工学院电路 实验五个.docx
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工学院电路实验五个
实验二 电位、电压的测定及电路电位图的绘制
一、实验目的
1.验证电路中电位的相对性、电压的绝对性
2.掌握电路电位图的绘制方法
二、原理说明
在一个闭合电路中,各点电位的高低视所选的电位参考点的不同而变,但任意两点间的电位差(即电压)则是绝对的,它不因参考点的变动而改变。
电位图是一种平面坐标一、四两象限内的折线图。
其纵坐标为电位值,横坐标为各被测点。
要制作某一电路的电位图,先以一定的顺序对电路中各被测点编号。
以图4-1的电路为例,如图中的A~F,并在坐标横轴上按顺序、均匀间隔标上A、B、C、D、E、F、A。
再根据测得的各点电位值,在各点所在的垂直线上描点。
用直线依次连接相邻两个电位点,即得该电路的电位图。
在电位图中,任意两个被测点的纵坐标值之差即为该两点之间的电压值。
在电路中电位参考点可任意选定。
对于不同的参考点,所绘出的电位图形是不同的,但其各点电位变化的规律却是一样的。
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4-1接线。
图4-1
1.分别将两路直流稳压电源接入电路,令U1=6V,U2=12V。
(先调准输出电压值,再接入实验线路中。
)
2.以图4-1中的A点作为电位的参考点,分别测量B、C、D、E、F各点的电位值φ及相邻两点之间的电压值UAB、UBC、UCD、UDE、UEF及UFA,数据列于表中。
3.以D点作为参考点,重复实验内容2的测量,测得数据列于表中。
电位
参考点
φ与U
φA
φB
φC
φD
φE
φF
UAB
UBC
UCD
UDE
UEF
UFA
A
计算值
测量值
相对误差
D
计算值
测量值
相对误差
五、实验注意事项
1.本实验线路板系多个实验通用,本次实验中不使用电流插头。
DG05上的K3应拨向330Ω侧,三个故障按键均不得按下。
2.测量电位时,用指针式万用表的直流电压档或用数字直流电压表测量时,用负表棒(黑色)接参考电位点,用正表棒(红色)接被测各点。
若指针正向偏转或数显表显示正值,则表明该点电位为正(即高于参考点电位);若指针反向偏转或数显表显示负值,此时应调换万用表的表棒,然后读出数值,此时在电位值之前应加一负号(表明该点电位低于参考点电位)。
数显表也可不调换表棒,直接读出负值。
六、思考题
若以F点为参考电位点,实验测得各点的电位值;现令E点作为参考电位点,试问此时各点的电位值应有何变化?
七、实验报告
1.根据实验数据,绘制两个电位图形,并对照观察各对应两点间的电压情况。
两个电位图的参考点不同,但各点的相对顺序应一致,以便对照。
2.完成数据表格中的计算,对误差作必要的分析。
3.总结电位相对性和电压绝对性的结论。
4.心得体会及其他。
实验三 基尔霍夫定律的验证
一、实验目的
1.验证基尔霍夫定律的正确性,加深对基尔霍夫定律的理解。
2.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
同实验二。
四、实验内容
实验线路与实验二图4-1相同,用DGJ-03挂箱的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路。
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4-1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.同实验二的注意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4-1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。
实验四 叠加原理的验证
一、实验目的
验证线性电路叠加原理的正确性,加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。
二、原理说明
叠加原理指出:
在有多个独立源共同作用下的线性电路中,通过每一个元件的电流或其两端的电压,可以看成是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。
线性电路的齐次性是指当激励信号(某独立源的值)增加或减小K倍时,电路的响应(即在电路中各电阻元件上所建立的电流和电压值)也将增加或减小K倍。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
直流稳压电源
0~30V可调
二路
2
万用表
1
自备
3
直流数字电压表
0~200V
1
4
直流数字毫安表
0~200mV
1
5
迭加原理实验电路板
1
DGJ-03
四、实验内容
实验线路如图6-1所示,用DGJ-03挂箱的“基尔夫定律/叠加原理”线路。
图6-1
1.将两路稳压源的输出分别调节为12V和6V,接入U1和U2处。
2.令U1电源单独作用(将开关K1投向U1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6-1。
表6-1
测量项目
实验内容
U1
(V)
U2
(V)
I1
(mA)
I2
(mA)
I3
(mA)
UAB
(V)
UCD
(V)
UAD
(V)
UDE
(V)
UFA
(V)
U1单独作用
U2单独作用
U1、U2共同作用
2U2单独作用
3.令U2电源单独作用(将开关K1投向短路侧,开关K2投向U2侧),重复实验步骤2的测量和记录,数据记入表6-1。
4.令U1和U2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6-1。
5.将U2的数值调至+12V,重复上述第3项的测量并记录,数据记入表6-1。
五、实验注意事项
1.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,正确判断测得值的+、-号后,记入数据表格。
2.注意仪表量程的及时更换。
六、预习思考题
1.在叠加原理实验中,要令U1、U2分别单独作用,应如何操作?
可否直接将不作用的电源(U1或U2)短接置零?
七、实验报告
1.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。
2.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。
3.心得体会及其他。
实验五 戴维南定理
──有源二端网络等效参数的测定
一、实验目的
1.验证戴维南定理的正确性,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。
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
(1)开路电压、短路电流法测R0
在有源二端网络输出端开路时,用电压表直接测其输出端的开路电压Uoc,然后再将其输出端短路,用电流表测其短路电流Isc,则等效内阻为
Uoc
R0=──
Isc
如果二端网络的内阻很小,若将其输出端口短路
则易损坏其内部元件,因此不宜用此法。
(2)伏安法测R0
用电压表、电流表测出有源二端网图8-1
络的外特性曲线,如图8-1所示。
根据
外特性曲线求出斜率tgφ,则内阻
△U Uoc
R0=tgφ=──=──。
△I Isc
也可以先测量开路电压Uoc,
再测量电流为额定值IN时的输出
Uoc-UN
端电压值UN,则内阻为R0=────。
IN
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
可调直流稳压电源
0~30V
1
2
可调直流恒流源
0~500mA
1
3
直流数字电压表
0~200V
1
4
直流数字毫安表
0~200mA
1
5
万用表
1
自备
6
可调电阻箱
0~99999.9Ω
1
DGJ-05
7
电位器
1K/2W
1
DGJ-05
8
戴维南定理实验电路板
1
DGJ-05
四、实验内容
被测有源二端网络如图8-2。
(a)图8-2(b)
Uoc
(v)
Isc
(mA)
R0=Uoc/Isc
(Ω)
1.用开路电压、短路电流法测定戴维南等效
电路的Uoc、R0。
按图8-2(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mA表。
)
2.负载实验
按图8-2(a)接入RL。
改变RL阻值,测量有源二端网络的外特性曲线。
U(v)
I(mA)
3.验证戴维南定理:
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8-2(b)所示,仿照步骤“2”测其外特性,对戴氏定理进行验证。
U(v)
I(mA)
五、实验注意事项
1.测量时应注意电流表量程的更换。
2.改接线路时,要关掉电源。
六、预习思考题
1.在求戴维南时,作短路试验,测ISC的条件是什么?
在本实验中可否直接作负载短路实验?
请实验前对线路8-2(a)预先作好计算,以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。
七、实验报告
1.根据步骤2、3,分别绘出曲线,验证戴维南定理的正确性,并分析产生误差的原因。
2.归纳、总结实验结果。
3.心得体会及其他。
实验六 典型电信号的观察与测量
一、实验目的
1.熟悉低频信号发生器、脉冲信号发生器各旋钮、开关的作用及其使用方法。
2.初步掌握用示波器观察电信号波形,定量测出正弦信号和脉冲信号的波形参数。
3.初步掌握示波器、信号发生器的使用。
二、实验说明
1.正弦交流信号和方波脉冲信号是常用的电激励信号,可分别由低频信号发生器和脉冲信号发生器提供。
正弦信号的波形参数是幅值Um、周期T(或频率f)和初相;脉冲信号的波形参数是幅值Um、周期T及脉宽tk。
本实验装置能提供频率范围为20Hz~50KHz的正弦波及方波,并有6位LED数码管显示信号的频率。
正弦波的幅度值在0~5V之间连续可调,方波的幅度为1~3.8V可调。
2.电子示波器是一种信号图形观测仪器,可测出电信号的波形参数。
从荧光屏的Y轴刻度尺并结合其量程分档选择开关(Y轴输入电压灵敏度V/div分档选择开关)读得电信号的幅值;从荧光屏的X轴刻度尺并结合其量程分档(时间扫描速度t/div分档)选择开关,读得电信号的周期、脉宽、相位差等参数。
为了完成对各种不同波形、不同要求的观察和测量,它还有一些其它的调节和控制旋钮,希望在实验中加以摸索和掌握。
一台双踪示波器可以同时观察和测量两个信号的波形和参数。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
双踪示波器
1
自备
2
函数信号发生器
1
3
交流毫伏表
0~600V
1
4
频率计
1
四、实验内容
1.双踪示波器的自检
将示波器面板部分的“标准信号”插口,通过示波器专用同轴电缆接至双踪示波器的Y轴输入插口YA或YB端,然后开启示波器电源,指示灯亮。
稍后,协调地调节示波器面板上的“辉度”、“聚焦”、“辅助聚焦”、“X轴位移”、“Y轴位移”等旋钮,使在荧光屏的中心部分显示出线条细而清晰、亮度适中的方波波形;通过选择幅度和扫描速度,并将它们的微调旋钮旋至“校准”位置,从荧光屏上读出该“标准信号”的幅值与频率,并与标称值(1V,1KHz)作比较,如相差较大,请指导老师给予校准。
2.正弦波信号的观测
(1)将示波器的幅度和扫描速度微调旋钮旋至“校准”位置。
(2)通过电缆线,将信号发生器的正弦波输出口与示波器的YA插座相连。
(3)接通信号发生器的电源,选择正弦波输出。
通过相应调节,使输出频率分别为50Hz,1.5KHz和20KHz(由频率计读出);再使输出幅值分别为有效值0.1V,1V,3V(由交流毫伏表读得)。
调节示波器Y轴和X轴的偏转灵敏度至合适的位置,从荧光屏上读得幅值及周期,记入表中。
频率计读数
所测项目
正弦波信号频率的测定
50HZ
1500HZ
20000HZ
示波器“t/div”旋钮位置
一个周期占有的格数
信号周期(s)
计算所得频率(HZ)
交流毫伏表读数
所测项目
正弦波信号幅值的测定
0.1V
1V
3V
示波器“V/div”位置
峰—峰值波形格数
峰—峰值
计算所得有效值
3.方波脉冲信号的观察和测定
(1)将电缆插头换接在脉冲信号的输出插口上,选择方波信号输出。
(2)调节方波的输出幅度为3.0VP-P(用示波器测定),分别观测100Hz,3KHz和30KHz方波信号的波形参数。
(3)使信号频率保持在3KHz,选择不同的幅度及脉宽,观测波形参数的变化。
五、实验注意事项
1.示波器的辉度不要过亮。
2.调节仪器旋钮时,动作不要过快、过猛。
3.调节示波器时,要注意触发开关和电平调节旋钮的配合使用,以使显示的波形稳定。
4.作定量测定时,“t/div”和“V/div”的微调旋钮应旋置“标准”位置。
5.为防止外界干扰,信号发生器的接地端与示波器的接地端要相连(称共地)。
6.不同品牌的示波器,各旋钮、功能的标注不尽相同,实验前请详细阅读所用示波器的说明书。
7.实验前应认真阅读信号发生器的使用说明书。
六、预习思考题
1.示波器面板上“t/div”和“V/div”的含义是什么?
2.观察本机“标准信号”时,要在荧光屏上得到两个周期的稳定波形,而幅度要求为五格,试问Y轴电压灵敏度应置于哪一档位置?
“t/div”又应置于哪一档位置?
3.应用双踪示波器观察到如图11-1所示的两个波形,YA和YB轴的“V/div”的指示均为0.5V,“t/div”指示为20μS,试写出这两个波形信号的波形参数。
七、实验报告
1.整理实验中显示的各种波形,
绘制有代表性的波形。
2.总结实验中所用仪器的使用
方法及观测电信号的方法。
3.如用示波器观察正弦信号时,
荧光屏上出现图11-2所示的几种情
况时,试说明测试系统中哪些旋钮
的位置不对?
应如何调节?
4.心得体会及其它。
图11-1
图11-2
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