电路各实验思考题

1 戴维宁定理 1 1 举例说明测量一个线性有源二端网络的开路电压举例说明测量一个线性有源二端网络的开路电压和等效入端电阻和等效入端电阻的两种方法 的两种方法 oc U 0 R 答 测开路电压测开路电压 oc U 方法一 直接测量直接测量 在有源二端网络输出端开路时 直接用电压表接开路两端 即可测其输出端的开路电压 oc U 方法二 零示法零示法 如右图所示 在有源二端网络输出端外加一个与反向的可调的稳压 oc U 源 U 慢慢调节稳压源 U 使被测电路中的电流表示数为零 根据补偿法可知等于稳压电源电压 U 如右图所示 oc U 测等效入端电阻测等效入端电阻 0 R 方法一 开路电压 短路电流法开路电压 短路电流法 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 然后再将 oc U 其输出端短路 用电流表测其短路电流 则等效内阻为 SC I SC oc I U R 0 因此 只要测出有源二端网络的开路电压和短路电流 就可得出 这种方法 oc U SC I 0 R 最简便 但是 对于不允许将外部电路直接短路的网络 例如有可能因短路电流过大而损 坏网络内部的器件时 不能采用此法 方法二 外加电源法外加电源法 令含源一端口网络中的所有独立电源置零 然后在端口处加一给定电压 U 测得流入 端口的电流 I 如右图 则 I U R 0 也可以在端口处接入电流源 I 测得端口电源 U 如右图 则 0 I U R 2 2 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 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 如果电压源短路 会把电源给烧坏 相当于负载无限小 功率为无穷大 R U P 2 如果电流源开路 相当于负载无穷大 那么功率为无穷大 也会烧坏电流源 RIP 2 3 电压源与电流源的外特性为什么呈下降趋势 稳压源和恒流源的输出在任何负载下是否电压源与电流源的外特性为什么呈下降趋势 稳压源和恒流源的输出在任何负载下是否 保持恒值 保持恒值 因为电压源有一定内阻 随着负载的增大 内阻的压降也增大 因此外特性呈下降趋 势 A U 0 R oc U 2 电流源实际也有一个内阻 是与理想恒流源并联的 当电压增加时 同样由于内阻的存在 输出的电流就会减少 因此 电流源的外特性也呈下降的趋势 不是 当负载大于稳压源对电压稳定能力时 就不能再保持电压稳定了 若负载进一 步增加 最终稳压源将烧坏 实际的恒流源的控制能力一般都有一定的范围 在这个范围内恒流源的恒流性能较好 可以基本保持恒流 但超出恒流源的恒流范围后 它同样不具有恒流能力了 进一步增加 输出的功率 恒流源也将损坏 功率因数的提高 1 1 为提高电路功率因数所并联的电容器的电容值是否越大越好 为提高电路功率因数所并联的电容器的电容值是否越大越好 答 不是 功率因数由提高到 并联电容 无功容量的确定 1 cos 2 cos 由上述向量图 有 21 sinsin III LC 代入上式 得将 cos cos 12 U P I U P I L tantan 21 CU U P IC tantan 21 2 U P C tantan 21 2 PCUQC 综上所述可知 补偿容量不同功率因素提高也不一样 欠补偿 功率因素提高适合 全补偿 电容设备投资增加 经济效果不明显 过补偿 使功率因数又由高变低 性质不同 综合考虑 功率因素提高到适当值为宜 0 95 左右 2 2 说明电容值的改变对负载的有功功率说明电容值的改变对负载的有功功率 总电流 总电流 日光灯支路电流 日光灯支路电流有何影响 有何影响 PI RL I 答 电容值的改变并不会影响负载的有功功率及日光灯支路的电流 3 3 提高电路的功率因数为什么只采用并联电容法 而不采用串联法 提高电路的功率因数为什么只采用并联电容法 而不采用串联法 答 因为串联电容虽然也可以提高功率因数 但它会使电路中的电流增大 从而增大日光 灯的有功功率 可能会超过它的额定功率而使日光灯损坏 4 4 在在 50Hz50Hz 的交流电路中 测得一只铁心线圈的的交流电路中 测得一只铁心线圈的 和和 如何算得它的阻值及电感量 如何算得它的阻值及电感量 PIU 答 若测得一只铁心线圈的 和和 则联立以下公式 阻抗的模 电路的功PIU I U Z 率因数 等效电阻 等效电抗 UI P cos cos 2 Z I P R sinZX 可计算出阻值和电感量 fLXX L 2 RL 3 5 为了改变电路的功率因数常在感性负载上并联电容器此时增加了一条电流支路问电路的为了改变电路的功率因数常在感性负载上并联电容器此时增加了一条电流支路问电路的 总电流增大还是减小 此时感性原件上的电流和功率是否改变 总电流增大还是减小 此时感性原件上的电流和功率是否改变 答 总电流减小 此时感性原件上的电流和功率不变 三相电路 1 1 采用三相四线制时 为什么中线上不允许装保险丝 采用三相四线制时 为什么中线上不允许装保险丝 答 会增加 断零 的可能性 如开关拉开 开关接触不良 断零 后接在三相四线上的 220V 负载相当于星形联接接在 380V 上 然而三相负载不可能是平衡的 负载轻的一相电压 最高 使这一相上的 220V 设备大量烧坏 而对单相负荷则不可能有回路 断零 后会造成 中性线对地电压升高 增加触电的可能性 因此 规定在中线上不允许安装熔断器和开关设 备 并选择机械强度高的导线 2 2 本实验中为什么要将每相负载设为两个本实验中为什么要将每相负载设为两个 40W40W 灯泡的串联 灯泡的串联 答 答 3 3 试说明对称三相电路中的试说明对称三相电路中的关系 关系 3 答 答 在三相电路的星形连接中 在电源和负载都对称情况下 线电压与相电压的数值关 系为线电压是相电压的倍 即 3 Pl UU3 在三相电路的三角形联接中 线电压恒等于相电压 两线电流则为两个相电流的矢量 差 当电源和负载都对称时 线电流在数值上为相电流的倍 即 3 pl II3 4 4 试分析三相对称星形负载一相开路时各相电压的变化情况 设试分析三相对称星形负载一相开路时各相电压的变化情况 设 A A 相负载开路 相负载开路 了解 了解 答 答 实验数据表明当三相对称星形负载 B 相开路时 在有中线的情况下 即使负载不对称 各相负载都可以得到对称的电压 在无中线的情况下 负载不对称则导致各相负载获得的 电压不对称 阻抗小的负载获得的电压很低 导致负载无法工作 而阻抗大的负载获得的 电压与线电压相同 可能会导致负载烧毁 由此可推出中线的作用 无论负载对称与否 只要有中线 就可以保证各相负载获得 对称的相电压 安全供电 如果没有的话 在三相负载不对称时会造成三相负载获得的电 压不相等 导致有的负载相电压高 甚至高过额定电压 有的负载的相电压降低 导致负 载无法正常工作 5 5 用实验结果分析 三相对称星形负载一相短路时各相电压的变化情况 设用实验结果分析 三相对称星形负载一相短路时各相电压的变化情况 设 B B 相负载短相负载短 路 路 答 答 实验数据表明 B 相负载短路后 相电压 220 AO UV 0 BO UV 220 CO UV 相电压提高到了 220V 若线电压是 380V 则 B 相短路后 A 相电压和 C 相电压会升高到 380V 两相负载获得的电压将会高于负载的额定工作电压 甚至会烧坏负载设备 三相电路的功率测量 1 1 在图中 如何根据两只功率表的读数的大小判别负载的性质 在图中 如何根据两只功率表的读数的大小判别负载的性质 4 答 答 在负载对称情况下 1 当负载为纯电阻时 两功率表的读数相同 2 当负载的功率因数为 0 5 时 将有一个功率表的读数为零 3 当负载的功率因数小于 0 5 时 将有一个功率表的读数为负值 4 当负载的功率因数大于 0 5 时 两个功率表的读数均为正值 2 2 对于照明负载来说 为什么中线上不允线接保险丝 对于照明负载来说 为什么中线上不允线接保险丝 答 因为照明负载是不对称负载 中线上有电流 而且电流是变化 当电流变化使保险丝 烧断 就会发生不对称负载无中线的情况 3 3 用二瓦法三瓦法测量三相四线制 不对称 负载功率 核算三相总功率时 两种方法得用二瓦法三瓦法测量三相四线制 不对称 负载功率 核算三相总功率时 两种方法得 到的功率值不同 为什么 哪种对 到的功率值不同 为什么 哪种对 答 因为三相四线制 不对称 负载时 中线上有电流 两瓦法测量的是电路上消耗的总 功率 而三瓦法测量的是各相负载上消耗的功率 用三瓦法测量的功率对 它反映的是三 相负载消耗的实际功率 4 4 对称三相电路无功功率的两种测量方法 对称三相电路无功功率的两种测量方法 答 1 用二瓦计法测量对称三相电路的无功功率 在对称三相电路中 可以用二瓦计法测得的数值 来求出负载的无功功率和 1 P 2 PQ 负载的功率因数 表达式为 3 21 PPQ 21 21 3arctan PP PP 2 用一瓦计法测量对称三相电路的无功功率 在对称三相电路中 无功功率还可以用一只功率表来测量 如图 12 4 这时三相负载 所吸收的无功功率为 式中 是功率表的读数 当负载为感性时 功率表正 PQ3 P 向偏转 当负载为容性时 功率表反向偏转 读数取负值 5 5 测量功率时为什么在线路中通常都接有电流表和电压表 测量功率时为什么在线路中通常都接有电流表和电压表 答 信号的观察与测量 仪器与仪表的使用 1 示波器面板上示波器面板上 s div 和和 v div 的含义是什么 的含义是什么 5 答 示波器面板上 s div SEG DIV 是扫描速度的调节开关 用于调节扫描速度 即示波器上水平方向每大格所占的扫描时间 也叫扫描时间因数 示波器面板上 v div VOLTS DIV 为信号垂直偏转灵敏度衰减开关 用于调 节垂直偏转灵敏度 即示波器上垂直方向每大格所占的电压幅值 也叫垂直偏转因数 2 观察本机观察本机 标准信号标准信号 是 要在荧光屏上得到两个周期的稳定波形 而幅度要求为五是 要在荧光屏上得到两个周期的稳定波形 而幅度要求为五 格 试问格 试问 Y 轴电压灵敏度应置于哪一档位置 轴电压灵敏度应置于哪一档位置 s div 又应置于哪一档位置 又应置于哪一档位置 答 实验被测标准信号输入通道 可自行选择 通道的 Y 轴电压灵敏度 1 Y VOLTS DIV 应置于 0 1V 档位置 s div 又应置于 0 2ms 档位置 3 用示波器观察正弦信号 荧光屏上出现下图所示情况时 试说明测试系统中那些旋钮用示波器观察正弦信号 荧光屏上出现下图所示情况时 试说明测试系统中那些旋钮 的位置不对 应如何调节 的位置不对 应如何调节 A B C D E F 答 答 A 此情况出现的原因是选择了通道作为信号输入通道 而垂直触发方式却选择了的 1 Y 2 Y 触发方式 另外 信号输入端置地了也会出现这种情况 应检查信号输入通道与触发通 道是否一致 不一致应调节为一致 检查信号输入端是否置地 置地应调节为不置地 B 此情况出现的原因是 Y 轴位移 垂直方向位移或水平方向位移 调节不当 使得整个 波形超出了示波器的显示屏 应调节 Y 轴位移使信号波形显示在是示波器的显示屏幕 上 C 此情况出现的原因是扫描方式扫描不对或者电平调节不对 应重新调节 D 此情况出现的原因是示波器面板上 v div VOLTS DIV 信号垂直偏转灵敏度衰减开 关调得过小 即示波器上垂直方向每大格所占的电压幅值 也叫垂直偏转因数 调得过小 应把此值调大 E 此情况出现的原因是示波器面板上 s div SEC DIV 扫描速度的调节开关 调节扫描 速度调节的过大 即示波器上水平方向每大格所占的扫描时间 也叫扫描时间因数 调得 过大 应把此值调小 F 此情况出现的原因是选择了通道作为信号输入通道 而垂直触发方式却选择了的 1 Y 2 Y 触发方式 并且示波器面板上 s div SEC DIV 扫描速度的调节开关 调节扫描速度 6 调节的过大 即示波器上水平方向每大格所占的扫描时间 也叫扫描时间因数 调得过大 此情况即是 A 和 E 情况的叠加结果 此时应按 A 和 E 情况的调节方法调节示波器 4 4 用示波器观察某信号波形时 要达到以下要求 应调节哪些旋纽 用示波器观察某信号波形时 要达到以下要求 应调节哪些旋纽 波形清晰 波形清晰 波形波形 稳定 稳定 改变所显示波形的周期数 改变所显示波形的周期数 改变所显示波形的幅值 改变所显示波形的幅值 答 通过调节聚焦旋钮可使波形更清晰 通过配合调节电平 释抑旋钮可使波形稳定 调节扫描速度旋钮 调节灵敏度旋钮 5 5 总结如何正确使用双踪示波器 函数发生器等仪器 总结如何正确使用双踪示波器 函数发生器等仪器 用示波器读取被测信号电压值 周用示波器读取被测信号电压值 周 期 频率 的方法 期 频率 的方法 答 要正确使用示波器 函数发生器等仪器 必须要弄清楚这些仪器面板上的每个旋钮及 按键的功能 按照正确的操作步骤进行操作 用示波器读取电压时 先要根据示波器的灵敏度 知道屏幕上 Y 轴方向每一格所代表 的电压值 再数出波形在 Y 轴上所占的总格数 h 按公式 计算出电压的有效值 用示波器读取被测信号的周期及频率时 先要根据示波器的扫描速率 知道屏幕上 X 轴方向每一格所代表的时间 再数出波形在 X 轴上一个周期所占的格数 d 按公式 T d ms cm 计算相应的周期和频率 6 6 欲测量信号波形上任意两点间的电压应 如何测量 欲测量信号波形上任意两点间的电压应 如何测量 答 先根据示波器的灵敏度 知道屏幕上 Y 轴方向每一格所代表的电压值 再数出任意两 点间在垂直方向所占的格数 两者相乘即得所测电压 R L C 串联谐振电路 1 1 改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振 改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振 答 由公式可知 改变电路的电容 C 电感 L 或激励频率 2 1 0CL XX LC ff f 参数可以使电路发生谐振 2 2 如果信号源给出如果信号源给出 1V 的电压 电路谐振时 用交流毫伏表测量的电压 电路谐振时 用交流毫伏表测量和和 应该选择多 应该选择多 L U C U 大的量限 大的量限 答 应用 10V 的限量 R L C 串联电路发生谐振时 电感与电容两端的电压相等 一般 情况下 其数值高于电源电压许多倍 3 3 谐振时 输出电压谐振时 输出电压与输入电压与输入电压是否相等 对应的是否相等 对应的和和是否相等 如果不是否相等 如果不 0R U i U 0C U 0L U 等 原因何在 等 原因何在 答 R L C 串联电路发生谐振时 输出电压与输入电压相等 电路的阻抗最小 0R U i U 电流最大 对应的和不相等 因为电感线圈的线阻是不可忽略的 0C U 0L U 4 4 要提高要提高 R L C 串联电路的品质因数 电路参数应如何改变 串联电路的品质因数 电路参数应如何改变 答 R L C 串联电路的品质因数计算公式为 L QR C 故要提高 R L C 串联电路的品质因数 可以增大电路的电感 L 的值或减少电容 C 的值或 者减少电阻 R 的值 5 5 某收音机的输入回路 调谐电路 某收音机的输入回路 调谐电路 可以简化为一个线圈和一个可变电容器串联的电路 可以简化为一个线圈和一个可变电容器串联的电路 线圈的电感线圈的电感 可变电容器的变化范围是 可变电容器的变化范围是 试求此 试求此0 233LmH 1 42 5CpF 360pF 串联电路谐振频率的范围 串联电路谐振频率的范围 答 RLC 串联电路的谐振频率为 7 0 1 2 f LC 01 312 1 11 1600 2 20 233 1042 5 10 fHzkHz LC 02 312 2 11 550 2 20 233 10360 10 fHzkHz LC 即此串联电路谐振频率的范围为 550kHz 1600kHz 6 6 可以用哪些实验方法判别电路处于谐振状态 可以用哪些实验方法判别电路处于谐振状态 答 当电路处于谐振状态是整个电路阻抗最小 电流最大 可以通过电流的变化趋势得出 何时处于谐振状态 也可以用示波器观察 C L 两端电压相位 通过李萨如图形分析 7 7 在测试电路频率特性时 信号源输出电压会随着频率的变化而变化 为什么 在测试电路频率特性时 信号源输出电压会随着频率的变化而变化 为什么 答 因为信号源有内阻 当外接负载后 负载的阻抗随着频率的变化而变化 则回路中的 电流也随着频率的变化而变化 内阻上压降也随着频率的变化而变化 所以信号源输出电 压会随着频率的变化而变化 8 8 电阻值的变化对谐振频率和带宽的影响 电阻值的变化对谐振频率和带宽的影响 答 电阻变化对谐振频率没有影响 电阻增大带宽减小 反之增大 9 9 串联谐振电路的阻抗随频率的是如何变化的 串联谐振电路的阻抗随频率的是如何变化的 答 频率从小到大变化阻抗从大变小再从小变大 阻抗最小点就是谐振发生时 RC 一阶电路的响应 1 1 已知已知 RC 一阶电路的一阶电路的 试计算充放电时间常数 试计算充放电时间常数 并根据并根据值的值的10 0 1RkCF 物理意义 拟定测定物理意义 拟定测定的方案 的方案 答 答 根据时间常数的计算公式可得 36 10 100 1 101RCsms 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 这就是时间常数的物理意义 对于零状态响应 亦可用其响应波形增长到 0 632U 所对应的时间测得 2 2 什么叫微分电路 什么叫积分电路 这两种电路有何功用 什么叫微分电路 什么叫积分电路 这两种电路有何功用 答 答 输出电压在数学上与输入电压有导数关系的电路叫微分电路 且其时间常数 其中 T 为电路激励的信号的周期 微分电路输出电压在数学上与输入电压 2RCT 的关系是 ci R dudu uiRRCRC dtdt 输出电压在数学上与输入电压有积分关系的电路叫积分电路 且其时间常数 其中 T 为电路激励的信号的周期 积分电路输出电压在数学上与输入电压2RCT 的关系是 这两种电路都可以用于实现波形的变换 11 Ci Uidtu dt CRC 3 3 什么样的电信号可作为 什么样的电信号可作为 RC 一阶电路零输入响应 零状态响应和全响应的激信号 一阶电路零输入响应 零状态响应和全响应的激信号 答 阶跃信号或者是方波信号 4 4 在电路参数己定的 在电路参数己定的 RC 微分电路和积分电路中 当输入频率改变时 输出信号波形是否微分电路和积分电路中 当输入频率改变时 输出信号波形是否 改变 为什么 改变 为什么 答 改变 因为频率改变时 脉宽会发生变化 时间常数与脉宽的关系就会发生变化 所 以输出信号的波形也会改变 二端口网络参数的测定 1 1 本实验方法可否用于交流双口网络的测定 本实验方法可否