《实验一认识实验》doc版.doc

实验一 认识实验 基本电路理论实验课与基本电路理论课均为列入教学计划规定的必修课，它是培养电工、电子等工程技术人员实验基本技能的重要一环。电路实验的内容涉及到电路的基本理论与电路实践中的常见现象，通过实验能将理论与实践相结合，巩固所学知识；通过实验能培养有关电路连接、电工测量及故障排除等实验技巧；通过实验技能学到常用电工仪器仪表的基本使用方法、额定参数及基本维护和使用注意事项；通过实验技能学习数据的采集与处理、各种现象的观察与分析。以上这些正是培养电气工程技术人员必要的基本训练。随着计算机应用的广泛普及，电路的计算机辅助分析已成为电路理论的重要组成部分，为了达到大学阶段上机不断线的目的，在实验课中还有计算机辅助分析电路的实践，这对现代大学生来说也是一项基本功的训练。总之，本实验课的主要作用就是对学生进行基本技能的训练，提高学生基本理论分析问题与解决问题的能力；同时在实验过程中培养学生严肃认真的科学态度和细致踏实的实验作风，为今后的专业实验、生产实践与科学研究打下坚实的基础。一、 实验课的基本要求1.实验仪器与仪表正确使用电压表、电流表和万用表，会使用常用的一些电子仪器、仪表及电子设备，如普通示波器，直流稳压电源、晶体管毫伏表。2.测试方法电压、电流的测量，信号波形的观察方法、电阻器、电感器参数和电压、电流特性的测量及功率的测量（初步）。3.实验操作能正确布局和连接实验电路，认真观察实验现象和正确读取数据，并有初步分析判断能力；能初步分析和排除实验故障，要求实事求是的科学态度。4.实验报告能写出合乎规格的实验报告，正确绘制实验曲线，作出初步分析、解释。5.上机实践能根据电路分析的算法及框图，编制简单程序，并掌握调试程序的方法。（以上的一至四点要求摘自国家教委电功指导委员会所编的电路课程教学基本要求中的实验教学部分）二、实验课的进行 1.课前预习 实验效果的好坏与实验的预习密切相关。学生应事先认真阅读实验指导书，经过思考后编写出预习报告（也是正式报告的一部分），做到对每个实验心中有数。只有心中有数，才能做到有条不紊，主动地去观察实验现象，发现并分析问题，取得最佳实验效果。心中无数，必然手忙脚乱，完不成实验任务，达不到实验的目的与要求，甚至发生事故。 预习的重点是：（1）明确实验目的、任务与要求，估算实验结果。（2）复习有关理论，弄懂实验原理、方法，熟悉实验电路。（3）了解所需的实验元件、仪器设备及其使用方法介绍。2.熟悉设备和接线 在接线之前应了解使用的仪器、设备的接线端、刻度、各旋钮的位置及作用、电源开关位置，确定所用仪表的量程及极性等。 应根据实验线路合理布置仪表及实验器材，以便接线、查对，便于操作及读数。对初学者来说，首先应按照电路图一一对应进行布局与接线。较复杂的电路应先串联后并联，同时考虑路元件、仪器仪表的同名端、极性和公共参考点等与电路设定的方位一致，最后连接电源端。接线时应避免在同一端子上连接三根以上的连线（应分散接），减少因牵连动（碰）一线而引起的端子松动，接触不良或导线脱落。电表的端子原则上只接一根线。改接线路时，应力求改动量最小，避免拆光重接。3.通电操作及读数线路接好后，经自查无误，并请指导老师复查后方可接通电源。通电操作时必须集中注意力观察电路的变化，如有异常，如声响、冒烟、发臭等现象，应立即断开电源，检查原因。接通电源后应将设备大致操作一遍，观察一下实验现象，判断结果是否合理。若不合理，则线路有误，立即切断电源重新检查线路并修正；若结果合理，则可正式操作。读数时要姿势正确、思想集中，防止误差。数据要记录在事先准备好的表格中，凌乱和无序的记录常常是造成错误和失败的原因。为了获得正确的数据，有时需要重复实验并重新读取数据。要养成科学的态度，尊重原始数据，在做实验报告时若发现原始数据不合理，不得任意涂改，应当分析问题所在。当需要把数据绘成曲线时，读数的多少和分布情况，应以足够描绘一条光滑而完整的曲线为原则。读数的分布可随曲线的曲率而异，曲率较大处可多读几点。4.实验结束 完成全部内容后，不要急于拆除线路，应先检查实验数据有无遗漏或不合理的情况，经指导老师同意方可拆除线路，整理桌面，摆放好各种实验器材、用具，方可离开实验室。5.安全操作问题实验中应随时注意安全，包括人身与设备的安全。除上面已提到的一些注意事项外，还需特别注意以下几点：(1)进行正常实验时，不可用手触及带电部分，改接成拆除电路时必须先切断电源。(2)使用仪器仪表设备，必须了解其性能和使用方法。切勿违反操作规程拨乱旋钮，尤其注意不得超过仪表的量程和设备的额定值。(3)如果实验中用到调压器、电位器以及可变电阻器等设备时，在电源接通前，应将其调节位置放在使电路电流为最小的地方，然后接通电源，再逐步调节电压、电流，使其缓慢上升，一旦发现异常，应立即切断电源。三、实验故障的分析和处理1.故障的类型与原因实验课中出现各种故障是难免的。学生通过对电路简单故障的分析、具体诊断和排除，逐步提高分析问题和解决问题的能力。在电路实验中，常见的故障多属开路、短路或介于两者之间三种类型。不论何类故障，如不及早发现并排除，都会影响实验进行或造成损失。故障原因大致有以下几种：实验线路连接有错误或实验者对实验供电系统设施不熟悉；元器件、仪器仪表、实验装置等使用条件不符或初始状态值给定不当；电源、实验电路、测试仪器仪表之间公共参考点连接错误或参考结点位置选择不当；接触不良或连接导线损坏；布局不合理，电路内部产生干扰。2.故障检测故障检测的方法很多，一般是根据故障类型确定部位，缩小范围，再在范围内逐点检查，最后找出故障点并予以排除。(1)检测方法简单的检测方法就是用万用表（电压档或电阻档）在通电或断电状态下去检查电路故障。通电检测法：用万用表电压档（或电压表）在接通电源情况下进行故障检测，根据实验原理，电路中某两点应该有电压而万用表测不出电压；或某两点不应该有电压而万用表测出了电压，那么故障必在此两点之间。断电检查法：用万用表电阻档在断开电源的情况下进行故障检测。根据实验原理，电路中的某两点应该导通（或电阻极小），万用表测出开路（或电阻很大）；或两点间应该开路（或电阻很大），但测得的结果为短路（或电阻很小），则故障在此两点。有时电路中有多种或多个故障并且相互掩盖或影响，只要耐心细致去分析查找，是能够检测出来的。在选择检测方法时，要针对故障类型和电路结构情况选用。如短路故障或电路工作电压较高（200V以上），不宜用通电法（电阻档）检测。因为这两种情况存在时，有损坏仪表、元件和触电的可能。(2)检测顺序一般情况下，按故障部位直接检测，当故障原因和部位不易确定时，按下列顺序进行：检查电路接线有无错误。检查电源供电系统，从电源进线、熔断器、闸刀开关至电路输入端子，依次检查各部分有无电压，是否符合标准。主、副电路中元件、仪器仪表、开关连接导线是否完好和接触良好。检测仪器部分，供电系统、输入、输出调节，显示及探头、接地点等。四、数据整理与实验报告 1.数据整理与曲线绘制 整理实验结果是实验的重要环节，通过整理及编写报告可以系统地理解实验教学中所获得的知识，建立清晰的概念。实验结果有数据、波形曲线、现象等。整理数据一般是进行计算、描绘曲线、分析波形及现象，找出其中典型的、能说明问题的特征，并找到条件（参数）与结果之间的联系，从而说明电路的性质。整理数据时必须注意到误差的判别。实验曲线是以图形更直观地表达实验结果的语言。作好实验曲线的基本要求是：(1)图纸选取择要恰当。本实验课主要采用毫米方格纸，频率特性曲线用单位对数坐标绘制效果更好。除特殊要求外，一般按正方形式1：1.5矩形图面来选定单位比例尺。比例尺以处理后的实验数据为根据作合理选择。(2)坐标的分度要合理。坐标上以X轴代表自变数，Y轴代表应变数，坐标的分度就是坐标轴上每一格代表值的大小。分度的选择应使图纸上任一点的坐标容易读数。为了便于阅读，应将坐标轴的分度值标记出来，每个坐标必须注明名称和单位。(3)曲线绘制要细心。一般情况下把实验数据在坐标纸上用“O”、“*”或“”等符号标出即可。按照所描的点作曲线应使用曲线板、曲线尺等作仪器。描出曲线应光滑匀整，不必强使曲线通过所有的点，但应与所有的点相接近，同时使未被曲线经过的点大致均匀地分布在曲线的两侧。(4)加上必要的注释说明。在每一图形下面应将曲线代表的意义清楚明确地写出，使阅读者一目了然。2.实验报告的要求和内容实验报告是学生进行实验的全过程的总结。它既是完成教学的凭证，也是今后编写其他工程（实验）报告的参考资料。因此，要求文字简洁、工整，曲线图表清晰，实验结论要有科学根据和分析。实验报告应包括以下内容：(1)实验目的。(2)实验电路图必须完整，且需标明各部分元件的实际值，而不是标准值。(3)用实际电路图和测量方式数据的顺序来表示实验步骤。明确实验任务。(4)验证式必须代入实际测量值进行分析。(5)数据处理和误差分析，(6)验证式（由实际的数据得出），验证式必须代入实验测量值。(7)实验仪器与设备。记录实验中使用的仪器的名称、型号、规格和数量。(8)回答思考题。实验二基尔霍夫定律和叠加定理一、实验目的1.验证基尔霍夫定律和叠加定理的正确性，加深对基尔霍夫和叠加定理的理解。2.学会用电流插头、插座测量各支路电流。二、实验原理1.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）。即对电路中的任一个节点而言，应有I0；对任何一个闭合回路而言，应有U0。2.在线性网络中，多个激励同时作用时的总响应等于每个激励单独作用时引起的响应之和。所谓某一激励单独作用，就是除了该激励外，其余激励为零值。为零值的激励若是电压源，则相应的电压源处用短路替代，若为电流源，则在相应的电流源处用开路替代，而它们的内阻或内电导必须保留在原电路中。3.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（即在电路其它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。运用上述定律时必须注意各支路或闭合回路中电流的正方向，此方向可预先任意设定。三、实验仪器及设备序号名 称型号与规格数 量备 注1直流稳压电源+6 ， +1212直流数字电压表13直流数字毫安表1四、实验内容与步骤实验线路如图21所示，用KHDL1型电路原理实验箱验证“基尔霍夫定律/叠加原理”。（一）基尔霍夫定律1.实验前先任意设定三条支路和三个闭合回路的电流正方向（参考方向）。图21中的I1、I2、I3的方向已设定。2.同时将两路直流稳压源接入电路，令U16V，U212V 3.熟悉电流表的结构，将电流表插头的两端接至数字毫安表的“、”两端。4.将电流表分别接入三条支路的三个电流测量端，读出并记录电流值。图2-1验证“基尔霍夫定律/叠加原理”电路5.用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，记录表中。测量I1(mA)I2(mA)I3(mA)U1(V)U2(V)UFA(V)UAB(V)UAD(V)UCD(V)UDE(V)计算值测量值相对误差（二）叠加原理；实验线路如图21，参考方向在图中已设定。1.将两路稳压源的输出分别调节为12V和6V，接入U1和U2处。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，数据记入表中。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的测量和记录，数据记入表中。4.令U1和U2共同作用（开关K1和K2分别投向U1和U2侧）， 重复上述的测量和记录，数据记入表中。5.将U2的数值调至12V，重复上述第3项的测量并记录，数据记入表中。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.同实验五的注意1，但需用到电流插座。2.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。3.防止稳压电源两个输出端碰线短路。4.用指针式电压表或电流表测量电压或电流时， 如果仪表指针反偏，则必须调换仪表极性，重新测量。此时指针正偏，可读得电压或电流值。若用数显电压表或电流表测量，则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、负号应根据设定的电流参考方向来判断。六、预习思考题1.根据图21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。2.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？七、实验报告1.根据实验数据，选定节点A，验证KCL的正确性。2.根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证KVL的正确性。3.将支路和闭合回路的电流方向重新设定，重复1、2两项验证。4.误差原因分析。心得体会及其他。实验三等效电源定理一、实验目的1.掌握电源外特性的测试方法。2.验证电压源与电流源等效变换的条件。3.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。4.掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。二、实验原理1.一个直流稳压电源在一定的电流范围内，具有很小的内阻。故在实用中，常将它视为一个理想的电压源，即其输出电压不随负载电流而变。其外特性曲线，即其伏安特性曲线Uf(I)是一条平行于I轴的直线。一个实用中的恒流源在一定的电压范围内，可视为一个理想的电流源。2.一个实际的电压源（或电流源）， 其端电压（或输出电流）不可能不随负载而变，因它具有一定的内阻值。故在实验中，用一个小阻值的电阻（或大电阻）与稳压源（或恒流源）相串联（或并联）来摸拟一个实际的电压源（或电流源）。3.一个实际的电源，就其外部特性而言，既可以看成是一个电压源，又可以看成是一个电流源。若视为电压源，则可用一个理想的电压源Us与一个电阻Ro相串联的组合来表示；若视为电流源，则可用一个理想电流源Is与一电导go相并联的组合来表示。如果这两种电源能向同样大小的负载供出同样大小的电流和端电压，则称这两个电源是等效的，即具有相同的外特性。一个电压源与一个电流源等效变换的条件为：IsUsRo，go1/Ro 或 UsIsRo，Ro 1/ go 。 如图31所示。图 3-1 电压源与电流源的等效变换4.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（Us）和R0或者ISC（IS）和R0称为有源二端网络的等效参数。5.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络的外特性曲线，如图32所示。 根据外 3-2有源二端网络的外特性曲线特性曲线求出斜率tg，则内阻U Uoc R0tg 。 I Isc 也可以先测量开路电压Uoc，再测量电流为额定值IN时的输出端电压值UN，则 图3-3半电压法测R0 UocUN内阻为 R0 。 IN (3)半电压法测R0 如图33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。 图3-4 零示法测UOC(4)零示法测UOC 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34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、实验仪器及设备序号名 称型号与规格数量备 注1可调直流稳压电源030V1DG042可调直流恒流源0500mA1DG043直流数字电压表0200V1D314直流数字毫安表0200mA1D315万用表1自备6电阻器120，200，300，1KDG097可调电阻箱099999.91DG098实验线路DG05序号名 称型号与规格数量备注1可调直流稳压电源030V1DG042可调直流恒流源0500mA1DG043直流数字电压表0200V1D314直流数字毫安表0200mA1D315万用表1自备6可调电阻箱099999.91DG097电位器1K/2W1DG098戴维南定理实验电路板1DG05四、实验内容与步骤1.测定直流稳压电源与实际电压源的外特性(1)按图35（a）接线。Us为12V直流稳压电源（将R0短接）。调节R2，令其阻值由大至小变化，记录两表的读数。（a） （b）图 3-5测定直流稳压电源与实际电压源的外特性U（V）I（mA） (2)按图35（b）接线，虚线框可模拟为一个实际的电压源。调节R2，令其阻值由大至小变化，记录两表的读数。U（V）I（mA）2.按图36接线，Is为直流恒流源，调节其输出为10mA，令Ro分别为1K和（即接入和断开），调节电位器RL（从0至1K），测出这两种情况下的电压表和电流表的读数。自拟数据表格，记录实验数据。 3.测定电源等效变换的条件先按图3-7（a）线路接线，记录线路中两表的读数。然后利用图3-7(a)中右侧的元件和仪表，按图3-7(b)接线。调节恒流源的输出电流或IS，使两表的读数与3- 7(a)时的数值相等，记录Is之值，验证等效变换条件的正确性。 图3-6 测定电流源的外特性 （a） (b) 图 3-7 测定电源等效变换的条件被测有源二端网络如图3-8(a)。 (a) (b)图3-8 有源二端网络Uoc(v)Isc(mA)R0=Uoc/Isc()4.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3-8(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。（测UOC时，不接入mA表。）5.负载实验按图3-8(a)接入RL。改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。U（v）I（mA）6.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3-8(b)所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。 U（v）I（mA）7.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3-9所示，仿照步骤“2”测其外特性，对诺顿定理进行验证。 图3-9 验证诺顿定理U（v）I（mA）8.有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的直接测量法。见图3-8（a）。将被测有源网络内的所有独立源置零（去掉电流源IS和电压源US，并在原电压源所接的两点用一根短路导线相连），然后用伏安法或者直接用万用表的欧姆档去测定负载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 。9.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。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，注意恒流源负载电压不要超过20伏，负载不要开路。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。4.测量时应注意电流表量程的更换。5.步骤“5”中，电压源置零时不可将稳压源短接。6.用万表直接测R0时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表。其次，欧姆档必须经调零后再进行测量。 7.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3-9测量。8.改接线路时，要关掉电源。六、预习思考题1.通常直流稳压电源的输出端不允许短路，直流恒流源的输出端不允许开路，为什么？2.电压源与电流源的外特性为什么呈下降变化趋势， 稳压源和恒流源的输出在任何负载下是否保持恒值？3.在求戴维南或诺顿等效电路时，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9-4(a)预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。4.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。七、实验报告1.根据实验数据绘出电源的四条外特性曲线，并总结、 归纳各类电源的特性。2.从实验结果，验证电源等效变换的条件。3.心得体会及其他。4.根据步骤2、3、4，分别绘出曲线，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。5.根据步骤1、5、6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。6.归纳、总结实验结果。7.心得体会及其他。实验四一阶电路的脉冲响应一、实验目的1.测定RC一阶电路的零输入响应，零状态响应及完全响应。2.学习电路时间常数的测定方法。3.掌握有关微分电路和积分电路的概念。4.进一步学会用示波器测绘图形。二、实验原理1.动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程， 对时间常数较大的电路，可用慢扫描长余辉示波器观察光点移动的轨迹。然而能用一般的双踪示波器观察过渡过程和测量有关的参数，必须使这种单次变化的过程重复出现。为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即令方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；方波下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号，只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数，电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的影响和直流电源接通与断开的过渡过程是基本相同的。2.RC一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数。3.时间常数的测定方法 图4-1(a)所示电路 用示波器测得零输入响应的波形如图4-1(b)所示。 根据一阶微分方程的求解得知 ucEe-t/RCEe-t/ 当t时，Uc()0.368E，此时所对应的时间就等于。 亦可用零状态响应波形增长到0.632E所对应的时间测得，如图4-1(c)所示。(b) 零输入响应 (a) RC一阶电路 (c) 零状态响应图 4-1 RC一阶电路的零输入响应和零状态响应4.微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的电路，它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。一个简单的RC串联电路，在方波序列脉冲的重复激励下，当满足RC时（T为方波脉冲的重复周期），且由R端作为响应输出，如图4-2(a)所示。这就构成了一个微分电路，因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。若将图4-2(a)中的R与C位置调换一下，即由C端作为响应输出，且当电路参数的选择满足RC条件时，如图4-2(b)所示即构成积分电路，因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。从输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的作用，请在实验过程中仔细观察与记录。(a)微分电路 (b) 积分电路图4-2 RC一阶电路的微分电路和积分电路三、实验仪器及设备序号名 称型号与规格数量备注1函数信号发生器12双踪示波器1四、实验内容与步骤实验线路板上认清R、C元件的布局及其标称值，各开关的通断位置等等。1.选择动态线路板上R、C元件，令(1)R10K，C1000PF 组成如图4-1(a)所示的RC充放电电路，E为函数信号发生器输出，取Um3V，f1KHz的方波电压信号，并通过两根同轴电缆线，将激励源u和响应uc的信号分别连至示波器的两个输入口YA和YB，这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律，求测时间常数，并描绘u及uc波形。少量改变电容值或电阻值，定性观察对响应的影响，记录观察到的现象。(2)令R10K，C3300PF，观察并描绘响应波形，继续增大 C之值，定性观察对响应的影响。2.选择动态板上R、C元件,组成如图4-2(a)所示微分电路,令C3300PF，R30K。 在同样的方波激励信号(Um3V，f1KHz)作用下，观测并描绘激励与响应的波形。增减R之值，定性观察对响应的影响，并作记录。当R增至时，输入输出波形有何本质上的区别？五、实验注意事项1.示波器的辉度不要过亮。2.调节仪器旋钮时，动作不要过猛。3.调节示波器时，要注意触发开关和电平调节旋钮的配合使用，以使显示的波形稳定。4.作定量测定时，“t/div”和“v/div”的微调旋钮应旋至“校准”位置。5.为防止外界干扰，函数信号发生器的接地端与示波器的接地端要连接在一起（称共地）。六、预习思考题1.什么样的电信号可作为RC一阶电路零输入响应、零状态响应和完全响应的激励信号？2.已知RC一阶电路R10K，C0.1f，试计算时间常数，并根据值的物理意义，拟定测定的方案。3.何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？ 它们在方波序列脉冲的激励下，其输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功用？七、实验报告1.根据实验观测结果，在方格纸上绘出RC一阶电路充放电时uc的变化曲线，由曲线测得值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。2.根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的特征。3.心得体会及其他。83实验五单相交流电路（本实验分两部分）第一部分：判别阻抗性质及三表法测量元件的交流等效参数 一、实验目的1.学会判别阻抗的性质。2.学会用交流电压表、电流表和功率表测量元件的交流等效参数。3.学会功率表的接法和使用。二、实验原理1.正弦交流信号激励下的元件值或阻抗值，可以用交流电压表、交流电流表及功率表分别测量出元件两端的电压U、流过该元件的电流I和它所消耗的功率P，然后通过计算得到所求的各值，这种方法称为三表法，是用以测量50Hz交流电路参数的基本方法。计算的基本公式为：阻抗的模， 电路的功率因数 cos等效电阻 R Zcos， 等效电抗 XZsin或 XXL2f L， XXc2.阻抗性质的判别方法：可用在被测元件两端并联电容或将被测元件与电容串联的方法来判别。其原理如下：(1)在被测元件两端并联一只适当容量的试验电容, 若串接在电路中电流表的读数增大，则被测阻抗为容性，电流减小则为感性。 图5-1 并联电容测量法图5-1(a)中，Z为待测定的元件，C为试验电容器。(b)图是(a)的等效电路，图中G、B为待测阻抗Z的电导和电纳，B为并联电容C 的电纳。在端电压有效值不变的条件下，按下面两种情况进行分析：设BBB，若B增大，B也增大，则电路中电流I 将单调地上升，故可判断B为容性元件。设BBB，若B增大，而B先减小而后再增大，电流I 也是先减小后上升，如图5-2所示，则可判断B为感性元件。由以上分析可见，当B为容性元件时，对并联电容C值无特殊要求；而当B为感性元件时，B2B时，电流单调上升，与B为容性时相同，并不能说明电路是感性的。因此B2B是判断电路性质的可靠条件，由此得判定条件为 5-2 感性元件电流变化情况(2)与被测元件串联一个适当容量的试验电容，若被测阻抗的端电压下降，则判为容性，端压上升则为感性，判定条件为 2X式中X为被测阻抗的电抗值，C为串联试验电容值，此关系式可自行证明。判断待测元件的性质，除上述借助于试验电容C测定法外，还可以利用该元件的电流i与电压u之间的相位关系来判断。若i超前于u，为容性；i滞后于u，则为感性。3.本实验所用的功率表为智能交流功率表，其电压接线端应与负载并联，电流接线端应与负载串联。三、实验仪器及设备序号名称型号与规格数量备注1交流电压表0500V1D332交流电流表5A1D323功率表1D344自耦调压器1DG015镇流器(电感线圈)与40W日光灯配用1DG097电容器1F, 4.7F/500V1DG098白炽灯15W /220V3DG08四、实验内容与步骤测试线路如图5-3所示。 1.按图5-3接线，并经指导教师检查后，方可接通市电电源。2.分别测量15W白炽灯(R)、40W 日光灯镇流器(L)和4.7F电容器(C)的等效参数。 图 5-3 测量交流参数电路3.测量L、C串联与并联后的等效参数。 被测阻抗测量值计算值电路等效参数U（V）I（A）P（W）cosZ（）cosR（）L(mH)C(F)15W白炽灯R电感线圈L电容器CL与C串联L与C并联4.验证用串、并试验电容法判别负载性质的正确性。实验线路同图5-3，但不必接功率表，按下表内容进行测量和记录。被测元件串1F电容并1F电容串前端电压(V)串后端电压(V)并前电流(A)并后电流(A)R(三只15W白炽灯)C(4.7F)L(1H)5.三表法测定无源单口网络的交流参数。(1)实验电路如图5-4所示。实验电源取自主控屏50Hz三相交流电源中的一相。调节自耦调压器，使单相交流最大输出电压为150V。用本实验单元黑匣子上的六只开关，可变换出8种不同的电路： K1合（开关投向上方），其它断。 K2、K4合，其它断。黑匣子 K3、K5合，其它断。 K2合，其它断。 K3、K6合，其它断。 K2、K3、K6合，其它断。 K2、K3、K4、K5合，其它断。 图 5-4 测定无源单口网络的交流参数 所有开关合。测出以上8种电路的U、I、P及cos的值，并列表记录。(2)按图5-5接线。将自耦调压器的输出电压调为30V。示 波 器按照第2步中黑匣子的8种开关组合，观察和记录u、I（即r上的电压）的相位关系。五、实验注意事项1.实验前认真预习电路教材有关章节， 30实验中要特别注意人身安全，不可用手直接触摸通电线路的裸露部分，以 图 5-5 测定电压电流相位关系免触电。2.自耦调压器在接通电源前，应将其手柄置在零位上，调节时， 使其输出电压从零开始逐渐升高。每次改接实验线路、换拨黑匣子上的开关及实验完毕，都必须先将其旋柄慢慢调回零位，再断电源。必须严格遵守这一安全操作规程。3.实验前应详细阅读智能交流功率表的使用说明书，熟悉其使用方法。六、预习思考题1.在50Hz的交流电路中，测得一只铁心线圈的P、I和U，如何算得它的阻值及电感量？2.如何用串联电容的方法来判别阻抗的性质？试用I随XC（串联容抗）的变化关系作定性分析，证明串联试验时，C满足 2X。七、实验报告1.根据实验数据，完成各项计算。2.完成预习思考题1、2的任务。3.根据实验内容5的观察测量结果，分别作出等效电路图，计算出等效电路参数并判定负载的性质。4.心得体会及其他。第二部分：日光灯电路及其功率因数提高一、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.掌握日光灯线路的接线。3.理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。二、原理说明 图 5-6 RC串联电路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I0和U0 。2.图5-6所示的RC串联电路，在正弦稳态信号U的激励下，UR与UC保持有90的相位差，即当R阻值改变时，UR的相量轨迹是一个半园。U、UC与UR三者形成一个直角形的电压三角形，如图5-7所示。R值改变时， 图 5-7 RC串联电路相量图 可改变角的大小，从而达到移相的目的。3.日光灯线路如图5-8所示，图中 A 是日光灯管，L 是镇流器， S是启辉器，是补偿电容器，用以改善电路的功率因数（cos值）。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。图 5-8 日光灯线路三、实验仪器及设备 序号名称型号与规格数量备注1交流电压表0450V1D332交流电流表5A1D323功率表1D344自耦调压器1DG015镇流器、启辉器与40W灯管配用各1DG096日光灯灯管40W1屏内7电容器1F,2.2F,4.7F/500V各1DG098白炽灯及灯座220V，15W13DG089电流插座3DG09四、实验内容与步骤1.按图5-6 接线。R为220V、15W的白炽灯泡，电容器为4.7F/450V。 经指导教师检查后，接通实验台电源， 将自耦调压器输出( 即U)调至220V。记录U、UR、UC值，验证电压三角形关系。测 量 值计 算 值U（V）UR（V）UC（V）U（与UR，UC组成Rt）（U=）U=UU（V）U/U（%）2.日光灯线路接线与测量。 图 5-9 日光灯线路接线与测量按图5-9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，记下三表的指示值。然后将电压调至220V，测量功率P， 电流I， 电压U，UL，UA等值，验证电压、电流相量关系。测 量 数 值计算值P(W)CosI(A)U(V)UL(V)UA(V)r()Cos启辉值正常工作值3.并联电容电路功率因数的改善。按图5-10组成实验线路。ic图 5-10 并联电容电路功率因数的改善经指导老师检查后，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。数据记入下页表中。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.功率表要正确接入电路。3.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。电容值测 量 数 值计 算 值(F)P(W)COSU(V)I（A）IL(A)IC(A)I(A)Cos012.24.7六、预习思考题1.认真预习教材中的有关章节，了解日光灯的启辉原理。2.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（DG09实验挂箱上有短接按钮，可用它代替启辉器做一下试验。）或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？ 3.为了改善电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器， 此