数（cosφ值）。
有关日光灯的工作原理请
自行翻阅有关资料。
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
可调三相交流电源
0～450V
1
2
交流数字电压表
0～500V
1
3
交流数字电流表
０～5A
1
4
单相功率表
1
（DGJ-07）
5
镇流器、启辉器
与30W灯管配用
各1
DGJ-04
6
日光灯灯管
30W
1
屏内
7
电容器
1μF,2.2μF,4.7μF/500V
各1
DGJ-05
8
电流插座
3
DGJ-04
三、实验设备
四、实验内容
1.日光灯线路接线与测量。
按图4-2接线。
经指导教师检查后接通实验台电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止，记下各电压数值填入表4-1。
表4-1启辉值的测量
U（V）
UL（V）
UR（V）
启辉值
2.并联电路──电路功率因数的改善。
按图4-2组成实验线路。
经指导教师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器的输出调至220V，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在表4-2中。
图4-2
表4-2功率因数改善
电容值
测量数值
计算值
（μF）
U（V）
UL（V）
UR（V）
I（A）
IL（A）
IC（A）
P（W）
Cos
S（VA）
P（W）
PR（W）
PL（W）
0
1
2.2
4.7
4.7+2.2
五、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.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。
六、预习思考题
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（DGJ-04实验挂箱上有短接按钮，可用它代替启辉器做试验。
）；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？
4.并联电容可提高功率因数，是否电容并得愈多，功率因数愈高，为什么？
5.日光灯可否接在直流电路220V电压下工作？
七、实验报告
1.完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。
2.根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式的基尔霍夫定律。
3.讨论改善电路功率因数的意义和方法。
4.装接日光灯线路的心得体会及其他。
附：
日光灯简介
1．日光灯的构造
日光灯由灯管、镇流器和启辉器三部分组成。
灯管为一根均匀涂有荧光物质的玻璃管，管内充有少量水银蒸气和惰性气体，灯管两端装有发射电子的灯丝；镇流器为一个铁心线圈，其作用是日光灯启辉时，产生高压将灯管点亮，在日光灯管点燃后，限制电流；启辉器是一个充有氖气的玻璃泡并装有两个电极，高温时两电极接通，低温时两电极断开。
2．日光灯的启辉过程
当刚接通电源时，由于日光灯没有点亮，220V的交流电全部加在启辉器两端（见图3-2），启辉器两电极之间产生辉光放电，使电极受热接触，从而接通日光灯灯丝，灯丝被加热。
当启辉器两电极接触后，辉光放电停止，启辉器两电极因温度下降而复原（断开）。
在断开瞬间，镇流器产生一个比电源电压高得多的自感电压加在日光灯灯管两端，使热灯丝间产生弧光放电并放射出紫外线，管内壁所涂荧光粉受紫外线激发而发出可见光。
灯管点亮后，灯管电压值是电源电压的一部分。
由于日光灯与启辉器是并联关系，较低的电压不足以使启辉器再重新动作，因此启辉器启动完毕后就处于断开状态。
实验常用仪器仪表使用
一、实验目的
1.熟悉示波器、函数信号发生器、晶体管毫伏表、万用表、直流稳压电源等常用电子仪器面板上各旋钮及接线柱的作用。
2.学习并掌握常用电子仪器的使用方法，为电子技术实验打下良好的基础。
二、实验仪器
1．数字示波器
2.函数信号发生器
3.晶体管毫伏表
4.数字万用表
5.直流稳压电源
三、预习要求
参看第一章熟悉各实验仪器仪表的使用。
四、实验内容及步骤
1．测量直流稳压电源输出电压
（1）打开直流稳压电源电源开关，预热5分钟。
（2）将直流稳压电源的输出电压调至表2-1所要测量的各电压值，用万用表直流电压挡进行测量，将测量结果写入表2-1。
测量时注意万用表的量程应适当选择，表笔的正负极性与直流稳压电源输出端极性要一致。
表2-1
直流稳压电源电压值
1.25V
2.95V
4.55V
1.48V
数字万用表电压值
2．观察低频信号发生器输出交流正弦电压信号波形，测量交流正弦电压信号的幅值、有效值。
（1）将示波器电源接通1～2min后，调节“辉度”、“聚焦”、“X轴位移”、“Y轴位移”等旋钮，使得荧光屏出现扫描时基线。
（2）按图2.1连接线路。
（3）用晶体管毫伏表测量函数信号发生器的输出电压。
采用两根测量电缆线分别接至晶体管毫伏表的输入端及函数信号发生器的输出端，并将两根测量电缆线的红、黑接线头分别直接相连。
调节函数信号发生器，使其输出如表2-2所列出的某一电压、频率为一定数值的正弦信号。
（4）用数字万用表交流电压挡测量函数信号发生器的输出电压值记入表2-2。
（5）用示波器观察函数信号发生器的输出电压波形，调节“Y通道灵敏度选择开关”及“扫瞄速率开关”，使得显示屏分别出现3个到5个完整、稳定的波形。
读取信号的有关参数，按表2-2要求读取数据填入表中。
（6）将函数信号发生器的输出信号分别调至如表2-2所列的其他各电压、频率值，重复如上的（3）（4）（5）步。
调节相关旋钮使得波形稳定、清晰，读取信号的有关参数。
（7）将从示波器上读取的信号的电压大小与从晶体管毫伏表上读取的电压大小进行比较，观察两者的读数是否一致。
（8）将从数字万用表交流电压挡上读取的信号的电压大小与从晶体管毫伏表上读取的电压大小进行比较，
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