電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

5電路分析課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校電氣工程系實(shí)踐中心2015 年 3 月6目 錄電路分析課程實(shí)驗(yàn)要求 .實(shí)驗(yàn)一 電工儀表測(cè)量誤差的計(jì)算 .1實(shí)驗(yàn)二 儀表量程擴(kuò)展實(shí)驗(yàn) .5實(shí)驗(yàn)三 電路元件伏安特性的的測(cè)繪 .8實(shí)驗(yàn)四 基爾霍夫定律的驗(yàn)證 .11實(shí)驗(yàn)五 疊加原理的驗(yàn)證 .13實(shí)驗(yàn)六 電壓源與電流源的等效變換 .15實(shí)驗(yàn)七 戴維南定理和諾頓定理設(shè)計(jì) .18實(shí)驗(yàn)八 最大功率傳輸條件測(cè)定 .22實(shí)驗(yàn)九 RC 一階電路和二階電路響應(yīng)測(cè)試 .24實(shí)驗(yàn)十 R、L、C 元件阻抗特性的測(cè)定 .28實(shí)驗(yàn)十一 三表法測(cè)定交流電路等效參數(shù) .30實(shí)驗(yàn)十二 功率因數(shù)測(cè)試及其改善 .34實(shí)驗(yàn)十三 RLC 串聯(lián)諧振電路的研究 .37實(shí)驗(yàn)十四 二端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)試 .40實(shí)驗(yàn)十五 三相交流電路測(cè)量 .43附錄 1 THHE-1 型高性能電工電子實(shí)驗(yàn)臺(tái) 使用說(shuō)明書(shū) .47附 錄 2 示波器使用說(shuō)明 .557電路分析課程實(shí)驗(yàn)要求一 實(shí)驗(yàn)課的作用實(shí)驗(yàn)課是高等教育的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的重要手段。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可驗(yàn)證和鞏固所學(xué)的理論知識(shí)、訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)技能、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際工作能力。實(shí)驗(yàn)課應(yīng)達(dá)到以下目的：1. 培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是，一絲不茍，三嚴(yán)（嚴(yán)格、嚴(yán)密、嚴(yán)肅）的科學(xué)態(tài)度，養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和作風(fēng)。2. 訓(xùn)練學(xué)生的基本的實(shí)驗(yàn)技能，如正確使用常見(jiàn)的電工儀器，掌握一些基本的電工測(cè)試技術(shù)，實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)分析處理。3. 培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察和研究基本電路現(xiàn)象及規(guī)律的能力，以鞏固所學(xué)理論知識(shí)。二 實(shí)驗(yàn)課的要求1. 課前準(zhǔn)備，必須認(rèn)真預(yù)習(xí)，具體要求：（1） 閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，明確實(shí)驗(yàn)的目的與要求。并結(jié)合實(shí)驗(yàn)的原理復(fù)習(xí)有關(guān)理論。了解完成實(shí)驗(yàn)的方法和步驟，設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄表格，認(rèn)真思考并解答預(yù)習(xí)思考題中的問(wèn)題。（2） 理解并記住指導(dǎo)書(shū)中提出的注意事項(xiàng)。對(duì)實(shí)驗(yàn)中所用儀器設(shè)備的作用及使用方法要有初步了解。2. 實(shí)驗(yàn)步驟（1） 接線前，首先了解各種儀器設(shè)備和元器件的額定值，使用方法和電源的情況。（2） 實(shí)驗(yàn)中要用的儀器、儀表、實(shí)驗(yàn)板及開(kāi)關(guān)等。應(yīng)根據(jù)連線合理布局。（3） 接線原則是先串后并、先總后分，接線時(shí)應(yīng)將所有電源開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，并可調(diào)設(shè)備旋紐、手柄置于最安全位置，接好線后，經(jīng)仔細(xì)檢查無(wú)誤，經(jīng)教師復(fù)查后才可接通電源，合電源時(shí)，要注意各個(gè)設(shè)備及儀表工作是否正常。（4） 實(shí)驗(yàn)中要大膽細(xì)心 ，一絲不茍，認(rèn)真觀察現(xiàn)象，仔細(xì)讀取數(shù)據(jù)，隨時(shí)分析研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果的合理性，如發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)查找原因。（5） 實(shí)驗(yàn)完畢，先切斷電源，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求核對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后教師審核，正確后拆線，并將設(shè)備儀器排放整齊，等教師檢查后，方可離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室。3. 實(shí)驗(yàn)課后的整理工作主要是編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，這是實(shí)驗(yàn)的總結(jié)。報(bào)告內(nèi)容應(yīng)包括：（1） 實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?（2） 簡(jiǎn)述工作原理，不要照抄指導(dǎo)書(shū)。（3） 實(shí)驗(yàn)方法及步驟：主要是畫(huà)出線路圖，對(duì)特殊的設(shè)備加以說(shuō)明 ，認(rèn)真用原始記錄填寫(xiě)表格。（4） 主要儀器設(shè)備。（5） 數(shù)據(jù)處理：包括實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果的整理、分析、誤差原理的估計(jì)等。（6） 回答指導(dǎo)書(shū)中的思考題。1實(shí)驗(yàn)一 電工儀表測(cè)量誤差的計(jì)算一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉實(shí)驗(yàn)臺(tái)上各類電源及各類測(cè)量?jī)x表的布局和使用方法。2. 掌握指針式電壓表、電流表內(nèi)阻的測(cè)量方法。3. 熟悉電工儀表測(cè)量誤差的計(jì)算方法。二 實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào) 名稱 型號(hào)與規(guī)格 數(shù)量 備注1 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源 030V 二路2 可調(diào)恒流源 0500mA 13 指針式萬(wàn)用表 MF-47 或其他 1 自備4 可調(diào)電阻箱 09999.9 1 HE-195 電阻器 按需選擇 HE-11三 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 為了準(zhǔn)確地測(cè)量電路中實(shí)際的電壓和電流，必須保證儀表接入電路后不會(huì)改變被測(cè)電路的工作狀態(tài)。這就要求電壓表的內(nèi)阻為無(wú)窮大；電流表的內(nèi)阻為零。而實(shí)際使用的指針式電工儀表都不能滿足上述要求。因此，當(dāng)測(cè)量?jī)x表一旦接入電路，就會(huì)改變電路原有的工作狀態(tài)，這就導(dǎo)致儀表的讀數(shù)值與電路原有的實(shí)際值之間出現(xiàn)誤差。誤差的大小與儀表本身內(nèi)阻的大小密切相關(guān)。只要測(cè)出儀表的內(nèi)阻，即可計(jì)算出由其產(chǎn)生的測(cè)量誤差。以下介紹幾種測(cè)量指針式儀表內(nèi)阻的方法。2. 用“分流法”測(cè)量電流表的內(nèi)阻如圖 11 所示。A 為被測(cè)內(nèi)阻 (RA)的直流電流表。測(cè)量時(shí)先斷開(kāi)開(kāi)關(guān) S，調(diào)節(jié)電流源的輸出電流 I 使 A 表指針滿偏轉(zhuǎn)。然后合上開(kāi)關(guān) S，并保持 I 值不變，調(diào)節(jié)電阻箱 RB 的阻值，使電流表的指針指在 1/2 滿偏轉(zhuǎn)位置，此時(shí)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(pán)上讀得。圖 11+_RA IARBR1IS+_AS可調(diào)電流源V RRV BSR1+可調(diào)穩(wěn)壓源圖 123. 用分壓法測(cè)量電壓表的內(nèi)阻。如圖 12 所示。 V 為被測(cè)內(nèi)阻 (RV)的電壓表。測(cè)量時(shí)先將開(kāi)關(guān) S 閉合，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓，使電壓表 V 的指針為滿偏轉(zhuǎn)。然后斷開(kāi)開(kāi)關(guān) S，調(diào)節(jié) RB 使電壓表 V的指示值減半。此時(shí)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(shí)的電壓值。4. 儀表內(nèi)阻引起的測(cè)量誤差（通常稱之為方法誤差， 而儀表本身結(jié)構(gòu)引起的誤差稱為儀表基本誤差）的計(jì)算。2（ 1） 以 圖 1 3 所 示 電 路 為 例 ， R1上 的 電 壓 為 。21RURRAVBRvU21圖 13現(xiàn)用一內(nèi)阻為 RV的電壓表來(lái)測(cè)量 值，當(dāng) RV與 R1并聯(lián)后， ，以此U1VABR來(lái)替代上式中的 R1，則得 。絕對(duì)誤差為U21V1 )()( 212212VR RRU若 ，則得216相對(duì)誤差 %3.0%01R U由此可見(jiàn)，當(dāng)電壓表的內(nèi)阻與被則電路的電阻相近時(shí)，測(cè)量的誤差是非常大的。（2）伏安法測(cè)量電阻的原理為：測(cè)出流過(guò)被測(cè)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(cè)量電阻的兩種電路。RUXI+- URR RA -+VAV X+- URR RA -+VAV X圖 14(b)(a)設(shè)：U=20V，R A=100，R V=20K。假定 RX的實(shí)際值為 10K?，F(xiàn)在來(lái)計(jì)算用此兩電路測(cè)量結(jié)果的誤差。電路(a)測(cè)量： (mA)96.201.XVUI3(V)73.192096.XVRIU.731I相對(duì)誤差 %4.0.6Xa電路(b)： (mA)98.1.2ARUIR(V).0.RXI相對(duì)誤差 %11b由此列，既可看出儀表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，也可看出采用正確的測(cè)量電路也可獲得較滿意的結(jié)果。四 實(shí)驗(yàn)步驟1. 根據(jù)“分流法”原理測(cè)定指針式萬(wàn)用表（MF-47 型或其他型號(hào)）直流電流 0.5mA 和5mA 檔量限的內(nèi)阻。線路如圖 1-1 所示。RB 可選用 HE-19 中的電阻箱（下同） 。數(shù)據(jù)記入下表：被測(cè)電流表量限 S 斷開(kāi)時(shí)的表讀 數(shù)（mA） S 閉合時(shí)的表讀 數(shù)（mA） RB（） R1（） 計(jì)算內(nèi)阻 RA（）0.5 mA5 mA2. 根據(jù)“分壓法”原理按圖 1-2 接線，測(cè)定指針式萬(wàn)用表直流電壓 2.5V 和 10V 檔量限的內(nèi)阻。數(shù)據(jù)記入下表：表 2 被測(cè)電壓表量 限S 閉合時(shí)表讀數(shù)（V）S 斷開(kāi)時(shí)表讀數(shù)（V）RB(K)R1(K)計(jì)算內(nèi)阻RV（K）S(/V)2.5V10V3. 用指針式萬(wàn)用表直流電壓 10V 檔量程測(cè)量圖 1-3 電路中 R1上的電壓 之值，并1RU計(jì)算測(cè)量的絕對(duì)誤差與相對(duì)誤差。數(shù)據(jù)記入下表：U R2 R1 R10V(K) 計(jì)算值 1RU（V） 實(shí)測(cè)值 1(V)絕對(duì)誤差U相 對(duì) 誤 差( U/U)100%12V 10K 50K五、預(yù)習(xí)思考題1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1 和 2，若已求出 0.5mA 檔和 2.5V 檔的內(nèi)阻，可否直接計(jì)算得出 5mA檔和 10V 檔的內(nèi)阻？2. 用量程為 10A 的電流表測(cè)實(shí)際值為 8A 的電流時(shí)，實(shí)際讀數(shù)為 8.1A，求測(cè)量的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。4六、思考題1. 列表記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并計(jì)算各被測(cè)儀表的內(nèi)阻值。2. 分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)應(yīng)用場(chǎng)合。3. 對(duì)預(yù)習(xí)思考題的計(jì)算。4. 其他（包括實(shí)驗(yàn)的心得、體會(huì)及意見(jiàn)等） 。七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1. 在開(kāi)啟實(shí)驗(yàn)臺(tái)直流電源開(kāi)關(guān)前，應(yīng)將兩路電壓源的輸出調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)至最?。鏁r(shí)針旋到厎） ，并將恒流源的輸出粗調(diào)旋鈕撥到 2mA 檔，輸出細(xì)調(diào)旋鈕應(yīng)調(diào)至最小。接通電源后，再根據(jù)需要緩慢調(diào)節(jié)。2. 當(dāng)恒流源輸出端接有負(fù)載時(shí)，如果需要將其粗調(diào)旋鈕由低檔位向高檔位切換時(shí)，必須先將其細(xì)調(diào)旋鈕調(diào)至最小。否則輸出電流會(huì)突增，可能會(huì)損壞外接器件。3. 電壓表應(yīng)與被測(cè)電路并接，電流表應(yīng)與被測(cè)電路串接， 并且都要注意正、負(fù)極性與量程的合理選擇。4. 本實(shí)驗(yàn)僅測(cè)試指針式儀表的內(nèi)阻。由于所選指針表的型號(hào)不同，本實(shí)驗(yàn)中所列的電流、電壓量程及選用的 RB、R 1等均會(huì)不同。實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)按選定的表型自行確定。5實(shí)驗(yàn)二 儀表量程擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 理解指針式毫安表的量程和內(nèi)阻在測(cè)量過(guò)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(xué)會(huì)電壓表和電流表量程切換開(kāi)關(guān)的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào) 名稱 型號(hào)與規(guī)格 數(shù)量 備注1 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源 030V 12 直流數(shù)顯恒流源 0500mA3 直流數(shù)字電流表 0500mA 14 直流數(shù)字電壓表 0300V 15 基本表 1mA，100 1 HE-116 電阻 按需選擇 HE-11三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 一只毫安表允許通過(guò)的最大電流稱為該表的量程，用 Ig 表示，該表有一定的內(nèi)阻，Rg 表示，這就是一個(gè)“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(gè)主要參數(shù)。圖 2-1 圖 2-2 擴(kuò)大量程2. 滿量程為 1 mA 的毫安表，最大只允許通過(guò) 1 mA 的電流，過(guò)大的電流會(huì)造成“打針”，甚至燒斷電流線圈而損壞，要用它測(cè)量超過(guò) 1 mA 的電流，亦要擴(kuò)大毫安表的測(cè)量范圍，選擇一個(gè)合適的分流電阻 RA 與基本表并聯(lián)，如圖 2-2 所示, R A 的大小可以精確算出。假設(shè)：基本表滿量程為 Ig= 1 mA，基本表內(nèi)阻為 Rg=100，現(xiàn)要將其量程擴(kuò)大 10 倍（即可用來(lái)測(cè)量 10 mA 電流）。則應(yīng)并聯(lián)的分流電阻 RA 應(yīng)滿足下式： AgRII）（ g1.,)0(m1mA同理，要使其量程擴(kuò)展為 100 mA，則應(yīng)并聯(lián) 1.11 的分流電阻。6當(dāng)改裝后得電流表來(lái)測(cè)量 10（或 100）mA 以下的電流時(shí)，只要將基本表的讀數(shù)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(lián)即可，如圖 2-3 所示。圖 2-3假設(shè)：被測(cè)電壓值為 U，則： 所以）（ VgvgRIgIIRUVg電壓表要將量程為 1mA，內(nèi)阻為 100 的毫安表改裝為量程為 1V 的電壓表，則應(yīng)串聯(lián)的分壓電阻的阻值應(yīng)為： 若要將量程擴(kuò)大到 10V，應(yīng)串9010g1mAV多大的電阻呢？四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 1 表表頭的檢驗(yàn)。調(diào)節(jié)恒流源的輸出，最大不超過(guò) 1 mA；先對(duì)毫安表進(jìn)行機(jī)械調(diào)零，再將恒流源的輸出接至毫安表的信號(hào)輸入端，調(diào)節(jié)恒流源的輸出，令