电路基础(第4版_教学资源-4第11章-电路基础实验课件

1、 第11章 电路基础实验章前絮语才智是实践的女儿。-达芬奇纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。-陆游 科学的真理不应在古代圣人的蒙着灰尘的书上去找，而应该在实验中和以实验为基础的理论中去找。-伽利略实验一 直流电路测量练习 1了解实验环境和掌握实验操作规程。2初步掌握直流稳压电源、直流电压表、直流电流表和万用表等的使用方法。3会测量电路的电压、电流。 一实验目的1. 直流稳压电源 1台2. 万用表 1只3. 直流电压表、直流电流表 各1只4. 电阻若干，电阻箱 1只5. 直流单臂电桥 1只6. 拾音插座（在面包板上搭接电路可以不用）若干二实验设备 1熟悉实验室的电源配置和实验环境。2.了解实验室规

2、则和实验操作规程。3.掌握安全用电常识。4.使用直流仪器仪表测电压或电流，需要注意表极性。5.测量时，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。三实验原理与说明 四实验步骤 1. 串联电路电压、电流的测量（1）按图11-1连接电路（图中 处表示电流表接入点）。图11-1 串联电路 （2）检查电路连接无误后，将电源调到10V，接入电路中。（3）记录电流表的数值I、I1、I2,并用万用表或直流电压表测量U1 、U2 ，填入表11-1中。（4）由欧姆定律计算等效电阻R。表11-1 串联电路电压、电流的测量数据R1=1k R2=2k2. 混联电路电压、电流的测量（1）按图11-2连接电

3、路。图11-2 混联电路 （2）检查电路无误后，将电源调到10V，接入电路中。（3）记录电流表的数值I、I1、I2,并用万用表或直流电压表测量U1、U2、U3 ，填入表11-2中。（4）计算等效电阻R12。 表11-2 混联电路电压、电流的测量数据R1=1k R2=3k R3=2k 3. 电阻的测量（1）万用表法（2）直流单臂电桥测电阻 表11-3 电阻测量实验数据1. 总结直流稳压电源及万用表的使用要点。2. 填写测试数据表格。分析串联电路、并联电路的电压电流关系如何？ 五思考题实验二 电位测量与基尔霍夫定律实验 1学会判断电位高低、电压及电流实际方向。 2加深对基尔霍夫定律的理解。 3进一

4、步掌握直流稳压电源、直流仪表和万用表等的使用方法。 一实验目的1. 直流稳压电源 1台2. 万用表 1只3. 直流电压表、直流电流表 各1只4. 电阻若干，电阻箱（或固定电阻） 3台5. 拾音插座若干二实验设备 1在电路中任意选定一参考点，令参考点的电位为零，某一点的电位，就是这一点与参考点之间的电压。参考点选定以后，各点的电位具有唯一确定的值，这样就能比较电路中各点电位的高低，参考点不同，各点的电位也就不同。 三实验原理与说明 2.基尔霍夫电流定律指出：任一瞬时，流入电路任一结点的各个支路电流的代数和恒等于零，即I=0。3.基尔霍夫电压定律指出：任一瞬时，沿电路中任一闭合回路绕行一周，各段电

5、压的代数和恒等于零，即U=0。 （1）按图11-7连接电路。（2）检查电路连接无误后，将电源调到10V，接入电路中。四实验步骤 图11-7 电压与电位的测量 R2R3R4R5R6FODCBAR1+10V-直流稳压电 源（3）按表11-4中要求，测量各段电路的电压。表11-4 电压测量数据R1=1k R2=5.1k R3=3k R4=2k R5=10k R6=15k UABUBCUCA UDC UCOUDOUFBUFOUBO（4）按表11-5中要求测量各点电位。表11-5 电位测量数据R1=1k R2=5.1k R3=3k R4=2k R5=10k R6=15k 参考点UAUBUCUDUFUOO

6、点F点（5）用3只电阻箱（或固定电阻）和3个拾音插座按实验图11-8连接电路。 图11-8 电压、电流的测量与验证基尔霍夫定律 BAR2=3kR1=1kI2+US1-R3=2kI3I1+UD-+UR2-+UR3-CO+ UR1 -（6）电源US调整为10V，分别测量I1、I2、I3、UAB 、UBC 、UCO、UBO 、UOA，并记录在表11-6中。按表11-6要求改变US1、US2电压，再分别测量上述电流、电压，并验证基尔霍夫定律。 表11-6 电流、电压测量与验证基尔霍夫定律数据 R1=1k R2=2k R3=3k D 1.电位与电压有何区别？选择不同的参考点对电压和电位的影响如何？ 。2

7、.实验图11-7的电压电位测量中，将UAB、UBC、UCO相加，检验结果是否等于10V。 实验图11-8中，根据实验数据计算ABCOA回路电压，即验证U=0。 五思考题实验三 叠加定律实验 1提高测量多支路电压、电流的能力。 2加深对叠加定理理解。一实验目的1. 双路直流稳压电源 1台2. 万用表 1只3. 直流电压表、直流电流表 各1只4. 电阻若干，电阻箱（或固定电阻）3只 5. 拾音插座、开关等若干二实验设备 叠加定理表明，在任意一个线性网络中，多个电源共同作用时，各支路的电流（或电压）等于各电源分别单独作用时，在该支路产生电流（或电压）的代数和。当电压源US不作用，即US=0时，在US

8、处用短路线代替；当电流源IS不作用，即IS=0时，在IS处用开路代替，而电源的内阻连接不变。三实验原理与说明 （1）按图11-10连接电路。 四实验步骤 图11-10 叠加定理实验 O+US1-BCAR2=2.2kR1=1kI2I3R3=3.3kI1+US2-OBCAR2=2.2kR1=1kI2I3R3=3.3kI1OBCAR2=2.2kR1=1kI2+US2-+US1-I3R3=3.3kI1（2）US1调至12V，US2调至12 V，以备随时调用。（3）当US1单独作用时，按图11-10（a）接线，记录测量数据于表11-7中A栏。 （4）当US2单独作用时，按图11-10（b）接线，记录测量

9、数据于表11-7中B栏。（5）当US1、US2共同作用时，按图11-10（c）接线，记录测量数据于表11-7中C栏。 表11-7 叠加定理实验数据 R1=1k R2=2.2k R3=3.3k 1.根据A、B、C三栏数据，验证叠加定理，是否符合A+B=C？并分析产生误差的原因。 2.如何理解电压源为零？实验中怎样将电压源置零？五思考题实验四 戴维宁定理实验 1学会测量戴维南等效电路的参数。2加深对戴维南定理的理解。一实验目的1. 双路直流稳压电源 1台2. 万用表 1只3. 直流电压表、直流电流表 各1只4. 电阻若干，电阻箱（或固定电阻）3只 5. 拾音插座、开关等若干二实验设备 1. 戴维宁

10、定理指出，任何一线性有源单口网络，对外电路来说，总可以用一个电压源与电阻相串联的电路模型来等效替代。其中，电压源的电压等于有源单口网络的开路电压UOC，其电阻等于该网络除去电源（所有独立电压源由短路线替代；所有独立电流源由开路替代）后的等效电阻R0。 三实验原理与说明 2.实践中，通常采用测量的方法得到戴维南等效电路参数。在一般情况下，测量等效电源电阻最实用的方法是开路短路法。其方法是通过测量有源二端网络的开路电压UOC及短路电流IOS，由计算出二端网络的等效电阻。 （1）按图11-14连接线路，US1=10V。US2=6V ，R1=510，R2=300，R3=100，I3用50mA电流表，当

11、开关S断开时，测量a、b端电压，即为开路电压，填入表11-8中。 四实验步骤 图11-14 戴维宁等效参数的测量 R3 100I3ab有源二端网络SmAR1 510+US1 10V-R2 300+US2 6V-（2）将R3调整到0，闭合开关S，此时电流表指示数即为短路电流。记录此值到表11-8中。（3）将R3调整到100，开关S仍闭合，此时电流表指示数即为负载电流I3。记录此值到表11-8中。（4）根据开路电压Uab和短路电流 计算等效电源内阻R0，而 （5）按公式 求出电流值I3，并与实测值进行比较。 表11-8 验证戴维宁定理实验数据 R1=510 R2=300 R3=100 1.等效电源

12、是对哪一部分电路等效，你能给出一个等效电路吗？ 五思考题实验五 交流信号的观察与测量 1熟悉信号发生器各旋钮、开关的作用及其使用方法。 2初步掌握用示波器观察电信号波形，定量测出正弦信号和脉冲信号的波形参数。 3.初步掌握示波器、信号发生器的使用。 一实验目的1.函数信号发生器 1台2.双踪示波器 1台3.交流毫伏表 0600V 1只 二实验设备 1.信号发生器是一种频率可调节的交流电源设备。按频率特点分低频、高频、扫频信号发生器等，按波形分正弦、方波、三角波、脉冲信号发生器等。在电路实验中主要应用低频（正弦波）信号发生器，由于这类仪器的频率多在音频，所以也称音频信号发生器。 三实验原理与说明

13、 2.示波器是常用的电子仪器，它可以用来观察各种电信号的波形，如：正弦波、方波、三角波等。同时还能用来测量电信号的波形参数，如频率（周期）、幅值（峰-峰值），双踪示波器还可以测量两个同频率波形的相位差等。示波器的类型很多，功能和使用方法也各异。示波器型号类型很多，各校可以根据自己的设备进行使用练习。 3.毫伏表是测量正弦交流电压有效值的电子仪器。与一般交流电压表相比，毫伏表的量限多，频率范围宽，灵敏度高，适用范围更广；毫伏表的输入阻抗高，输入电容小，对被测电路影响小。因此，在电子电路的测量中毫伏表得到了广泛的应用。 四实验内容 1. 双踪示波器的使用2. 正弦波信号的观测 3. 方波脉冲信号的

14、观察和测定 备注：根据各个学校的实验设备老师添加相关内容 1.整理实验中显示的各种波形，绘制有代表性的波形。 五思考题2.用示波器测出的电压和频率与信号发生器输出的是否一致，如不一致，请分析产生误差的原因，并进行调整。3.如用示波器观察正弦信号时，荧光屏上出现图11-18所示的情况时， 试说明示波器哪些旋钮的位置不对？应如何调节？ 图11-18 示波器屏显情况 4.归纳示波器、低频信号发生器及毫伏表的使用要点。 实验六 RL、RC电路实验1学习信号发生器、示波器、毫伏表的使用。 2掌握RL、RC串联电路中电压与电流的幅度关系和相位关系。 一实验目的1.低频信号发生器 1台2.交流毫伏表 060

15、0V 1只3.双踪示波器 1台4.固定电阻2只,电阻箱 1只5.电感（ 180mH）1只，空心电感线圈（3000匝 0.52H 67 0.5A）1只 6.电容（1 F ，0.22F 400V ）各1只。 二实验设备 三实验原理与说明 1. RL串联电路的端电压为 ， 电流的相位差 ， 。 电压与 电流的相位差 ， 。 电压与 2. RC串联电路的端电压为 3.RL 串联电路中总电压超前电流i为 角， ，可以用示波器观察i与电压u之间的相位差。4.RC 串联电路中电流i超前总电压为 角， ，可以用示波器观察i与电压u之间的相位差。（1）按图11-21接线。四实验步骤 图11-21 RL串联电路

16、方案一：信号发生器和毫伏表1.RL串联电路 L180mH+ uR -R=510i信号发生器+u(t)-+uL-mA（2）接入正弦信号发生器，调节频率f=200Hz，输出电压4V，测量电压U、UR、UL、和I，将数值记入表11-11。（4）从表11-11中可以看到，当频率f增加时，电流减小，感抗XL增加。（3）分别调节信号发生器f=350Hz 、f=500Hz 、U =4V，重测U、UR、UL、和I，并记录在表11-11中。用公式 验证三者之间关系。 表11-11 RL串联电路实验数据 R=510 L=180mH （1）按图11-22接线。图11-22 RC串联电路 2.RC 串联电路（2）接入

17、正弦信号发生器，调节频率f=200Hz，输出电压4V，测量电压U、UR、UC、和I，将数值记入表11-12中。C+ uR -R=510i信号发生器+u(t)-+uC-mA（4）从表11-12中可以看到，当频率f增加时，电流增大，容抗XC减小。（3）分别调节信号发生器f=350Hz 、f=500Hz 、U =4V，重测U、UR、UC、和I，并记录在表11-12中。用公式 验证三者之间关系。 表11-12 RC串联电路实验数据 R=510 C= 方案二：信号发生器和示波器1.RL串联电路（1）RL串联电路如图11-23所示。当电流i和电压u的参考方向相互关联时，电阻上的电压uR与电流i同相位，而电

18、感上的电压uL超前于电流i 的相位为 。因此，RL串联电路中总电压超前电流i为 角 ， 可以用示波器观察i与电压u之间的相位差。YA观察的是总电压的波形，YB观察的是电流的波形（实际上是uR的波形） （2）相位测量：调整示波器使一个正弦周期为8格，因一个周期为360，则每格为45，在示波器上可观察到YA超前YB。 uL-LR信号发生器+u(t)-YBYAuR-图11-23 示波器测量RL电路 方案二：信号发生器和示波器1.RC串联电路（1）RC串联电路如图11-24所示。当电流i和电压u的参考方向相互关联时，电阻上的电压uR与电流i同相位，而电容上的电压uC滞后于电流i 的相位为 。因此，RC

19、串联电路中电流i超前总电压为 角 ， ，同样可以用示波器观察i与电压u之间的相位差。YA观察的是总电压的波形，YB观察的是电流的波形（实际上是uR的波形） （2）相位测量：调整示波器使一个正弦周期为8格，因一个周期为360，则每格为45，在示波器上可观察到YA滞后YB。 图11-24 示波器测量RC电路 uC-CR信号发生器+u(t)-YBYAuR-1.根据表11-11、表11-12中数据计算感抗、容抗。 五思考题2.为什么交流串联电路中的电压有效值UU1+U2+UN 3.使用示波器观察波形时，应调节哪些旋钮、开关，才能使示波器达到下列要求？ （1）波形清晰；（2）波形大小适中；（3）周期完整

20、。 实验七 感性负载功率因数的提高 1理解提高功率因数的意义。 2会进行日光灯电路的接线 。3. 练习使用功率表和功率因数表 一实验目的1. 单相功率表 1只2. 功率因数表 1只3. 万用表 1只4. 交流电流表 1只5. 电容箱1只6. 日光灯实验板 1块。 二实验设备 日光灯电路由灯管、镇流器和启辉器三部分组成，其电路如实验图11-25（a)所示。 三实验原理与说明 1. 日光灯电路的组成 纸介电容铝壳或塑壳双金属片玻璃泡图形符号相线零线日光灯管镇流器S启辉器图11-25 荧光灯电路（b）日光灯启辉器（a）日光灯电路 玻璃灯管内壁上涂有一层荧光粉，管内充有少量水银蒸汽和惰性气体，两端装有

21、受热易于发射电子的灯丝。 启辉器内有一个充有氖气的玻璃泡，并装有两个电极，其中一个由受热易弯曲的双金属片制成。镇流器是一个铁心线圈，相当于感性负载。 2.莹光灯的工作原理 刚接通电源时，由于灯管没有点燃，启辉器的两电极间因承受220V的电压而辉光放电，使金属片受热弯曲，两电极接触，电流通过镇流器、灯管两端的丝及启辉器构成回路。灯丝因有电流（称启辉电流）通过被加热而发射电子。同时启辉器的两个电极接触后，辉光放电结束，双金属片变冷又恢复原状，使电路突然断开。在此瞬间，镇流器产生较高感应电势与电源电压一起（约400600V）加在灯管两极之间，迫使灯管放电而发光。灯管点燃后，由于镇流器的限流作用，使灯

22、管两端的电压较低（90V左右），因启辉器与灯管并联，较低的电压不能够使启辉器再次动作。 3. 感性负载提高功率因数 日光灯电路可等效为电阻与电感的串联（即感性负载），整个电路的功率因数较低，约为0.5左右。若将适当容量的电容器并联于感性负载两端，可以提高电路的功率因数。 1. 按图11-26接线，开关S1、S2、S3置于断开位置，C1=1F，C2=210F，视所接灯管大小而变；如用8W灯管，C2可用2F，如用20W灯管，C2的范围在38F之间。 四实验步骤 图11-26 感性负载提高功率因数实验 U*+220V-+UR-+ UL -ICIILLZS1I*S2C1S3C22.检查无误后接入220

23、V电源，闭合S1，莹光灯发光，读出电流数值I、IL、IC，记录在表11-13中，然后用万用表测量输入电压U，镇流器端电压UL，灯管两端电压UR及 值，记入表11-13。 3.分别测量S2、S3在表11-13中不同组合状态下的I、IL、IC，U、 UL 、UR及 值，记录在相应栏目。 表11-13 感性负载提高功率因数实验数据 4切断电源，将功率因数表换成功率表（接法同功率因数表），闭合S1后使日光灯亮，重复2、3步骤，将功率表数值记录在表11-13中。 1.线路的总电流是如何变化的?五思考题2. 并接电容后电路的有功功率如何吗?3. 提高功率因数的意义如何？ 实验八 串联谐振电路实验 1熟练低

24、频信号发生器、毫伏表的使用，熟练电路测量的技能。 2学会测定谐振电路的频率，绘制电流谐振曲线。 一实验目的1.低频信号发生器 1台2.交流毫伏表 1只3.空心电感线圈（ 3000匝 0.52H 67 0.5A和 500匝 0.026H 14 0.5A）各1只 4.电容器（0.047F 400V）1只 5.电阻箱 2只。 二实验设备 三实验原理与说明 1.由线性电阻、电感、电容组成的串联电路如图11-27所示，当电路中 时，电路发生串联谐振，此时=0。要使电路发生串联谐振，可改变L、C 或( =2f )来实现。本实验是改变电源频率f 使电路达到谐振，此时电路中电流最大，因此，实验中测定谐振频率时

25、，可寻找电流最大时的电源频率，即为谐振频率f0 ，电流为谐振电流I0 。2.电路中的电流，需要用毫伏表测量R上的电压降后求得。在L、C 不变的条件下，改变R 值，即可得到品质因数Q 不同的电流谐振曲线。为便于比较具有不同Q 值的电流谐振曲线，本实验测试的电流谐振曲线以 为纵坐标，f为横坐标绘制。该曲线又称为通用电流谐振曲线。 R+-低频信号发生器LC- +-+ -mV图11-27 RLC串联谐振电路实验 1.寻找谐振频率f0。按图11-27接线，R值使用电阻箱取500，保持信号发生器输出电压为5V，调节其频率，使毫伏表所 示UR达到最大（即达到 串联谐振状态）。测量 电路的电压 ，并读取 此时

26、谐振频率f0，记入 表11-14。 四实验步骤 表11-14 RLC串联谐振电路测试（1）Us=5V R1=500 L=0.52H(r=67) C=0.047F 2.保持电压及电路各参数不变，调节电源频率。从3004000Hz 之间，分别测取各频率点的UR值，记入表11-15（在步骤1的谐振点附近多测几点，便于绘制谐振曲线）。 3.改变线路中电阻R为2k，重复步骤2的测试，记入表11-15。 表11-15 RLC串联谐振电路测试（2）Us=5V R1=500和R =2k L=0.52H(r=67) C=0.047F 五思考题1.计算表11-15中各品质因数，并用坐标纸绘制出各品质因数的电流通用

27、谐振曲线 （f）于同一坐标系中。 实验九 三相电路实验 1学会三相交流负载的星形和三角形联接。 2学会测定测定三相电路谐振电路的的线/相电压、线/相电流。 学会三相负载功率的测量方法。 理解三相四线制星形连结的电路中的中性线的作用。 一实验目的1.交流电压表、交流电流表 各1只 2.交流功率表 1只3.三相实验用灯组 1块 4.电流插头 6只 二实验设备 三实验原理与说明 1.三相负载实验用灯组如图11-29所示。将每相灯组的尾端U2、V2、W2连接在一起接成中点N，首端U1、V1、W1分别与三相电源相联，称为星形联结，如图11-29（a）所示。分别将灯组的端子U2与V1、V2与W1、W2与U

28、1相连接成U、V、W三点，再用导线分别将其与三相电源相联，称为三角形联结，如图11-29（b）所示。U2U1S1V2V1S2W2W1S3图11-28 三相实验用灯组电路图11-29 三相负载联结（b）三相负载三角形联结（a）三相负载星形连接 三相星形负载电路如图11-29（a）所示。当三相星形负载对称时，它的线电压与相电压之间的关系为Ul= Up。线电流等于相电流，即Il=Ip。此时中线电流INN=0, 中性线没有电流通过，因此可以不用中性线。1. 三相星形负载 当三相星形负载不对称时，若采用三相四线制，UNN=0。负载各相电压就为电源对应的各相电压，因此是对称的，但因为负载各相阻抗不相等，则

29、各相电流不对称，中线电流INN0。如果采用三相三线制，即没有中性线时，负载中性点N与电源中性点N间出现了电位差，UNN0 ,即产生负载中性点位移。这时负载各相电压也不对称，造成负载中有的相电压过高，有的相电压则过低，结果会使整个三相电路不能正常工作，甚至造成事故。因此，对于不对称星形负载必须使用中性线。此时中性线的作用是：使三相不对称星形连接保持负载中性点N与电源中性点N等电位，以保证负载三相电压的对称。三相三角形负载电路如图11-29（b）所示。当三相三角形负载对称时，线电压对于相电压，Ul=Up。线电流与相电流之间的关系为即Il= Ip。如果Z1、Z2、Z3有一个不相等，线电压仍然等于相电

30、压。但是,线电流与相电流关系Il Ip。 2. 三相三角形负载图11-30 三相负载星形连结时电压、电流测量 （1）按图11-30接线。合上开关S和S1S3，测量各线电压、相电压、线（相）电流和中线电流，记入表11-16。四实验步骤 1三相星形负载SS1S2S3（2）断开开关S（无中性线），测量各线电压、相电压、线（相）电流和中点位移电压，记入表11-16。（3）断开U 相S1开关，其余开关均合，测量各线电压、相电压、线（相）电流和中线电流，记入表11-16。（4）断开开关S（无中性线），测量各线电压、相电压、线（相）电流和中点位移电压，记入表11-16。表11-16 三相星形负载的电压、电流

31、 图11-31 三相负载三角形连结时电压、电流测量 （1）按图11-31接线，开关S1S3都闭合，测定各线（相）电压、线电流和相电流，记入表11-17。 2三相三角形负载IWUIVWIUVS1S2S3(2) UV相开关S1断开，S2、S3闭合，测定各线（相）电压、线电流和相电流，记入表11-17。（3）*用二瓦特计法测量三相电路的有功功率，记入表11-17。 表11-17 三相三角形负载的电压、电流、功率 五思考题1根据表11-16中的实验数据分析： （1）分析三相对称星形负载连接时，相电压与线电压关系、相电流与线电流关系、线电流与中性线电流的关系，并得出实验结论。（2）比较不对称星形负载Y0

32、连接和Y连结，说明中性线的作用。 2根据表11-17中的实验数据分析：（1）分析三相对称三角形负载连结时，线电流与相电流关系、相电压与线电压关系，并得出实验结论。（2）说明不对称三角形负载时电路的情况。实验十 一阶动态电路响应的研究1学会RC电路时间常数的测量。 2学会用示波器观察RC电路的过渡过程。 一实验目的1.方波发生器（或实验台） 1台 2.双踪示波器1台 3.直流稳压电源 1台 4.微安表（50uA）1只 5.电容器（100uF 400V，0.01uF 400V，0.02uF 400V ）各1只 6.电阻箱2只 7.秒表 1只 二实验设备 三实验原理与说明 电路时间常数的大小决定过渡过程的快慢。当电路过渡过程持续时间t =35时，可以认为过渡过程基本结束，因此，可以通过响应曲线求得时间常数值。 对RC 电路，如果电路的时间常数足够大（在几秒以上），过渡过程进行得比较缓慢，这样就可以利用秒表和微安表来记录电流随时间变化的过程，从而作出电流的响应曲线。1. 电路时间常数值的测定方法 本实验测定RC放电过程电流曲线，如图11-33所示。先将开关S合向1，给电容充电，保持一段时间使UC=US。再将开关S合向2，