XXXX1230(修改)电路与模拟电子技术实验指导书

1电路与模拟电子技术实验指导书王凤歌（修改于2011.12.30）2实验一直流网络定理一、实验目的1、加深对基尔霍夫和迭加原理的内容和适用范围的理解。2、用实验方法验证戴维南定理的正确性。3、学习线性含源一端口网络等效电路参数的测量方法。4、验证功率输出最大条件。二、实验属性（验证性）三、实验仪器设备及器材1、电工实验装置（DG011T、DY031T、DG053T）2、电阻箱四、实验要求1.所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准，不以电源表盘指示值为准。2.防止电源两端碰线短路。3.若用指针式电流表进行测量时，要识别电流插头所接电流表时的“+、－”极性。倘若不换接极性，则电表指针可能反偏（电流为负值时），此时必须调换电流表极性，重新测量，此时指针可正偏，但读得的电流值必须冠以负号。4.用电流插头测量各支路电流时，应注意仪表的极性，及数据表格中“+、－”号的记录。五、实验原理1、基尔霍夫定律是集总电路的基本定律。它包括电流定律和电压定律。基尔霍夫电流定律：在集总电路中，任何时刻，对任一节点，所有支路电流的代数和恒等于零。即I=0基尔霍夫电压定律：在集总电路中，任何时刻，沿任一回路内所有支路或元件电压的代数和恒等于零。即U=02、迭加原理是线性电路的一个重要定理。独立电源称为激励，由它引起的支路电压、电流称为响应，则迭加原理可简述为：在任意线性网络中，多个激励同时作用时，总的响应等于每个激励单独作用时引起的响应之和。3、戴维南定理指出，任何一个线性含源一端口网络，对外部电路而言，总可以用一个理想电压源和电阻相串联的有源支路来代替，如图1-1所示，其理想电压源的电压等于原网络端口的开路电压UOC，其电阻等于原网络中所有独立电源为零值时的入端等效电阻R0。图1-134、对于已知的线性含源一端口网络，其入端等效电阻R0可以从原网络计算得出，也可以通过实验手段测出。下面介绍几种测量方法。（1）由戴维南定理和诺顿定理可知SCOCIUR0因此，只要测出含源一端口网络的开路电压UOC，和短路电流ISC，R0就可得出，这种方法最简便。但是，对于不允许将外部电路直接短路的网络（例如有可能因短路电流过大而损坏网络内部的器件时），不能采用此法。（2）测出含源一端口网络的开路电压UOC以后，在端口处接一负载电阻RL，然后再测出负载电阻的端电压URL，因LLOCRLRRRUU0则入端等效电阻为LRLOCRUUR)1(0（3）令有源一端口网络的所有独立电源置零，然后在端口处加一给定电压U，测得入口的电流I（如图1-2a所示），则IUR0也可以在端口处接入给定电流源I′，测得端口电压U′（如图1-2b所示），则IUR0图1-2a图1-2b5、一个含有内阻r0的电源给RL供电，其功率为LLLRRRERIP2002)(为求得从电源中获得最大功率的最佳值，我们可以将功率P对RL求导，并令其导数等于4零，解得：2040020)()(2)(ERRRRRRRdRdPLLLLL0)(2040220ERRRRLL于是解得RL=R0则得最大功率：0200204)(RERRREPLLmas由此可知：负载电阻RL从电源中获得最大功率条件是负载电阻RL等于电源内阻R0。六、实验步骤1、验证基尔霍夫定律按图1-3接线，其中I1、I2、I3是电流插口，K、Z是双刀双掷开关。图1-3先将K、Z合向短路一边，调节稳压电源，使US1=10V，US2=6V，再把K、Z合向电源一边。测得各支路电流、电压，将数据记录于表2-1中。表1-1I1（mA）I2（mA）I3（mA）验证I=UabUbcUbdUdaUcd回路abcda回路abda2、验证迭加原理实验电路如图1-4。首先把Z掷向短路线一边，K掷向电源一边，测得各电流、电压记录于表1-2中。5图1-4实验电路如图1-5.再把K掷向短路线一边，Z掷向电源一边，测得各电流、电压记录于表1-2中。图1-5两电源共同作用时的数据在实验内容1中取。表1-2I1（mA）I2（mA）I3（mA）Uab（V）Ubc（V）Ubd（V）US1单独作用时US2单独作用时US1、US2共同作用时验证迭加原理3、测定线性含源一端口网络的外特性（既伏安特性）U=f（I）。按图1-6接线，改变电阻RL值，测量对应的电流和电压值，数据填在表1-3内。根据测量结果，求出对应于戴维南等效参数UOC、ISC。其中R1=200Ω、R2=300Ω、R3=510Ω、US=10V表1-3RL（Ω）0100200300500700800∞I（mA）U（V）6图1-64、利用实验原理介绍的方法求R0=SCOCIU，数据在实验内容3中取。5、将Uoc和R0构成戴维南等效电路测量其外特性U=f（I）。数据填入表1-4中。图1-7表1-4RL（Ω）0100200300500700800∞I（mA）U（V）6、最大功率输出条件的验证i.根据1-4中数据计算并绘制功率随变化的曲线，既P=f（RL）。ii.观察P=f（RL）曲线，验证功率输出最大条件是否正确。七、思考题1、叠加原理中E1、E2分别单独作用，在实验中应如何操作？可否直接将不作用的电源（E1或E2）置零（短接）？2、实验电路中，若有一个电阻器改为二极管，试问叠加原理的迭加性与齐次性还成立吗?为什么？八、实验报告1.根据实验数据，选定实验电路中的任一个节点，验证KCL的正确性。2.根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证KVL的正确性。73.根据实验数据表格，进行分析、比较，归纳。总结实验结论，即验证线性电路的叠加性与齐次性。4.各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？试用上述实验数据，进行计算并作结论。5、根据实验内容3和5的测量结果，在同一坐标纸上做它们的外特性曲线。6、心得体会及其他。EWB仿真实验（1）、验证基尔霍夫定律（2）、验证迭加原理8（3）、测定线性含源一端口网络的外特性（既伏安特性）U=f（I）。（4）、利用（五、实验原理介绍的方法）求R0，1）由戴维南定律和诺顿定律可知：R0=UocIsc2）、测出含源一端口网络的开路电压UOC以后，在端口处接一负载电阻RL，然后再测出负载电阻的端电压URL，因URL=UocRo+RL•RL9则入端等效电阻为)(0LRLRLOCRUUURLRLOCRUUR)1(0=（7.183/4.621-1）800=443.53）、令有源一端口网络的所有独立电源置零，然后在端口处加一给定电压U，测得入口的电流I，则R0=UI=6/13.52=443.74）、上述内容测得的等效参数选电阻R0构成戴维南等效电路,测量其外特性U′=f（I′）。10实验二日光灯交流电路的研究一、实验目的1、学习功率表的使用。2、学习通过U、I、P的测量计算交流电路的参数。3、学习如何提高功率因数。二、实验属性(验证性)三、实验仪器设备及器材电工实验装置：（DG032T，DY02T，DG053T）四、实验要求1、本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。2、线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好。1、各支路电流都要接入电流插座。五、实验原理1、日光灯结构如图2-1所示，K闭合时，日光灯管不导电，全部电压加在启动器两触片之间，使启动器中氖气击穿，产生气体放电，此放电的一定热量使金属片受热膨胀与固定片接通，于是有电流通过日光灯管两端的灯丝和镇流器。短时间后双金属片冷却收缩与固定片断开，电路中电流突然减小；根据电磁感应定律，这时镇流器两端产生一定的感应电动势，使日光灯管两端电压产生400V至500V高压，灯管气体电离，产生放电，日光灯图2-1日光灯结构图图2-2日光灯电路模型图点燃发亮。日光灯点燃后，灯管两端电压降为100V左右，这时由于镇流器的限流作用，灯管中电流不会过大。同时并联在灯管两端的启动器，也因电压降低而不能放电，其触片保持断开状态。日光灯点燃后，灯管相当于一个电阻R，镇流器可等效为一个小电阻RL和电感的串联，启动器断开，所以整个电路可等效为一R、L串联电路，其电路模型如图2-2所示。11六、实验步骤1、测量交流参数如图2-3接线（先不接电容C）。注意：功率表为智能型表，接线时可不考虑同名端。图2-3日光灯电路表2-1U（V）测量值P（W）I1（A）U1（V）U2（V）cos220（以测量数据为准）2、提高功率因数并联电容C分别为1μf、3.2μf、13.2μf，令U=220V不变，将测试结果填入表2-2中。表2-2C测量值计算值P（W）I1（A）I2（A）Ic（A）cos1μf3.2μf13.2μf七、预习思考题1.参阅课外资料，了解日光灯的启辉原理2.在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时，人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮，或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？3.为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？4.提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？所并的电容器是否越大越好？八、实验报告1.完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。122.根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式的基霍夫定律。3.讨论改善电路功率因数的意义和方法。4.装接日光灯的心得体会及其他。EWB仿真实验1、测量交流参数2、提高功率因数13实验三三相负载的星形联结一、实验目的l、研究三相负载作星形联结时，在对称和不对称情况下线电压与相电压(或线电流和相电流)的关系。2、比较三相供电方式中三线制和四线制的特点。3、掌握三相交流电路功率的测量方法二、实验属性：验证性实验三、实验仪器设备及器材电工实验装置：DG04T、DY012T、DG051T四、实验要求实验前些预习报告，凭预习报告参加实验。熟悉三相负载星形联接方法。实验中听从安排，正确使用仪表，记录测量数据，实验后根据要求认真书写实验报告。五、实验原理l、图3-1是星形联结三线制供电图。当线路阻抗不计时，负载的线电压等于电源的线电压，若负载对称，则负载中性O′和电源中性点O之间的电压为零。+++___UAOUCOUBOACBC'B'A'UA'O'UB'O'UC'O'OO'IAICIB图3-1其电压相量图如图3-2所示，此时负载的相电压对称，线电压U线和相电压U相满足U线=3U相的关系。若负载不对称，负载中性点O′和电源中性点O之间的电压不再为零，负载端的各项电压也就不再对称，其数值可由计算得出，或者通过实验测出。2、位形图是电压相量图的一种特殊形式，其特点是图形上的点与电路图上的点一一对应。图3-2是对应于图3-1星形联接三相电路的位形图。图中，UAB代表电路中从A点到B点的电压相量，UA'B'代表电路中从A′点到O′点之间的电压相量。在三相负载对称时，位形图中负载中性点O′与电源中性点O重合，负载不对称时，虽然线电压仍对称，但负载的相电压不再对称，负载中性点O′发生位移，如图3-3所示。14ACBA'B'C'OO'UAO'UBO'UCO'CBA'B'OO'UAO'UBO'UCO'AC'图3-2图3-31、在图3-1中，若把电源中性点和负载中性点间用中线联接起来，就成为三相四线制。在负载对称时，中线电流等于零，其工作情况与三线制相同；负载不对称时，忽略线路阻抗，则负载端相电压仍然相对称，但这时中线电流不再为零，它可由计算方法或实验方法确定。2、图3-44、在三相四线制供电的星形联结负载，可以用一只表测量各相的有功功率，PA、PB、PC．三相负载的总功率P=PA+PB+PC，既为三相功率之和，。若三相负载为对称负载，那么只须测量其中一相的功率，总有功功率乘3即可。线路如图3-5所示。在三相三线制供电系统中，不论负载是否对称，也不论负载是星形接法还是三角形接法，均可用二表法测三相负载的总功率线路如图3-6所示。二表法测量三相负载的总功率，不同性质的负载（电阻、电感、电容）对两功率表的读数有