电工技术实验讲义.docx
- 文档编号:23068537
- 上传时间:2023-04-30
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:125.95KB
电工技术实验讲义.docx
《电工技术实验讲义.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电工技术实验讲义.docx(18页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
电工技术实验讲义
学生实验守则
1、进入本实验室的学生必须接受安全教育,严格遵守实验室的各项规章制度,严格遵守仪器设备的操作规程,对违规者指导教师有权停止其实验。
2、实验前认真预习实验指导书,明确实验目的、原理和步骤,并写出合格的预习报告,回答指导教师提出的问题,无预习报告者不得参加实验。
3、必须在指定的时间内参加实验,不准迟到、早退,迟到十分钟以上者不得参加本次实验。
4、由于特殊情况不能参加实验的学生,必须履行相应的请假手续(如:
病假条、有班主任签字认可的事假条)。
无手续而不参加实验者按旷课论处,补做实验者必须个人提出申请经指导教师批准。
5、实验时必须严格按仪器仪表的操作规程进行,如实记录实验原始数据。
按时完成实验报告。
不得抄袭他人的实验结果。
学生实验完毕必须按原样整理好实验桌面上的仪器设备及,将个人物品和废纸杂物带离实验室。
6、在实验过程中随时注意安全。
如出现故障或异常情况,应立即切断电源,保持现场。
并报告指导教师处理。
严禁学生私自拆卸仪器设备,因违反操作规程而造成损坏仪器设备者,应按规定酌情赔偿。
7、学生进入实验室,不得大声喧哗、嬉闹,严禁吸烟、吃零食,不得乱抛纸屑杂物。
8、实验期间,不准将与实验无关的人员带入实验室。
不得玩游戏或做与实
验无关的事情。
严禁修改、删除、复制实验室计算机中的系统软件与应用
软件。
目录
一、基本电工仪表的使用及测量误差的计算………………………………………………1
二、减小仪表测量误差的方法………………………………………………………………5
三、基尔霍夫定律的验证……………………………………………………………………9
四、叠加原理的验证…………………………………………………………………………11
五、戴维南定理和诺顿定理的验证…………………………………………………………14
六、受控源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS的实验研究………………………………18
七、RC一阶电路的响应测试……………………………………………………………22
八、R、L、C元件阻抗特性的测定……………………………………………………………22
九、正弦稳态交流电路相量的研究………………………………………………………27
实验一 基本电工仪表的使用及基尔霍夫定律的验证
一、实验目的
1.熟悉实验台上各类电源及各类测量仪表的布局和使用方法。
2.验证基尔霍夫定律的正确性,加深对基尔霍夫定律的理解。
3.学会用电流插头、插座测量各支路电流。
二、原理说明
基尔霍夫定律是电路的基本定律。
测量某电路的各支路电流及每个元件两端的电压,应能分别满足基尔霍夫电流定律(KCL)和电压定律(KVL)。
即对电路中的任一个节点而言,应有ΣI=0;对任何一个闭合回路而言,应有ΣU=0。
运用上述定律时必须注意各支路或闭合回路中电流的正方向,此方向可预先任意设定。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
直流可调稳压电源
0~30V
二路
2
万用表
1
自备
3
直流数字电压表
0~200V
1
4
电位、电压测定实验电路板
1
DGJ-03
四、实验内容
利用DGJ-03实验挂箱上的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路,按图1-1接线。
图1-1
1.实验前先任意设定三条支路和三个闭合回路的电流正方向。
图1-1中的I1、I2、I3的方向已设定。
三个闭合回路的电流正方向可设为ADEFA、BADCB和FBCEF。
2.分别将两路直流稳压源接入电路,令U1=6V,U2=12V。
3.熟悉电流插头的结构,将电流插头的两端接至数字毫安表的“+、-”两端。
4.将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中,读出并记录电流值。
5.用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值,记录之。
被测量
I1(mA)
I2(mA)
I3(mA)
U1(V)
U2(V)
UFA(V)
UAB(V)
UAD(V)
UCD(V)
UDE(V)
计算值
测量值
相对误差
五、实验注意事项
1.同实验四的注意1,但需用到电流插座。
2.所有需要测量的电压值,均以电压表测量的读数为准。
U1、U2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参考方向来判断。
六、预习思考题
1.根据图1-1的电路参数,计算出待测的电流I1、I2、I3和各电阻上的电压值,记入表中,以便实验测量时,可正确地选定毫安表和电压表的量程。
2.实验中,若用指针式万用表直流毫安档测各支路电流,在什么情况下可能出现指针反偏,应如何处理?
在记录数据时应注意什么?
若用直流数字毫安表进行测量时,则会有什么显示呢?
七、实验报告
1.根据实验数据,选定节点A,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。
3.将支路和闭合回路的电流方向重新设定,重复1、2两项验证。
4.误差原因分析。
5.心得体会及其他。
实验二 用三表法测量电路等效参数
一、实验目的
1.学会用交流电压表、交流电流表和功率表测量元件的交流等效参数的方法。
2.学会功率表的接法和使用。
二、原理说明
1.正弦交流信号激励下的元件值或阻抗值,可以用交流电压表、交流电流表及功率表分别测量出元件两端的电压U、流过该元件的电流I和它所消耗的功率P,然后通过计算得到所求的各值,这种方法称为三表法,是用以测量50Hz交流电路参数的基本方法。
计算的基本公式为:
阻抗的模
,电路的功率因数cosφ=
等效电阻R=
=│Z│cosφ,等效电抗X=│Z│sinφ
或X=XL=2πfL,X=Xc=
1.阻抗性质的判别方法:
可用在被
测元件两端并联电容或将被测元件与电容
串联的方法来判别。
其原理如下:
图2-1并联电容测量法
(1)
在被测元件两端并联一只适当容量的试验电容,
若串接在电路中电流表的读数增大,则被测阻抗为容性,
电流减小则为感性。
图2-1(a)中,Z为待测定的元件,C'为试验电容器。
(b)图是(a)的等效电路,图中G、B为待测阻抗Z的电导
和电纳,B'为并联电容C'的电纳。
在端电压有效值不变
的条件下,按下面两种情况进行分析:
1设B+B'=B",若B'增大,B"也增大,则图2-2
电路中电流I将单调地上升,故可判断B为容性元件。
②设B+B'=B",若B'增大,而B"先减小而后再增大,电流I也是先减小后上升,如图2-2所示,则可判断B为感性元件。
由以上分析可见,当B为容性元件时,对并联电容C'值无特殊要求;而当B为感性元件时,B'<│2B│才有判定为感性的意义。
B'>│2B│时,电流单调上升,与B为容性时相同,并不能说明电路是感性的。
因此B'<│2B│是判断电路性质的可靠条件,
由此得判定条件为
<
。
(2)与被测元件串联一个适当容量的试验电容,若被测阻抗的端电压下降,则判为容性,端压上升则为感性,判定条件为
<│2X│式中X为被测阻抗的电抗值,C'为串联试验电容值,此关系式可自行证明。
判断待测元件的性质,除上述借助于试验电容C'测定法外,还可以利用该元件的电流i与电压u之间的相位关系来判断。
若i超前于u,为容性;i滞后于u,则为感性。
3.本实验所用的功率表为智能交流功率表,其电压接线端应与负载并联,电流接线端应与负载串联。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
交流电压表
0~500V
1
2
交流电流表
0~5A
1
3
功率表
1
(DGJ-07)
4
自耦调压器
1
5
镇流器(电感线圈)
与30W日光灯配用
1
DGJ-04
7
电容器
1μF,4.7μF/500V
1
DG09
8
白炽灯
15W/220V
3
DGJ-04
四、实验内容
测试线路如图2-3所示。
1.按图2-3接线,并经指导教师检查
后,方可接通市电电源。
2.分别测量15W白炽灯(R)、30W日
光灯镇流器(L)和4.7μF电容器(C)的等效
参数。
图2-3
3.
图16-3
测量L、C串联与并联后的等效参数。
被测阻抗
测量值
计算值
电路等效参数
U
(V)
I
(A)
P
(W)
cosφ
Z
(Ω)
cosφ
R
(Ω)
L
(mH)
C
(μF)
15W白炽灯R
电感线圈L
电容器C
L与C串联
L与C并联
4.验证用串、并试验电容法判别负载性质的正确性。
实验线路同图2-3,但不必接功率表,按下表内容进行测量和记录。
被测元件
串1μF电容
并1μF电容
串前端电压(V)
串后端电压(V)
并前电流(A)
并后电流(A)
R
(三只15W白炽灯)
C(4.7μF)
L(1H)
五、实验注意事项
1.本实验直接用市电220V交流电源供电,实验中要特别注意人身安全,不可用手直接触摸通电线路的裸露部分,以免触电,进实验室应穿绝缘鞋。
2.自耦调压器在接通电源前,应将其手柄置在零位上,调节时,使其输出电压从零开始逐渐升高。
每次改接实验线路、换拨黑匣子上的开关及实验完毕,都必须先将其旋柄慢慢调回零位,再断电源。
必须严格遵守这一安全操作规程。
3.实验前应详细阅读智能交流功率表的使用说明书,熟悉其使用方法。
六、预习思考题
1.在50Hz的交流电路中,测得一只铁心线圈的P、I和U,如何算得它的阻值及电感量?
2.如何用串联电容的方法来判别阻抗的性质?
试用I随X'C(串联容抗)的变化关系作定性分析,证明串联试验时,C'满足
<│2X│。
七、实验报告
1.根据实验数据,完成各项计算。
2.完成预习思考题1、2的任务。
3.心得体会及其他。
实验三 常用电子仪器的使用
一、实验目的
1、学习电子电路实验中常用的电子仪器——示波器、函数信号发生器的主要技术指标、性能及正确使用方法。
2、初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。
3、熟悉电子元器件和模拟电路实验箱,
4、掌握放大电路静态工作点的调试方法。
5、学习测量放大电路Q点,AV的方法,了解共射极电路特性。
6、学习放大电路的动态性能。
二、实验原理
在模拟电子电路实验中,经常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表及频率计等。
它们和万用电表一起,可以完成对模拟电子电路的静态和动态工作情况的测试。
实验中要对各种电子仪器进行综合使用,可按照信号流向,以连线简捷,调节顺手,观察与读数方便等原则进行合理布局,各仪器与被测实验装置之间的布局与连接如图1-1所示。
接线时应注意,为防止外界干扰,各仪器的共公接地端应连接在一起,称共地。
信号源和交流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线,示波器接线使用专用电缆线,直流电源的接线用普通导线。
图3-1模拟电子电路中常用电子仪器布局图
1、示波器
示波器是一种用途很广的电子测量仪器,它既能直接显示电信号的波形,又能对电信号进行各种参数的测量。
现着重指出下列几点:
1)、寻找扫描光迹
将示波器Y轴显示方式置“Y1”或“Y2”,输入耦合方式置“GND”,开机预热后,若在显示屏上不出现光点和扫描基线,可按下列操作去找到扫描线:
①适当调节亮度旋钮。
②触发方式开关置“自动”。
③适当调节垂直
(
)、水平(
)“位移”旋钮,使扫描光迹位于屏幕中央。
(若示波器设有“寻迹”按键,可按下“寻迹”按键,判断光迹偏移基线的方向。
)
2)、双踪示波器一般有五种显示方式,即“Y1”、“Y2”、“Y1+Y2”三种单
踪显示方式和“交替”“断续”二种双踪显示方式。
“交替”显示一般适宜于输入信号频率较高时使用。
“断续”显示一般适宜于输入信号频率较低时使用。
3)、为了显示稳定的被测信号波形,“触发源选择”开关一般选为“内”触发,使扫描触发信号取自示波器内部的Y通道。
4)、触发方式开关通常先置于“自动”调出波形后,若被显示的波形不稳定,可置触发方式开关于“常态”,通过调节“触发电平”旋钮找到合适的触发电压,使被测试的波形稳定地显示在示波器屏幕上。
有时,由于选择了较慢的扫描速率,显示屏上将会出现闪烁的光迹,但被
测信号的波形不在X轴方向左右移动,这样的现象仍属于稳定显示。
5)、适当调节“扫描速率”开关及“Y轴灵敏度”开关使屏幕上显示
一~二个周期的被测信号波形。
在测量幅值时,应注意将“Y轴灵敏度微调”旋钮置于“校准”位置,即顺时针旋到底,且听到关的声音。
在测量周期时,应注意将“X轴扫速微调”旋钮置于“校准”位置,即顺时针旋到底,且听到关的声音。
还要注意“扩展”旋钮的位置。
根据被测波形在屏幕坐标刻度上垂直方向所占的格数(div或cm)与“Y轴灵敏度”开关指示值(v/div)的乘积,即可算得信号幅值的实测值。
根据被测信号波形一个周期在屏幕坐标刻度水平方向所占的格数(div或
cm)与“扫速”开关指示值(t/div)的乘积,即可算得信号频率的实测值。
2、函数信号发生器
函数信号发生器按需要输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。
输出电压最大可达20VP-P。
通过输出衰减开关和输出幅度调节旋钮,可使输出电压在毫伏级到伏级范围内连续调节。
函数信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关进行调节。
函数信号发生器作为信号源,它的输出端不允许短路。
3、交流毫伏表
交流毫伏表只能在其工作频率范围之内,用来测量正弦交流电压的有效值。
为了防止过载而损坏,测量前一般先把量程开关置于量程较大位置上,然
后在测量中逐档减小量程。
三、实验设备与器件
1、函数信号发生器2、双踪示波器
3、交流毫伏表
四、实验内容
1、用机内校正信号对示波器进行自检。
1)扫描基线调节
将示波器的显示方式开关置于“单踪”显示(Y1或Y2),输入耦合方式开关置“GND”,触发方式开关置于“自动”。
开启电源开关后,调节“辉度”、“聚焦”、“辅助聚焦”等旋钮,使荧光屏上显示一条细而且亮度适中的扫描基线。
然后调节“X轴位移”(
)和“Y轴位移”(
)旋钮,使扫描线位于屏幕中央,并且能上下左右移动自如。
2)测试“正弦波信号”波形的幅度、频率
调节函数信号发生器有关旋钮,使输出频率分别为1KHz、10KHz,有效值均为1V(交流毫伏表测量值)的正弦波信号。
将示波器Y轴输入耦合方式开关置于“AC”或“DC”,触发源选择开关置“内”,内触发源选择开关置“Y1”或“Y2”。
调节X轴“扫描速率”开关(t/div)和Y轴“输入灵敏度”开关(V/div),使示波器显示屏上显示出一个或数个周期稳定的方波波形。
改变示波器“扫速”开关及“Y轴灵敏度”开关等位置,测量信号源输出电压频率及峰峰值,记入表3-1。
表3-1
信号电压频率
示波器测量值
信号电压
毫伏表读数
(V)
示波器测量值
周期(ms)
频率(Hz)
峰峰值(V)
有效值(V)
1KHz
10KHz
(2)按图3.2接线,调整RP使VE=2.2V,计算并填表1.1。
图3.2工作点稳定的放大电路
为稳定工作点,在电路中引入负反馈电阻Re,用于稳定静态工作点,即当环境温度变化时,保持静态集电极电流ICQ和管压降UCEQ基本不变。
依靠于下列反馈关系:
T↑—β↑—ICQ↑—UE↑—UBE↓—IBQ↓—ICQ↓,反过程也一样,其中Rb2的引入是为了稳定Ub。
但此类工作电路的放大倍数由于引入负反馈而减小了,而输入电阻ri变大了,输出电阻ro不变。
,
,
由以上公式可知,当β很大时,放大倍数
约等于
,不受β值变化的影响。
表3.2
实测
实测计算
VBE(V)
VCE(V)
Rb(KΩ)
IB(μA)
IC(mA)
3.动态研究
(1)按图3.3所示电路接线。
(1)将信号发生器的输出信号调到f=1KHz,幅值为500mV,接至放大电路的A点,经过R1、R2衰减(100倍),Vi点得到5mV的小信号,观察Vi和VO端波形,并比较相位。
图3.3所示电路中,R1、R2为分压衰减电路,除R1、R2以外的电路为放大电路。
之所以采取这种结构,是由于一般信号源在输出信号小到几毫伏时,会不可避免的受到电源纹波影响出现失真,而大信号时电源纹波几乎无影响,所以采取大信号加R1、R2衰减形式。
此外,观察输出波形时要调节Rb1,使输出波形最大且不失真时开始测量。
输入输出波形两者反相,相差180度。
(2)信号源频率不变,逐渐加大信号源幅度,观察VO不失真时的最大值并填表4.2。
分析图3.3的交流等效电路模型,由下述几个公式进行计算:
,
,
合适状态时:
UB=0.7,UE=0,UC=3.36,Rb=135.4kΩ
IB=56µA,IC=1.72mA,β=30.7,rbe=674Ω
表3.2RL=∞
实测
实测计算
估算
Vi(mV)
VO(V)
AV
AV
图3.3小信号放大电路
五、实验总结
1、整理实验数据,并进行分析。
2、问题讨论
1)如何操纵示波器有关旋钮,以便从示波器显示屏上观察到稳定、清晰的波形?
2) 用双踪显示波形,并要求比较相位时,为在显示屏上得到稳定波形,应怎样选择下列开关的位置?
a)显示方式选择(Y1;Y2;Y1+Y2;交替;断续)
b) 触发方式(常态;自动)
c) 触发源选择(内;外)
d)内触发源选择(Y1、Y2、交替)
3、函数信号发生器有哪几种输出波形?
它的输出端能否短接,如用屏蔽
线作为输出引线,则屏蔽层一端应该接在哪个接线柱上?
六、预习要求
1、阅读实验附录中有关示波器部分内容。
2、已知C=0.01μf、R=10K,计算图1-1-2RC移相网络的阻抗角θ。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电工 技术 实验 讲义