5電路分析課程實驗指導書蘭州工業高等專科學校電氣工程系實踐中心2015 年 3 月6目 錄電路分析課程實驗要求 .實驗一 電工儀表測量誤差的計算 .1實驗二 儀表量程擴展實驗 .5實驗三 電路元件伏安特性的的測繪 .8實驗四 基爾霍夫定律的驗證 .11實驗五 疊加原理的驗證 .13實驗六 電壓源與電流源的等效變換 .15實驗七 戴維南定理和諾頓定理設計 .18實驗八 最大功率傳輸條件測定 .22實驗九 RC 一階電路和二階電路響應測試 .24實驗十 R、L、C 元件阻抗特性的測定 .28實驗十一 三表法測定交流電路等效參數 .30實驗十二 功率因數測試及其改善 .34實驗十三 RLC 串聯諧振電路的研究 .37實驗十四 二端口網絡參數測試 .40實驗十五 三相交流電路測量 .43附錄 1 THHE-1 型高性能電工電子實驗臺 使用說明書 .47附 錄 2 示波器使用說明 .557電路分析課程實驗要求一 實驗課的作用實驗課是高等教育的一個重要環節，是理論聯系實際的重要手段。通過實驗教學，可驗證和鞏固所學的理論知識、訓練實驗技能、培養學生實際工作能力。實驗課應達到以下目的：1. 培養學生實事求是，一絲不茍，三嚴（嚴格、嚴密、嚴肅）的科學態度，養成良好的實驗習慣和作風。2. 訓練學生的基本的實驗技能，如正確使用常見的電工儀器，掌握一些基本的電工測試技術，實驗方法及數據分析處理。3. 培養學生通過實驗觀察和研究基本電路現象及規律的能力，以鞏固所學理論知識。二 實驗課的要求1. 課前準備，必須認真預習，具體要求：（1） 閱讀實驗指導書，明確實驗的目的與要求。并結合實驗的原理復習有關理論。了解完成實驗的方法和步驟，設計好實驗數據的記錄表格，認真思考并解答預習思考題中的問題。（2） 理解并記住指導書中提出的注意事項。對實驗中所用儀器設備的作用及使用方法要有初步了解。2. 實驗步驟（1） 接線前，首先了解各種儀器設備和元器件的額定值，使用方法和電源的情況。（2） 實驗中要用的儀器、儀表、實驗板及開關等。應根據連線合理布局。（3） 接線原則是先串后并、先總后分，接線時應將所有電源開關斷開，并可調設備旋紐、手柄置于最安全位置，接好線后，經仔細檢查無誤，經教師復查后才可接通電源，合電源時，要注意各個設備及儀表工作是否正常。（4） 實驗中要大膽細心 ，一絲不茍，認真觀察現象，仔細讀取數據，隨時分析研究實驗結果的合理性，如發現異常現象，應及時查找原因。（5） 實驗完畢，先切斷電源，再根據實驗要求核對實驗數據，然后教師審核，正確后拆線，并將設備儀器排放整齊，等教師檢查后，方可離開實驗室。3. 實驗課后的整理工作主要是編寫實驗報告，這是實驗的總結。報告內容應包括：（1） 實驗目的。8（2） 簡述工作原理，不要照抄指導書。（3） 實驗方法及步驟：主要是畫出線路圖，對特殊的設備加以說明 ，認真用原始記錄填寫表格。（4） 主要儀器設備。（5） 數據處理：包括實驗數據及計算結果的整理、分析、誤差原理的估計等。（6） 回答指導書中的思考題。1實驗一 電工儀表測量誤差的計算一 實驗目的1. 熟悉實驗臺上各類電源及各類測量儀表的布局和使用方法。2. 掌握指針式電壓表、電流表內阻的測量方法。3. 熟悉電工儀表測量誤差的計算方法。二 實驗設備序號 名稱 型號與規格 數量 備注1 可調直流穩壓電源 030V 二路2 可調恒流源 0500mA 13 指針式萬用表 MF-47 或其他 1 自備4 可調電阻箱 09999.9 1 HE-195 電阻器 按需選擇 HE-11三 實驗內容1. 為了準確地測量電路中實際的電壓和電流，必須保證儀表接入電路后不會改變被測電路的工作狀態。這就要求電壓表的內阻為無窮大；電流表的內阻為零。而實際使用的指針式電工儀表都不能滿足上述要求。因此，當測量儀表一旦接入電路，就會改變電路原有的工作狀態，這就導致儀表的讀數值與電路原有的實際值之間出現誤差。誤差的大小與儀表本身內阻的大小密切相關。只要測出儀表的內阻，即可計算出由其產生的測量誤差。以下介紹幾種測量指針式儀表內阻的方法。2. 用“分流法”測量電流表的內阻如圖 11 所示。A 為被測內阻 (RA)的直流電流表。測量時先斷開開關 S，調節電流源的輸出電流 I 使 A 表指針滿偏轉。然后合上開關 S，并保持 I 值不變，調節電阻箱 RB 的阻值，使電流表的指針指在 1/2 滿偏轉位置，此時有 IAI SI/2 R AR BR 1 R1 為固定電阻器之值，R B 可由電阻箱的刻度盤上讀得。圖 11+_RA IARBR1IS+_AS可調電流源V RRV BSR1+可調穩壓源圖 123. 用分壓法測量電壓表的內阻。如圖 12 所示。 V 為被測內阻 (RV)的電壓表。測量時先將開關 S 閉合，調節直流穩壓電源的輸出電壓，使電壓表 V 的指針為滿偏轉。然后斷開開關 S，調節 RB 使電壓表 V的指示值減半。此時有：R VR BR 1電壓表的靈敏度為：SR V/U (/V) 。 式中 U 為電壓表滿偏時的電壓值。4. 儀表內阻引起的測量誤差（通常稱之為方法誤差， 而儀表本身結構引起的誤差稱為儀表基本誤差）的計算。2（ 1） 以 圖 1 3 所 示 電 路 為 例 ， R1上 的 電 壓 為 。21RURRAVBRvU21圖 13現用一內阻為 RV的電壓表來測量 值，當 RV與 R1并聯后， ，以此U1VABR來替代上式中的 R1，則得 。絕對誤差為U21V1 )()( 212212VR RRU若 ，則得216相對誤差 %3.0%01R U由此可見，當電壓表的內阻與被則電路的電阻相近時，測量的誤差是非常大的。（2）伏安法測量電阻的原理為：測出流過被測電阻 RX的電流 及其兩端的電壓降I，則其阻值 。圖 14（a） 、 （b）為伏安法測量電阻的兩種電路。RUXI+- URR RA -+VAV X+- URR RA -+VAV X圖 14(b)(a)設：U=20V，R A=100，R V=20K。假定 RX的實際值為 10K。現在來計算用此兩電路測量結果的誤差。電路(a)測量： (mA)96.201.XVUI3(V)73.192096.XVRIU.731I相對誤差 %4.0.6Xa電路(b)： (mA)98.1.2ARUIR(V).0.RXI相對誤差 %11b由此列，既可看出儀表內阻對測量結果的影響，也可看出采用正確的測量電路也可獲得較滿意的結果。四 實驗步驟1. 根據“分流法”原理測定指針式萬用表（MF-47 型或其他型號）直流電流 0.5mA 和5mA 檔量限的內阻。線路如圖 1-1 所示。RB 可選用 HE-19 中的電阻箱（下同） 。數據記入下表：被測電流表量限 S 斷開時的表讀 數（mA） S 閉合時的表讀 數（mA） RB（） R1（） 計算內阻 RA（）0.5 mA5 mA2. 根據“分壓法”原理按圖 1-2 接線，測定指針式萬用表直流電壓 2.5V 和 10V 檔量限的內阻。數據記入下表：表 2 被測電壓表量 限S 閉合時表讀數（V）S 斷開時表讀數（V）RB(K)R1(K)計算內阻RV（K）S(/V)2.5V10V3. 用指針式萬用表直流電壓 10V 檔量程測量圖 1-3 電路中 R1上的電壓 之值，并1RU計算測量的絕對誤差與相對誤差。數據記入下表：U R2 R1 R10V(K) 計算值 1RU（V） 實測值 1(V)絕對誤差U相 對 誤 差( U/U)100%12V 10K 50K五、預習思考題1. 根據實驗內容 1 和 2，若已求出 0.5mA 檔和 2.5V 檔的內阻，可否直接計算得出 5mA檔和 10V 檔的內阻？2. 用量程為 10A 的電流表測實際值為 8A 的電流時，實際讀數為 8.1A，求測量的絕對誤差和相對誤差。4六、思考題1. 列表記錄實驗數據，并計算各被測儀表的內阻值。2. 分析實驗結果，總結應用場合。3. 對預習思考題的計算。4. 其他（包括實驗的心得、體會及意見等） 。七、實驗注意事項1. 在開啟實驗臺直流電源開關前，應將兩路電壓源的輸出調節旋鈕調至最小（逆時針旋到厎） ，并將恒流源的輸出粗調旋鈕撥到 2mA 檔，輸出細調旋鈕應調至最小。接通電源后，再根據需要緩慢調節。2. 當恒流源輸出端接有負載時，如果需要將其粗調旋鈕由低檔位向高檔位切換時，必須先將其細調旋鈕調至最小。否則輸出電流會突增，可能會損壞外接器件。3. 電壓表應與被測電路并接，電流表應與被測電路串接， 并且都要注意正、負極性與量程的合理選擇。4. 本實驗僅測試指針式儀表的內阻。由于所選指針表的型號不同，本實驗中所列的電流、電壓量程及選用的 RB、R 1等均會不同。實驗時應按選定的表型自行確定。5實驗二 儀表量程擴展實驗一、實驗目的1. 理解指針式毫安表的量程和內阻在測量過程中的作用。2. 了解毫安表改裝成電壓表和電流表的方法。3. 學會電壓表和電流表量程切換開關的使用方法。二、實驗設備序號 名稱 型號與規格 數量 備注1 可調直流穩壓電源 030V 12 直流數顯恒流源 0500mA3 直流數字電流表 0500mA 14 直流數字電壓表 0300V 15 基本表 1mA，100 1 HE-116 電阻 按需選擇 HE-11三、實驗內容1. 一只毫安表允許通過的最大電流稱為該表的量程，用 Ig 表示，該表有一定的內阻，Rg 表示，這就是一個“基本表 ”，其等效電路如圖 2-1 所示，R g 和 Ig 是毫安表的兩個主要參數。圖 2-1 圖 2-2 擴大量程2. 滿量程為 1 mA 的毫安表，最大只允許通過 1 mA 的電流，過大的電流會造成“打針”，甚至燒斷電流線圈而損壞，要用它測量超過 1 mA 的電流，亦要擴大毫安表的測量范圍，選擇一個合適的分流電阻 RA 與基本表并聯，如圖 2-2 所示, R A 的大小可以精確算出。假設：基本表滿量程為 Ig= 1 mA，基本表內阻為 Rg=100，現要將其量程擴大 10 倍（即可用來測量 10 mA 電流）。則應并聯的分流電阻 RA 應滿足下式： AgRII）（ g1.,)0(m1mA同理，要使其量程擴展為 100 mA，則應并聯 1.11 的分流電阻。6當改裝后得電流表來測量 10（或 100）mA 以下的電流時，只要將基本表的讀數乘10（或 100）或者直接將電表面板的滿刻度刻成（10 或者 100）mA 即可。3. 毫安表改裝成電壓表一只毫安表也可以改裝成一只電壓表，只要選擇一只合適的分壓電阻 RV 與基本表相串聯即可，如圖 2-3 所示。圖 2-3假設：被測電壓值為 U，則： 所以）（ VgvgRIgIIRUVg電壓表要將量程為 1mA，內阻為 100 的毫安表改裝為量程為 1V 的電壓表，則應串聯的分壓電阻的阻值應為： 若要將量程擴大到 10V，應串9010g1mAV多大的電阻呢？四、實驗步驟1. 1 表表頭的檢驗。調節恒流源的輸出，最大不超過 1 mA；先對毫安表進行機械調零，再將恒流源的輸出接至毫安表的信號輸入端，調節恒流源的輸出，令