1、實驗一 基本電路元件的伏-安特性、 實驗目的：1、掌握幾種電路元件的伏-安特性的測試方法。2、掌握實際電壓源和電流源的調節方法。3、學習常用電工儀器儀表的使用方法。、實驗線路及原理電路的基本元件包括電阻元件、電感元件、電容元件、獨立電源元件；晶體二極管、 雙極性晶體管和絕緣柵型場效應晶體管。為了實現某種應用目的，就需要將某些電工、電 子器件或設備按一定的方式互相連接，構成電路。其基本特征是電路中存在著電流通路。在電路中，電路元件的特性一般用該元件上的電壓U與通過元件上的電流I之間的函數關系U = f（I）來表示，這種函數關系稱為該元件的伏-安特性。有時也稱外特性（電源的外特性是指它的輸出端電壓

2、和輸出電流之間的關系）。在U、I坐標平面內將伏-安關系繪 成曲線，這種曲線就叫做伏安特性曲線或外特性曲線。如果電路元件的伏-安特性曲線在U - I平面上是一條通過坐標原點的直線，則該元件 稱為線性元件。如果電路元件的伏 -安特性曲線在U -I平面上不是一條直線，則該元件稱 為非線性元件。本實驗中用到的元件有線性電阻、白熾燈泡，二極管、穩壓管及電源常見電路元件。其中線性電阻的伏一安特性是一條過原點的直線，即服從歐姆定律（ U = RI）,如圖？ ? ? ?所示，該直線的斜率等于該電阻的阻值。白熾燈泡在工作時燈絲處于高溫狀態，其 燈絲的電阻隨著溫度的變化而發生變化，并且具有應一定的慣性，因此其伏一

3、安特性為一 條曲線，如圖？ ？ ？所示。可見電流越大，溫度越高，對應得電阻也越大，一般燈泡的冷 電阻與熱電阻可相差幾倍到幾十倍。一般半導體二極管和穩壓管也是非線性元件，錯二極 管兩端的電壓小于 0.4V時，錯二極管基本處于關閉狀態，其通過電流很小，當其兩端的電 壓大于0.4V時，錯二極管基本處于導通狀態，其通過電流很大；硅二極管的導通電壓為 0.7V。穩壓管則是利用二極管的反向特性，當穩壓管兩端電壓達到一定的值以后，其端電 壓保持恒定不變，即不隨外加電壓的變化而變化，即穩壓。直 流 穩 壓 電 源200 a1AV R三、實驗設備1、直流穩壓電源12、直流電流表13、直流電壓表14、被測電路元件

4、1四、實驗內容及步驟調節直流穩壓電源的輸出（從小到大）分別1、測量線性電阻的伏一安特性。測出電阻R的電流和電壓，將測量數據填入下表。2、測量白熾燈泡的伏一安特性。將電阻去掉，接入白熾燈泡，調節直流穩壓電源的輸出（注意：白熾燈泡的最大電壓值），分別測出白熾燈泡的電流和電壓，將測量數據填入下表。3、測量二極管的伏一安特性。將白熾燈泡去掉，接入二極管（注意二極管的導通方向），調節直流穩壓電源的輸出（注意：錯二極管導通電壓0.4V,硅二極管導通電壓 0.7V）,分別測出二極管的電流和電壓，將測量數據填入下表。電阻U/VI /m A燈泡U/VI /m A一 極管U/VI /m A五、實驗注意事項1、實驗

5、時，不能將被測元件直接接到電源兩端，以防短路，一定要接入200a電阻限流。2、每次測量前，應調節直流穩壓電源輸出0V,實驗時，直流穩壓電源輸出應從小到大慢慢調節，并注意所測元件額定電壓和額定電流，測量時不要超過其額定電壓和額定電流，否則，將損壞被測元件。3、注意二極管的接線方法。六、思考題1、用電壓表和電流表測量元件的伏一安特性時，電壓表可接在電流表之前或之后，兩 者對測量誤差有何影響？實際測量時應跟據什么原則？2、分析誤差原因。實驗二疊加原理一、實驗目的1、驗證線性電路的疊加性。2、熟練掌握儀器儀表的使用。二、實驗線路及原理在線性電路中，有多個獨立源共同作用下時，通過每一個元件的電流或其兩端

6、的電壓，可以看成是每一個獨立源單獨作用時在該元件上所產生的電流或電壓的代數和。線性電路的齊次性是指當激勵信號（某獨立源的值）增加或減小K倍時，電路的響應（即在電路中各電阻元件上所建立的電流值和電壓值）也將增加或減小K倍。+ Us=10vOR1b300Q 1KQIs =5mAUS2=6V三、實驗設備1、直流穩壓電源22、直流穩流電源13、直流電壓表14、直流電流表14、疊加原理電路實驗單元 1四、實驗內容及步驟1按圖接線，將兩路穩壓電源的輸出分別調節為10V和5V,接入Us1和Us2處。調節電流源輸出5mA暫不接入電路中。2令Us1電源單獨作用（將開關 K1投向Us1側，開關K2投向短路側，電流

7、源開路），用 直流電壓表測量元件兩端的電壓，并將數據記入表中。3令Us2電源單獨作用（將開關 K1投向短路側，開關 K2投向Us2側，電流源開路）， 用直流電壓表表測量元件兩端的電壓，并將數據記入表中。4令1s電源單獨作用（將開關 K1、K2投向短路側，接入電流源），用直流電壓表測 量元件兩端的電壓，并將數據記入表中。5令us1、Us2、I s共同作用（開關 K4DK2分別投向UsDU側，接入電流源），用直流電壓表測量元件兩端的電壓，并將數據記入表中。項目UabUbcUdeUefUbeU s1單獨作用U s2單獨作用1s單獨作用Us1 Us2 Is共同作用理論計算值絕對誤差相對誤差Us1 =U

8、s2 =I s =五、實驗注意事項(1) 用電壓表測量電壓降時，應注意儀表的極性，正確判斷測得值的正、負后, 將數據記入表中。(2) 注意電流源的使用，電流源不起作用時，應斷開聯線。(3) 注意儀表量程的選擇。六、思考題(1) 在疊加原理實驗中，在 Us1、Us2分別單獨作用，應如何操作？可否直接將不作用的電源(Us1或 Us2)短接置零？在實驗電路中，若有一個電阻器改為二極管，試問疊加原理得疊加性與齊次性還成立嗎？為什么？實驗三戴維南定理和諾頓定理的驗證一、實驗目的（1） 驗證戴維南定理和諾頓定理的正確性，加深對該定理的理解。（2） 掌握測量有源二端網絡等效參數的一般方法。二、實驗線路及原理

9、1 .戴維南定理和諾頓定理任何一個線性含源網絡，如果僅研究其中一條支路的電壓和電流，則可將電路的其余 部分看作是一個有源二端網絡（或稱為含源一端口網絡）。戴維南定理指出：任何一個線性含源網絡，總可以用一個電壓源與一個電阻的串聯來等效代替；此電壓源的電動勢 Us等于這個有源二端網絡的開路電壓U0c，其等效內阻R等于該網絡中所有獨立源均置零（理想電壓源視為短路，理想電流源視為開路）時的等效電阻。諾頓定理指出：任何一個線性含源網絡，總可以用一個電流源與一個電阻的并聯組合來等效代替；此電流源的電流 1s等于這個有源二端網絡的短路電流 1sC，其等效內阻 R等于該網絡中所有獨立源均置零（理想電壓源視為短

10、路，理想電流源視為開路）時的等效電阻。U OC（US）和Ro，或者1sC（ Is）和Ro稱為有源二端網絡的等效參數。Us=10V戴維南定理和諾頓定理實驗原理圖2 .有源二端網絡等效參數的測量方法(1)開路電壓、短路電流法測 R0:在有源二端網絡輸出端開路時，用電壓表直接測其輸出端的開路電壓 UOC，然后再將其輸出端短路，用支流表測其短路電流|SC,則等效內阻為Ro =U0cI SC如果二端網絡的內阻很小，若將其輸出端口短路則易損壞其內部元件，因此不宜用此 法。(2)伏-安法測Ro：用電壓表、電流表測出有源二端網絡的外特性曲線，如圖 7-1所示。根據外特性曲線求出斜率 tanG，則內阻：R =t

11、anG = 些=匹I SC三、實驗設備1、可調直流穩壓電源13、直流數字電壓表15、可調電阻箱1四、實驗內容及步驟2、可調直流恒流電源14、直流數字毫安表11、參數測量。按圖接線，調節穩壓電源US=10V和恒流源1s =5mA調節負載rl。測出UAb和IR，特別注意要測出 RL =0 （測出|SC）和Rl=°° （測出UOC）時的電壓、電流值， 將數據填入下表中。2、等效電阻測量。根據第 1步所測數據，通過公式 Ro = U空可直接計算其等效電阻 Ro。 I SC或者將電流源去掉（開路），將電壓源去掉，用一根導線將其連接（短接），用萬用表直接測量AB兩段電阻，即Roo3、驗

12、證戴維南定理：按圖接線，調節電壓源Us=Uoc，與Ro串聯，構成一實際電壓源模型。調節負載Rl。測出Ua，b/DIr'，將數據填入下表中。4、驗證諾頓定理：按圖接線，調節電流壓源1s=Isc,與Ro并聯，構成一實際電流源模型。調節負載RL。測出U A,'B"和I R''，將數據填入下表中。表7-4Rl/CoooU AB /VI R，mAU A'B, .I R,/mAU A'B'' VlR''/mAUoc =Isc =Ro =1、測量時電流應2、萬用表直接測 Ro時，網絡內的獨立源必須先置零，以免損壞萬用表

13、。其次，歐姆擋必須調零后再進行測量。六、思考題(1) 根據實驗數據，畫出其特性曲線，驗證戴維南定理和諾頓定理的正確性，并分 析產生誤差的原因。(2) 根據步驟(1)、(2)測得的Uoc、lSC、R值和電路計算的結果作比較，能得出什么結論。(3) 歸納、總結實驗結果。實驗四功率因數提高一、實驗目的(4) 熟悉日光燈的接線，做到能正確迅速連接電路。(5) 通過實驗了解功率因數提高的意義和方法。(6) 熟練功率表的使用。二、原理說明1,提高功率因數的意義在正弦交流電路中，電源發出的功率為p = ui cos* °其中cos中稱為功率因數，中為總電壓與總電流之間的相位差，即負載的阻抗角。發電

14、設備將電能輸送給用戶，用戶負載 大多數為感性負載(如電動機、日光燈等)。感性負載的功率因數較低，會引起以下兩個問 題：s = ui。(1) 發電設備的容量不能充分利用。發電設備的容量在額定工作狀態時，發電設備發出的有功功率P=UI coSP ,只有在電阻性負載(如白熾燈、電爐等)電路中 cos5=1;而對于感性負載，cos<1,電路中會出現負載與電源之間無功能量的交換，電源就要發出一個無功功率P=UIsin中。電源在輸出同樣的額定電壓u額定電流i的情況下，功率因數越小，發出的有功功率p就越小，造成發電設備的容量不能充分利用。(2) 增加線路和發電設備的損耗。當發電機的電壓u和輸出功率p一

15、定時，coS<P越低，電流i越大，將引起線路和發電設備損耗的增加。綜上所述，提高電網的功率因數，對于降低電能損耗、提高發電設備的利用率和供電質量具有重要的經濟意義。2.提高功率因數的方法針對實際用電負載多為感性且功率因數較低的情況，簡單而又易于實現的提高功率因數的方法就是在負載兩端并聯電容器。負載電流中含有感性無功電流分量，并聯電容器的目的就是取其容性無功電流分量補償負載感性無功電流分量。如圖14-1所示，并聯電容器以后，電感性負載本身的電流1；和負載的功率因數 c0spi均未改變，但電源電壓 U與線路電流I之間的相位差中減小了，即coSP增大了。這里所說的功率因數的提高，指的是提高電源

16、或電網 的功率因數，而負載本身的功率因數不變。改變電容器的數值可以不同程度的補償，合理 地選取電容的數值，便可以達到所要求的功率因數。實驗中以日光燈(連同鎮流器)作為研究對象，日光燈電路屬于感性負載，但鎮流器 有鐵心，它與線性電感線圈有一定差別；嚴格地說，日光燈電路為非線性負載。 IC,+ I L Ic| U3.日光燈的電路結構和工作原理(1)燈管。日光燈燈管兩端裝有發射電子用的燈絲，管內沖有惰性氣體及少量的水銀蒸氣，管內壁上涂有一層銀光粉。當燈管兩端燈絲加熱并在兩端加上較高電壓時，管內 水銀蒸氣在電子的撞擊下游離放電，產生弧光。弧光中的射線射在管壁的熒光粉上就會激 勵發光。燈管在放電后只需較

17、低的電壓就能維持其繼續放電。因而要使日光燈管正常工作， 則必須在啟動時產生一個瞬間較高電壓，而在燈管后又能限制其工作電流，維持燈管兩端 有較低電壓。(2)啟輝器(跳泡)。它是一個小型輝光放電管，管內沖有窟氣。它有兩個電極：一 個是由膨脹系數不同的 U型雙金屬片組成，稱可動電極；另一個是固定電極。為了避免在斷開時產生火花燒毀電極，通常并聯一個小電容。啟輝器實際上起一個自動開關的作用。(3)鎮流器。他是一個帶鐵心的電感線圈。其作用是在日光燈啟動時產生一個較高的自感電動勢去點燃燈管，燈管點燃后它又限制通過燈管的電流，使燈管兩端維持較低的 電壓。在接通電源瞬間，由于啟輝器是斷開的，日光燈電路中并沒有電

18、流。電壓全部加在啟 輝器兩極間，使兩極間氣體游離，產生輝光放電。此時兩極發熱，U型雙金屬片受熱膨脹,與固定電極接觸。這是電路構成閉合回路，于是電流通過燈絲使燈絲加熱，為燈絲發射電 子準備了條件。啟輝器兩極接觸時，兩極間電壓就下降為零，輝光放電立即停止。金屬片冷卻收縮， 與固定電極斷開。在斷開的瞬間電路中電流突然下降為零，于是在鎮流器兩端產生一個較 高的自感電動勢。它與電源一起加在燈管兩端，使燈管內水銀蒸氣游離放電。放電發生的 射線使管內壁的熒光粉發出可見光，此時啟輝器已不再起作用了，電流直接通過燈管與鎮 流器構成閉合回路。鎮流器起限流作用，使燈管兩端電壓能維持自身放電即可。三、實驗設備1、交流

19、電壓表12、交流電流表13、功率表14、日光燈套件15、電容箱1四、實驗步驟及內容(1)按圖14-3所示電路連接。在各支路串聯接入電流表插座，再將功率表接入線路，按圖接線并經檢查后，接通電源，電壓增加至220 V。(2)改變可變電容箱的電容值，先使 C=0,測量電源電壓 U、鎮流器二端的電壓Ul、日光燈燈管二端的電壓 Ua,讀取總電流I、燈管電流II、電容支路電流|c及功率 表讀數P。(3)逐漸增加電容 C的數值，測量電源電壓 U、鎮流器二端的電壓 Ul、日光燈燈管二端的電壓Ua,讀取總電流|、燈管電流|L、電容支路電流|c及功率表讀數P。并將實驗數據記錄表14-2中。表 14-2電容(葉)總

20、電壓U/V鎮流器Ul /V燈管Ua/V總電流I/mA鎮流器Il/mA電容I”mA功率PWcoSP(計算值)00.471 . 01.472.03.03.474.04.14.224.475.06.07. 0五、注意事項(1)日光燈啟動電壓隨環境溫度會有所改變，一般在180V左右可啟動，日光燈啟動時電流較大(約0.6A)注意儀表量程選擇。(2)功率表的同名端按標準接法連接在一起，否則功率表中模擬指針表反向偏轉，數 字表則無顯示。(3)使用功率表測量應選擇相應電壓、電流量程開關，否則產生不適當顯示。(4)本實驗入數據不符合理論規律首先檢查供電電源波形是否過分畸變，因目前電網 波形高次諧波分量相當高，如

21、能在進線前裝一個電源進線濾波器，這將是抑制諧波分量的 有效措施。六、思考題1、在什么場合下需要提高功率因數？2、完成上述數據測試，并列表記錄。3、匯出總電路i = f (c)曲線，并分析討論。4、匯出COS中=f(C)曲線，并分析討論。實驗五三相交流電路電壓、電流的測量一、實驗目的(1)掌握三相負載作星形聯接、三角形連接的方法；驗證這兩種接法時的線電壓、相 電壓及線電流、相電流之間的關系。(2)充分理解三相四線供電系統中中線的作用。二、實驗線路及原理(1)三相負載可接成星形(又稱“ Y”接)或三角形(又稱“接)。當三相對稱負載作丫形聯接時，線電壓 UL是相電壓uP的J3倍。線電流|L等于相電流

22、lP，即：Ul = Up，在這種情況下，流過中線的電流 |0 =0,所以可以省去中線。當對稱三相負載作 形連接時，有：Il=Z3Ip， Ul=Up(2)不對稱三相負載作 Y形接線時，必須采用三相四線制接法，即丫0接法。而且中線必須牢固連接，以保證三相不對稱負載的每相電壓維持對稱不變。尚若中線斷開，會導致三相負載電壓的不對稱，致使負載輕的那一相的相電壓過高，是負載遭受損壞；負載重的那一相相電壓又過低，使負載不能正常工作。尤其是對于三相照明負載，無條件的一律采用 丫0接法。(3)當不對稱負載作 連接時，Il =J31P，但只要電源的線電壓 Ul對稱，加在三相負載上的電壓仍是對稱的，對各相負載工作沒

23、有影響。A(U)I AI BB (V)I cC 一(W) InN- 三、實驗設備1、交流電壓表12、交流電流表13、三相燈組負載14、三相自耦調壓器1四、實驗內容及步驟1 .三相負載星形聯接（三項四線制供電）按圖22-1線路組接實驗電路。該三相燈組負載經三相自耦調壓器接通三相對稱電源。實驗時將三相調壓器的旋柄置于輸出為0V的位置（即逆時針旋到底）。經指導老師檢查合格后，方可開啟實驗臺電源，然后調節調壓器的輸出，使輸出的三相線電壓為220V,按下述內容完成各項實驗：分別測量三相負載的線電壓、相電壓、線電流、相電流、中線電流、 電源與負載中點間的電壓。將測得的數據記入表22-2中，并觀察各組燈組亮

24、暗的變化程度，特別要注意觀察中線的作用。表 22-2項目測量數據實驗內容（負載情況）電流/A線電壓/V相電壓/V中線 電流I0/A中線 電壓U NN ,I AI BI CU ABU BCU CAU ANU BNU CN平衡 負載后中線無中線小平 衡 負載后中線無中線B相后中線無中線2 .負載三角形接法按圖22-2改接線路，經指導教師檢查合格后接通三相電源，并調節調壓器，使其輸出 線電壓為220V,并按表22-3的內容進行測試。表 22-3項目測量數據實驗內容（負載情況）線電流/A相電流/A電壓/VI AI BI CI ABI BCI CAU ABU BCU CA平衡負載不平衡負城B相斷開五、實

25、驗注意事項(1)在本實驗采用三相交流市電，線電壓為380V,實驗時要注意人身安全，不可觸及到帶電部件，防止意外事故發生。(2)每次接線完畢，同組同學應自查一遍，然后經指導教師檢查后，方可接通電源， 必須嚴格遵守先斷電、再接線、后通電；先斷電、后拆線的實驗操作原則。(3)電流測量，必須使用電流專用測量插頭。六、,思、考題(1)三相負載根據什么條件作星形或三角形連接？(2)試分析三相星形聯接不對稱在無中線情況下，當某相負載開路或短路時會出現什么情況？如果接上中線，情況又如何？實驗六一階電路的響應一、實驗目的1、學習用示波器觀察和分析電路的響應。2、研究RC電路在零輸入、零狀態響應。3、掌握從響應曲

26、線中求時間常數七的方法。、實驗線路及原理含有L、C儲能元件(動態元件)的電路，其響應可以由微分方程求解。凡是可用一 階微分方程描述的電路，成為一階電路。一階電路通常由一個儲能元件和若干個電阻元件 組成。所有儲能元件初始值為零的電路對激勵的響應稱為零狀態響應。對于圖14-1所示的一階電路，當t=0時開關K由位置2轉到位置1,直流電源經R向C充電。有方程：uc +RC 生=Ust -0dtUC (0_) =0由初始值tUc (t) =Us(1-e")t _0t .0R R RC具有時間的量綱，稱可以得出電容的電壓和電流隨時間變化的規律，即零狀態響應方程為:.U S .iceR上述式子表明

27、，零狀態響應是輸入的線性函數。其中,為時間常數，是反映電路過渡過程快慢的物理量。T越大，暫態響應所持續的時間越長，即過渡過程的時間越長。反之，丁越小，過渡過程的時間越短。電路在無激勵情況下，由儲能元件的初始狀態引起的響應稱為零輸入響應。在圖 14-1 中，當開關K置于位置1, Uc(01=U。時，在將開關K轉到位置2,電容器的初始電壓UC(0_)經R放電。由方程：uc RC dUc = 0dtt -0和初始值uc(0_) -U0可以得出電容上的電壓和電流隨時間變化的規律，即零輸入狀態響應方程為:Uc (t) = Uc (0Je， t >0ic (t) 一Uc"Rt -0零輸入狀

28、態響應方程式表明，零輸入響應是初始狀態的線性函數。電路在輸入激勵和初始狀態共同作用下引起的響應稱為全響應。對圖14-2所示的電路,當t=0時合上開關K,則描述方程為：uc +Rc' = Usdt由初始值Uc(0_)=U0可以得出全響應方程式：tttUc(t) =Us(1 -e") Uc(0_)e= =uc(0-) -Use" Us t -0|c (t)=Us-tUs -Uc(0_) 4二eRt -01 KRic(t)T T mA'k+I< 2< > 10KQ cC>100g FWt) IVK R ic'*1+C =p LC(t)圖14-1零輸入響應與零狀態響應圖14-2全響應全響應方程式表明：(1)全響應是零狀態分量和零輸入分量之和，它體現了線性電路的可加性。(2)全響應也可以看成是自由分量和強制分量之和。自由分量的起始值和初始狀態 與輸入有關，而隨時間變化的規律僅僅決定于電路的R、C參數。強制分量則僅與激勵有關。當tT8時，自由分量趨于零，過渡過程結束，電路進入穩態。對于上述零狀態響應、零輸入狀態響應和全響應的一次過程，uC(t)和iC(t)的波形可以用長余輝示波器直接顯示出來。示波器工作在慢掃描狀態，輸入信號接在示波器的直流 輸出端。如果電路時間常數t足夠大(如大于20秒以