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电工学实验指导书 电工学实验指导书 武汉纺织大学 实验一直流电路实验.1实验二正弦交流电路的串联谐振.3实验三功率因数的提高.5实验四三相电路实验.8实验五微分积分电路实验.11实验六三相异步电动机单向旋转控制.13实验七三相异步电动机正、反转控制.15实验八单相桥式整流和稳压电路.17实验九单管交流放大电路19实验十一集成运算放大器的应用.23实验十二组合逻辑电路.25实验十三移位寄存器.28实验十四十进制计数器.32 实验一直流电路实验 一、实验目的:1验证基尔霍夫定律 2研究线性电路的叠加原理3等效电源参数的测定 二、实验原理： 1基尔霍夫定律是电路理论中最重要的定律之一，它阐明了电路整体结构必须遵守的定律，基尔 霍夫定律有两条即电流定律和电压定律。 电流定律：在任一时刻，流入电路中任一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和，换句话来说就是在任一时刻，流入到电路中任一节点的电流的代数和为零，即I=0。 电压定律：在任一时刻，沿任一闭合回路的循行方向，回路中各段电压降的代数和等于零，即U=0。 2叠加原理：n个电源在某线性电路共同作用时，它们在电路中任一支路中产生的电流或在任意两点间所产生的电压降等于这些电源单独作用时，在该部分所产生的电流或电压降的代数和。 三、仪器设备及选用组件箱: 1直流稳压电源GDS-02GDS-032常规负载GDS-06 3直流电压表和直流电流表GDS-10 四、实验步骤： 1验证基尔霍夫定律 按图11接线，（US1、US2分别由GDS-02，GDS-03提供）调节USI=3V，US2=10V，然后分别用电流表测取表11中各待测参数，并填入表格中。2研究线性电路的叠加原理 将US2从上述电路中退出，并用导线将c、d间短接，接入US1，仍保持3V，测得各项电流，电压，把所测数据填入表12中； 关断US1，并退出电路，用导线将a、f短接，拆除cd间短接线并将US2重新接入原电路，使US2保持10V，测得各项电流、电压，填入表12中。 +US1-510 -US2+ 150图1-1 表1-1 表1-2 3测定等效电源的参数 根据戴维南定理可以将图12方框中的元件组合视为一个等效电源，其等效电动势EO和电阻RO可按下面方法确定：测等效电动势EO 将图12中的US2从电路中退出，让cd间开路，US1调至3V，测cd的开路电压，这就是等效电动势EO，填入表13中。 测等效内阻RO 将 US1退出，用导线将af短接，将US2接入并调至10V，测取Ibc填入表13中，此时RO=US2/Ibc。 -US2+ 图1-2 表13 五、分析与讨论： 1实验结果是否完全符合基尔霍夫定理和叠加与原理？若有误差试说明原因？2还有什么方法能测量等效电源的内阻？ 电工电子学实验指导书 信息学院实验中心 xx年2月 目录 实验一电路基本定律.-2-实验二RC一阶电路响应测试.-6-实验三三相交流电路.-9-实验四三相异步电动机的控制.-12-实验五实验六实验七实验八实验九实验十 共射极单管放大电路.-15-集成运算放大器.-19-门电路与触发器.-22-集成计数器与寄存器的应用.-25-555定时器及其应用.-29-直流稳压电源综合实验.-31-1- 实验一电路基本定律 一、实验目的 1验证基氏定律（KCL、KVL）2验证迭加定理3验证戴维南定理 4加深对电流、电压参考方向的理解5正确使用直流稳压电源和万用电表 二、仪器设备 1TPEDG2电路分析实验箱1台2MF10型万用表及数字万用表各1台 三、预习内容 1认真阅读TPEDG2电路分析实验箱使用说明（见附录）2预习实验内容步骤；写预习报告，设计测量表格并计算理论值3根据TPEDG2电路分析实验箱设计好连接线路 四、实验原理 1基尔霍夫电流、电压定律及叠加定理（1）基尔霍夫电流定律（KCL） 在集总电路中，任一瞬时，流向某一结点的电流之和等于由该结点流出的电流之和。 R1 E1 B 图1-1验证基尔霍夫电流、电压定律电路原理图 I3 电路原理图及电流的参考方向如图1-1所示。根据KCL，当E1、E2共同作用时，流入和流出结点A的电流应有：I1+I2-I3=0成立。 -2- （2）基尔霍夫电压定律（KVL） 在集总电路中，任一瞬时，沿任一回路所有支路电压的代数和恒等于零。 其电路原理图及电流的参考方向如图1-1所示。根据KVL应有：E1-UR1-UR3=0；或E1-UR1+UR2-E2=0；或E2-UR1-UR2=0成立。（3）叠加定理 在线性电路中，任一支路中的电流（或电压）等于电路中各个独立源分别单独作用时在该支路产生的电流（或电压）的代数和。所谓一个电源单独作用是指除了该电源外其他所有电源的作用都去掉，即理想电压源所在处用短路代替，理想电流源所在处用开路代替，但保留它们的内阻，且电 路结构不作改变。由于功率是电压或电流的二次函数，因此叠加定理不能用来直接计算功率。 电路原理图及电流的参考方向如图1-1所示。分别测量E1、E2共同作用下的电流I1、I2、I3；E1单独作用下的电流I1?、I2?、I3和E2单独作用下的电流I1?、I2?、I3?。根据叠加原理应有：I1=I1?+I1?； I2=I2?+I2?；I3=I3+I3?成立。 2戴维南定理 任何一个线性有源二端口网络，对于外电路而言，总可以用一个理想电压源和电阻的串联形式来代替。理想电压源的电压等于原二端口网络的开路电压UOC，其电阻（又称等效电阻）等于网络中所有电压源短路、电流源开路时的入端等效电阻Req，见图1-2。 线性有 源二端网络 ab 等效成 a b 图1-2戴维南定理示意图 （1）开路电压的测量方法a直接测量法： 当有源二端网络的等效电阻Req与电压表的内阻相比可以忽略不计时，可以直接用电压表测量开路电压。 b零示法： 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误差。为了消除电压表内阻的影响，采用零示法。即用一个低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压 -3- 电源的输出电压与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，即为二端网络的开路电压UOC。（2）等效电阻的测量方法a短路电流法： 用电压表测得开路电压UOC后，将开路端短路，测其短路电流ISC，则等效电阻Req=UOC/ISC。此方法测量简便，但可能因短路电流过大会损坏电路内部的元件，对于等效电阻较小的二端网络，一般不宜采用。 b两次电压测量法： 先测开路电压UOC，再在开路端接一个已知负载电阻RL，测RL两端的电压UL，则等效电阻 Req?( UOC ?1)RL。UL c半电压测量法： 调电位器RL大小，当其两端的电压等于二端网络开路电压的一半时，RL的阻值即为等效电阻Req的值。 d直接测量法： 当二端网络的等效电阻与万用表内阻相比可忽略不计时，可用万用表欧姆档直接测量二端网络的等效电阻Req。 五、实验内容与步骤 1、验证基尔霍夫电流（KCL）、电压（KVL）定律 实验线路中取的E1=3V、E2=6V，R1=R2=R3=1k，连接电路，测量各支路电流及各元件两端的电压值，验证结果，自拟表格。 2、验证叠加定理 测量E1、E2单独作用和共同作用时，各支路的电流值。数据填入表1-1。 表1-1验证叠加定理 -4- 实验四单相变压器特性的测试 一、实验目的： 1、学会判别绕组端点同名端的方法。 2、学会测定变压器的空载特性与外特性。 二、实验原理 1、变压器绕组同名端的判别。 先将绕组各一个端点（如2，4）用一导线相连，在端点1和2（初级绕组）间加交流电U12（取20V），用万用表测量1与3，3与4间电压U13和U34，如图所示，如果U13U12U34，则2、4是同名端相连；若U13U12U34，则2、4是异名端相连。 2、变压器外特性的测试 将调压器手柄置于输出电压为零的位置(逆时针旋到底),合上电源开关，并调节调压器使输出电压为36V。令负载开路及逐次增加负载(最多亮5个灯泡)，分别记下五个仪表的读数，记入自拟的数据表格绘制变压器外特性曲线。实验完毕将调压器调回零位,断开电源。 当负载多于5个灯泡时，变压器已处于超载运行状态，很容易烧坏。因此，測试和记录应尽量快，总共不应超过3分钟。实验时，可先将5只灯泡并联安装好，断开控制每个灯泡的相应开关，通电且电压调至规定值后，在逐一打开灯的各个开关，并记录仪表读数。 变压器原边（初级）加额定电压，副边（次级）开路的状态叫空载，空载测得的原边电流称为空载电流I0，测得的功率P0为空载损耗。通常I0（512）%Ie（Ie为额定电流），故空载损耗P0PCU0PFeI02R1PFePFe。空载损耗主要是铁芯损耗（涡流损耗和磁滞损耗）。变压器的变化是在空载时测定的，变比：KU1U20（U20为副边空载时的电压）。 本实验空载时采用从低边做的方法，即从原绕组加电压042V，副绕组开路，并测副绕组的开路电压U20，低压侧空载电流I10，计算空载损耗P0=U1I10，变压比K=U1/U20，绘出空载特性曲线（U1I10曲线）。 接线图： 4将变压器低压侧短路，高压侧加较低的电压，使原边电流达到额定值0.5A，原边所加电压为短路电压，测得的功率损耗PK为短路损耗。由于副边短路输出功率P20，所以PKI1K2R1I2K2R2PFe。 由于短路电压很低，铁芯中的磁通密度与其所加额定电压时相比小得多，故铁损很小，可以认为短路损耗就是变压器额定运行时的铜损。PKPCU。 由于短路电压只有额定时的百分之几，所以调压器一定要旋到零位才能闭合电压开关，然后逐渐增加电压，使短路电流达到高压侧的0.5A，测此时的电压、电流，并计算功率。 接线图： 高压侧低压侧 实验步骤及表格：（自拟） 实验五异步电动机的继电控制 一、实验器材： 通用电工实验台一台、交流异步电动机一台。 二、实验目的： 1、了解交流接触器，按钮开关的结构和使用方法。 2、用继电接触控制电路对异步电动机进行点动、起动、停止、正反转动控制。 三、实验要求： 1、异步电动机的点动控制。 2、异步电动机的起动自锁控制。 3、异步电动机的正反转联锁控制。 四、实验原理及内容： 1、交流接触器是一种电磁开关，包括线圈、触头、动铁芯和静铁芯。触头分两种，一种接在主电路中，允许通过电流较大主触头，另一种接在控制电路中，通过电流较小辅助触头。常态（不通电）时，常开触头断开，常闭触头闭合。线圈通电后，常开触头闭合，常闭触头断开。 按钮开关：常用的主令电器，用于发出“接通”或“断开”指令信号，起控制电机的目的。手按下按钮时，常态下断开的触头闭合，常闭触头断开。松开按钮，各触头恢复常态。 2、点动环节：如图一所示，按下SB，接触器线圈KM得电，接触器常开主触头闭合，电机得电运转，松开SB，按钮复位断开，主触头断开，电机失电停车，从而实现点动控制。 3、自锁环节：为实现电机长期连续运转，需加入自锁环节，如图二所示，当按下SB1时，接触器KM线圈得电，KM主触头闭合，电机运转，与此同时，并联在SB1上的KM常开辅助触头也闭合，这样即使松开SB1，但接触器线圈仍有电，因此电机可持续运转。按下SB2可以停机。 4、联锁环节（选做）：改变三相异步电动机的旋转方向，只需改变引入三相异步电动机的三相电源即可，可以通过二个接触器来实现。如图三所示，按下起动按钮SB1，接触KM1线圈通电并自锁，主触头KM1闭合，电机运转。如按下起动按钮SB2，接触器KM2线圈通电并自锁，主触头KM2闭合，电机因有两相换向，将反向运转。图三为电动机正反转控制电路。 图1图 2 图3 五、实验步骤：（自拟） 实验六单相电度表的校验（设计实验） 一、实验目的 1掌握电度表的接线方法。 2学会电度表的校验方法。 二、原理说明 1电度表是一种感应式仪表，是根据交变磁场在金属中产生感应电流，从而产生转矩的基本原理而工作的仪表，主要用语测量交流电路中的电能。它的指示器能随着电能的不断增大（也就是随着时间的延续）而连续的转动，从而能随时反应出电能积累的总数值。因此它的指示器是一个“积算机构”，是将转动部分通过齿轮传动机构折换为被测电能的数值，由数字及刻度直接指示出来。 它的驱动元件是由电压铁芯线圈和电流铁芯线圈在空间上、下排列，中间隔以铝制的圆盘。驱动两个铁芯线圈的交流电，建立起合成的特殊分布的交变磁场，并穿过铝盘，在铝盘上产生感应电流。该电流与磁场的相互作用结果产生转动力矩驱使铝盘转动。铝盘上方装有一个永久磁铁，其作用是对转送的铝盘产生制动力矩，使铝盘转速与负载功率成正比。因此，在某一段测量时间内，负载所消耗 n的电功W就与铝盘的转速n成正比。即N?,比例系数N称为电度表常数，常W 在电度表