电工学实验指导书

1/19电工学实验指导书电路与电子技术实验指导书主编：郭艳清中原工学院二零零九年九月1电子信息学院电工电子教研室前言为适应当前教学改革的需要，根据非电专业电子技术课程的教学基本要求，考虑所选设备的特点，我们重新组织编写了电路与电子技术实验指导书。本书是电路与电子技术课程的配套实验指导书。主要内容包括:共九个实验，其中综合性实验一个。本书是在原电工电子教研室编写的电工技术实验指导书和电子技术实验指导书的基础上整合修改而成，并参考部分重点大学的实验指导。其内容的选择主要考虑本院学生的实际，既实现对学生基本技能的训练，又体现创新能力的培养，还符合教学的先进性、实用性。本书力求做到内容丰富、取材得当，先进实用。使用本书在满足教学基本要求的基础上，必将有利于提高非电专业学生综合应用电子技术的能力。2/19参编本书实验内容的教师有：郭艳清、李伟峰、马艳霞、李晓荃、王凤歌、王永林、王燕、王瑷珲和武超等，郭艳清和申旭老师对全书进行了审定，实验室的薛立、韩建勋和方向前老师对实验参数的确定等提出了许多改进意见。由于编写时间仓促，疏漏与不妥之处在所难免，敬请读者批评指正。编者二零零九年九月2目录前言.2目录.3第一章概述.4第二章实验要求及注意事项.5电工电子实验须知.5基本实验技能和要求.6第三章实验项目.8实验一直流网络定理.8实验二RC电路的过渡过程.16实验三日光灯交流电路的研究.18实验四三相负3/19载的星形联接.错误！未定义书签。实验五低频电压放大器.22实验六运算放大器组成的基本运算电路.26实验七集成与非门与组合逻辑电路.错误！未定义书签。实验八触发器、计数器及其应用.30第四章参考文献.403第一章概述电工学课程是工科院校本科非电专业学生的一门技术基础课。电工学实验是电工学课程重要的实践性教学环节。电工学实验教学不仅能帮助学生巩固和加深理解所学的知识，更重要的是要训练学生的实验技能，提高学生分析问题、解决问题的能力，为学生进一步学习专业知识，拓宽专业领域，运用新的技术打下良好基础。本实验指导书是我院电路与电子技术课程的配套教学用书。实验项目主要包含九个常规实验和一个综合设计性实验。常规性实验的选取的主要依据是教学大纲。通过一些基础性的验证性的实验，使学生巩固所学基本知识，掌握基本仪器的使用，培养学生的搭接电路、调试电路、分析故障的基本能力。综合设计性实验根据非电学生的实际，增加一些较4/19深、较宽的学习内容，使学生了解和掌握课堂上没有讲解的知识，侧重培养学生对基础知识的综合应用能力和对实验的综合分析能力。4第二章实验要求及注意事项电工电子实验须知一、实验的目的和要求实验是电工电子课程重要的实践性教学环节，实验的目的不仅要巩固和加深理所学的知识，更重要的是要训练实验技能，学会独立进行实验，树立工程实际观点和严谨的科学作风。对学生实验技能训练的具体要求是：1能正确使用常用的电工仪表、电工设备及常用的电子仪器。2能按电路图正确接线和查线。3学习查阅手册，对常用的电子元器件具有使用的基本知识。4能准确读取实验数据，观察实验现象，测绘波形曲线。5能整理分析实验数据，独立写出内容完整的、条理清楚的、整洁的实验报告。二、实验课前学生应作的准备工作5/191认真阅读实验指导书，明确实验目的，理解有关原理，熟悉实验电路、内容步骤及实验中的注意事项。2完成实验指导书中有关预习要求的内容。3做好数据记录表格等准备工作。三、实验总结报告的要求一律用学校规定的实验报告纸认真书写实验报告。实验报告的具体内容为：1实验目的2实验原理电路图及主要仪器设备的型号规格。3课前完成的预习内容：包括指导书所要求的理论计算、回答问题、设计记录表格等。4实验数据及处理：根据实验原始记录，整理实验数据，并按指导书要求加以必要处理。5实验总结：完成指导书要求的总结、问题讨论及心得体会，如有曲线应用坐标纸作出。四、实验规则1严禁带电接线、拆线或改接线路。2接线完毕后，要认真复查，确信无误后，经教师同意，方可接通电源进行实验。3实验过程中如果发生事故，应立即关断电源，保持现场，报告指导教师。4实验完毕后，先由本人检查实验数据是否符合6/19要求，然后再请教师检查，经教师认可后才可拆线，并将实验器材整理好。5目录一、基本电工仪表的使用及测量误差的计算?二、减小仪表测量误差的方法?三、电路元件伏安特性的测绘?9四、电位、电压的测定及电路电位图的绘制?12五、基尔霍夫定律的验证?14六、叠加原理的验证?16七、电压源与电流源的等效变换?19八、戴维南定理和诺顿定理的验证?22九、最大功率传输条件的测定?267/19十、受控源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS的实验研究?28十一、典型电信号的观察与测量?32十二、RC一阶电路的响应测试?35十三、二阶动态电路响应的研究?38十四、R、L、C元件阻抗特性的测定?40十五、用三表法测量交流电路等效参数?42十六、正弦稳态交流电路相量的研究?45十七、RC选频网络特性测试?48十八、RLC串联揩振电路的研究?51十九、双口网络测试?54二十、负阻抗变换器?57二十一、回转器?60二十二、互感电路测量?64二十三、单相铁心变压器特性的测试?67二十四、三相交流电路电压、电流的测量?70二十五、三相电路功率的测量?73二十六、单相电度表的校验?77二十七、功率因数及相序的测量?80二十八、三相鼠笼式异步电动机?82二十九、三相鼠笼式异步电动机点动和自锁控制?87三十、三相8/19鼠笼式异步电动机正反转控制?90三十一、三相鼠笼式异步电动机Y降压起动控制?93三十二、三相鼠笼式异步电动机的能耗制动控制?97三十三、工作台往返自动控制?99三十四、三相异步电动机顺序控制?101三十五、C620机床电气控制?103三十六、电动葫芦电气控制?105实验一基本电工仪表的使用及测量误差的计算一、实验目的1.熟悉实验台上各类电源及各类测量仪表的布局和使用方法。2.掌握指针式电压表、电流表内阻的测量方法。3.熟悉电工仪表测量误差的计算方法。二、原理说明1.为了准确地测量电路中实际的电压和电流，必须保证仪表接入电路后不会改变被测电路的工作状态。这就要求电压表的内阻为无穷大；电流表的内阻为零。而实际使用的指针式电工仪表都不能满足上述要求。因此，当测量仪表一旦接入电路，就会改变电路原有的工作状态，这就导致仪表的读数值与电路原有的实际值之间出现误差。误差的大小与仪表本身内阻的大小密切相关。只要测出仪9/19表的内阻，即可计算出由其产生的测量误差。以下介绍几种测量指针式仪表内阻的方法。2.用“分流法”测量电流表的内阻如图1-1所示。A为被测内阻的直流电流表。测量时先断开开关S，调节电流源的输出电流I使A表指针满偏转。然后合上开关S，并保持I值不变，调节电阻箱RB的阻值，使电流表的指针指在1/2满偏转位置，此时有IAISI/2RARBR1可调电流源R1为固定电阻器之值，RB可由电阻箱的刻度盘上读得。图1-13.用分压法测量电压表的内阻。如图1-2所示。V为被测内阻的电压表。测量时先将开关S闭合，调节直流稳压电源的输出电压，使电压表V的指针为满偏转。然后断开开关S，调节RB使电压表V的指示值减半。此时有：RVRBR1电压表的灵敏度为：SRV/U。式中U为电压表满偏时的电压值。4.仪表内阻引起的测量误差的计算。以图1-3所示电路为例，R1上的电压为R1110/19UR1U，若R1R2，则UR1U。R1R22现用一内阻为RV的电压表来测量UR1值，当RVR1RV与R1并联后，RAB，以此来替代RVR1RVR1RVR1上式中的R1，则得UR1U图1-3RVR1R2RVR1RVR1RVR1R1绝对误差为UUR1UR1URVR1R1R2R2RVR1R21R2U化简后得U2RVRR12121212U若R1R2RV，则得U6vUR1UR1-U/6相对误差U100100%UR1U/2由此可见，当电压表的内阻与被则电路的电阻相近时，测量的误差是非常大的。伏安法测量电阻的原理为：测出流过被测电阻RX的电流IR及其两端的电压降UR，则其阻值RX=UR/IR。实际测量时，有两种测量线路，即：相对于电源而言，电流表A接在电压表V的内侧；A接在V的外测。两种线路见图1-4、。11/19由线路可知，只有当RXRV时，RV的分流作用才可忽略不计，A的读数接近于实际流过RX的电流值。图的接法称为电流表的内接法。由线路可知，只有当RXRA时，RA的分压作用才可忽略不计，V的读数接近于RX两端的电压值。图的接法称为电流表的外接法。实际应用时，应根据不同情况选用合适的测量线路，才能获得较准确的测量结果。以下举一实例。在图1-4中，设：U=20V，RA=100，RV=20K。假定RX的实际值为10K。如果采用线路测量，经计算，A、V的读数分别为和，故RX=,相对误差为：10100=如果采用线路测量，经计算，A、V的读数分别为和20V，故RX=20=,相对误差为：10100=1RXRX图1-4四、实验内容1.根据“分流法”原理测定指针式万用表直流电流2.根据“分压法”原理按图1-2接线，测定指针式万用表直流电压和10V档量12/193.用指针式万用表直流电压10V档量程测量图1-3电路中R1上的电压UR1之值，并计算测量的绝对误差与相对误差。电工学实验华南师范大学物理与电信学院电路分析、电工实验室XX3目录电工实验概述实验一电路元件伏安特性的测定实验二基尔霍夫定律的验证实验三实验四实验五实验六实验七叠加原理验证改善功率因数实验三相负载的连接常用电子元、器件的识别与检查三相异步电动机的点动和自锁控制11）13）18）21）26）接线方法较好。2一般应先接串联电路,后接并联回路;或先接主电路,后接辅助电路,最后接通电源电路。3任何负载应先经过开关和保险才能和电源联接,并根据负载电流的大小选择保险丝。13/194线路接好后,先由同组同学做好复查工作,再经经教师检查,方可接通电源。5实验过程中,如需改变接线,必须先切断电源,待改完线路并再次进行检查后,方可接通电源继续进行实验。6为避免电路过渡过程冲击电流表和功率表电流线圈而损坏仪表,一般电流表和功率表电流线圈并不接死在电路中,而是通过电流测量插口来代替它。这样既可以保护仪表不受意外损坏,并且可以提高仪表的得用率。电流测量插口是专门为电流表方便地串入电路而设计的。插口两极是用插头制成。当将电流插头插入插口时,插头的绝缘层将电路切断,又通过电流表将电路接通,从而达到测量电路电流的目的。当将插头拨出插口时,电路又自动闭合。三数据的观测与记录观测并记录实验中的现象和数据是实验过程中最主要的步骤,必须认真仔细地进行。1测量数据前的试做检查为保证实验结果的正确,接通电路以后,不要忙于马上测量数据,而要先大致试做一遍,主要观察各被测量的变化情况和出现的现象是否与理论预料结果相符,如果出现非正常情况,应及时找出原因进行处理。试做过程还可以发现仪表种类和量程选择是否合适,设备的放置及操作是否方便等。若有问题都应在正式实验之前解决。14/192数据的测量与记录试做无问题就可以读取数据,如果要测某一变化曲线,测量点的数目和间隔应选得合适。被测量的最大值或最小值相应的点一定要测出；在变化曲线的较弯曲处，测量点应选得密一些，变化曲线较平滑处，测量点可取得稀一些。测量点要分布在所研究的整个范围内，不要仅局限于某一小部分。测量点的选择，在试做时就要给予考虑。图0-2是合理选择测量点的一个例子。利用指针式仪表测量数据时，目光应正对仪表。一般指针式仪表可读出三位有效数字，未位数字根据指针在小格中的位置来估计。实验数据应记在事先列好的数据表格中，一定要注明被测量的名称单位。保持定值的量可单独记录。四安全用电1实验中应严肃认真细心地进行测试，因电压一般在220-380伏左右，所以不得用手触及未经绝缘的电源或电路中的裸露部分。在接线拆线和改接线路时均应切断电源。15/192闭合或断开闸刀开关时应迅速果断，同时用目光监视仪表和电机设备有无异常现象。例如，有无指针反偏或超量程现象，有无发热冒烟电机转速过高等现象。如果有这些现象应立即切断电源，停止实验，并进行检查。3电源接通后，应培养单手操作习惯，能用单手操作的尽量不用双手操作，以防双手触及线电压电路。4万一出现某种事故，应迅速切断电源，本实验台上有一桔红色“急停”按钮，按下此钮将会迅速切断电源。五实验总结与报告1实验后，应先核对实验数据是否齐全合理，并经教师审核，以便在电路拆除前有核对和重新测量的机会。拆除线路前应首先切断所有电源，然后逐一拆除线路，并将仪器工具导线放置整齐。2实验报告的内容应包括：实验目的与要求。实验原理。整理实验数据，计算实验结果及绘制特性曲线。实验曲线应绘制在坐标纸上，并标明坐标轴所代表的物理量单位。绘制曲线时，应用光滑细线条连接，不能用曲折16/19线连接，不要强求曲线通过所有的实验数据点。图0-3给出了图0-3实验曲线的绘制二种绘制实验曲线的方法，其中图0-3的绘制方法是正确的。回答实验指导书中提出的间题；总结实验中的心得体会和对实验的改进意见。3实验报告与上述要求相差较大时，指导教师可退还学生，并指定学生重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17/19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