實驗講義電工電子學(xué)(三)

1、1實驗一直流電路一、實驗?zāi)康?驗證疊加原理和戴維南定理的內(nèi)容，加深理解其內(nèi)涵。2學(xué)習(xí)使用穩(wěn)壓電源。3掌握用數(shù)字萬用表測量直流電量的方法。二、相關(guān)知識疊加原理是線性電路中的普遍性原理，它是指當(dāng)有幾個電源同時作用于線性電路時，電路中所產(chǎn)生的電壓和電流等于這些電源分別單獨(dú)作用時在該處所產(chǎn)生的電 壓和電流的代數(shù)和。在分析一個復(fù)雜的線性網(wǎng)絡(luò)時，可以利用疊加原理分別考慮各個電源的影響，從而使問題簡化，本實驗通過測量各電源的作用來驗證該原理。戴維南定理是指在線性電路中，任何一個有源二端網(wǎng)絡(luò)總可以看做一個等效電 源，等效電源的電動勢就等于該網(wǎng)絡(luò)的開路電壓Uo,等效電源的內(nèi)阻 Ro等于該網(wǎng)絡(luò)中所有電源置零（電壓

2、源短路，電流源開路）后所得無源網(wǎng)絡(luò)的等效電阻。 如圖1 1所 示有源二端網(wǎng)絡(luò)圖（a）可以由圖（b）等效代替。利用戴維南定理可以把復(fù)雜電路 化簡為簡單電路，從而使計算簡化。源端絡(luò)有二網(wǎng)（a）（b）圖1 1有源二端網(wǎng)絡(luò)及其等效電路有源二端網(wǎng)絡(luò)等效內(nèi)阻 Ro的三種測量方法：1開路短路法。若圖（a）的AB端允許短路，可以測量其短路電流Is,再測AB端的開路電壓 Uo,則等效電阻 Ro=Uo/Is。2外特性法。在 AB之間接一負(fù)載電阻 Rl如圖（a）所示，測繪有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性曲線 U= f (I)，該曲線與坐標(biāo)軸的交點(diǎn)為 U。和Is,則Ro=Uo/ Is。3直接測量法。使有源二端網(wǎng)絡(luò)中的電源置零(電

3、壓源短路，電流源開路) 用萬用表電阻擋直接測量 AB端的阻值Ro。、預(yù)習(xí)要求1復(fù)習(xí)教材中有關(guān)疊加定理和戴維南定理的內(nèi)容，掌握其基本要點(diǎn)，注意其使用條件。2閱讀實驗指導(dǎo)中有關(guān)儀器的使用方法：3.預(yù)習(xí)本次實驗內(nèi)容，作好準(zhǔn)備工作。(1) 熟悉實驗線路和實驗步驟。(2) 對數(shù)據(jù)表格進(jìn)行簡單的計算。(3) 確定儀表量程。四、實驗線路原理圖L3#五、實驗設(shè)備41. THHE 1型高性能電工電子技術(shù)實驗臺（雙路穩(wěn)壓電源、數(shù)字 電壓表、數(shù)字電流表）。2. 直流電路實驗箱。3. 電阻箱。六、實驗內(nèi)容及步驟（一）疊加定理實驗：1. 熟悉實驗臺，用數(shù)字萬用表測量Ri、R2、Rl的電阻值，把結(jié)果填入表 1 1 中。2

4、. 利用電阻的實測值分別計算 E1、E2單獨(dú)作用及共同作用時各電阻上的電壓 值，填入表1 1中。3. 調(diào)節(jié)雙路穩(wěn)壓電源， 使一路輸出電壓為 E1= 4V,另一路輸出電壓為 E2= 6V （用數(shù)字萬用表測量），關(guān)閉穩(wěn)壓電源待用。4按圖12接好電路，檢查無誤后在下面三種情況下分別測量各電阻上的電 壓Ur1、Ur2、Ur3，填入表1 1 ,注意各電壓的參考方向要始終保持一致。（1） 把S2合向1,測量E1、E2共同作用時各電壓電流值。（2）把S1合向1, S2合向2，測量E1單獨(dú)作用時各電壓電流值。（3）把S1合向2, S2合向1，測量E2單獨(dú)作用時各電壓電流值。表 1 1R1= 1k QR2=2k

5、 QRl= 5k Q電壓電流計算值（V）電壓電流測量值（V）Ur1U R2UlIU R1U R2UlIE1、E2共同作用E1單獨(dú)作用e2單獨(dú)作用注意：在做實驗前，先要經(jīng)過計算，把“電壓計算值”填入表中(二)戴維南定理實驗：1熟悉實驗臺，按圖 1 3連接電路并自查。2 測量有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性。(1)調(diào)節(jié)Rl使負(fù)載電阻為表1 2的數(shù)值，測量負(fù)載電壓 Ul和電流Il，把結(jié) 果填入表1 2中。3 測量有源二斷網(wǎng)絡(luò)的戴維南等效電路。(1) 將負(fù)載斷開，用數(shù)字電壓表測量二端口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓U。Uo=V(填入圖1 4中)。(2) 關(guān)閉電源E1和E2，用導(dǎo)線短路E" E2使其置零，用萬用表電阻檔測

6、量AB間的等效電阻Ro。Ro=Q。4測量戴維南等效電路的外特性。(1) 將穩(wěn)壓電源的輸出電壓調(diào)至U。處，使R1和R并聯(lián)作為Ro,按圖1 4 連接電路。(2) 在Rl為表1 2中不同數(shù)值時，測量負(fù)載電壓 Ul和Il電流，填入表1 2中。表1 2Rl阻值500 Q1k Q2k Q5k Q10k Q有源二端 網(wǎng)絡(luò)Ul (V)Il (mA)戴維南 等效電路Ul (V)Il (mA)七、實驗報告要求1根據(jù)表1 1的實測數(shù)據(jù)驗證疊加原理的正確性，把理論計算值與實際測量值進(jìn)行比較，分析誤差原因。2根據(jù)圖1 3計算戴維南等效電路的 Uo、Ro ,并與實測值進(jìn)行比較。3戴維南等效電路中的等效電阻有幾種方法求得，

7、試說明之。4按表 12中的數(shù)據(jù)， 分別做出有源二端網(wǎng)絡(luò)和戴維南等效電路的外特性曲 線 U= f （ I ），并比較之。 （畫在同一坐標(biāo)內(nèi)，以便比較）7實驗二 單相交流電路及功率因數(shù)的提高、實驗?zāi)康?.通過RL串聯(lián)電路的實驗掌握單相交流電路的電壓、電流、復(fù)阻抗之間的相量關(guān)系，有效值關(guān)系。2熟悉日光燈電路的組成，各元件的作用及日光燈的工作原理，學(xué)會日光燈 電路的聯(lián)接，了解線路故障的檢查方法。3掌握交流電路的電壓，電流和功率的測量方法。4練習(xí)并掌握感性負(fù)載提高功率因數(shù)的方法。、相關(guān)知識鎮(zhèn)流器是一個鐵心線圈，其電感穩(wěn)態(tài)工作時近似認(rèn)為是一個阻性負(fù)載L比較大，而線圈本身具有電阻R1O 日光燈在R2。鎮(zhèn)流器

8、和燈管串聯(lián)后接在交流電路中如圖8#21所示，可以把這個電路等效為RL串聯(lián)電路如圖2 2所示。#圖21日光燈電路圖22日光燈等效電路#RLR1 =ZRL cos l根據(jù)圖22和圖23相關(guān)計算如下: 鎮(zhèn)流器的等效復(fù)阻抗：Z RL電感線圈的電阻:圖2 3 RL串聯(lián)電路相量圖#電感線圈的感抗:Xl YRl -璋9電感線圈的電感:XL2f日光燈等效電阻：電路消耗的有功功率:或：P=2(R r2 )P 二 Ul cos因鎮(zhèn)流器本身的電感較大，故整個電路的功率因數(shù)較低，為了提高電路的功率 因數(shù)，可以采用在日光燈兩端并聯(lián)電容的辦法見圖2 1。電路并聯(lián)電容以后，由于電容的無功電流抵消了一部分日光燈電流中的感性無

9、功分量，所以總電流將減小， 電路的功率因數(shù)被提高。由于電源電壓是固定的，并聯(lián)電容器并不影響感性負(fù)載的 工作，即日光燈支路的電流，功率和功率因數(shù)并不隨并聯(lián)電容的大小而改變，僅是 電路的總電流及總功率因數(shù)發(fā)生變化。提高電路的功率因數(shù)能夠減小供電線路的損 耗及電壓損失，提高電源設(shè)備的利用率而又不影響負(fù)載的工作。所以并聯(lián)電容器提 高電路的功率因數(shù)的方法被供電部門廣泛采用。如果要將功率因數(shù)cos©提高到coscosUlcos = -PC 口 (tg -tg J u© /,所并聯(lián)電容的大小計算如下：©電路的功率因數(shù)角。© / 提高后的功率因數(shù)角。3 = 2n f 電

10、源的角頻率。圖圖2 4日光燈并聯(lián)電容相量、預(yù)習(xí)要求1復(fù)習(xí)RL串聯(lián)電路及RLC混聯(lián)電路的電壓，電流之間的相量關(guān)系。2閱讀附錄了解日光燈電路各元件的作用及其工作原理。3熟悉日光燈電路的接線圖。11四、實驗設(shè)備1套、功率表1只、交流1. THHE 1型高性能電工電子實驗臺（日光燈設(shè)備 電壓表1只、交流電流表1只、電流表插口 3個）。2交流電路實驗箱1個。3元件箱1個。4.電流表插頭1個。五、實驗線路圖功率表FU=1-0電流表插頭啟動器心：i.燈管00圖2 5日光燈實驗電路圖六、實驗內(nèi)容及步驟1熟悉實驗臺上有關(guān)設(shè)備，按圖2 5接好線路。注意電容器要同時接入電路中并斷開電容開關(guān)待用，注意功率表的接線和讀

11、數(shù)方法。2經(jīng)教師檢查線路無誤后接通電源。注意觀察日光燈的起動情況。3測量日光燈電路的端電壓 U，燈管電壓Ur，鎮(zhèn)流器電壓 Url，電路電流I 及有功功率P,把測得的數(shù)據(jù)填入表 2 1中。表2 1電源電壓U（ V）鎮(zhèn)流器電壓Url（V）燈管電壓Ur （V）電流I (A)有功功率P （W）4 .在日光燈電路中并聯(lián)不同容量的電容如 1卩F,記錄電源電壓 U，總電流I 日光燈支路電流Ir，電容支路電流lc,有功功率P的值填入表2 2中，計算并入電 容后的功率因數(shù)填入表該表中。5當(dāng)日光燈點(diǎn)燃后，將啟動器取掉，觀察日光燈是否熄滅。6 關(guān)斷電源后重新合閘，觀察日光燈是否起動。用一根絕緣導(dǎo)線兩斷短路啟動 器，

12、觀察日光燈狀況，然后斷開導(dǎo)線，觀察日光燈是否點(diǎn)燃。表2 2并入的電容電源電壓電容電流燈管電流總電流有功功率功率因數(shù)C (卩 F)U (V)lc (A)I R ( A )I，(A)P (w)cos ©1.02.23.34.7七、實驗報告要求1. 計算圖2 2中不同電容值時的功率因數(shù)，填入表2 2。2根據(jù)實測數(shù)據(jù)說明當(dāng)并入的電容值逐漸增大時，日光燈支路電流，電容支 路電流，總電流有無變化，如何變化。3并聯(lián)電容可以提高電路的功率因數(shù)，是否并聯(lián)的電容越大越好，試分析其 原因。4并聯(lián)電容后日光燈支路的功率因數(shù)是否提高，為什么？5實驗中若出現(xiàn)故障，試分析其原因，若啟動器損壞，如何點(diǎn)亮日光燈？七、

13、注意事項1注意電源電壓要與日光燈額定電壓相符，切勿接在380V電源上。2注意功率表的接線方法，分清電壓線圈和電流線圈的端子，電壓線圈要與 被測電路并聯(lián)，電流線圈要與被測電路串聯(lián)，并且兩個線圈的對應(yīng)端子（同名端） 應(yīng)接在電源的同一點(diǎn)上。3.電流表不接入電路，要接在電流表插頭上， 把電流插口按圖2 5接入電路。 實驗時，根據(jù)需要把電流插頭插入電流插口中，測量電流。4該實驗用日光燈電路模擬 RL串聯(lián)電路，但實際日光燈端電壓波形不為正弦 波，所以用數(shù)字電壓表測出的交流電壓是近似值。八、附錄1日光燈電路元件及其作用日光燈的電路由燈管，鎮(zhèn)流器，啟動器三個部分組成。(1)燈管：日光燈的燈管是一個玻璃管，在管

14、子的內(nèi)壁均勻地涂有一層熒光 粉，燈管兩端各有一個陽極和燈絲，燈絲是用鎢絲繞制而成的，它的作用是發(fā)射電 子。在燈絲上焊有兩根鎳絲作為陽極，它和燈絲具有同樣的電位，它的主要作用是 當(dāng)它的電位為正時吸收部份電子，以減少電子對燈絲的沖擊。燈管內(nèi)充有惰性氣體(如氬氣，氟氣)與水銀蒸氣。由于水銀蒸氣存在，當(dāng)管 內(nèi)產(chǎn)生弧光放電時，會放射出紫外線，這紫外線照在熒光粉上就會發(fā)出熒光。日光 燈管的結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。管內(nèi)充有惰性氣體營'腳，及水銀蒸汽陽極圖26日光燈管剖面圖圖27啟動器(2)鎮(zhèn)流器：鎮(zhèn)流器是與日光燈管相串聯(lián)的一個元件。實際上是一個繞在硅鋼 片鐵心上的電感線圈。鎮(zhèn)流器的作用是，一方面限制日光

15、燈管的電流，另一方面在 日光燈起燃時由于線路中的電流突然變化而產(chǎn)生一個自感電動勢(即高電壓)加在 燈管兩端，使燈管產(chǎn)生弧光。鎮(zhèn)流器必須按電源電壓與日光燈的功率配用，不能互 相混用。(3 )啟動器；啟動器的構(gòu)造是封在玻璃泡(內(nèi)充惰性氣體)內(nèi)的一個雙金屬片和一個靜觸片，外帶一個小電容器，同裝在一個鋁殼里，如圖27所示。雙金屬片由線膨脹系數(shù)不同的兩種金屬片制成。內(nèi)層金屬的線膨脹系數(shù)大，在雙金屬片和靜 觸片之間加上電壓后，管內(nèi)氣體游離產(chǎn)生輝光放電而發(fā)熱。雙金屬片受熱以后趨于 伸直，使得它與靜觸片接觸而閉合。這時雙金屬片與靜觸片之間的電壓降為零，于 是輝光放電停止，雙金屬片經(jīng)冷卻而恢復(fù)原來位置，兩個觸點(diǎn)

16、又?jǐn)嚅_。為了避免啟 動器中的兩個觸點(diǎn)斷開時產(chǎn)生火花，將觸點(diǎn)燒毀，通常用一只小電容器與啟動器并 聯(lián)。2日光燈的起燃過程：剛接上電源時，燈管尚未放電，啟動器兩端是斷開的，電路中沒有電流。電源 電壓全部加在啟動器上，使它產(chǎn)生輝光放電并發(fā)熱。雙金屬片受熱膨脹使之與靜觸 片閉合，將電路接通。電流通過燈管兩端的燈絲，燈絲受熱后發(fā)射電子，這時啟動器的輝光放電停止。雙金屬片冷卻后與靜觸片斷開，在觸電斷開的瞬間，鎮(zhèn)流器產(chǎn) 生了相當(dāng)高的電動勢（800V1000V ）。這個電動勢與電源電壓一起加在燈管兩端， 使燈管中的氬氣電離放電，氬氣放電后，燈管溫度升高，水銀蒸氣氣壓升高，于是 過度到水銀蒸氣電離放電，產(chǎn)生較大的

17、電弧而導(dǎo)通。燈管中的弧光放電發(fā)出的大量 紫外線，照射到管壁所涂的熒光粉上使它產(chǎn)生象日光一樣的光線。燈管放電后，大部分的電壓降落在鎮(zhèn)流器上。燈管兩端的電壓，也就是啟動器 兩觸點(diǎn)的電壓較低，不足使啟動器放電，因此它的觸點(diǎn)不在閉合。在燈管內(nèi)兩端電極交替起陽極作用，即 A 端電位為正時， B 端發(fā)射電子而 A 端吸收電子。當(dāng) B 端電位為正時， A 端發(fā)射電子而 B 端吸收電子。15實驗三集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用一、實驗?zāi)康? 加深理解集成運(yùn)算放大器的性質(zhì)和特點(diǎn)。2 通過實驗測試，驗證由集成運(yùn)放組成的比例、加法、減法和積分各基本運(yùn)算 電路輸出電壓和輸入電壓之間的函數(shù)關(guān)系，并掌握這些電路的基本功能和特點(diǎn)

18、。3 學(xué)習(xí)用集成運(yùn)放組成比較器，掌握比較器的電路結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。4 .了解運(yùn)算放大器在實際應(yīng)用時應(yīng)考慮的一些問題。二、實驗內(nèi)容說明集成運(yùn)算放大器是一種具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合多級放大電路。當(dāng)外部 接入不同的線性或非線性元件組成輸入和負(fù)反饋電路時，可以靈活地實現(xiàn)各種特定 的函數(shù)關(guān)系。在線性應(yīng)用方面，可組成比例、加法、減法、積分等模擬運(yùn)算電路。1. 反向比例運(yùn)算電路電路如圖5-1所示。對于理想運(yùn)放，該電路的輸出電壓與輸入電壓間的關(guān)系為Rf uoUiRi圖5-1 反向比例運(yùn)算電路圖5-2 同向比例運(yùn)算電路100 kQ100 ko111 11丄R.1+iokQ/1TOkQhRioz/lookQ16#為

19、了減小輸入級偏置電流引起的運(yùn)算誤差，在同相輸入端應(yīng)接入平衡電阻#R2=RR fo2. 同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路如圖5-2所示，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為uo =(1 空)uiRiR 2=R/R f當(dāng)Rts時，Uo=Ui,可得到電壓跟隨器。并選R2=RF，用以減小漂移和起保護(hù)作用3. 反向加法電路電路如圖5-3所示，輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為嚴(yán)+Rf、uo( -Ui!-Ui2)R1 R2F3=R/R 2R -4 .減法運(yùn)算電路圖5-4所示的減法運(yùn)算電路，當(dāng)Ri=R>, Rs=R時，有關(guān)系如下R- /、U0 二 (Ui2-UiJ&look©圖5-3加法運(yùn)

20、算電路圖5-4 減法運(yùn)算電路預(yù)習(xí)要求及思考題1.復(fù)習(xí)教材中集成運(yùn)放的基本知識，了解實驗中各電路的工作原理。2 預(yù)習(xí)實驗教材，了解實驗內(nèi)容、步驟，熟悉接線圖。四、實驗設(shè)備與器件1.SXJ-3B型模擬電路學(xué)習(xí)機(jī)2. 函數(shù)發(fā)生器3. 雙蹤示波器4. 萬用表五、實驗步驟1.反向比例運(yùn)算電路1）按圖5-1連接實驗電路，按表5-1中數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)輸入電壓 U,用萬用表直流電壓檔測輸出電壓UO,并將數(shù)據(jù)記入表5-1中。表5-1直流輸入電壓U （mV）301003001000出壓d 輸電理論估算值（mV）實測值（mV）誤差（注意：在做實驗前，先要經(jīng)過計算，把“理論估算值”填入表中）2. 同相比例運(yùn)算電路1）按圖5-

21、2連接實驗電路。實驗步驟同上，將結(jié)果記入表5-2中。表5-2直流輸入電壓U （mV）301003001000輸出理論估算值（mV）電壓實測值（mV）Uo誤差（注意：在做實驗前，先要經(jīng)過計算，把“理論估算值”填入表中）2）將圖5-2中R1斷開，重復(fù)內(nèi)容1 ），將結(jié)果記入表5-3中。表 4-3直流輸入電壓U （mV）301003001000輸出電壓UO理論估算值（mV）實測值（mV）誤差（注意：在做實驗前，先要經(jīng)過計算，把“理論估算值”填入表中）3. 加法運(yùn)算電路1）按圖5-3連接實驗電路。2） 按表5-4中數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)輸入電壓 U、U2，用萬用表直流電壓檔測輸出電壓UO, 并將數(shù)據(jù)記入表5-4中。表 4-4U1 (V)0.10.2-0.1-0.15-0.2U2(V)0.20.20.20.1-0.15出壓ub輸電理論估算值（V）實測值（V）（注意：在做實驗前，先要經(jīng)過計算，把“理論估算值”填入表中）4. 減法運(yùn)算電路1）按圖5-4連接實驗電路。2）按表5-5中數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)輸入電壓 Ui、U2，用萬用表直流電壓檔測輸出電壓UO, 并將數(shù)據(jù)記入表5-5中。表5-5U1 (V)0.10.2-0.150.2U2(V)0.20.10.2-0.15輸出 電壓U0