电工技术基础实验报告

电工技术基础实验报告指导老师：郭海朝实验人：段鹏刚任丁丁施宗财实验时间：2015年6月1号2015年6月4号2015年6月8号2015年6月15号2015年6月29号实验一、叠加定理的验证一、实验目的1.验证线性电路中叠加原理的正确性及其适用范围，加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。2.进一步掌握仪器仪表的使用方法。3.学会用电流插头、插座测量各支路电流的方法。二、实验要求1.验证线性电路的叠加性与齐次性2.各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？根据实验数据计算并作结论3.根据实验数据，归纳总结实验结果；心得体会及其他。三、实验原理1．叠加原理在线性电路中，有多个电源同时作用时，任一支路的电流或电压都是电路中每个独立电源单独作用时在该支路中所产生的电流或电压的代数和。某独立源单独作用时，其它独立源均需置零。（电压源用短路代替，电流源用开路代替。）线性电路的齐次性（又称比例性），是指当激励信号（某独立源的值）增加或减小K倍时，电路的响应（即在电路其它各电阻元件上所产生的电流和电压值）也将增加或减小K倍。四、实验设备与器件1.电工综合实验台一台2.导线若干五、实验内容验证叠加原理实验线路如图2所示，用HE-12挂箱的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路，步骤如下：（1）将两路稳压源的输出分别调节为12V和6V，接入Us1和Us2处。（2）令Us1电源单独作用（将开关K1投向Us1侧，开关K2投向短路侧）。用直流数字电压表和毫安表（接电流插头）测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表2。（3）令Us2电源单独作用（将开关K1投向短路侧，开关K2投向Us2侧），重复实验步骤2的测量和记录，数据记入表2。（4）令Us1和Us2共同作用（开关K1和K2分别投向U1和U2侧），重复上述的测量和记录，数据记入表2。（5）将Us2的数值调至＋12V，重复上述第3项的测量并记录，数据记入表2。表2六、实验注意事项1.本实验线路板HE-12系多个实验通用。2．所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。Us1、Us2也需测量，不应取电源本身的显示值。3.防止稳压电源两个输出端碰线短路。4.用指针式电压表或电流表测量电压或电流时，如果仪表指针反偏，则必须调换仪表Us1Us2U1(V)U2(V)U3(V)U4(V)U5(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)661..6132.831.6202.400.8003.212.445.6506-0.621.228-0.6153.601.18-1.093.622.41602.201.62.2-1.9-0.404.41-1.103.191204.373.194.39-2.40-0.808.74-2.306.34图2极性，重新测量。此时指针正偏，可读得电压或电流值。若用数显电压表或电流表测量，则可直接读出电压或电流值。但应注意：所读得的电压或电流值的正确正、负号应根据设定的电流方向来判断。5.用电流插头测量各支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性，并应正确判断测得值的＋、－号。6.注意仪表量程的及时更换。七、实验结论通过实验，对数据的记录和分析可得，实验的数据有一定误差，但是都在允许范围之内。验证叠加定理：以I1为例，Us1单独作用时，I1a=4.41mA；Us1单独作用时，I1b=-1.09mA，计算值I1a+I1b=3.32mA；U1和U2共同作用时，测量值I1=3.21mA，因此叠加性得以验证。2Us1单独作用时，I1a=8.74mA；而2*I1a=8.82mA，因此齐次性得以验证。其他的支路电流和电压也可以类似验证叠加定理的准确性。实验二、戴维南定理的验证方案一、实验目的1.验证戴维南定理和诺顿定理的正确性，加深对该定理的理解。2.掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。二、原理说明1.任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络（或称为含源一端口网络）。戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替，此电压源的电动势Us等于这个有源二端网络的开路电压Uoc，其等效内阻R0等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。诺顿定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电流源与一个电阻的并联组合来等效代替，此电流源的电流Is等于这个有源二端网络的短路电流ISC，其等效内阻R0定义同戴维南定理。Uoc（Us）和R0或者ISC（IS）和R0称为有源二端网络的等效参数。2.有源二端网络等效参数的测量方法半电压法测R0如图3-2所示，当负载电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。图3-2当电阻两端的电压UR=½UOC时，则内外电阻相等，即R=RO由此可知，R0=540Ω，UOC=16.83V三、仪器设备和选用挂箱序号名称数量备注1万用表1外购2稳压、稳流源1DG04、05或GDS-033实验电路板或直流电路实验、负载1GDS-06A、GDS-074直流电压、电流表1DG31-2或GDS-10四、实验内容被测有源二端网络如图3-4(a)所示。图3-41.用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的Uoc、R0和诺顿等效电路的ISC、R0。按图3-4(a)接入稳压电源Us=12V和恒流源Is=10mA，不接入RL。测出UOc和Isc,并计算出R0。（测UOC时，不接入直流毫安表。）表3-1用开路电压、短路电流法测定Uoc和ISC2.负载实验按图3-4(a)接入RL。改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。表3-2测量有源二端网络的外特性RL030Ω51Ω200Ω510Ω1KΩ3KΩ5.1KΩ∞U（v）00.9241.5134.688.36711.1214.4115.3416.83I（mA）33.331.530.424.317.211.84.93.0903.戴维南等效电路的负载从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻R0之值，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压Uoc之值）相串联，如图3-4(b)所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。表3-3验证戴维南定理RL（KΩ）030Ω51Ω200Ω510Ω1KΩ3KΩ5.1KΩ∞U（v）00.8771.4394.508.0810.8314.715.1216.72I（mA）31.830.229.323.416.711.024.813.0404.有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的直接测量法。见图3-4（a）。将被测有源网络内的所有独立源置零（去掉电流源IS和电压源US，并在原电压源所接的两点用一根短路导线相连），然后用伏安法或者直接用万用表的欧姆档去测定负载RL开路时A、B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻R0，或称网络的入端电阻Ri。用此法测得的电阻为:527Ω5.用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻R0及其开路电压Uoc。线路及数据表格自拟。表3—5电阻和开路电压的测量值电阻R0/Ω开路电压U/V52617.08五、实验注意事项1.测量时应注意电流表量程的更换（对GDS-10）。2.步骤“5”中，电压源置零时不可将稳压源短接。3.用万用表直接测R0时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表。其次，欧姆档必须经调零后再进行测量。4.用零示法测量UOC时，应先将稳压电源的输出调至接近于UOC，再按图3-3测量。5.改接线路时，要关掉电源。6.在戴维南等效电路中的内阻R0为计算值，实验挂箱上无此电阻，需要用DG09挂箱上的Uoc(v)Isc(mA)R0=Uoc/Isc(Ω)16.8333.3540电位器提供该电阻。调节电位器，并用万用表测量。使用万用表时转换开关要调节到相应的量程档位上。六、实验数据处理（1）戴维南定理的验证(3)R0的理论值为[(330+510)*10]/(330+510+10)+510=520Ω,则：由1中测得的R0值的相对误差为:(540-520)/520*100%=3.85%;由5中测得的R0值的相对误差为:（527-520）/520*100%=1.35%;U的理论值为12+520*0.01=17.2v,则：由1中测得的U值的相对误差为：（17.2-16.83）/17.2*100%=2.15%；七、实验结论及误差分析有以上分析可知，在实验测定误差允许的范围内，等效电路与原电路外特性一致。戴维南原理正确，即任何有缘二端口网络均可等效为一个电压源和一个电阻串联组合，其中电压源US大小就是有源二端电路的开路电压Uoc；电阻R0大小是有源二端电路除去电源的等效电阻R0。用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻R0及其开路电压时存在一定的误差,这些误差主要来源于实验操作的不当,读数时存在差异,实验仪器本身的不精确等等,这些都是导致误差的原因。