《电工与电子技术》实验指导书.docx

1、电工与电子技术实验指导书 天津理工大学电工与电子技术实验指导书课程代码：0862243 年 月 日 实验一：直流电路实验一、实验目的1.加深对戴维宁定理的理解；2.学习有源二端网络等效电动势和等效内阻的测量方法；3.熟悉稳压电源、数字万用表的使用；二、实验设备1.数字万用表 一块2.直流稳压电源 两台3.电阻 若干只4.导线 若干根三、实验原理任何一个线性有源二端网络都可以用一个电动势为E、内阻为R0 的等效电压源代替。如图1-1所示。等效电压源的电动势E就是有源二端网络的开路电压UOC，如图1-2（a）所示。等效电压源的内阻RO 就是有源二端网络除源后（有源二端网络变为无源二端网络）两端之间

2、的等效电阻，如图1-2（b）所示。除源是指将原有源二端网络内所有电源的作用视为零，即将理想电压源视为短路、理想电流源视为开路。（a）原电路 （b）戴维宁等效电路图1-1 戴维宁等效电路（a）开路电压 （b）等效电阻图1-2 等效量的求解在电路分析中，若只需计算某一支路的电流和电压，应用戴维宁定理就十分方便。只要将该待求支路划出，其余电路变为一个有源二端网络，根据戴维宁定理将其等效为一个电压源，如图1-1（b）所示。只要求出等效电压源的电动势E和内阻RO，则待求支路电流即为四、实验内容和步骤1.实验电路连接及参数选择实验电路如图1-3所示。由R1、R2 和R3 组成的T 型网络及直流电源US 构

3、成线性有源二端网络。可调电阻箱作为负载电阻RL。图1-3 验证电路在实验台上按图1-3所示电路选择电路各参数并连接电路。参数数值及单位填入表1-1中。表1-1 实验线路元件参数R1R2R3USRL2.戴维宁等效电路参数理论值的计算根据图1-3给出的电路及实验步骤1 所选择参数计算有源二端网络的开路电压UOC、短路电流ISC 及等效电阻RO 并记入表1-2中。图1-4 测开路电压UOC 图1-5 测短路电流ISC（1）开路电压UOC 可以采用电压表直接测量，如图1-4 所示。直接用万用表的电压档测量电路中有源二端网络端口（N-P）的开路电压UOC，见图1-4，结果记入表1-2中。（2）等效内阻R

4、O 的测量可以采用开路电压、短路电流法。当二端网络内部有源时，测量二端网络的短路电流ISC，电路连接如图1-5 所示，计算等效电阻RO= UOC/ ISC，结果记入表1-2中。表1-2 开路电压、短路电流及等效电阻RO 实验记录被测量理论计算值实验测量值开路电压UOC（V）短路电流ISC（A）等效电阻RO= UOC/ ISC（）4.验证戴维宁定理、理解等效的概念（1）测量原有源二端网络外接负载时的电流、电压将图1-3的原有源二端网络外接负载RL，测量RL 上的电流IL 及端电压UL，结果记入表1-3中，并与前一步实验结果进行比较，验证戴维宁定理。（2）测量戴维宁等效电路外接同样负载时的电流、电

5、压 组成戴维宁等效电路根据表1-3的实验数据，调节稳压电源输出电压值E，使E=UOC，调节一个可调电阻箱，使其阻值为RO，查阅表1-1 中作为负载RL 的阻值，用另一个可调电阻箱作为负载RL，组成如图1-1（b）所示戴维宁等效电路。 测量戴维宁等效电路负载电阻RL 上的电流IL 及端电压UL，结果记入表1-3 中。表1-3 验证戴维宁定理被测量UL（V）IL（mA）戴维宁等效电路原有源二端网络五、实验内容与报告要求：1根据图1-3 所示电路及参数，计算UOC、ISC、RO，填入表3-2 中。2用开路电压、短路电流法测量等效电阻时，能否同时进行开路电压和短路电流的测量？为什么？3.根据实验数据，

6、验证戴维宁定理。4.分析产生误差的原因六、思考题：1. 在求戴维宁等效电路时，作短路试验，测ISC的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？请实验前对线路图1-3预先做好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。2. 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。3思考实验收获和存在问题？ 实验二：RC一阶电路实验一、实验目的研究RC一阶电路的零输入响应、零状态响应和全响应的规律和特点。学习一阶电路时间常数的测量方法，了解电路参数对时间常数的影响。掌握微分电路和积分电路的基本概念。二、实验装置和工具1双踪示波器；2NDG-04(信号源)；3NDG-13(电路

7、原理二)三、实验原理1RC一阶电路的零状态响应RC一阶电路如图21所示，开关S在1的位置，C0，处于零状态，当开关S合向2的位置时，电源通过R向电容C充电，C（）称为零状态响应， 变化曲线如图22所示，当C上升到所需要的时间称为时间常数，。2一阶电路的零输入响应在图21中，开关S在2的位置电路稳定后，再合向1的位置时，电容C通过R放电，C（）称为零输入响应，变化曲线如图23所示，当C下降到所需要的时间称为时间常数，。3测量一阶电路时间常数 图21电路的上述暂态过程很难观察，为了用普通示波器观察电路的暂态过程，需采用图24所示的周期性方波S作为电路的激励信号，方波信号的周期为T，只要满足，便可在

8、示波器的荧光屏上形成稳定的响应波形。电阻R、电容C串联与方波发生器的输出端连接，用双踪示波器观察电容电压C，便可观察到稳定的指数曲线，如图25所示，在荧光屏上测得电容电压最大值，取 ，与指数曲线交点对应时间轴的点，则根据时间轴比例尺（扫描时间），该电路的时间常数。4微分电路和积分电路在方波信号作用在电阻R、电容C串联电路中，当满足电路时间常数远远小于方波周期T的条件时，电阻两端（输出）的电压与方波输入信号呈微分关系，该电路称为微分电路。当满足电路时间常数远远大于方波周期T的条件时，电容C两端（输出）的电压C与方波输入信号呈积分关系，该电路称为积分电路。微分电路和积分电路的输出、输入关系如图26

9、（）、（）所示。四、实验内容和步骤实验电路如图27所示，图中电阻R、电容C从NDG-13组件上选取，用双踪示波器观察电路激励（方波）信号和响应信号。S为方波输出信号，将信号源的“波形选择”开关置方波信号位置上，将信号源的信号输出端与示波器探头连接，接通信号源电源，调节信号源的频率旋钮（包括“频段选择”开关、频率粗调和频率细调旋钮），使输出信号的频率为kHZ（由频率计读出），调节输出信号的“幅值调节”旋钮，使方波的峰峰值，固定信号源的频率和幅值不变。1一阶电路的充、放电过程（1）测量时间常数：令=10k，0.01F，用示波器观察激励S与响应C的变化规律，测量并记录时间常数。 （2）观察时间常数（

10、即电路参数R、C）对暂态过程的影响：令10k，=0.01，观察并描绘响应的波形，继续增大（取0.01F0.1F）或增大R（取k、30k），定性地观察对响应的影响。 2微分电路和积分电路（1）积分电路：令=100，0.0，用示波器观察激励S与响应C的变化规律。（2）微分电路：将实验电路中的、元件位置互换，令=100K，0.0，用示波器观察激励S与响应R的变化规律。五、实验报告要求：1根据实验1（1）观测结果，绘出阶电路充、放电时C与激励信号对应的变化曲线，由曲线测得 值，并与参数值的理论计算结果作比较，分析误差原因。 2根据实验2观测结果，绘出积分电路、微分电路输出信号与输入信号对应的波形。六、

11、思考题：1在一阶电路中，当、的大小变化时，对电路的响应有何影响？2何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？它们在方波激励下，其输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功能？实验三：功率因数提高实验一、实验目的 1研究感性负载并联电容提高功率因数的方法，进一步领会提高功率因数的实际意义； 2学会联接日光灯电路，并了解日光灯电路各部件的作用； 3学会使用功率表。二、实验装置和工具1 NDG-01(交流仪表)；2 QS-DY03(交流电源)；3 NDG-08(日光灯组件)；4 NDG-125 电流表三、实验原理 日光灯由灯管、镇流器和起辉器三部分组成。灯管：是一根玻璃管，内壁均匀涂有薄薄一层

12、萤光物质，管的两端是灯丝，管内抽成真空有水银蒸气和氩气，接上电源后，灯丝通过起辉器和镇流器构成闭合电路，这时电流使灯丝预热。当起辉器跳开，通过镇流器的电流突然中断，于是它产生一个很高的感应电压（500伏左右，甚至更高），加在管子两端，使管子产生辉光发电，激出萤光。起辉后，管子两端的电压只有80左右，其余电压降在镇流器上，因此，日光灯管不能直接接在220伏电源上，必须与相应的镇流器配套使用。起辉器：是一个自动开关它有两个电极一个是固定片，另一个是用双金属片做成的动片，一起封装在一个玻璃泡内，并充以惰气。玻璃泡外面还有一个小电容器，和泡内两电极并联着，为的是防止电极由通到断开时产生的电火花烧坏电极

13、和对无线电设备的干扰。两电极间未加电压时是断开的，当电源电压加上后，产生辉光放电，双金属片受热膨胀两极接通起到预热灯丝的作用。电极接通后，辉光消失，双金属片冷却，恢复原状，电极断开，使镇流器产生脉冲高压，使日光灯管产生辉光放电而发光。镇流器：是一个带铁芯的电感线圈，在起辉器触头断开时，通过它的电流突然变化到零。由电磁感应定律 eL 可知，将产生一个高电压加在灯管两端，使灯管起辉。这时电流通过灯管内部和镇流器联成通路，电路进入稳定工作状态后，镇流器起降压和限流的作用。由于镇流器是一个大电感负载，因而日光灯电路的功率因数很低，只有0.5左右。四、实验内容和步骤1 按图31接好线路，K1、K2、K3

14、先断开；2 经检查无误后，送电待日光灯启动完毕，正常运行后读取功率P和支路电流I，记表31；3 合上K1，重复2，合上K2重复2，合上K3重复2。图31表31补偿电容PIICILcos=P/UI未并电容1f2.2f4.3f五、实验报告要求：1、认真做实验，记录实验数据。2、讨论从表31中的数据中，你发现P、I、IC、IL中那些是电容量的变量，那些是常量？。3、整理实验数据，分析实验结果，认真书写实验报告，并回答思考题。六、思考题：1并联电容器后，功率因数是否提高？是否并入电容越大越好？2串联电容也能使功率因数提高，但为什么不采用此法？3.一般的负载为什么功率因数较低？负载较低的功率因数对供电系

15、统有何影响？为什么？实验四：三相电路实验一、实验目的1. 掌握三相负载作星形联接、三角形联接的方法， 验证这两种接法下线、相电压及线、相电流之间的关系。2. 充分理解三相四线供电系统中中线的作用。二、实验设备及用具1NDG-01(交流仪表)；2QS-DY03(交流电源)；3NDG-10B(三相交流电路)；三、实验原理电源用三相四线制向负载供电，三相负载可接成星形（又称形）或三角形（又称形）。当三相对称负载作形联接时，线电压是相电压的倍，线电流等于相电流，即： ，流过中线的电流N；作形联接时，线电压等于相电压，线电流是相电流的倍，即： 不对称三相负载作联接时，必须采用接法，中线必须牢固联接，以保

16、证三相不对称负载的每相电压等于电源的相电压（三相对称电压）。若中线断开，会导致三相负载电压的不对称，致使负载轻的那一相的相电压过高，使负载遭受损坏，负载重的一相相电压又过低，使负载不能正常工作；对于不对称负载作 联接时，但只要电源的线电压对称，加在三相负载上的电压仍是对称的，对各相负载工作没有影响。本实验中，用三相调压器调压输出作为三相交流电源，用三组白炽灯作为三相负载，线电流、相电流、中线电流用电流插头和插座测量。四、实验步骤与内容1三相负载星形联接（三相四线制供电）图4-1实验电路以实物为准，参考如图41所示，将白炽灯按图所示，连接成星形接法。用三相调压器调压输出作为三相交流电源，具体操作

17、如下：将三相调压器的旋钮置于三相电压输出为0的位置（即逆时针旋到底的位置），然后旋转旋钮，调节调压器的输出，使输出的三相线电压为220。测量线电压和相电压，并记录数据。(1)在有中线的情况下，测量三相负载对称和不对称时的各相电流、中线电流和各相电压，将数据记入表41中，并记录各灯的亮度。(2)在无中线的情况下，测量三相负载对称和不对称时的各相电流、各相电压和电源中点N到负载中点N的电压UNN，将数据记入表41中，并记录各灯的亮度。表41 负载星形联接实验数据中线连接开关状态 负载相电压（）电流（A）UNN（V）亮度比较A、B、CUAUBUCIAIBICIN有S1S9闭合S1、S2、S3、S4、

18、S5、S6闭合；S7、S8、S9断开S1、S2、S3闭合；S4、S5、S6、S7、S8、S9断开无S1闭合；S4、S5、S6、S7、S8、S9断开S1、S2、S3、S7、S8、S9闭合；S4、S5、S6断开S1S9闭合2三相负载三角形联接图4-2实验电路以实物为准，参考如图42所示，将白炽灯按图所示，连接成三角形接法。调节三相调压器的输出电压，使输出的三相线电压为220V，测量三相负载对称和不对称时的各相电流、线电流和各相电压，将数据记入表242中，并记录各灯的亮度。表42 负载三角形联接实验数据开关状态相电压（）线电流()相电流()亮度比 较UABUBCUCAIAIBICIABIBCICAS

19、1S9闭合S1、S2、S3闭合；S4、S5、S6、S7、S8、S9断开五、实验报告与要求1根据实验数据，在负载为星形连接时，在什么条件下成立？在三角形连接时，在什么条件下成立？ 2用实验数据和观察到的现象，总结三相四线制供电系统中中线的作用。3不对称三角形联接的负载，能否正常工作？实验是否能证明这一点？4对称负载三角形联接时的实验数据，画出各相电压、相电流和线电流的相量图，并证实实验数据的正确性。六、思考题：1. 三相负载根据什么条件作星形或三角形连接？2. 复习三相交流电路有关内容， 试分析三相星形联接不对称负载在无中线情况下，当某相负载开路或短路时会出现什么情况？如果接上中线，情况又如何？

20、3. 本次实验中为什么要通过三相调压器将 380V 的市电线电压降为220V的线电压使用？实验五：常用电子仪器的使用一、实验目的 1学习电子电路实验中常用的电子仪器：示波器、信号发生器、交流毫伏表、数字频率计等的主要技术指标、性能及正确使用方法。2初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。二、实验设备1、低频信号发生器 1台2、直流稳压电源 1台3、双踪示波器 1台4、毫伏表 1台5、万用表 1块三、实验原理在模拟电子电路实验中，经常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表及频率计等。它们和万用表一起，可以完成对模拟电子电路静态和动态工作情况的测试。实验

21、中要对各种电子仪器进行综合使用，可按照信号流向，以连线简捷，调节顺手，观察与读数方便等原则进行合理布局，各仪器与被测实验装置之间的布局与连接如图5-1所示。接线时应注意，为防止外界干扰，各仪器的公共接地端应连接在一起，称“共地”。信号源和交流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线，示波器接线使用专用电缆线，直流电源的接线用普通导线。图5-1 模拟电子电路中常用电子仪器布局图 1双踪示波器 双踪示波器原理和使用可见说明书，现着重指出下列几点： 1) 寻找扫描光迹点 在开机半分钟后，如仍找不到光点，可调节亮度旋钮，关下“寻迹”板键，从中判断光点位置然后适当调节( )和水平()移位旋钮，将光点移到荧光

22、屏的中心位置。 2) 为显示稳定的波形，需注意示波器面板上的下列各控制开关(或旋钮)的位置。 a“扫描速率”开关(t/div)它的位置应根据被观察信号的周期来确定。 b“触发源选择”开关(内、外)通常选为内触发。 c“内触发源选择”开关通常置于常态(推进位置)。此时对单一从YA或YB输入的信号均能同步，仅在作双路同时显示时，为比较两个波形的相对位置，才将其置于拉出(拉YB)位置，此时触发信号仅取自YB，故仅对由YB输入的信号同步。 d“触发方式”开关通常可先置于“自动”位置，以便找到扫描线或波形，如波形稳定情况较差，再置于“高频”或“常态”位置，但必须同时调节电平旋钮，使波形稳定。 3) 示波

23、器有五种显示方式 属单踪显示有“YA”“YB”“YA+YB”；属双踪显示有“交替”与“断续”。作双踪显示时，通常采用“交替”显示方式。仅当被观察信号频率很低时(如几十赫兹以下)，为在一次扫描过程中同时显示两个波形，才采用“断续”显示方式。 4) 在测量波形的幅值时，应注意Y轴灵敏度“微调”旋钮置于“校准”位置(顺时钟旋到底)。在测量波形周期时，应将扫描速率“微调”旋钮置于“校准”位置(顺时钟旋到底)，扫描速率“扩展”旋钮置于“推进”位置。 2信号源 输出正弦波方波，锯齿波等； 输出电压幅值9V； 输出电压频率0HZ1MHZ。 3交流毫伏表 测量正弦交流电压； 工作频率范围：1HZ2MHZ 工作

24、电压范围：1mV400V测量前应先把量程开关置较大量程挡位，然后调零，并逐渐减小量程挡位。四、实验内容1测量示波器内的校准信号 用机内校准信号(方波f=1KHz 2%)，电压幅度(1V 30%)对示波器进行自检。 (1) 调出波形 a将示波器校准信号输出端通过专用电缆与YA(或YB)输入插口接通，调节示波器各有关旋钮，将触发方式开关置“自动”位置，触发源选择开关置“内”，内触发选择开关置常态，对校准信号的频率和幅值正确选择扫速开关(t/div)及Y轴灵敏度开关(V/div)位置，则在荧光屏上可显示出一个或数个周期的方波。 b分别将触发方式开关置“高频”和“常态”位置，并同时调节触发电平旋钮，调

25、出稳定波形。体会三种触发方式的操作特点。 (2)校准“校准信号”幅度 将Y轴灵敏度微调旋钮置“校准”位置，Y轴灵敏度开关置适当位置，读取校准信号幅度，记入表5-1中。表5-1标准值*实测值幅 度1V(P-P)频 率1KHZ上升沿时间 2 S下降沿时间 2 S 注：不同的型号示波器标准值可以有所不同，以上只是给初学者一个格式。请视不同的示波器填入不同的标称值。(3) 校准“校准信号”频率 将扫速微调旋钮置“校准”位置，扫速开关置适当位置，读取校准信号周期，并用数字频率计进行校核，记入表5-1中。 （4）测量校准信号的上升时间和下降时间 调节“Y轴灵敏度”开关位置及微调旋钮，并移动波形，使方波波形

26、在垂直方向上正好占据中心轴上，且上、下对称，便于阅读。通过扫速开关逐级提高扫描速度，使波形在X轴方向扩展(必要时可以利用“扫速扩展”开关将波形再扩展10倍)，并同时调节触发电平旋钮，从荧光屏上清楚的读出上升时间和下降时间，记入表5-1中。 2测量信号源输出电压波形及频率 令信号源输出的频率分别为100Hz、1KHz、10KHz、100HKz(数字频率计测量值)，有效值均为1V(交流毫伏表测量)。改变示波器扫速开关及Y轴灵敏度开关位置，测量信号源输出电压频率及峰峰值，记入表5-2中。表5-2信号电压实 测 值信号电压实 测 值频率计读数周期(ms)频率(Hz)毫伏表读数(V)峰峰值(V)有效值(

27、V)100Hz1KHz10KHz100KHz 用示波器测量两波形间相位关系。 (1) 观察双踪显示波形“交替”与“断续”两种显示方式的特点。 YA、YB均不加输入信号，扫速开关置扫速较低挡位(如0.5s/div挡)和扫速较高挡位(如5 s/div档)，把“显示方式”开关分别置于“交替”和“断续”位置，观察两条扫描线的显示特点，记录之。 (2) 用双踪显示测量两波形间相位关系图5-3 按图5-3连接实验电路，将信号源的输出电压调至频率为1KHz，幅值为2V，经RC移相网络获得频率相同但相位不同的两路信号ui和uR，分别加到示波器的YA和YB输入端。 把显示方式开关置“交替”档位，将YA和YB输入

28、耦合方式开关置“ ”档位，调节YA、YB的 移位旋钮，使两条扫描基线重合，再将YA、YB输入耦合方式开关置“AC”挡位，调节扫速开关及YA、YB灵敏度开关位置，同时将内触发源选择(拉YB)开关拉出，此时在荧屏上将显示出ui和uR两个相位不同的正弦波形，如图1-4-4所示。根据两波形在水平方向差距X，则两波形相位差为 式中：XT 一周期所占刻度片格数 x 两波形在x轴方向差距格数记录两波形相位差于表5-3中。为读数和计算方便，可适当调节扫速开关及微调旋钮，使波形一周期占整数格。图5-4表5-3一周期格数两波形在X轴相差格数相 位 差实 测 值计 算 值XT=X=Q=Q=五、实验报告要求 1整理实验数据，并进行分析。 2问题讨论。 (1) 双踪示波器采用“常态”、“自动”二种触发方式有什么区别?通过实验对它们的操作特点及适用场合加以总结。 (2) 分析内触发源选择开关置于常态和拉YB时，稳定不同输入通道(YA和YB)波形的影响。 (3) 用双踪显示波形，并要求比较相位时，为在荧光屏上得到稳定波形，应怎样选