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电路部分实验讲义电子与信息工程学院2011 . 07 实验一 电路元件伏安特性的测绘及电源外特性的测量一 实验目的1 掌握线性和非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法2 掌握电源外特性的测试方法3 掌握运用伏安法判定电阻元件类型的方法4 学习使用直流电压表、电流表，掌握电压、电流的测量方法二 实验原理1 电阻元件二端电阻元件的伏安特性是指元件的端电压与通过该元件电流之间的函数关系。通过一定的测量电路，用电压表、电流表可测定电阻元件的伏安特性，由测得的伏安特性可了解该元件的性质。通过测量得到元件伏安特性的方法称为伏安测量法（简称伏安法）。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，根据测量所得数据，画出电压和电流的关系曲线，称为该电阻元件的伏安特性曲线。（1） 线性电阻元件 线性电阻元件的伏安特性满足欧姆定律。在关联参考方向下，可表示为：U=IR，其中R为常量，称为电阻的阻值，它不随其电压或电流改变而改变，其伏安特性曲线是一条过坐标原点的直线，该直线的斜率等于该线性电阻元件的电阻值。如图1-1（a）所示。（2） 非线性电阻元件 非线性电阻元件不遵循欧姆定律，它的阻值R随着其电压或电流的改变而改变，即它不是一个常量，其伏安特性是一条过坐标原点的曲线，如图1-1（b）所示。 U(v) I(mA) I(mA) U(v) 0 0(a) 线性电阻的伏安特性曲线 (b) 非线性电阻的伏安特性曲线图1-1 伏安特性曲线测量时可在被测电阻元件上施加不同极性和幅值的电压，测量出流过该元件中的电流；或在被测电阻元件中通入不同方向和幅值的电流，测量该元件两端的电压，便得到被测电阻元件的伏安特性。2 直流电压源 理想的直流电压源输出固定幅值的电压，而它的输出电流大小取决于它所连接的外电路。因此它的外特性曲线是平行于电流轴的直线，如图1-2（a）中实线所示。实际电压源的外特性曲线如图1-2（a）虚线所示，在线性工作区它可以用一个理想电压源Us和内电阻Rs相串联的电路模型来表示，如图1-2（b）所示。图1-2（a）中角越大，说明实际电压源内阻Rs值越大。实际电压源的电压U和电流I的关系式为： 式（1-1）图1-2 电压源特性测量时将电压源与一可调负载电阻串联，改变负载电阻RL的阻值，测量出相应的电压源电流和端电压，便可以得到被测电压源的外特性。三 实验内容1 测量线性电阻元件的伏安特性（1） 按图1-3接线，取RL=100W。（2） 调节直流稳压电源，使加在线性电阻元件RL两端的电压U分别为0V、0.5V、1V、2V、3V、4V、5V，并测量对应的电流值I，数据记入表1-1。表1-1 线性电阻元件实验数据U（v）00.51234I（mA）R=U/I （W） 图1-3 线性电阻元件的实验线路 图1-4 非线性电阻元件的实验线路（3） 根据测得的数据，在下面坐标平面上绘制出RL= 100W电阻的伏安特性曲线。先取点，再用光滑曲线连接各点。 I(mA) U(V)2 测量非线性白炽灯的伏安特性（1） 按图1-4接线，实验中所用的非线性电阻元件为12V/0.1A小灯泡。（2） 调节直流稳压电源，使加在灯泡两端的电压U分别为0V、1V、2V、3V、4V、5V、6V、7V、8V、9V、10V、11V、12V，测量对应的电流值I，将数据记入表1-2中。表1-2 非线性白炽灯实验数据U（V）0123456789101112I（mA）R=U/I（W）（3） 根据测得的数据在下面坐标平面上绘制出白炽灯的伏安特性曲线。I(mA) 0 U(V)3 测量稳压管的伏安特性（1） 按图1-5接线，R1为限流电阻器。调节电阻器R，使加在稳压管两端的电压U分别为0.10V、0.30V、0.50V、0.55V、0.60V、0.65V、0.70V、0.75V，测量对应的电流值I，将数据记入表1-3中。表1-3 稳压管正向特性实验数据U（V）0.100.300.500.550.600.650.700.75I（mA）（2） 按图1-6接线，调节电阻器R，使流入稳压管的电流I分别为0mA、-1mA、-2mA、-3mA、-4mA、-5mA、-6mA、-8mA、-10mA、-20mA、-30mA、-40mA、-50mA，测量稳压管两端的电压U，将数据记入表1-4中。表1-4 稳压管反向特性实验数据I（mA）0-1-2-3-4-5-6-8-10-20-30-40-50U（V）图1-5 线性电阻元件的实验线路 图1-6 非线性电阻元件的实验线路（3） 根据测得的数据在下面坐标平面上绘制出稳压管的伏安特性曲线。I(mA)U(V)0 4 测量直流电压源的伏安特性（1） 按图1-7接线，将直流稳压电源Us=+12V视作直流电压源，取R=100W。（2） 调节电阻器RL，令其阻值由大至小变化，测量其相对应的电流I和直流电压源端电压U，记于表1-5中。表1-5 电压源实验数据I（mA）U（V）（3） 根据测得的数据在下面坐标平面上绘制出直流电压源的伏安特性曲线。 I(mA)0 U (V)5 测量实际直流电压源的伏安特性（1） 按图1-8接线，将直流稳压电源Us与电阻R0（取100W）相串联来模拟实际直流电压源，如图中虚线框内所示，取R=200W。（2） 调节电阻器RL，令其阻值由大至小变化，测量其相对应的实际电压源端电压U和电流I，记入表1-6中。图1-7 电压源实验线路 图1-8 实际电压源实验线路表1-6 实际电压源实验数据I（mA）U（V）（3） 根据测得的数据在下面平面坐标上绘制实际电压源的伏安特性曲线。 I(mA)0 U (v)四 注意事项1 电流表应串接在被测电流支路中，电压表应并接在被测电压两端，要注意直流仪表“+”、“”端钮的接线，并选取适当的量限。2 使用测量仪表前，应注意对量程和功能的正确选择。3 直流稳压电源的输出端不能短路。五 实验设备 1. 直流稳压电源 1路 2. 万用表 1台3. 电阻器 2只 4. 可调电阻器 1只 5. 白炽灯 1只 6. 稳压管 1只 六. 分析和讨论a) 比较100W电阻、白炽灯和稳压管的伏安特性曲线，得出什么结论？b) 根据不同的伏安特性曲线的性质分别称它们为什么电阻？c) 从伏安特性曲线看欧姆定律，它对哪些元件成立？哪些元件不成立？d) 比较直流电压源和实际直流电压源的伏安特性曲线，从中得出什么结论？e) 稳压电源串联电阻构成的电压源，它的输出电压与输出电流之间有什么关系？是否能写出伏安特性方程式？实验二叠加原理一、实验目的：1.用实验方法验证叠加原理，加深对该定理的理解。2.熟悉万用表、稳压电源的主要技术特性，掌握其正确的使用方法。二、实验内容： 用电路板、直流电源和连接线接成图21电路，用测量电压的方法验证叠加原理。1、测量并记录R1、R2、R3、R4的实际值。R1R2R3R4标称值/ k0.510.3（0.2）0.510.3（0.2实测值/ k误差%2、理论计算：分别按：（1）、E1单独作用（2）、E2单独作用（3）、E1、E2共同作用E1 / VE2/ VU1/VU2/VU3/VU4/V112020631263、按电压值验证叠加原理 分别按：（1）、E1单独作用（2）、E2单独作用（3）、E1、E2共同作用用数字万用表直流电压挡测量并记录按图21所示假定正方向的各电压值。E1 / VE2/ VU1/VU2/VU3/VU4/V11202063126比较各电压理论值和实测值最大相对误差为 U1 ； U2 ； U3 ；U4 三、注意事项1.注意电压表和电流表的极性。 2.实际电压、电流的方向与参考方向一致时取正，反之为负。四、实验设备 1. 电工实验台及相应实验设备 1套 2. 直流稳压电源 1台 3. 数字式万用表 1只五、分析和讨论1、按共同作用时 E1= 12V，E2 = 6V 和电阻R1、R2、R3、R4的标称值，计算E1、E2共同作用时的U1、U2、U3、U4值（三位有效数字）和实际测量值之间的误差分析。实验三 戴维宁定理一、 实验目的1. 通过实验验证的方法进一步加深对戴维宁定理的理解。2. 学习万用表的正确使用方法。二、 实验内容（1） 测量等效内阻Rs和等效电动势 图3-1 有源二端口网络 图3-2 等效电路表31 Rs（） Eo=Uab 公式法 测量值（2）验证戴维宁定理；测定有源二端口网络的外特性在图3-1有源二端口网络的、B端上，依次按下表中各的值取电阻作为负载电阻，测量相应的端电压U、并计算电流I，记入表3-2中。1 测定戴维南等效电源的外特性按图3-2接线，在、B端接上负载电阻，分别取表3-2中所列的各值，测量相应的端电压U、并计算电流I，记入表3-2中。表32 有源二端口网络及等效电路外特性实验数据负载电阻（）100150200300有源二端网络ULIL戴维南等效电路ULIL3.画出有源二端口网络及等效电路外特性曲线。三、 注意事项 线性有源二端口网络除源后的等效内阻Rs可以通过万用表的电流档测得其短路电流来求得、但这必须在网络允许短路的情况下进行。四、 实验设备 1. 电工实验台及相应实验设备 1套 2. 直流稳压电源 1台 3. 数字式万用表 1只五、 分析和讨论1. 试求出图3-1电路中A、B两点间的开路电压、短路电流及等效内阻。2. 实际测量的参数和理论计算值比较。 实验四 电阻、电感电容在正弦交流电路中的伏安特性一、 实验目的1. 进一步理解电气元件在正弦交流电路中的阻抗特性。2. 用实验的方法验证正弦交流电路电路中的基尔霍夫定律并加深对该定律的理解。二、 实验内容 1.分别按图4-1所示的电路接线。调节自耦调压变压器的输出电压，均匀选取5个测量点，测量元件两端的电压和流经其电流，记入表1. 图4-1（A）(B) (C) 基本实验电路 表1电阻R电感线圈Lr电容CUR(V)IR(A)URL(V)IRL(A)UC(V)IC(A)130303025050503707070490909051101101102.分别按图4-2所示的电路接线。调节自耦调压变压器的输出电压，选取一个合适的测量点，测量电路中各分电压和电流，并记入表2. 表2U(V)I(A)U1(V)U2(V) 90 3. 分别按图4-3所示的电路接线。调节自耦调压变压器的输出电压，选取一个合适的测量点，测量电路中电压和各支路电流，并记入表3。 表3U(V)I(A)IR(A)ILR(A)IC(A) 90三、 注意事项 1. 本实验直接用市电220V交流电源供电，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，以免触电，进实验室应穿绝缘鞋。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。四、 实验设备1.数字万用表 1台2.电量仪 1台3.白炽灯 1只 40W /220V4.电感线圈 1只 5.电容器 1只 1F ，4.7F/500V五、分析和讨论 1、由图4-2所示的串联电路测得的各数据、经计算求得的该实验电路各元件的参数（R、 L、C）值与由图4-3并联电路测得的各数据、经计算求得的该实验电路各元件的参数（R、L、C）值有何差异？试分析其中原因。 2、由图4-2所示的串联电路测得的电压各数据，试问为何总电压不等于各分电压之和。试用相量分析。 3、由图4-3并联电路测得的电流各数据，试问为何总电流不等于各分电流之和。试用相量分析。实验五 电感阻抗参数的测量及功率因数的测量和提高一. 实验目的1. 学会用功率表法测量元件的交流等效参数的方法。2. 学会功率表的接法和使用。U*220VWI*Z 3. 学习感性负载电路提高功率因数的方法二. 实验内容1. 电感阻抗参数的测量，按图5-1接线。分别测量40W白炽灯(R)，电感线圈(L)的等效参数。 图5-1表5-1 被测阻抗测量值电路等效参数U（V）I（A）P（W）cosZ（）R（）L(mH)两个白炽灯R90电感线圈L90L与R串联902. 电感阻抗两端并联电容，接线如图5-2。逐渐加大电容量，每改变一次电容量，都要测量端电压U，总电流I，电感阻抗电流IRL，电容电流IC以及总功率P之值，记录于表5-2。 图5-2表5-2电容测量数据uFU(V)I(A)IRL(A)IC(A)P(W)cos29049069089010901190129012.59013903 渐加大电容容量过程中，注意观察并联谐振现象，并找到谐振点。三. 注意事项1. 本实验直接用市电220V交流电源供电，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，以免触电，进实验室应穿绝缘鞋。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。四. 实验设备1. 数字万用表 1台2. 电量仪 1台3. 白炽灯 1只 40W /220V4. 电感线圈 1只 5. 电容器 2只 1F ，4.7F/500V五. 分析和讨论1根据表5-2实验数据，分别讨论所测参数的变化情况。 2讨论改善电路功率因数的意义和方法。实验六 常用电子仪器的使用一、实验目的 1.交接常用电子仪器的用途及主要性能指标。 2.初步掌握常用电子仪器的正确使用方法及注意事项。二、实验内容1、示波器校准信号的测量：被测参数标准值实测值幅值Up-p（V）周期T（ms）频率f（Hz）2、正弦信号电压的测量：1KHz函数信号发生器输出电压（V）30.5示波器测量电压的峰峰值Up-p（V）示波器测量电压的有效值U（V）交流毫伏表测量电压U（V）3、正弦信号频率的测量：（Up-p=5V）函数信号发生器输出频率（Hz）50100050001000050000交流毫伏表测量电压U（V）数字万用表测量电压U（V）示波器测量电压Up-p（V）示波器测量周期T（ms）4、用函数信号发生器输出频率1KHZ，幅度为0-1V的矩形波。并记录波形。5、示波器测量相位差：用函数信号发生器输出频率1KHZ，幅度为Upp=5V的正弦波 =X/XT *360 （ XT为周期 X为X轴方向的差距）。并记录波形。三、注意事项 1.连接电路时，各实验仪器的“地”线（电缆线的屏蔽线夹）必须接在一起，以保证测量系统的“地”电位相同。 2.在实验过程中不要反复开、关实验仪器。四、实验设备 1.示波器 一台 2.函数信号发生器 一台 3.直流稳压电源 一台 4.数字万用表 一只 5.电工实验台和相应的实验设备 一套五、分析和讨论 1.示波器中扫描和同步的作用是什么？ 2.用毫伏表测量信号时，信号频率的高低对读数有无影响，为什么？ 3.能用万用表交流电压档测量信号源输出的信号吗？为什么？实验七 RC电路的过渡过程一、实验目的1.观察RC电路在矩形脉冲电压激励下的响应波形。2.用实验的方法研究RC电路的时间常数与过渡过程的关系。二、实验内容1. 一阶过渡过程如图7-1：将函数信号发生器输出的矩形波电压幅值调至Um=5V、频率f=1kHZ，作为一阶RC电路的输入。电容C=0.1F，使得RC=分别为0.1T，0.5T，1T时（T为输入信号的周期），用示波器观测电容C两端的电压UC（t）（图7-1）、 电阻R两端的电压UR（t）（图7-2）的波形，并记录于坐标纸上。 2. 二阶过渡过程如图7-3：将函数信号发生器输出的矩形电压幅值调至Um=5V、频率f=1KhZ，作为二阶RCL电路的输入。改变电阻R，观测电阻R的阻值对电路过程的影响。并记录R=0时电容两端电压UC（t）的波形及你认为最能典型地表明电路处于衰减震荡和临界阻尼状态时，电容C两端的电压u(t)的波形及电阻参数值。图7-1图7-2图7-3三、注意事项 1.为了确保实验数据的精确性，应把各实验仪器及实验板的“地”接在一起，实现共地。 2.在做充电实验前应预先把电容器的储电充分释放；在做放电实验前应把电容充足电能。四、实验设备 1.示波器 一台 2.函数信号发生器 一台 3.直流稳压电源 一台 4.数字万用表 一只 5.电工实验台和相应的实验设备 一套五、分析和讨论 在用示波器测量各电路中电容电压uc(t)和ic(t)时，试分别分析，当示波器的垂直输入信号耦合方式转换开关分别置于“AC”和“DC”时，示波器所显示的波形有何不同？实验八 三相电路电压、电流的测量一. 实验目的1. 掌握三相负载和电源的正确联接方法。2. 进一步了解三相电路中线、相电压及线、相电流之间的关系。3. 充分理解三相四线制供电系统中中线的作用。二. 实验内容1. 三相负载作星形联接（三相四线制供电）：(1)将灯泡负载作星形联接（图8-1）并请教师检查线路。 图8-1(2)当对称负载时，测量有中线和无中线时的各电量。(3)当不对称负载时，测量有中线和无中线时的各电量。（其中C相负载的灯泡增加一组）注意：在断开中线时，由于各相电压不平衡，测量完毕应立即断开电源。表8-1 实验内容（负载情况）线电流（A）线电压（V）相电压（V）中线电流I0(A)中点电压U0N(V)IAIBICUABUBCUCAUA0UB0UC0对称负载有中线无中线不对称负载有中线无中线2. 三相负载作三角形联接：(1)按图8-2联接线路并请教师检查。 图8-2(2)测量对称负载时的各电量。(3)测量不对称负载时的各电量。（将其中某一相灯泡增加一组）表8-2 测量数据实验内容（负载情况）线电压=相电压（V）线电流（A）相电流（A）UABUBCUCAIAIBICIABIBCICA对称负载不对称负载三.注意事项1. 本实验采用三相交流市电。实验时要注意人身安全，不可触及导电部件，防止意外事故发生。2. 每次接线完毕，同组同学应自查一遍，然后由指导教师检查后，方可接通电源，必须严格遵守先断电、再接线、后通电；先断电、后拆线的实验操作原则。四. 实验设备 1. 灯泡负载板 2块 MC10932. 单相电量仪 1台 MC1098 3. 数字万用表 1台五. 分析和讨论1. 三相负载根据什么条件作星形或三角形连接？2. 负载作星形联接或作三角形联接，取用同一电源时，负载的相，线电量有何不同？3. 对称负载作星形联接，无中线的情况下断开一相，其它两相发生何变化?若为三角形联接时又如何？4. 负载为星形联接，中线的作用如何？在什么情况下必须有中线，在什么情况可不要中线？5. 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？6. 根据不对称负载三角形联接时的相电流值作相量图， 并求出线电流值，然后与实验测得的线电流作比较，分析之。实验九 三相电路功率的测量一 实验目的1掌握用三瓦特表法、 二瓦特表法测量三相电路有功功率与无功功率的方法2进一步熟练掌握功率表的接线和使用方法二 实验内容P1P2 图9-1 图9-2 图9-31. 如图9-1用三瓦特表法测定三相对称Y0接以及不对称Y0接负载的总功率P。对于三相四线制供电的三相星形联接的负载（即Yo接法），可用一只功率表测量各相的有功功率PA、PB、PC，则三相功率之和（PPAPBPC）即为三相负载的总有功功率值。实验按图9-4线路接线。图 9-4经指导教师检查后，接通三相电源，按表9-1的要求进行测量及计算。表 9-1负载情况测量数据计算值PA（W）PB（W）PC（W）P（W）Y0接对称负载Y0接不对称负载2. 如图9-2用二瓦特表法测定三相负载的总功率(1) 按图9-5接线，将三相灯组负载接成Y形接法和形接法。图 9-5经指导教师检查后，接通三相电源，按表9-2的内容进行测量。表 9-2负载情况测量数据计算值P（W）P（W）P（W）Y接对称负载Y接不对称负载接对称负载接不对称负载3. 如图9-3用三瓦特表法测定三相对称星形负载的无功功率，按图9-6 所示的电路接线。 图 9-6接通三相电源，读取三表的读数，并计算无功功率Q，记入表9-4。分别按V、UUW和W、UV接法，重复(1)测量，比较各自=表 9-4