电路实验指导手册

电路实验指导手册前言本电路实验装置采用上海宝徕科技开发有限公司生产的SBL2型电工实验台。该实验台结构合理，安全可靠，可做实验二十二个，本实验指导书根据教学大纲从中摘选十三个实验编写。在实验指导书的制定、整理和审核工作中，得到了上海宝徕科技开发有限公司、惠州学院电子信息系林卫中教授、徐瑜老师、刘晓莉老师的大力帮助，在此表示感谢由于时间仓促，本实验指导书有不当之处、需要改进的地方，请各位老师和同学指正，以便在以后的工作中进一步完善。实验室安全卫生制度为了搞好以防盗、防火、防爆、防灾害等事故为中心的安全预防工作，保障师生员工人身和实验室的安全，特作如下规定1实验室安全工作要坚持各级主管领导负责制，切实抓好安全教育，树立“预防为主，安全第一”的思想，把安全工作真正落实到实处。2实验室要建立健全有关操作规程，建立安全值班制度；值班人员要坚守岗位，认真做好安全管理工作；当班教师要配合值班人员进行安全检查；每次实验结束和下班前，都要切断电源、水源等，消除火种、关锁好门窗等。3凡有危险性的实验，任课教师必须首先讲清操作规程，安全事项，其后必须两人以上进行实验，不得随便让非实验人员操作。4实验室要加强对易燃、易爆等危险品的管理。5严禁乱拉、乱接电源线，经常检修，维护线路以及通风、防火设备等。电炉要专人管理，不得私用电炉与炊、烹电器。6严禁在实验室内抽烟与未经批准动用明火，做好防火与消防设施的维护、管理工作。7如发生不安全紧急情况，要及时报警。8凡违反安全规定造成的事故，要及时上报，不准隐瞒不报，并按有关规定对主管领导与当事人予以严肃处理。9实验工作人员，应做好本室的文明建设、整洁卫生工作，实验仪器设备应布局合理、摆放整齐，并且要定期对实验室卫生工作进行检查，采取措施，保持良好的实验环境。实验室的桌面、墙面、地面、门窗和设备应无积灰、蛛网及杂物。10各实验室人员需协助实验室主任负责实验室的安全工作。电子科学系电路实验室守则一、保持实验室内清洁、整齐和安静，不得在室内吸烟、喧哗、打闹、吃东西，尤其不得在室内吃香口胶，其渣滓严禁掉在台面、地板及走廊上。二、爱护设备，正确操作和实验，发现异常现象应迅速关机或切断电源，立即报告实验室管理人员；不准擅自开关照明、空调和其它用电设备，严禁自行拆卸搬动设备，不准动用与本实验无关的仪器设备。三、实验时，先按要求接好电路，认真检查线路，经实验教师检查无错后才能正式加电工作。四、实验过程中认真、真实地记录实验数据，课后写出实验报告交实验教师批改。五、实验完毕先经实验教师检查实验结果，整理台面、各类导线分类归好，仪器开关旋钮置于合适位置，得到实验教师的许可方可离室。六、学生轮流值日，打扫卫生。七、带他人进入实验室须经系领导同意。八、对于不遵守守则的行为，任何人都可以指出，劝其改正，不听劝告者，实验教师有权停止其实验。九、注意安全，积极作好“防火、防盗、防破坏、防事故”工作。十、因违反守则而引起事故或造成损失将要追究责任。电子科学系电路实验目录实验一基尔霍夫定律验证和电位的测定3实验二叠加原理验证3实验三戴维南定理验证和有源一端口网络的研究3实验四受控源VCCS、VCVS、CCVS、CCCS的特性曲线3实验五RC一阶电路响应与研究3实验六元件参数测量3实验七阻抗的串联、并联和混联3实验八互感电路的测量3实验九日光灯COS的提高3实验十三相交流电路3附录一MC1050/MC1098多功能智能仪表板的使用与操作3附录二MC1026三相功率表板的使用与操作3附录三示波器的说明及使用3电路实验01实验一基尔霍夫定律验证和电位的测定一、实验目的1验证基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。2通过电路中各点电位的测量加深对电位、电压及它们之间关系的理解。3通过实验加强对参考方向的掌握和运用的能力。4训练电路故障的诊查与排除能力。二、原理与说明1基尔霍夫电流定律（KCL）在任一时刻，流出（或流入）集中参数电路中任一可以分割开的独立部分的端子电流的代数和恒等于零，即I0或I入I出式（31）此时，若取流出节点的电流为正，则流入节点的电流为负。它反映了电流的连续性。说明了节点上各支路电流的约束关系，它与电路中元件的性质无关。要验证基式电流定律，可选一电路节点，按图中的参考方向测定出各支路电流值，并约定流入或流出该节点的电流为正，将测得的各电流代入式（31），加以验证。2基尔霍夫电压定律（KVL）按约定的参考方向，在任一时刻，集中参数电路中任一回路上全部元件两端电压代数和恒等于零，即U0式（32）它说明了电路中各段电压的约束关系，它与电路中元件的性质无关。式（32）中，通常规定凡支路或元件电压的参考方向与回路绕行方向一致者取正号，反之取负号。3电压、电流的实际方向与参考方向的对应关系参考方向是为了分析、计算电路而人为设定的。实验中测量的电压、电流的实际方向，由电压表、电流表的“正”端所标明。在测量电压、电流时，若电压表、电流表的“正”端与参考方向的“正”方向一致，则该测量值为正值，否则为负值。4电位与电位差在电路中，电位的参考点选择不同，各节点的电位也相应改变，但任意两节点间的电位差不变，即任意两点间电压与参考点电位的选择无关。5故障分析与检查排除1实验中常见故障连线连线错，接触不良，断路或短路；元件元件错或元件值错，包括电源输出错；参考点电源、实验电路、测试仪器之间公共参考点连接错误等等。2故障检查故障检查方法很多，一般是根据故障类型，确定部位、缩小范围，在小范围内逐点检查，最后找出故障点并给予排除。简单实用的方法是用万用表（电压档或电阻档）在通电或断电状态下检查电路故障。通电检查法用万用表的电压档（或电压表），在接通电源情况下，根据实验原理，电路某两点应该有电压，万用表测不出电压；某两点不应该有电压，而万用表测出了电压；或所测电压值与电路原理不符，则故障即在此两点间。断电检查法用万用表的电阻档（或欧姆表），在断开电源情况下，根据实验原理，电路某两点应该导通无电阻（或电阻极小），万用表测出开路（或电阻极大）；某两点应该开路（或电阻很大），但测得的结果为短路（或电阻极小），则故障即在此两点间。三、实验设备名称数量型号直流稳压电源1台030V可调1台1组15V固定2万用表1台3电阻4只10011501220151014短接桥和连接导线若干P81和501485实验用9孔插件方板1块297MM300MM四、实验步骤1验证基尔霍夫定律（KCL和KVL）的实验线路2基尔霍夫电流定律（KCL）的验证（1）按图32接线，US1、US2用直流稳压电源提供。（2）用万用表（电流档）依次测出电流I1、I2、I3，（以节点B为例），数据记入表31内。（3）根据KCL定律式（31）计算I，将结果填入表31，验证KCL。表31验证KCL实验数据I1MAI2MAI3（MA）I3基尔霍夫电压定律（KVL）的验证（1）按图32接线，US1、US2用直流稳压电源。（2）用万用表的电压档，依次测出回路1（绕行方向BEAB）和回路2（绕行方向BCDEB）中各支路电压值，数据记入表32内。（3）根据KVL定律式（32），计算U，将结果填入表32，验证KVL。表32验证KVL实验数据UBEVUEAVUABVU回路1BEABUBCVUCDVUDEVUEBVU回路2BCDEB4电位的测定（1）仍按图32接线。（2）分别以C、E两点作为参考节点（即VC0、VE0；也即黑表笔分别放在C、E点，红表笔测A,B，C，D，E点），测量图32中各节点电位，将测量结果记入表33中。（3）通过计算验证电路中任意两点间的电压与参考点的选择无关。表33不同参考点电位与电压测试值VVAVBVCVDVEC节点E节点计算值VUABUBCUCDUDEUEBUEAC节点E节点五、注意事项使用指针式仪表时，要特别关注指针的偏转情况，及时调换表的极性，防止指针打弯或损坏仪表。直流电压源输出时，须首先将交流调压器调至20以上，才可保证直流电压满量程（030V）输出。4验证KCL、KVL时，电压端电压都要进行测量，实验中给定的已知量仅作为参考。5测量电压、电位、电流时，不但要读出数值来，还要判断实际方向，并与设定的参考方向进行比较，若不一致，则该数前加“”号。6优化电路接线图，尽量清晰明了。六、分析和讨论1测量电压、电流时，如何判断数据前的正负号负号的意义是什么2电位出现负值，其意义是什么3计算表32中的U是否为零为什么4对表33中的计算值进行分析，可以得出什么结论电路实验02实验二叠加原理验证一实验目的1验证叠加定理，加深对该定理的理解。2掌握叠加原理的测定方法。3加深对电流和电压参考方向的理解。二实验原理与说明对于一个具有唯一解的线性电路，由几个独立电源共同作用所形成的各支路电流或电压，是各个独立电源分别单独作用时在各相应支路中形成的电流或电压的代数和。图41所示实验电路中有一个电压源US及一个电流源IS。设US和IS共同作用在电阻R1上产生的电压、电流分别为U1、I1，在电阻R2上产生的电压、电流分别为U2、I2，如图41A所示。为了验证叠加原理令电压源和电流源分别作用。当电压源US不作用，即US0时，在US处用短路线代替；当电流源IS不作用，即IS0时，在IS处用开路代替；而电源内阻都必须保留在电路中。（1）设电压源US单独作用时（电流源支路开路）引起的电压、电流分别为、，如图41B所示。21I2（2）设电流源单独作用时（电压源支路短路）引起的电压、电流分别为、，如图41C所示。“1U“1I2这些电压、电流的参考方向均已在图中标明。验证叠加定理，即验证式（41）成立。“11U“22式（41）“11II“22三实验设备名称数量型号1直流稳压电源1台030V可调2固定稳压电源1台15V3万用表1台4电阻3只511100133015短接桥和连接导线若干P81和501486实验用9孔插件方板1块297MM300MM四实验步骤1按图42接线，取直流稳压电源US110V，US215V，电阻R1330，R2100，R351。2当US1、US2两电源共同作用时，测量各支路电流和电压值。选择合适的电流表和电压表量程，及接入电路的极性。用短接桥（或导线）将“5”和“2”连接起来。接通电源US1；用短接桥（或导线）将“6”和“4”连接起来，接通电源US2，分别测量电流I1、I2、I3和电压U1、U2、U3。根据图42电路中各电流和电压的参考方向，确定被测电流和电压的正负号后，将数据记入表41中。3当电源US1单独作用时，测量各电流和电压的值。选择合适的电流表和电压表量程，确定接入电路的极性。用短接桥（或导线）将“5”和“2”连接起来，接通电源US1；将“6”和“3”连接起来，使电源US2不作用。分别测量电流、和电压、。根据图421I23I12U中各电流和电压的参考方向，确定被测电流和电压的正负号后，将数据记入表41中。4当电源US2单独作用时，测量各电流和电压的值。选择合适的电流表和电压表量程，确定接入电路的极性，用短接桥（或导线）将“5”和“1”连接起来，使电源US1不工作；将“6”和“4”连接起来，接通电源US2。分别测量电流、和电压、。根据图42中“1I2“3I“12“3U各电流和电压的参考方向，确定被测电流和电压的正负号后，将数据记入表51中。表41验证叠加原理实验数据电源电流MA电压VI1I2I3U1U2U3US1、US2共同作用12312U3US1单独作用“1I“2I“3I“1U“2“3UUS2单独作用“1I“2I“3I“1“2“3验证叠加原理五注意事项1进行叠加原理实验中，电压源US不作用，是指US处用短路线代替，而不是将US本身短路。不可使用稳压源和可调电压源自身的开关代替K1、K1。2测量电压、电流时，要根据图42中各电流和电压的参考方向，来判断实际方向，若不一致，则在该数值前加“”号。六分析和讨论1在进行叠加原理实验时，不作用的电压源、电流源怎样处理为什么2根据本实验的原理，根据给定的电路参数和电流、电压参考方向，分别计算两电源共同作用和单独作用时各支路电流和电压的值，和实验数据进行相对照，并加以总结和验证。3通过对实验数据的计算，判别三个电阻上的功率是否也符合叠加原理4把US2用恒流源代替，思考如何安排电路原理图电路实验03实验三戴维南定理验证和有源一端口网络的研究一实验目的1用实验方法验证戴维南定理2掌握有源一端口网络的开路电压和入端等效电阻的测定方法，并了解各种测量方法的特点3证实有源一端口网络输出最大功率的条件二实验原理与说明1戴维南定理一个含独立电源，受控源和线性电阻的一端口网络，其对外作用可以用一个电压源串联电阻的等效电源代替，其等效源电压等于此一端口网络的开路电压，其等效内阻是一端口网络内部各独立电源置零后所对应的不含独立源的一端口网络的输入电阻（或称等效电阻）如图51所示。2开路电压的测定方法（1）直接测量法当有源一端口网络的入端等效电阻与万用表电压档的内阻相比可以忽略IRVR不计时，可以用电压表直接测量该网络的开路电压。如图53所示。OCU（2）补偿法当有源一端口网络的入端电阻较大时，用电压表直接测量开路电压的误IR差较大，这时采用补偿法测量开路电压则较为准确。图54中虚线框内为补偿电路，为另一个直流电压源，可变电阻器接成SUPR分压器使用，G为检流计。当需要测量网络、两端的开路电压时，将补偿AB电路、端分别与、两端短接，调节分压器的输出电压，使检流计的指ABAB示为零，被测网络即相当于开路，此时电压表所测得的电压就是该网络的开路电压。由于这时被测网络不输出电流，网络内部无电压降测得的开路电压OCU数值较前一种方法准确。3入端等效电阻的测定方法IR（1）外加电源法将有源一端口网络内部的独立电压源US处短接，独立电流源IS处开路，被测网络成为无独立源的一端口网络，然后在端口上加一给定的电源电压，测量“SU流入网络的电流I，如图55所示。入端等效电阻IURSI“若被测网络内部去掉独立源后，仅由电阻元件组成，可直接用万用表的电阻档去测出入端效等电阻。IR实际上网络内部的独立电源都具有一定的内阻，它不能与电源本身分开。在去掉独立电源的同时，其内阻也被去掉，这将影响测量的准确性，因此这种测量方法仅适用于独立电压源内阻很小和独立电流源内阻很大的情况。（2）开路短路法分别测量有源一端口网络的开路电压和短路电流，则OCUSCISCOIIR图56为测量有源一端口网络短路电流的电路。这种方法简便，但对于不允SCI许直接短路的一端口网络是不能采用的。（3）半偏法先测出有源一端口网络的开路电压，再按图57接线，为电阻箱的OCULR电阻，调节，使其两端电压为开路电压的一半，即，此LRRLUOC21时的数值即等于。这种方法克服了前两种方法的局限性，在实际测量中被LI广泛采用。4最大功率传输定理如前所述，一个实际电源或一个线性有源一端口网络，不管它内部具体电路如何，都可以等效化简为理想电压源US和一个电阻的串联支路。当负载与IRLR电源内阻相等时，负载可获得最大功率，即IRLRISLISLMAXUI4222电路的效率为10050LIRI2这种情况称为“匹配”，在“匹配”情况下，负载的两端电压仅为电源电动势一半，传输效率为50。三实验设备名称数量型号1直流稳压电源1台030V可调2万用表1台3电阻10只102511100315021601220133014短接桥和连接导线若干P81和501485实验用9孔插件方板1块297MM300MM四实验步骤1测量有源一端口网络的开路电压和入端等效电阻OCUIR按图59的有源一端口网络接法，取US25V，R1150，R2R3100，参照实验原理与说明，自已选定测量开路电压和入端等效电阻的方法，将测量结果记录下来。_；_；_；OCUSCII2测定有源一端口网络的外特性在图59有源一端口网络的、端上，依次按表51中各的值取电阻ABLR作为负载电阻，测量相应的端电压U和电流I，记入表51中。LR3测定戴维南等效电源的外特性按图510接线，图中和为图59中有源一端口网络的开路电压和等OCIR效电阻，从直流稳压电源取得，从电阻中取一个近似的得到。在、OCUIA端接上另一电阻作为负载电阻，分别取表51中所列的各值，测量相应BL的端电压U和电流I，记入表51中。表51有源一端口网络及等效电路外特性实验数据负载电阻（）LR短路51100150160220330开路RILRU（V）I（MA）有源一端网络P（W）L2U（V）I（MA）戴维南等效电源P（W）LR24计算表51中负载功率P。5根据表51中的数据绘制有源一端口网络的伏安特性曲线，并绘制功率P随电流I变化的曲线。UVPW0IA0IA五注意事项若采用图54的补偿法测量有源一端口网络的开路电压，应使、端和、AB端电压的极性一致，电压的数值接近相等，才能接通电路进行测量，否则会B使电流过大而击毁检流计。六分析与讨论1根据图59中已给定的有源一端口网络参数，计算出开路电压UOC等效电阻RI实验中参考。2若含源一端口网络不允许短路，如何用其他方法测出其等效电阻RI3根据表51中各电压和电流的值可得出什么结论4从实验步骤5中得出的PI曲线中得出最大功率传输的条件是什么电路实验04实验四受控源VCCS、VCVS、CCVS、CCCS的特性曲线一实验目的1加深对受控源的理解。2熟悉由运算放大器组成受控源电路的分析方法，了解运算放大器的应用。3掌握受控源特性的测量方法。二实验原理与说明1受控源是双口元件，一个为控制端口，另一个为受控端口。受控端口的电流或电压受到控制端口的电流或电压的控制。根据控制变量与受控变量的不同组合，受控源可分为四类图61受控源1电压控制电压源（VCVS），如图61（A）所示，其特性为0CI2电压控制电流源（VCCS），如图61（B）所示，其特性为CMSUGI0C电流控制电压源（CCVS），如图61（C）所示，其特性为CSIU0CU电流控制电流源（CCCS），如图61（D）所示，其特性为CSII0CU2运算放大器与电阻元件组成不同的电路，可以实现上述四种类型的受控源。各电路特性分析如下。1电压控制电压源（VCVS）运算放大器电路如图62所示。由运算放大器输入端“虚短”特性可知CSU1U212RUI由运算放大器的“虚断”特性，可知21I21RIIUR21U式（61）112即运算放大器的输出电压受输入电压控制。其电路模型如图61（A）所示。2U1U转移电压比21R该电路是一个同相比例放大器，其输入与输出有公共接地端，这种连接方式称为共地连接。2电压控制电流源（VCCS）运算放大器电路如图63所示。根据理想运放“虚短”、“虚断”特性，输出电流为RUI12式（62）该电路输入，输出无公共接地点，这种连接方式称为浮地连接。3电流控制电压源（CCVS）运算放大器电路如图64所示。根据理想运放“虚短”，“虚断”特性，可推得式（63）RIIUR12即输出电压受输入电流的控制。其电路模型如图61（C）所示。转移2U1I电阻为式（64）RI124电流控制电流源（CCCS）运算放大器电路如图65所示。由于正相输入端“”接地，根据“虚短”、“虚断”特性可知，“”端为虚地，电路中A点的电压为211RIIRIUA所以，212RI输出电流式（65）1221221IRIIIR即输出电流只受输入电流的控制，与负载RL无关。它的电路模型如图61（D）所示。转移电流比式（66）2112RI三实验设备名称数量型号1直流稳压电源1台030V可调（MC1032）1台15V电源（MC1034）2万用表2台3电阻19只1K315K12K23K147K110K215K133K14集成运算放大器1块LM7415电位器1只100K/025W6短接桥和连接导线若干P81和501487实验用9孔插件方板1块297MM300MM四实验步骤1测试电压控制电压源特性1实验电路如图66所示。2根据表61中内容和参数，自行给定U1值，测试VCVS的转移特性U2FU1，计算值，并与理论值比较。（理论值计算可参考式61）表61VCVS的转移特性R1R21KRL10K给定值U1V05115225335445测试值U2V计算值3根据表62中内容和参数，自行给定RL值，测试VCVS的负载特性U2FRL，计算值，并与理论值比较。表62VCVS的负载特性U2FRLR11KR22KU11V给定值RLK3047101533测试值U2V计算值4根据表63中内容和参数，自行选择R1值，设计出不同电压转移比的受控电压源，计算值，并与理论值比较。表63VCVS的不同电压转移比R21KRL2KU11V给定值R1K115203047测试值U2V计算值2测试电压控制电流源特性1实验电路如图67所示。2根据表64中内容，测试VCCS的转移特性I2FU1，并计算值，并与MG理论值比较。（可参考式62）表64VCCS的转移特性I2FU1R11KRL2K给定值U1V05115225335445测试值I2MA计算值MG3根据表65中内容，测试VCCS输出特性I2FRL，并计算值。MG表65VCCS输出特性I2FRLR12KU11V给定值RLK347101533测试值I2MA计算值MG3测试电流控制电压源特性1实验电路如图68所示。2根据表66中内容，测试CCVS的转移特性U2FI1，并计算值，并与理论值进行比较。（可参考式64）表66CCVS的转移特性U2FI1R11KRL2K给定值I1MA010204081152254测试值U2V计算值3根据表67中内容，测试CCVS输出特性U2FRL，并计算R值。表67CCVS输出特性U2FRLR12KI115MA给定值RLK347101533测试值U2V计算值4测试电流控制电流源特性1实验电路如图69所示2根据表68中内容，测试CCCS的转移特性I2FI1，并计算值，与理论值进行比较（可参考式65）表68CCCS的转移特性I2FI1R11KR21KRL2K给定值I1MA010204081152254测试值I2MA计算值21R3根据表69中内容，测试CCCS输出特性I2FRL，并计算值。表69CCCS输出特性I2FRLR12KR21KI105MA给定值RLK3047101533测试值I2MA计算值21五注意事项1实验开始时，先将可调电压源调至零。2运算放大器输出端不能与地短路，输入高电压不宜过高（小于5V），输入电流不能过大，应在几十微安至几毫安之间。3运算放大器应有电源（12V或15V）供电，其正负极性和管脚不能接错。4运算放大器的接地点与恒压源的地（零点）接在一起。5实验步骤3、步骤4，电流控制电压源、电流控制电流源，在实验操作过程中为了能得到可调的且量程数值较小的电流（最小至A级），可用可调直流稳压源和100K可调电阻，串联1K电阻完成，具体连接可参考下图610。六分析和讨论1用所测数据计算各受控源系统，并与理论值进行比较，分析误差原因。2总结运算放大器的特点，以及你对此实验的体会。电路实验05实验五RC一阶电路响应与研究一、实验目的1加深理解RC电路过渡过程的规律及电路参数对过渡过程的理解。2学会测定RC电路的时间常数的方法。3观测RC充放电电路中电流和电容电压的波形图。4阅读附录三，学习示波器的使用方法。二、实验原理与说明1RC电路的充电过程在图71电路中，设电容器上的初始电压为零，当开关S向“2”闭合瞬间，由于电容电压不能跃变，电路中的电流为最大，此后，电容电压随CURUIS时间逐渐升高，直至US；电流随时间逐渐减小，最后；充电过程结束，C0I充电过程中的电压和电流均随时间按指数规律变化。和的数学表达式为UICU式（71）RCTEUTSC1TI式71为其电路方程，是一微分方程。用一阶微分方程描述的电路，为一阶电路。上述的暂态过程为电容充电过程，充电曲线如图72所示。理论上要无限长的时间电容器充电才能完成，实际上当T5RC时，已CU达到993US，充电过程已近似结束。2RC电路的放电过程在图71电路中，若电容C已充有电压US，将开关S向“1”闭合，电容器立即对电阻R进行放电，放电开始时的电流为，放电电流的实际方向与RU充电时相反，放电时的电流I与电容电压UC随时间均按指数规律衰减为零，电流和电压的数学表达式为式（72）RCTEUTUSCTI式中，US为电容器的初始电压。这一暂态过程为电容放电过程，放电曲线如图73所示。3RC电路的时间常数RC电路的时间常数用表示，RC，的大小决定了电路充放电时间的快慢。对充电而言，时间常数是电容电压从零增长到632US所需的CU时间；对放电而言，是电容电压从US下降到368US所需的时间。如图C72，图73所示。4RC充放电电路中电流和电容电压的波形图在图74中，将周期性方波电压加于RC电路，当方波电压的幅度上升为U时，相当于一个直流电压源U对电容C充电，当方波电压下降为零时，相当于电容C通过电阻R放电，图75A和B示出方波电压与电容电压的波形图，图75C示出电流I的波形图，它与电阻电压的波形相似。RU5微分电路和积分电路图74的RC充放电电路中，当电源方波电压的周期T时，电容器充放电速很快，若，在电阻两端的电压CURCURUIDTUCC，这就是说电阻两端的输出电压与输入电压的微分近似成正比，此DTURCRUU电路即称为微分电路，波形如图75D所示。RU当电源方波电压的周期T），在电阻两端的电压UR即为微分输出电压，将输入示波器的YB通道，UR输入示波器的YA通道，观察并描绘和UR的波形图。U积分输出电压微分输出电压五、注意事项1本次实验中要求万用表电压档的内阻要大，否则测量误差较大，建议采用实验步骤2（串接毫安表，测量充电电路中电流）的方法，更好的理解。2当使用万用表测量变化中的电容电压时，不要换档，以保证电路的电阻值不变。3秒表计时和电压/电流表读数要互相配合，尽量做到同步。4电解电容器有正负极性，使用时切勿接错。5每次做RC充电实验前，都要用导线短接电容器的两极，以保证其处时电压为零。六、分析和讨论1根据实验结果，分析RC电路中充放电时间的长短与电路中RC元件参数的关系。2通过实验说明RC串联电路在什么条件下构成微分电路，积分电路。3将方波信号转换为尖脉冲信号，可通过什么电路来实现对电路参数有什么要求4将方波信号转换为三角波信号，可通过什么电路来实现对电路参数有什么要求电路实验06实验六元件参数测量一实验目的1学会用相位法或功率法测量电感线圈、电阻器、电容器的参数，学会根据测量数据计算出串联参数R、L、C和并联参数G、BL、BC。2阅读附录一，正确掌握多功能智能表的使用方法。二实验原理与说明电感线圈、电阻器、电容器是常用的元件。电感线圈是由导线绕制而成的，必然存在一定的电阻RL，因此，电感线圈的模型可用电感L和电阻RL来表示。电容器则因其介质在交变电场作用下有能量损耗或有漏电，可用电容C和电阻RC作为电容器的电路模型。线绕电阻器是用导线绕制而成的，存在一定的电感，可用电阻R和电感作为电阻器的电路模型。图91是它们的串联电路模型。RLC图91根据阻抗与导纳的等效变化关系可知，电阻与电抗串联的阻抗，可以用电导G和电纳B并联的等效电路代替，由此可知电阻器、电感线圈和电容器的并联电路模型如图92所示。电阻器线圈电容器图92电阻器、电感线圈、电容器的并联电路模型值得指出的是对于电阻器和电感线圈可以用万用表的欧姆档测得某值，但这值是直流电阻，而不是交流电阻（且频率越高两者差别越大）；而在电容器模型中，RC也不是用万用表欧姆档测出的电阻，它是用来反映交流电通过电容器时的损耗，需要通过交流测量得出。在工频交流电路中的电阻器、电感线圈、电容器的参数，可用下列方法测量方法一相位表法在图93中，可直接从各电表中读得阻抗Z的端电压U，电流I及其相位角。当阻抗Z的模求得后，再利用相位角便不难将Z的实部IU和虚部求出。如当测出电感线圈两端电压U、流过电感线圈电流I及其相位角，显然，。其并联参数G、BL如何根据IRLCOSILSINU、I、值计算，由实验者自行推导。图93上述的方法叫做相位表法。方法二功率表法在生产部门，功率表较多，相位表较少，将图93中的相位表换为电量仪，如图94所示，由图94可直接测得阻抗的端电压，流过的电流及其功率，根据公式PUICOS即可求得相位角，其余与上法相同，从而求得Z的实部与虚部。图94功率表法不能判断被测阻抗是容性还是感性，本实验采用如下方法加以判断在被测网络输入端并接一只适当容量的小电容，如电流表的读数增大，则被测网络为容性，（即虚部为负），若电流表读数减小，则为感性（即虚部为正）。三实验设备名称数量型号1直流稳压电源1台MC10322万用表1台3多功能智能表（相位表/电量仪）1台MC1050（或MC1098）4电阻1只1515电感线圈1只10MH16电容器1只235F（220F）17小电容1只22F18短接桥和连接导线若干P81和501489实验用9孔插件方板1块297MM300MM备注电量仪具有工程电路的电压、电流、功率、相位全部参数的测量，使用方便，但它作为测量仪表时要用小电容判断电路的容性、感性的正负。四实验步骤1按图94接线。2图中阻抗Z分别取R15、电感线圈L10MH和电容器C235F（220F）。调节调压器使电流表的读数为05A，测量电压及相位角值，记录于表91中。表91电流I电压U（V）功率因数COS（PF）无功功率Q（VAR）视在功率S（VA）有功功率P（W/KW）相位角（KWH）电感线圈电阻器电容器05A3计算。根据步骤2计算出表92。例电感电阻值J电感值SINCOIUJIFIUL2SINIPARCOS表92ZRXL或XCL或C电感线圈电阻器电容器五、注意事项每次测量一种阻抗之前先将交流调压器调至0刻度，观察多功能智能表的交流电流读数，缓慢调至05A。六、讨论与分析1如果采用电桥法测元件参数，试判定方法。电路实验7实验七阻抗的串联、并联和混联一实验目的1通过对电阻器、电感线圈、电容器串联、并联和混联后阻抗值的测量，研究阻抗串、并、混联的特点。2通过测量阻抗，加深对复阻抗、阻抗角、相位差等概念的理解。3学习用电压表、电流表结合画向量图法测量复阻抗。二原理说明1交流电路中两个元件串联后总阻抗等于两个复阻抗之和，即Z总Z1Z2两个元件并联，总导纳等于两个元件的复导纳之和，即Y总Y1Y2两个元件并联，然后再与另一个元件串联，则总阻抗应为Z总Z3212在实验九中，用V、A、表法或V、A、W表法测元件阻抗是很方便的，但如果没有相位表和功率表，仅有电压表和电流表而又欲测复阻抗，则可以用下面所述的画向量图法来确定相位角。如果图101的电阻器和电感线圈的复阻抗有待测量，可以用电压表分别测出有效值U、UR、URL，用电流表测出电流有效值I，（电阻R的感性分量可忽略不计，阻性分量计算根据实验九实际值代入。）图101绘制向量图如图102所示。在绘制向量图时，由于相位角不能测出，只好利用电压U、UR、URL组成闭合三角形，根据所测电压值按某比例尺（如每厘米表示3V）截取线段，用几何方法画出电压三角形，然后根据电阻器的电压与电流同相位，确定画电流向量的位置，电流的比例尺也可以任意确定（如每厘米01A）。根据电压表、电流表所测得的值以及从画出的向量图用量角器量出的相位角值，显然可得出复阻抗ZAB、ZBC及串联后的总阻抗ZAC，从而得出R、L的值。这种方法也适用于阻抗并联，可以根据上述相似的办法画出电流三角形，再根据其中一支路元件的电压与电流相位关系确定电压向量。为了使从图中量出的角度精确，建议作图应大一些，即选取电流比例尺小一些，如每厘米代表01A或005A。三仪器设备名称数量型号1调压器1台024V2相位表/电量仪1台3交流电压、电流表/电量仪1套MC1050（或MC1098）4万用表1个5电阻器1个1516电感线圈1个10MH17电容器1个235F1（或220F1）四任务与步骤1研究阻抗的串联、并联和混联（说明以下所说的电阻器、电感线圈和电容器是指在实验九中测试过的元件，根据实验九的表1可计算出它们的复阻抗Z1、Z2、Z3或复导纳Y。）步骤1测量电阻器与电感线圈串联的阻抗Z总，自行选用仪器设备，设计实验电路图并画出记录数据的表格。步骤2测量电阻器与电感线圈并联的总导纳Y总，自行设计实验电路和记录数据的表格。步骤3测量电阻器与电感线圈并联，再与电容器串联后的总阻抗Z总，自行设计实验电路与记录数据的表格。2用伏特表安培表法测元件参数步骤4按图101接线，调节调压器使I08A，用万用电表交流电压挡测量U、UR、URL之值。步骤5按图103接线，调节调压器使流过电感线圈的电流为1A，测出电流I、I1、I2及电压U的有效值。图103五实验报告要求1根据步骤1的数据求出Z总，利用实验九数据计算出Z1、Z2，验证串联时Z总Z1Z2。2根据步骤2的数据求出Y总，利用实验九数据计算出Y1、Y2，验证并联时Y总Y1Y2。3根据步骤3的数据求出Z总，利用实验九数据计算出Z1、Z2、Z3，验证Z总Z3。21Z4根据步骤4的数据，画出各电压向量图，求出复阻抗Z1（电阻器）、Z2（电感线圈）及Z总，求出电感线圈的电阻R和电感量L。5根据步骤5的数据，画出各电流向量图，求出复导纳Y1（电阻器）、Y2（电感线圈）和Y总。六分析与讨论1试比较相位法与电压表、电流表向量图法测出的阻抗与导纳。电路实验8实验八互感电路的测量一实验目的1掌握互感线圈同名端的测量方法2掌握互感线圈互感系数和耦合系数的测量方法二实验原理说明1两个或两个以上具有互感的线圈中，感应电动势（或感应电压）极性相同的端钮定义为同名端（或称同极性端）。在电路中，常用“”或“”等符号标明互感耦合线圈的同名端。同名端可以用实验方法来确定，常用的有直流法和交流法。（1）直流法如图111所式，当开关S合上瞬间，在中产生的感应电压01DTI1，线圈的2端与线圈中的1端均为感应电压的正极性011DTIMU2端，1端与2端为同名端。（反之，若电压表反偏转，则1端与端为同名端。2）同理，如果在开关S打开时，同样可用以上的原理来确定互感线01DTI圈内感应电压的极性，以此确定同名端。上述同名端，也可以这样来解释，就是当开关S打开或闭合瞬间，电位同时升高或降低的端钮即为同名端。如图111中，开关S合上瞬间，电压表若正偏转，则1、2端的电位都升高，所以，1、2端是同名端。这是若将开关S再打开，电压表必反偏转，1、2端的电位都为降低。图111直流法测同名端图112交流法测同名端（2）交流法如图112所示，将两线圈的串联，在加交流电源。分别测量211的有效值，若，则1端和2端为同名端；若2U，则1端与端为同名端。12U22互感系数M的测定测量互感系数的方法较多，这里介绍两种方法。（1）如图113表示的两个互感耦合线圈的电路，当线圈接正弦交流电压，1线圈开路时，则JM，而互感，其中为电源的角频率，I为线圈中的电流。为了减少测量误差，电压表应选用内阻较大的。如果选用晶体管毫伏表，则线圈中的电流可以采用间接测量法。1图113测量开路互感电压图114互感耦合电路的入端阻抗（2）利用两个互感耦合线圈串联的方法，也可以测量它们之间的互感系数。当两线圈顺向串联时，其等值电感L顺L1L22M。当两线圈反向串联时，等值电感为L反L1L22M。只要分别测出L顺、L反，则M（L顺L反）/4。实验中要测量线圈的自感时，可以用相位法测量，测量出线圈的端电压U，电流I和相角，则可以计算出线圈的自感LIXLSIN利用两互感线圈顺向串联时等效电感大，反向串联时等效电感小的特点，在相同电压下，电流的大小将不相同，这样也能判断两线圈的同名端3在互感耦合电路中，如图114所示，若在线圈上施加电压，在线圈1端接入阻抗2FFXJRXRMJXRMIUZ112212211其中，。R1X1J是原边的复阻抗，1LL2L2R2L2J是副边的复阻抗，RLXLJ是引入副边的复阻抗。副边电路对原边电路的反射电阻和反射电抗分别为F1F1，221XMF221XRXMF由此可见，当线圈接入感性负载时，将使入端电阻增大，入端感抗减少；若线圈接入容性负载时，且X22L2XL为容性，为感性，将使入端电F1阻和入端感抗增大。三实验设备名称数量型号1调压器1台交流024V2相位表/电量仪1台3直流稳压电源1台4万用表1台5互感耦合线圈2组500圈6U型铁芯1副7电阻1只118电容1只235F19短接桥和连接导线若干P81和5014810实验用9孔插件方板1块297MM300MM四实验步骤1测定两互感耦合线圈的同名端分别用图115，图116所示的直流法US取5V，和交流法US取5V，测定两端耦合线圈的同名端，注意两种方法测定的同名端是否相同。在测量时，必须在两线圈内插入一个公共U型铁芯和一字铁芯以增强耦合的程度。记下两线圈的同名端编号。图115直流法测同名端图116交流法测同名端2测定两互感耦合线圈的互感系数M（1）用开路互感电压法将线圈中的一字铁去掉，留下公共U型铁芯，用万用表测量两线圈的电阻R1、R2，然后按图117A接线，取05A，测得、1、，按图117B接1I20U线，取05A，测得、2、，记入表111中，I2，并计算、I01L2、的值。AMB（A）B图117测量开路互感电压表111测互感系数实验数据（一）测量值计算值U1I11U20U2I22U10L1L2AMB（2）用等效电感法将线圈中的一字铁去掉，留下公共U型铁芯，按图118接线，分别测量与顺向串联和反向串联式的电压U、电流I及相角，I05A，记入表1L2112中，计算L顺、L反及M。表112测互感系数实验数据（二）顺向串联反向串联计算值UIUIL顺L反M图118（A）互感耦合线圈的顺串（B）互感耦合线圈的反串3互感耦合电路的反射阻抗将线圈中的一字铁去掉，留下公共U型铁芯，按图119接线，分别测量副边为空载及电阻和电容负载下的电压电流U1、I1、1，记入表113。计算不同负载下的入端阻抗，同时计算反射电阻，反射电抗。图119互感耦合电路表113测反射阻抗，反射电抗实验数据测量值计算值U1I11复阻抗FR1FX1空载RL1C235F五讨论与分析根据实验步骤3的实验结果，讨论互感对入端阻抗的影响。电路实验9实验九日光灯COS的提高一实验目的1进一步理解交流电路中电压、电流的相量关系2学习感性负载电路提高功率因数的方法3进一步熟悉日光灯的工作原理二预习要求1熟悉R、L串联电路中电压与电流的关系2在R、L串联与C并联的电路中，你准备如何求COS值3预习日光灯的工作原理，启动过程4阅读附录一，学习多功能智能仪表的使用方法与操作。三原理说明本实验中RL串联电路用日光灯代替，日光灯原理电路如图121所示。图121灯管工作时，可以认为是一电阻负载。镇流器是一个铁心线圈，可以认为是一个电感量较大的感性负载，两者串联构成一个RL串联电阻，日光灯起辉过程如下当接通电源后，启动器内双金属片动片与定片间的气隙被击穿，连续发生火花，双金属片受热伸长，使动片与定片接触。灯管灯丝接通，灯丝预热而发射电子，此时，启动器两端电压下降，双金属片冷却，因而动片与定片分开。镇流器线圈因灯丝电路断电而感应出很高的感应电动势，与电源电压串联加到灯管两端，使管内气体电离产生弧光放电而发光，此时启动器停止工作，（因启动器两端所加电压值等于灯管点燃后的管压降，对40W管电压，只有100V左右，这个电压不再使双金属片打火）。镇流器在正常工作时起限流作用。日光灯工作时整个电路可用图122等效串联电路来表示。图122四实验设备名称数量型号1日光灯电路板1套MC1056、MC10572补偿电容板1块MC10603交流电压、电流板1块MC10284多功能智能仪表1块MC1050（或MC1098）5单相熔断器板1块MC1003五任务与步骤1按图121接好线路，接通电源，观察日光灯的启动过程。先不并联电容测量端电压U，总电流I，功率因数COS,无功功率Q，视在功率S，有功功率P和相位角的值，记录于表121。2日光灯电路两端并联电容，接线如图123。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，功率因数COS,无功功率Q，视在功率S，有功功率P和相位角的值，记录于表121。图123表121测量项目电压UV电流IMA功率因数COSPF无功功率QVAR视在功率SVA有功功率PW相位角KWH不并电容C2F3F4F5F并电容C6F3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。六预习1并联电容提高COS时，电容的选择应考虑哪些原则2并联电容后，多功能智能表有何变化为什么电路实验10实验十三相交流电路一实验目的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电压、电流的线值和相值的关系。3了解三相四线制中线的作用。4利用三相功率表学习二瓦计法测量功率。（可选）二预习要求1复习三相交流电路有关内容。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，其它两相发生什么变化若为三角形联接时又如何4阅读附录二，学习三相功率表的使用与操作。（可选）三实验模块名称数量型号1三相断路器板1块MC10012三相熔断器板1块MC10023三相负载板1块MC10094多功能智能仪表板1块MC1050或MC10985三相功率表板1块MC1026四实验原理与说明1测量三相四线制电源的相、线电压，列表131。表131UABUBCUCAUAOUBOUCO380伏电源2负载作星形联接1将灯泡负载作星形联接（图131）并请教师检查线路。将测量数据填在表132。2测量对称负载，有中线和无中线时的各电量。每相两盏灯泡均接入电源。测量负载侧的各相电压及电流。断开中线，重复对各电量进行测量。3测量不对称负载，有中线和无中线时的各电量。将C相负载的灯泡增加一组，其它两相仍各为一组（不对称负载）。分别测量有中线和无中线时的各电量。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或接通中线。图131表132对称负载不对称负载有中线无中线有中线无中线相电压UAOUBO（V）（负载侧）UCOIAIBIC电流（MA）IO三相总功率（W）（可选做）P3负载作