电工学实验教案.docx

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电工学实验教案

一．课程性质与教育目标：

实验是电工基础课程的重要的实践性教学环节。

实验的目的不仅要帮助学生巩固和加深理解所学的理论知识，更重要的是要训练他们的实验技能，树立工程实际观点和严谨的科学作风，使他们能独立地进行实验。

二．对学生电工技术实验技能的具体要求：

1．能使用常用的电工仪表、仪器和电工设备。

2．能按电路图接线，查线和排除简单的线路故障。

3．能进行实验操作，测取数据和观察实验现象。

4．能整理、分析实验数据，绘制曲线并写出整洁的、条理清楚的、内容完整的实验报告。

三．电工学实验的过程与方法;

每个实验都要经历预习、实验和总结三个阶段。

每个阶段都有明确的任务和要求。

1．预习

预习的任务是阅读实验指导书，弄清实验目的、内容要求、方法及实验中应注意的问题。

必要时拟出实验步骤，画出记录表格，阅读预习要求中指定的附录，查找必要的资料。

要对实验结果作出估计，选择所用电表的量程，作出必要的估算，以便实验时及时检验结果的正确性。

有些仪器、设备仅凭阅读资料难以掌握其使用方法，所以要到实验室进行预习。

2．实验

实验的任务是按照预定的方案进行实验。

实验过程既是完成实验任务的过程，又是锻炼实验能力和培养科学实践作风的过程，在实验中，要做好原始数据的记录，要逐步学会用理论去分析与解决实验中遇到的各种问题。

3．总结

总结的任务是在实验完成后，整理实验数据，分析实验结果，得出结论，完成实验总结报告。

四．实验报告内容

本课程实验报告分预习报告和总结报告两部分。

预习报告中应写明：

1．实验目的

2．实验仪表设备

3．实验内容（分步骤扼要摘抄，画出实验电路，记录表格，预选电表量程，必要的理论计算式，计算值，必须回答的预习问题，特殊注意事项。

总结报告中应写明：

1．经整理后的实验数据，计算数据

2．实验波形，曲线

3．对数据、曲线的分析、说明、结论等

五．实验时的安全用电知识

实验时，要杜绝电击现象。

电击是人体中通过电流时产生的一种剧烈的生理反映。

轻则人体触电部位麻木、痉挛，重则造成严重烧伤、甚至死亡。

在实验中引起电击的主要原因是由于用电设备的破损或故障及操作不当而误触110V、380V电压。

此外，对于已充电的电容器（尤其是高电压、大容量），即使已断开电源，触及时仍可能发生电击。

因此，实验中应注意以下几点：

1．弄清实验电源系统，以便在发生电击时及时切断电源。

2．实验时，连好电路后，必须经指导教师检查后方可通电，并在通电前通知同组同学。

3．实验中，不可带电改接电路，不可触及电路的带电部位。

4．实验完毕，必须先断开电源开关，经教师检查数据签字后，才拆线整理。

六．DGJ-1、2、3型电工技术实验装置供电系统简介：

三相四线制电源输入，三相可调交流电源输出，设有低压直流稳压、恒流电源输出。

实验中使用仪表有：

直流数字电压、电流表，指针式交流电压、电流表。

配套使用DGJ-03电工基础实验挂箱。

七．学生实验手则

1．严格遵守实验室的规章制度及管理措施，执行实验纪律。

2．服从教师及有关实验技术人员的指导，实验前要认真预习，明确实验目的、要求、方法和步骤，认真按要求进行操作，不得在实验室内做与本实验无关的事。

3．实验中不得动用与本实验无关的仪器设备，不得动用他组的仪器、工具、文件与材料。

实验时，按教师规定做好实验的准备工作，经指导教师检查同意后，方可开始做实验。

违反操作规程造成仪器设备及实验材料损坏者，将酌情赔偿并视情节轻重进行批评直到纪律处分。

4．严格遵守仪器设备的操作规程，设备发生故障应立即停止实验，报指导教师和实验员处理，不得擅自拆卸，严防事故，确保实验室的安全。

5．进入实验室必须保持肃静、整洁。

不准高声谈笑，不准吸烟，不准随地吐痰，不准乱抛纸屑杂务等。

6．实验过程中，要严肃认真，详细记录实验数据和结果，经指导教师签字认可后，方可结束实验，实验后要按时写好实验报告，教指导教师批阅，数据和报告要求实事求是，不得抄袭伪造和涂改，否则按不合格处理。

实验一常用电工仪表的使用和电压、电位测量

实验地点：

迎春综合楼6011电子电工实验室计划课时：

3课时

一、实验目的：

1、熟悉实验台上各类电源及测量仪表的布局和使用方法。

2、掌握测量电路中各点电位的方法。

3、加深理解电位、电压的关系。

二、仪器设备：

1、电工技术实验装置台。

2、万用表。

三、讲解实验原理：

1、参考点

电路中的参考点（零电位点）是任意选定的，实际上它是一个公共点。

公共点的电位可以任意指定（一般指定为零）。

以公共点的电位作为标准之后，其余各点的电位高低才能比较出来。

2、电位的单值性和相对性

当参考点选顶后，各点电位就有一个固定的值，这就是电位的单值性。

参考点不同，各点电位就不同，它们同时升高或降低了一个值，这就是电位的相对性。

但任何两点的电压与参考点的选择无关。

注意同一电路上每次测量只能选一个参考点。

3、用电压表测量电位

当电压表接在参考点与被测点之间，电压表的读数就是被测点的电位。

当电压表的负端接于参考点时被测点的电位为“+”；当电压表的正端接于参考点时被测点的电位为“－”。

4、电位的升高和降低

在电阻上电位顺着电流的方向降低。

有电源的地方若电源与电流的方向一致，则电位沿电流的方向升高，如果电流与电源的方向相反，则沿电流的方向电位降低。

5、等位点

在电路中可能有些点的电位相等，叫等位点。

用导线将等电位点连起来，导线中不会有电流，同时其余各点电位以及其余部分的电流、电位也不会改变。

四、指导实验步骤：

1、在实验台上按图1－1接线，经检查无误后接通电源。

2、以b点为参考点，测出回路bcdE2eaE1b中各点电位并计算Ucd、Uea、Uac、ΣU，记入表1－1中。

3、以c点为参考点，测出回路cdE2eac中各点电位，并计算Ucd、Uea、Uac、ΣU，记入表1－1中。

4、比较表1－1中数据验证电位、电压与参考点选择的关系。

图1－1

项目

测量

计算

回路

电位

电压

Ucd

Uea

Uac

ΣU

bcdE2eaE1b

单位

参考点b

数值

回路

电位

电压

Ucd

Uea

Uac

ΣU

CdE2eac

单位

参考点c

数值

表2－1

五、强调注意事项：

测量电位时，用负表笔接参考电位点，用正表笔接被测各点。

若显示正值，则表明该点电位为正；若显示负值，此时应调换万用表的表笔，然后读出数值，此时在电位值之前应加一负号，表明该点电位低于参考点电位。

六、思考题：

电位与电压有何区别？

两点间的电压为零，它们的电位是否也为零？

七、实验总结：

这是学生接触电路实验的第一课，需要耐心操作、多次练习，锻炼好电工实验基本功。

实验二测定电源和电阻元件伏安特性

实验地点：

迎春综合楼6011电子电工实验室计划课时：

3课时

一、实验目的：

1.测定线性电阻元件，非线性电阻元件及电源的伏安特性，并绘制其特性曲线。

2.掌握直流电压表和直流电流表的使用方法。

二、实验原理与说明：

1.电阻元件

电阻元件的电阻值不随其两端的电压或电流改变的，称为线性电阻元件，它遵循欧姆

定律。

如果电阻元件的阻值随着其两端电压或电流而改变，称为非线性电阻元件，它不遵

守欧姆定律。

若把电阻元件上的电压取为纵（或横）坐标，电流取为横（或纵）坐标，画

出电压和电流的关系曲线，如图2-1（a）所示。

图2-1

线性电阻伏安非线性电阻

特性曲线伏安特性曲线

非线性电阻元件，因为它不遵循欧姆定律，电压与电流不成正比，其伏安特性是一条曲线，如图2-1（b）所示。

2.电压源

理想电压源的端电压与通过它的电流无关，是一个恒定值，不会因为它所连接的外电路负载不同而改变。

而通过它的电流I却取决于它所连接的外电路。

理想直流电压源的伏安特性，如图2-2所示的a直线.实际的电压源都具有一定的内阻RI,它可以用理想电压源US和电阻RI相串联的模型来模拟。

其端电压：

U=US-Ri×I，式中I为流过实际电压源的电流，实际直流电压源的伏安特性曲线，如图2-2直线b所示。

图2-2

3.直流电流表的使用：

用直流电流表来测量直流电流时，要注意以下几点：

（1）应将直流电流表串联在待测电流的支路中；

（2）接线时，必须使电流从电流表的“+”端流入，“-”端流出，不得反接；

（3）根据被测电流的大小，选择适当的电流表量限，测试中尽量使指针偏转在1/3和2/3量限之间。

（4）若使用多量限的电流表，而它只有一条公用标尺刻度时，读数应等于指针指示的刻度乘以倍率，它为量限与满偏刻度的比值。

4.直流电压表的使用：

用直流电压表来测量直流电压时，要注意以下几点：

（1）应将直流电压表并接在待测电压的两端；

（2）电压表接线时要注意极性，不要接错，“+”极接正，“-”极接负。

（3）根据被测电压的大小，选择适当的电压表量限，测量中尽量使指针偏转在1/3和2/3量限之间。

多量限的电压表公用标尺刻度的读数方法与电流表相同。

更换电压表或电流表量限时，应切断仪表的电源，在实验中读取仪表的读数时，应使视线与仪表的表面垂直。

若表面有反射镜的仪表，读数时应使指针与其镜中影象重合，否则会引起较大的读数误差。

三、仪器设备：

1、电工技术实验装置台。

2、万用表。

四、实验内容：

1.测量线性电阻元件的伏安特性：

（1）按图2-3的电路联接，RL=100Ω，Us为直流稳压电源的输出电压，先将稳压电源输出电压旋钮置于最小位置。

（2）闭合开关K，调节稳压电源的输出电压，使其输出电压为表中所列数值。

并将所对应的电流值记录在表2-1中。

表2-1

U（V）

I（mA）

R=U/I

2.测量非线性电阻元件的伏安特性。

（1）按图2-4接线，本次实验所用的非线性电阻元件为6.3V（6V汽车灯）灯泡。

（2）闭合开关K，调节稳压电源输出电压旋钮，使其输出电压分别调为表中所列的电压值，测量对应的电流值，记入表2-2中。

表2-2

U（V）

1.3

2.3

3.3

4.3

5.3

6.3

I（A）

R=U/I

3.测量理想直流电压源的伏安特性。

（1）按图2-5接线，将直流稳压电源视作理想电压源，取R=51Ω，可变电阻器RP置于最大电阻值位置,RP=110Ω/25W,电压表：

30V档，电流表：

300mA档。

（2）闭合开关K，稳压电源输出电压调为10V，改变可变电阻器RP的值，使电路中的电流值为表中所列的数值，测量对应的理想电压源的端电压U，记于表2-3中。

表2-3

I（mA）

110

140

170

U（V）

4.测量实际直流电压源的伏安特性。

（1）按图2-6接线，将直流稳压源US与电阻Ri（取10Ω）相串联来模拟实际直流电压源，可变电阻器置于最大值。

RS=51Ω，RP=110Ω。

（2）闭合开关K，稳压电源输出值调节为10V，改变RP的数值，使电路中的电流值分别为表中所列的数值测量对应的实际电压源端电压，记入表2-4中。

电压表为10V档，电流表为300mA档。

表2-4

I（mA）

100

理想电源

U（V）

实际电源

U（V）

五、强调注意事项：

1.电流表应串接在被测电流支路中，电压表并接在被测电压两端，要注意直流仪表“+”“-”端的接线，并选择适当的量限。

2.直流稳压电源的输出端不能短路。

六、课后总结分析：

实验中的难点是测量二极管的伏安特性，应指导学生合理选择仪表量程，正确选择极性，并多次测量绘制出曲线。

实验三基尔霍夫定律

实验地点：

迎春综合楼6011电子电工实验室计划课时：

3课时

一、实验目的：

1.验证基尔霍夫电压定律

2.验证基尔霍夫电流定律

3.加深对电流、电压参考方向的理解

二、实验原理：

1.基尔霍夫电压定律指出，任何时刻，沿电路中任一闭合回路绕行一周，各段电压

的代数和恒等于零，即∑U=0

2.基尔霍夫电流定律指出，任何时刻，在电路的任一节点上，所有支路电流的代数

和恒等于零，即∑I=0

3.电压与电流的参考方向

如电路原理图所示，设电压的参考方向为从F到A，电流方向为从A到B，将电压表，电流表按图示接入电路后，若电压表、电流表正向偏转，则读数为正，反之则应将电压表、电流表反接，读取读数，数值为负值，说明其参考方向与实际方向相反。

4.叠加定理说明，有几个电源共同作用时，各支路的电流和电压等于各个电源分别单独作用时在该支路产生电流（电压）的代数和。

三、实验设备：

1.直流可调稳压电源0—30V

2.直流电压表

3、DGJ-03电工基础实验挂箱上的“基尔霍夫定律”线路。

四、实验内容：

1.按原理图接线：

US1=25VUS2=15V

2.当两电源共同作用时，测量各电流和电压值。

R1=430Ω，R2=150Ω，R3=51Ω，R4=100Ω，R5=51Ω，电压表选30V档，电流表选100mA档。

3、熟悉电流测试插孔板的结构，将电流插头的两端接至毫安表的“+，-”两端，倘若极性对，表针则反转，则必须调换电流表极性，重新测量，此时指针正偏，但读得的电流值必须冠以负号。

4、防止电源两端碰线短路。

根据图中所示的电流和电压的参考方向确定被测电流和电压的正负号，将数据记录入表3-1中。

表3-1

电源

US1和US2

共同作用

RCL

KVL

UAB

UCB

UBE

UEF

UED

∑I

∑U

五、思考题：

实验结果有误差，试分析产生误差的原因。

提出建议，怎样实验更为合理？

六、课后总结分析：

实验操作较为简单，选择回路的绕行方向以及实际方向与参考方向的关系是本实验的关键。

实验四叠加原理的验证

实验地点：

迎春综合楼6011电子电工实验室计划课时：

3课时

一、实验目的：

1、验证叠加原理。

2、进一步熟悉电工实验台使用方法。

二、仪器设备：

1.直流可调稳压电源0—30V

2.直流数字电压表0—200V

3.直流数字毫安表0—200mV

4.万用表

5.DGJ-03电工基础实验挂箱上的“叠加原理”实验电路板。

三、原理与说明：

叠加原理指出，有多个电源作用的线性电路中，任一支路的电流或电压等于每个电源单独作用时，在该支路中所产生的电流或电压的代数和。

当一个电源单独作用时，其它电源应去掉，但必须保留其内阻。

当实际电源的内阻很小时，可忽略不计，则去掉电源后，该处可用导线短接，如电源为电池、发电机、稳压电源等。

若是电流源由于其内阻很大，则应将该处断开。

四、实验内容及步骤：

按图4－1接实验线路，调节E1,E2到给定值。

图4－1

1、测量E1单独作用时各支路电流I1’，I2’，I’3，及Uab’，Ubc’，Udb’记入表4－1中。

这时实验线路如图4－2所示。

拆除E2，用短路线短接该处。

图4－2

2、测量E2单独作用时，各支路电流I1”，I2”，I3”，及Uab”，Ubc”，Udb”记入表4－1中。

这时实验线路如图4－3所示。

接上电源E2，拆除E1，用短路导线短接该处。

图4－3

3、E1、E2共同作用：

测量E1、E2共同作用时各支路电流I1，I2，I3及Uab，Ubc，Udb记入表4－1中。

这时实验电路如图4－1所示，拆除原E1处的短接导线，将E1接入该处。

单位

测量

数据

E1单独作用

I1’=

I2’=

I3’=

Uab’=

Ubc’=

Udb’=

E2单独作用

I1”=

I2”=

I3”=

Uab”=

Ubc”=

Udb”=

E1E2共同作用

I1=

I2=

I3=

Uab=

Ubc=

Udb=

表4－1

4、验证叠加原理：

根据表4－1的测量数据，验证各支路电流及电压是否符合叠加原理，即计算

I1=I1’+I1”I2=I2’+I2”I3=I3’+I3”

Uab=Uab’+Uab”Ubc=Ubc’+Ubc”Ubd=Ubd’+Ubd”

五、实验注意事项：

1、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。

2、每次测量前都要注意仪表量程，并及时调整。

六、思考题：

电路中的功率是否可用叠加原理？

为什么？

试计算R3上的功率。

提示：

由P3=I3Udb，P3’=I3’Udb’，P3”=I3”Udb”，是否有P3=P3’+P3”的关系？

七、课后总结分析：

实验总体难度不大，对实验台的熟悉程度和细节处理是做好实验的关键。

实验五电压源和电流源的等效变换

实验地点：

迎春综合楼6011电子电工实验室计划课时：

4课时

一、实验目的：

1.通过实验加深对电流源及其外特性的认识。

2.掌握电流源和电压源进行等效变换的条件。

二、实验原理：

电流源是除电压源以外的另一种形式的电源，它可以产生电流提供给外电路。

电流源可分为理想电源源和实际电源源（实际电流源通常简称电流源），理想电流源可以向外电路提供一个恒值电流，不论外电路电阻的大小如何，理想电流源具有两个基本性质：

第一，它的电流是恒值的，而是由与之相联接的外电路确定的。

理想电流源的伏安特性曲线如图1所示。

实际电流源当其端电压增加时，通过外电路的电流并非恒定值而是要减小。

端电压越高，电流下降得越多；反之，端电压越低通过外电路的电流越大。

当端电压为零时，流过外电路的电流最大，为IS。

实际电流源可以用一个理想电流源IS和一个内阻RS相并联的电路模型表示。

实际电流源的电路模型及伏安特性如图2所示。

某些器件的伏安特性具有近似理想电流源的性质。

如硅光电池、晶体三极管输出特性等。

本实验中的电流源是用晶体管来实现的。

晶体三极管在共基极联接时，集电极电流IC和集电极与基极间的电压Ucb的关系如图5-3所示。

由图可见IC=f（Ucb）关系曲线的平坦部分具有恒流特性，当Ucb在一定范围变化时，集电极电流IC近乎恒定值，可以近似地将其视为理想电流源。

电流的等效变换：

一个实际的电源，就其外部特性而言，既可以看成是一个电压源，也可以看成是一个电流源。

原理证明如下：

设有一个电压源和一个电流源分别与相同阻值的外电阻R相接，如图5-4所示。

对于电压源来说，电阻R两端的电压U和流过R的电流I间的关系可表示为：

或

对于电流源电路来说，电阻R两端的电压U和流过它的电流I的关系可表示为：

如果两种电源满足以下关系：

则电压源电路的两个表达式可以写成：

图5-3

图5-4

可见表达式与电流源电路的表达式是完全相同的，也就是说两种电源对外电路电阻R是完全等效的。

两种电源互相替换对外电路将不发生任何影响。

利用电源等效互换的条件可以很方便地把一个参数US和RS的电压源变换为一个参数为

和RS的等效电流源；反之，也可以很容易地把一个电流源转化成一个等效的电压源。

三、实验内容及步骤：

1.测试理想电流源的伏安特性。

此实验在电压—电流源等效变换单元板上进行。

按图5-5（a）接好电路，其等效电路如图5-5（b）所示。

图5-5（b）

图5-5（a）

图中Ee和Ec由双路直流稳压电源提供，调节电位器使IC=8mA。

按表5-1中的数值从小到大依次调节电阻RL的值，记录电流相对应的读数，填入表5-1中。

表5-1

RL（Ω）

200

400

600

800

IC（mA）

U（V）

2.测试实际电流源的伏安特性。

将图5-5（a）中与RS串联的开关闭合，其实际电路如图5-6（a）所示，其等效电路如图5-6（b）所示，其中RS=1KΩ

调节Re使IC=8mA，改变R1使其分别为表5-2中数值，记录相对应的I1值填入表中。

表5-2

RL（Ω）

200

400

600

800

IC（mA）

U（V）

3.电流源与电压源的等效变换。

根据电源等效变换的条件，图5-6（a）所示电流源，可以变换成一个电压源，其参数为US=ICRS，8RS=1KΩ

图5-6（b）

图5-6（a）

图5-7

等效电路如图5-7所示，按图5-7组成电路。

其中US由直流稳压电源提供（要用实验用电压表测量），RL和RS用电阻箱上的电阻，使RS=1KΩ，RL为有5-3中数值，记录相对应的电流值IL，填入表5-3中。

比较表5-2和表5-3中的数据，验证实际电流源（图5-6）与实际电压源（图5-7）的等效性。

表5-3

RL（Ω）

200

400

600

800

IL（mA）

U（V）

四、实验设备

1.直流可调稳压电源0—30V

2.可调直流恒流源0—200mA

2.直流数字电压表0—200V

3.直流数字毫安表0—200mV

4.万用表

5.DGJ-05上的电阻器和可调电阻箱

五、实验注意事项：

1、在测电压源外特性时，不要忘记测空载时的电压值，测电流源外特性时，不要忘记测短路时的电流值。

2、换接线路时，必须关闭电源开关。

3、直流仪表的接入应注意极性与量程。

六、课后总结分析：

在理论学习的基础上，验证电压源与电流源等效变换的条件，重点要让学生在实验中掌握电源外特性的测试方法。

实验六戴维南定理的验证

实验地点：

迎春综合楼6011电子电工实验室计划课时：

3课时

一、实验目的：

验证戴维南定理的正确性，加深对该定理的理解。

二、实验原理：

戴维南定理指出，任何一个线性有源二端网络，对外电路来说，总可以用一个电压源与电阻相串联的支路来代替，电压源电压等于有源二端口网络的开路电压，其电阻等于该网络中所有独立电压源短路，独立电流源开路时的等效电阻。

三、实验仪器和设备：

1.直流可调稳压电源0—30V

2.可调直流恒流源0—500mA

2.直流数字电压表0—200V

3.直流数字毫安表0—200mA

4.万用表

5.DGJ-05上的可调

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