GDDS型高性能電工系統(tǒng)實驗裝置實驗指導書

1、GDDS型高性能電工系統(tǒng)實驗裝置實驗指導書浙江高自成套設備有限公司二零零七年五月目 錄一、 直流電路實驗（1） 直流儀表使用與誤差計算5（2） 測量誤差分析14（3） 電路基本元件（線性與非線性電阻元件）的伏安特性測定19（4） 直流電路中電壓與電位的實驗研究22（5） 基爾霍夫定律25（6） 電壓源與電流源的等效轉換28（7） 迭加原理32（8） 戴維南定理與諾頓定理34（9） 網(wǎng)絡等效變換36（10）最大功率傳輸條件的實驗研究 40（11）VCCS及CCVS受控源的實驗研究 43（12）VCVS及CCCS受控源的實驗研究 47（13）線性無源二端口網(wǎng)絡的研究 50二、 單相交流電路實驗（1

2、4）RL及RC串聯(lián)電路中相量軌跡圖研究56（15）正弦交流電路中RLC元件的阻抗頻率特性60（16）用二表法及一表法測量交流電路等效參數(shù) 64（17）用三表法測量交流電路等效參數(shù) 66（18）日光燈功率因數(shù)提高方法研究 68（19）串聯(lián)諧振 71（20）互感電路 75（21）變壓器參數(shù)測量 79（22）感應式儀表電度表的檢定 83（23）RC選頻網(wǎng)絡特性測試 88三、 三相交流及非正弦電路（24）三相對稱與不對稱交流電路電壓、電流測量 91（25）三相交流電路功率測量96（26）非正弦周期電壓的分解與合成100四、 暫態(tài)過程實驗（27）一階RC電路的暫態(tài)響應103（28）RLC二階串聯(lián)電路暫態(tài)

3、響應107五、 電路有源器件實驗（29）電路有源器件運算放大器的特性與應用111（30）負阻抗變換器的應用115（31）回轉器的應用118 GDDS型高性能電工系統(tǒng)實驗裝置實驗指導書(常規(guī)實驗部份)(一)直流電路實驗浙江高校自動化技術研究所二零零六年五月實驗一 直流儀表使用與誤差計算 一、實驗目的（1）熟悉新型電工測量儀表的結構、特性、使用方法（2）熟悉新型實驗臺電源的操作使用（3）學會數(shù)字表與指針表的誤差分析與計算二、內容說明1電工儀表按其結構原理可分為兩大系列：（1） 以數(shù)字技術為基礎構成的電子式數(shù)字顯示儀表（2） 以電磁作用力為基礎構成的機械式模擬指針表數(shù)字儀表是將連續(xù)變化的物理量（稱模

4、擬量）轉變?yōu)椴贿B續(xù)，離散的數(shù)字量加以顯示的新型儀表，它是電子技術、計算機技術、自動化技術以及精密電測技術互相結合的成果，是電工儀表發(fā)展的方向。兩大系列儀表的基本特點是：數(shù)字表顯示清晰、直觀，讀數(shù)方便，準確度高，分辨率高，更接近理想型儀表。機械式模擬指針表雖在上述特性上遠不及數(shù)字表，但具有直觀地指示被測量連續(xù)變化的快慢情況以及直觀地顯示指示值與某設定值相對比例關系的特點，實驗臺使用數(shù)字表與模擬指針表相結合的雙顯示新型儀表，兼具兩種儀表的優(yōu)良性能。2數(shù)字表與指針表的誤差特性（1）指針表的基本誤差以引用誤差的形式來表達，引用誤差定義為指針在滿偏位置時的相對誤差。式中：指針表在該量限的最大絕對誤差 A

5、指針表滿偏值（量限）引用誤差（即基本誤差）的數(shù)值定義為儀表的準確度等級，按規(guī)定儀表準確度共分七個等級如下表:準確度等級與基本誤差關系準確度等級0.10.20.51.01.52.55.0基本誤差%±0.1±0.2±0.5±1.0±1.5±2.5±5.0指針在量限的任一位置A時的相對誤差E可表示為：EX=由上式可知指示值越小，相對誤差越大，相對誤差與指針位置的特性曲線如圖1-1所示。應特別注意儀表的基本誤差是在規(guī)定的標準條件下測定的，實際應用中偏離規(guī)定條件時（如溫度、濕度、頻率、波形、外磁場等），還要加上各項附加誤差值。（2）數(shù)

6、字表的誤差特性與誤差表示方法與指針表不同，數(shù)字表誤差由兩部份之和來表示，儀表在任一指示值時的誤差有二種表示方式： a. X=±(a%×AX+b%×Am) b. X=±(a%×AX+n)上式中：儀表在任一指示值A時的絕對誤差 A儀表量限 儀表最后幾個數(shù)位允許變化的示值 與測量值有關的誤差系數(shù) 儀表數(shù)字化過程的固有誤差系數(shù) 上述二式是等價的，若把幾個字的誤差折合成滿量限的百分數(shù)就完全有相同表達式。數(shù)字表的相對誤差可根據(jù)絕對誤差表達式寫出為 上式中當AA時EE±(a%+b%)E定義為儀表的基本誤差（即準確度級別）數(shù)字表相對誤差與指示值的特性

7、曲線如圖1所示，由圖可知同等級的數(shù)字表與指針表其誤差特性是不一樣的，在低位區(qū)的相對誤差數(shù)字表比指針表小得多。E0.20.40.60.81.0±1.0±4.0±2.0±3.0Am0.5級指示表誤差特性0.5級數(shù)字表誤差特性圖1 相同準確度級別的數(shù)字表與指針表的誤差特性 （3）理想型儀表接入電路測量時不存在分壓效應與分流效應，實際電表由于都具有一定內阻，因此測量時必須考慮分壓與分流效應產生的測量誤差。該項誤差是隨著電路結構與參數(shù)而變，具有不確定性與不可預知性，并且其誤差數(shù)值往往大幅超過儀表基本誤差，會嚴重影響實驗質量，在簡單直流電路中還可通過各種多次測量間接

8、運算來減少該項誤差，在交流電路中由于存在電感、電容、非正弦波形等多種因素影響使該項誤差無法校正。因此，測量中必須掌握儀表的這一特性，實際儀表結構越完善、性能越高就越接近理想型儀表。 （4）實驗臺JDA-21型數(shù)模雙顯示直流電流表與JDV-21型數(shù)模雙顯示直流電壓表的使用：JDA-21型數(shù)模雙顯示直流電流表是一種直流毫安表、直流安培表以及單一指針表三為一體的多用組合儀表，左上方兩輸入接線口及對應的按鍵開關為三量限直流毫安表，右上方兩輸入插口及對應按鍵開關為三量限直流安培表，顯示部份共用，兩表量限開關互相機械連鎖，所以只能擇一使用。另外，儀表右下方有一鈕子開關，控制模擬指針表完全脫離出來，由儀表下

9、方兩插口接出正負端子形成一個高靈敏度（約滿偏100A）的指針表，可供多種儀表測量或其他設計性實驗之用。儀表設有超量限以及極性接反報警及超限或反接超限次數(shù)自動記錄裝置，所以使用時應正確接線，合理選擇量限，避免超限。數(shù)字表無需調零點，指針表的零位可撥動儀表中部白色塑料刻槽片位置，指針表是特制磁電式帶反光鏡畫框式儀表，讀數(shù)時應保持眼、針、影在同一直線。另外，數(shù)字表的準確度為0.5級，直接讀數(shù)，指針表的滿偏值可隨時使用面板上“模擬表滿度校正”電位器與數(shù)字表進行校正，指針表滿偏100分格，每格具體值視量限而定。面板上“讀數(shù)鎖存”按鍵控制數(shù)字表數(shù)據(jù)鎖定，但模擬指針表仍可實時測量，此功能便于某些定值比較。應

10、注意鎖定數(shù)字表時接通電源，儀表可能會有不正常顯示，只要復位即可正常。儀表接通或關斷供電電源都需要15秒鐘的預熱和復位時間。儀表后面設有計算機接口，如實驗臺裝有學生控制機即可通過控制機上小鍵盤與教師管理計算機進行數(shù)據(jù)通信操作。儀表背后有一個2A熔絲管與mA表輸入端串聯(lián)，如需更換可打開實驗屏后門。JDV-21型雙顯示直流電壓表使用注意事項相同。JDA-21型直流電流表主要技術參數(shù) 參 數(shù)量 限滿量限顯示值誤差計算式內 電 阻2mAAm=1.999±(0.3%AX+0.2%Am)< 120mAAm=19.99±(0.3%AX+0.2%Am)< 0.1200mAAm=1

11、99.9±(0.3%AX+0.2%Am)< 0.011AAm=1.000±(0.3%AX+0.2%Am)< 0.12AAm=1.999±(0.3%AX+0.2%Am)< 0.15AAm=5.000±(0.3%AX+0.2%Am)< 0.1JDV-21型直流電壓表主要技術參數(shù) 參 數(shù)量 限滿偏顯示值誤差計算式內 電 阻2VAm=1.999±(0.3%AX+0.2%Am)4M20VAm=19.99±(0.3%AX+0.2%Am)4M200VAm=199.9±(0.3%AX+0.2%Am)4M500VAm=

12、500.0±(0.3%AX+0.2%Am)4M（5）實驗臺直流穩(wěn)壓電源與直流穩(wěn)流電源的使用實驗臺設有兩個獨立的直流穩(wěn)壓電源，輸出電壓均可通過調節(jié)“粗調”與“細調”多圈電位器使輸出電壓在0-25V范圍內改變，每個穩(wěn)壓源的額定輸出電流為1A。輸出電壓可由面板指示電表作粗略指示。使用時注意正確接線及極性，防止輸出短路，多圈電位器可轉動5圈，應輕轉細調，使用完畢斷開電源開關。穩(wěn)流電源輸出電流調節(jié)可通過分檔粗調開關及細調多圈電位器在0-10mA及0-200mA范圍內進行調節(jié)。由于電流源理論上是不能開路的（就象電壓源不能短路一樣），因此在使用時應預先接好外電路，然后合上穩(wěn)流源電源開關。為防止電流

13、源對外電路的沖擊，設置了預調功能，即當電流源的電源開關斷開時接通一個內部負載，通過調節(jié)可在板上方指示電表上顯示電流值，當電源開關接通時就斷開內部負載向外部負載輸出已調的電流，內轉外時無任何開路沖擊現(xiàn)象。使用電流源時應注意當電源開關接通時在任何情況下不要中斷外部負載，否則會產生較高輸出電壓，此時如再度接通外部負載就可能產生沖擊電流使儀表過載記錄。如需改接外部線路應先斷開電源開關，此時內部負載與外部負載是并聯(lián)的，再斷開外線路就不會使電流源開路。另外，需注意電源板上小電流表的量限能隨著輸出電流粗調開關位置同步轉換，在0-10mA位置時滿偏是20mA，在0-200mA位置時滿偏為200mA。電流源使用

14、完后應關斷開關并將預調電流降低至零。三、實驗內容1JDA-21型直流電流表的內阻測定JDA-21直流電流表采用特殊設計結構使其內阻特低，尤其是小量限內阻較一般數(shù)字表低100-200倍，因而可大幅提高實際測量精度。 內阻測定方法很多，實驗中采用串聯(lián)電阻法與并聯(lián)電阻法兩種。vUvRURIAUA+-直流穩(wěn)壓電源圖2A （1）串聯(lián)電阻法 圖中 A為待測內阻電流表（JDA-21型直流電流表） V為高內阻直流電壓表（JDV-21型直流電壓表） R為串聯(lián)電阻箱電阻（準確度±1%）實驗步驟1）選定A表量限2mA，V表量限2V，R=1K2）接好線路，直流穩(wěn)壓電源輸出由零緩慢增加至A表顯示值為2.000

15、mA3）分別測量U及UR4）計算A表2mA內阻RA及其測量誤差ERA RA=在測量中，由于測量U及UR使用同一儀表的同一量限，且在接近相同顯示值狀態(tài)下進行，所以可近似為：另外，在測量UR時由于電壓表內阻為4M>>R，可以不考慮分流效應。實驗數(shù)據(jù)電流表型號編 號使用量限電壓表型號編 號使用量限實 驗 測 量 數(shù) 據(jù)（傳送數(shù)據(jù)）UURIA計 算 數(shù) 據(jù)UARAEUEIAERAR（設置值）（2）并聯(lián)電阻法1K100vURURIA+-直流穩(wěn)壓電源圖3IR1AIR1v 實驗步驟：1） 選定電流表量限2mA，電壓表量限2V，R=1K，R1=1002）接好線路，先斷開R1，預調電流源電流為1mA

16、左右后接通其電源開關輸出電流， 并逐漸增加至2mA3）讀出V表及A表顯示值UR及IA1，然后接上R1，保持V表示值不變情況下讀出A 表示值4） 計算RA值及其測量相對誤差 與串聯(lián)電阻法相似，由于測量及使用同一儀表的同一量限且在很接近相同顯示值狀態(tài)下進行，可用同樣方法計算，R1用電阻箱電阻。實驗數(shù)據(jù):電流表型號編 號使用量限電壓表型號編 號使用量限實 驗 測 量 數(shù) 據(jù)（傳送數(shù)據(jù)）UR計 算 數(shù) 據(jù) 及 設 置 數(shù) 據(jù)RARR12JDV-21型雙顯示直流電壓表中指針表的線性誤差特性檢定雙顯示儀表中位數(shù)字表頭精度為0.05級，整機精度定為0.5級，讀數(shù)以數(shù)字表為準，指針表的滿偏精度（即引用誤差）可

17、通過儀表下方“滿度校正”電位器與數(shù)字表進行校準，其線性度誤差特性可以實驗方法測定。由于指針表以機械結構為主，其偏轉運動過程中的摩擦力及游絲彈力等的不均勻變化會導致指針在上下兩個方向偏轉至同一測量值時有不同示值（稱儀表變差或回差），因此測量線性度誤差特性時應能顯示變差特性。測試方法：（1）觀察JDV-21表中指針表機械零點，如有偏離用小螺絲刀輕微撥動儀表中部白色刻槽塑料調零器校正至零點。直流穩(wěn)壓電源+V-JDV-212V量限圖4 （2）按圖1-4接線，儀表量限選定在2V，直流穩(wěn)壓電源輸出電壓逐漸增加至數(shù)字表顯示為2.000V。 （3）觀察指針表示值是否滿偏，如有偏離用小螺絲刀輕轉“滿度校正”電位

18、器至滿偏。 （4）均勻減小直流穩(wěn)壓電源輸出電壓使數(shù)字表顯示值分別為1.800V，1.600V，1.400V，1.200V，1.000V，0.800V，0.600V，0.400V及0.200V時讀出指針表示值。（5）使直流穩(wěn)壓電源輸出電壓由另逐漸增加，以相反過程重復上述實驗測量。（6）畫出指針表上行與下行兩條線性度誤差曲線。實驗數(shù)據(jù):上行數(shù)字表示值 (V)0.2000.4000.6000.8001.0001.2001.4001.6001.8002.000指針表示值 (V)絕對誤差下行數(shù)字表示值 (V)指針表示值 (V)絕對誤差誤差曲線繪制方法參考圖5四、實驗設備（1） JDV-21型數(shù)模雙顯示直

19、流電壓表（2） JDA-21型數(shù)模雙顯示直流電流表（3） 直流穩(wěn)壓電源（4） 直流穩(wěn)流電源（5） 大功率可變電阻箱0102030405060708090100指針表分度圖5實驗二 測量誤差分析計算 一、實驗目的（1） 掌握儀表內阻在測量中產生的誤差及分析方法（2） 了解在直流測量中減小方法誤差的措施與適用范圍（3） 進一步熟悉直流儀表儀器的使用二、內容說明測量誤差可分為系統(tǒng)誤差及隨機誤差兩類。系統(tǒng)誤差又可分為基本誤差、附加誤差、方法誤差等三類，對一個已確定的儀表及儀表使用環(huán)境而言,方法誤差是影響測量結果的主要因素，尤其是對于一個結構欠完善的儀表在測量中其方法誤差可遠大于儀表本身的精度等級。方法

20、誤差中造成測量結果質量極低的主要原因是儀表內阻產生的分流效應與分壓效應。在簡單的直流測量場合，這種方法誤差可通過理論分析與計算的方法使其減小，但在復什電路測量中或交流測量中這種方法的實用性極為有限。本實驗中用不同儀表通過簡單測量電路來分析計算比較方法誤差對測量結果的影響。三、實驗內容1驗證歐姆定律電壓表監(jiān)測選定量限為2V，電壓表測量精度按EU=計算。vUA+-直流穩(wěn)壓電源圖1R=100±1IAB 由歐姆定律可知流過電阻R的電流為 I=最大相對誤差EI=±（|EU|+|ER|）=±（2.3%+1%）=±3.3%實驗步驟：（1）A、B兩點不接電流表，調節(jié)穩(wěn)壓

21、源輸出電壓U=200mV。（2）A、B兩點接入JDA-21型電流表，量限選定2mA，讀出實測電流值，并計算測量值相對誤差與最大相對誤差值進行比較。（3）用市售任何形式高精度位或位數(shù)字表2mA電流檔代替接入A、B兩點讀取電流值進行誤差計算（如無其他數(shù)字表可在JDA-21型表接線端串聯(lián)一個100電阻來模擬，因該類數(shù)字表2mA量限內阻均較JDA-21型表大100倍左右）。（4）如有上述數(shù)字表可再進行一項在圖1同一電路狀態(tài)下，用不同量限（例如2mA及20mA）測量電流，對結構完善的理想型儀表，除顯示有效位數(shù)不同外其測量值應相同。上述測試比較是在電路中電流為已知值時用接入儀表實測數(shù)值加以驗證，實際測量情

22、況是電路可能比較復什，電路電流都未知，要用儀表接入后讀數(shù)來確定，這樣一般高內阻電流表的測量可信度就會很低。2基爾霍夫電流定律實驗測試vR=1KI3300+-直流穩(wěn)壓電源圖2AR2200I2R3R1100I1P 實驗步驟（1）使R1=100，R2=200，R3=300，電阻精度均為1.0級，可使用D02元件板或電阻網(wǎng)絡,雙口網(wǎng)絡B中元件，該網(wǎng)絡內部結構如圖3：200R2100R1R3 3001B1B2B2B圖3 R=1K，可用任意精度電阻。 （2）接好線路，選定JDA-21型電流表A的量限為2mA，調節(jié)電流源使I2=2mA，記錄V表及A表讀數(shù)。 （3）保持I1=2mA即保持V表讀數(shù)不變的情況下，

23、將A表分別接至R1及R3支路測量I1及I3。 （4）如果不計電流表讀數(shù)誤差，則對電路結點P應有關系式： I2=I1+I3絕對誤差 =I2-（I1+I3）相對誤差 E= （5）用一般數(shù)字表或用JDA-21型表串聯(lián)100電阻后形成的模擬數(shù)字表代替測量，I1'及I3'（I2保持不變）絕對誤差 '=I2-（I1'+ I3'）相對誤差 實驗結果:實驗內容（1）測試結果UEURER計算值IEIJDA-21表實 測I1EI11=I-I1E1=一般數(shù)字表實 測I2EI21=I-I1E2= 實驗內容（2）測試結果RR1R2R3UI2JDA-21表實 測I1I31=I2-（

24、I1+I3）E1=一般數(shù)字表實 測I1'I3'2=I2-（I1'+ I3'）E2=3方法誤差的補償實驗測量（選做）vUR+-直流穩(wěn)壓電源ABAI圖4 在上圖中如需測量A、B兩點短路時的電流I，由于接入有高內阻的電流表后必然必變原電路狀態(tài)而產生較大的測量方法誤差，為減小這種誤差可采用具有不同內阻的電流表進行兩次測量，然后進行適當運算求出電路原來實際電流。實驗方法（1）如電流表用JDA-21型低內阻表串聯(lián)不同電阻及模擬成兩種高內阻的電流表分別接入電路測量。（2）選R=500，U調至1.000V，則A、B兩點短路時 當電流表接入A、B兩點時顯示電流 當電流表接入A、B

25、兩點時顯示電流解上述兩式可得計算電路電流I'為 =I-I' E=實驗結果原電路參 數(shù)URI=兩次測量結果I1I2I'=I- I'E=由上簡單電路實驗可知為減少電流表內阻產生的方法誤差需經兩次測量及多次運算，如按誤差理論計算E會明顯增加，復什電路更甚。因此，減少方法誤差的根本途徑是選擇低內阻的電流表。實驗三 電路基本元件（線性與非線性電阻元件）的伏安特性測定 一、實驗目的（1） 掌握幾種元件的伏安特性的測試方法（2） 掌握實際電壓源和電流源使用調節(jié)方法（3） 學習常用直流電工儀表和設備的使用方法 二、內容說明 （1）在電路中，電路元件的特性一般用該元件上的電壓U與

26、通過元件的電流I之間的函數(shù)關系U=f（I）來表示，這種函數(shù)關系稱為該元件的伏安特性，有時也稱外部特性，對于電源的外特性則是指它的輸出端電壓和輸出電流之間的關系，通常這些伏安特性用U和I分別作為縱座標和橫座標繪成曲線，這種曲線就叫做伏安特性曲線或外特性曲線。 （2）本實驗中所用元件為線性電阻，白熾燈泡，一般半導體二極管整流元件及穩(wěn)壓二極管等常見的電路元件，其中線性電阻的伏安特性是一條通過原點的直線，圖1（a）所示，該直線的斜率等于該電阻的數(shù)值，白熾燈泡在工作時燈絲處于高溫狀態(tài)，其燈絲電阻隨著溫度的改變而改變，并且具有一定的慣性，又因為溫度的改變是與流過的電流有關，所以它的伏安特性為一條曲線，如圖

27、1（b）所示。由圖可見，電流越大溫度越高，對應的電阻也越大。一般燈泡的“冷電阻”與“熱電阻”可相差幾倍至十幾倍，一般半導體二極管整流元件也是非線性元件，當正向運用時其外特性如圖1（c）所示，穩(wěn)壓二極管是一種特殊的半導體器件，其正向伏安特性類似普通二極管，但其反向伏安特性則較特別，如圖1（d）所示，在反向電壓開始增加時，其反向電流幾乎為零，但當電壓增加到某一數(shù)值時（一般稱穩(wěn)定電壓）電流突然增加，以后它的端電壓維持恒定不再隨外加電壓升高而增加，利用這種特性在電子設備中有著廣泛的應用。UI0（a）UI0（b） 0.600.20.40.8U（伏）硅二極管鍺二極管（c）0.2-10-500.40.60.

28、8穩(wěn)壓管反 向（d）鍺穩(wěn)壓管正向硅穩(wěn)壓管正向U（伏）圖1 三、實驗任務 （1）測定一線性電阻R的伏安特性按圖2（a）接線，調節(jié)穩(wěn)壓電源的輸出電壓，即能改變電路中的電流，從而可測得通過電阻R的電流及相應的電壓值。將所讀數(shù)據(jù)列入表中（注意流過R的電流應是電流表讀數(shù)減去流過電壓表中的電流），計算R時可予校正、流過電壓表的電流可根據(jù)其標明的電壓靈敏度計算而得。實驗中所需元器件可從部件D01和D02上選取。（注意：調節(jié)穩(wěn)壓電源輸出電壓，必須用細調旋鈕調節(jié)） （2）測定白熾燈泡的伏安特性將上述電路中的電阻換成白熾燈泡，重復上述步驟即可測得白熾燈泡兩端的電壓及相應的電流數(shù)值，數(shù)據(jù)列表： （3）測定二極管的伏

29、安特性（注：同a）按圖2（b）接線，同樣調節(jié)電源輸出電壓，并記下相對應的電壓和電流值，數(shù)據(jù)列表。 （4）測定穩(wěn)壓二極管的反向伏安特性（注：同a）將步驟3中的一般二級管換成穩(wěn)壓二極管，重復上述步驟并記下讀數(shù)VA+-直流穩(wěn)壓電源RVA+-直流穩(wěn)壓電源1010×（a）（b）圖2100VA+-直流穩(wěn)壓電源RVA+-直流穩(wěn)壓電源1010×（a）（b）圖2100VA+-直流穩(wěn)壓電源RVA+-直流穩(wěn)壓電源1010×（a）（b）圖2100四、實驗結果數(shù)據(jù)表格（1）線性電阻R的伏安特性I（mA）U（V）（2）白熾燈泡的伏安特性I（mA）U（V） （3）一般硅二極管正向伏安特性I（m

30、A）U（V） （4）穩(wěn)壓二極管反向伏安特性I（mA）U（V）五、實驗報告（1） 根據(jù)各次實驗測得的數(shù)據(jù)，在坐標紙上分別繪出各元件的伏安特性。（2） 分析測量誤差原因。六、注意事項（1） 實驗時，電流表應串接在電路中，電壓表應并接在被測元件上，極性切勿接錯。（2） 合理選擇量程，切勿使電表超過量程。（3） 穩(wěn)壓電源輸出應由小至大逐漸增加，輸出端切勿碰線短路。七、思考題用電壓表和電流表測量元件的伏安特性時，電壓表可接在電流表之前或之后，兩者對測量誤差有何影響？實際測量時應根據(jù)什么原則選擇？實驗四 直流電路中電壓與電位的實驗研究 一、實驗目的（1）加深理解電位、電位差（電壓），電位參考點及電壓、電流

31、參考方向的意義。（2）實驗證明電路中各點電位的相對性，電壓的絕對性，等位點的公共性。二、實驗原理（1）一個由電動勢和電阻元件構成的閉合回路中，必定存在電流的流動，電流是正電荷在電勢作用下沿電路移動的集合表現(xiàn)，并且我們習慣規(guī)定正電荷是由高電位點向低電位點移動的。因此，在一個閉合電路中各點都有確定的電位關系。但是，電路中各點的電位高低都只能是相對的，所以我們必須在電路中選定某一點作為比較點（或稱參考點），如果設定該點的電位為零，則電路中其余各點的電位就能以該零電位點為準進行計算或測量。在一個確定的閉合電路中，各點電位高低雖然相對參考點電位的高低而改變，但任意兩點間的電位差（電壓）則是絕對的，它不會

32、因參考點電位變動而改變。根據(jù)上述電位與電壓的性質，我們就可用一個電壓表來測量各點電位與任何兩點間的電壓。如果電位作縱坐標，電路中各點位置作（電阻）橫坐標，將測量到的各點在坐標平面中標出，并把標出點按順序用直線相連接就可得到電路的電位變化圖。每段直線即表示兩點間電位變化的情形。例如在圖1電路中，如果選定a點為電位參考點，并且將a點連接到大地作為零電位點。從a點開始順時針向或逆向繞行作圖均可。當然，在電路中選任何點作參考點都可，不同參考點所作電位圖形是不同的，但說明電位變化規(guī)律則是一樣的。如果以a點開始順時針方向作圖，則可得圖2所示電位圖。以a點置坐標原點自a至b的電阻為R3，在橫坐標上取R3單位

33、比例尺得b點，因b點的電位是b，作出b'點，因a點的電位a=0，所以b-a=b= -IR3，電流方向自a至b，a點電位應較b點電位高，但a=0，所以b是負電位。ab'直線即表示電位在R3中變化情形。直線的斜率表示電流的大小。自b至c為電池，如果內電阻忽略，則b至c將升高一電位其值等于E1，即c-b=E1，c=b+E1=E1-IR3，因為電池無內阻，故b點與c點合一，而直線自b'垂直上升至c'，b' c'=E1。以此類推可作出完整的電位變化圖。顯見，沿回路一周，終點與起點同為a點，可見沿閉合回路一周所有電位升相加總和必定等于所有電位降相加總和。ec

34、dR3b0R2E1E2R1I-+-+0E2E1cbbcdedeaR3R1R2圖2圖1如果把a點電位升高（或降低）某一數(shù)值，則電路中各點電位也變化同樣的值，但二點間電位差仍然不變。在電路中可能有二個或多個電位相等的點，如果將這些點全部用導線連接起來，則連接導線中不會有電流，對整個電路的狀態(tài)也不會改變。此外，作電位圖或實驗測量中必須正確區(qū)分電位和電位差的正負，按照慣例以電流方向的電位降為正，電位差uab=a-b，如果為正即表示a點電位高于b點，如果為負即表示b點電位高于a點。在用電壓表測量時如果指針正偏轉則電表正極電位高于負極。三、實驗任務（1）按圖3實驗線路測定各點電位及各順序兩點間的電位差。（

35、2）找出電路中的等位點，然后用導線相連，重測各點電位及相應電位差。圖中E1，E2為電壓源，R1為可變電阻器，f點為中間分壓頭，改變其位置可找到與a點等電位點。E1=10VR2R3200300R=1Kfadebc圖3mA+-+E2=6V- （3）實驗所需元器件可從部件D02和元件板上選取。四、實驗報告（1） 完成實驗測試，數(shù)據(jù)列表（2） 作出二種情況電路電位圖 以a點為零電位參考點 同電位點相連接 （3）分析比較實驗結果，說明電位的性質實驗五 基爾霍夫定律 一、實驗目的（1） 加深對基爾霍夫定律的理解（2） 用實驗數(shù)據(jù)驗證基爾霍夫定律（3） 熟練儀器儀表的使用技術二、實驗原理基爾霍夫定律是電路理

36、論中最基本的定律之一，它闡明了電路整體結構必須遵守的規(guī)律，應用極為廣泛?；鶢柣舴蚨捎袃蓷l：一是電流定律，另一是電壓定律。NI3I1I2I4I5圖1（1）基爾霍夫電流定律（簡稱KCL）是：在任一時刻，流入到電路任一節(jié)點的電流總和等于從該節(jié)點流出的電流總和，換句話說就是在任一時刻，流入到電路任一節(jié)點的電流的代數(shù)和為零。這一定律實質上是電流連續(xù)性的表現(xiàn)。運用這條定律時必須注意電流的方向，如果不知道電流的真實方向時可以先假設每一電流的正方向（也稱參考方向），根據(jù)參考方向就可寫出基爾霍夫的電流定律表達式,例如圖1所示為電路中某一節(jié)點N，共有五條支路與它相連，五個電流的參考正方向如圖，根據(jù)基爾霍夫定律就

37、可寫出： I1+I2+I3+I4+I5=0 如果把基爾霍夫定律寫成一般形式就是 I=0。顯然，這條定律與各支路上接的是什么樣的元件無關，不論是線性電路還是非線性電路，它是普遍適用的。 電流定律原是運用某一節(jié)點的，我們也可以把它推廣運用于電路中的任一假設的封閉面，例如圖2所示封閉面S所包圍的電路有三條支路與電路其余部分相聯(lián)接其電流為I1，I2，I3，則I1+I2-I3=0因為對任一封閉面來說，電流仍然必須是連續(xù)的。（2）基爾霍夫電壓定律（簡稱KVL）：在任一時刻，沿閉合回路電壓降的代數(shù)和總等于零。把這一定律寫成一般形式即為U=0，例如在圖3所示的閉合回路中，電阻兩端的電壓參考正方向如箭頭所示，如

38、果從節(jié)點a出發(fā)，順時針方向繞行一周又回到a點，便可寫出： U1+U2+U3-U4-U5=0S圖2I1I2I3U3U4U1U2U5圖3ab顯然，基爾霍夫電壓定律也是和沿閉合回路上元件的性質無關，因此，不論是線性電路還是非線性電路，它是普遍適用的。 三、實驗任務DFECBAR4R5R3R2R1IE1=6V圖4+-3002003001K100E2=12V+-按照圖4所示實驗線路驗證基爾霍夫兩條定律。圖中E1=6V，E2=12V為實驗臺上穩(wěn)壓電源輸出電壓，實驗中調節(jié)好后保持不變，R1、R2、R3、R4、R5為固定電阻，精度1.0級。實驗時各條支路電流及總電流用電流表測量，在接線時每條支路可串聯(lián)連接一個

39、電流表插口，測量電流時只要把電流表所連接的插頭插入即可讀數(shù)。但要注意插頭連接時極性，插口一側有紅點標記是與插頭紅線對應。實驗需元器件可從部件D02上選取。測量項目實驗內容E1(V)E2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)E1單獨作用E2單獨作用E1,E2共同作用四、實驗報告（1） 完成實驗測試、數(shù)據(jù)列表；（2） 根據(jù)基爾霍夫定律及電路參數(shù)計算出各支路電流及電壓；（3） 計算結果與實驗測量結果進行比較，說明誤差原因；（4） 小結對基爾霍夫定律的認識。實驗六 電壓源與電流源的等效轉換 一、實驗目的（1） 了解理想電流源與理想電壓源的

40、外特性（2） 驗證電壓源與電流源互相進行等效轉換的條件 二、實驗說明 （1）在電工理論中，理想電源除理想電壓源之外，還有另一種電源，即理想電流源，理想電流源在接上負載后，當負載電阻變化時，該電源供出的電流能維持不變，理想電壓源接上負載后，當負載變化時其輸出電壓保持不變，它們的電路圖符號及其特性見圖1。圖1-+IS0RIS+-USR（a）理想電流源（b）理想電壓源US在工程實際上，絕對的理想電源是不存在的，但有一些電源其外特性與理想電源極為接近，因此，可以近似地將其視為理想電源。理想電壓源與理想電流源是不能互相轉換的。（2）一個實際電源，就其外部特性而言，既可以看成是電壓源，又可以看成是電流源。

41、RIUESR0圖2UISG0R圖3I電流源用一個理想電流源IS與一電導g0并聯(lián)的組合來表示，電壓源用一個理想電壓源ES與一電阻r0串聯(lián)組合來表示，它們向同樣大小的負載供出同樣大小的電流，而電源的端電壓也相等，即電壓源與其等效電流源有相同的外特性。一個電壓源與一個電流源相互進行等效轉換的條件為： IS=ES/r0 g0=1/r0 或ES=IS/g0 r0=1/g0三、實驗內容及步驟（1）測量理想電流源的外特性本實驗采用的電流源，當負載電阻在一定的范圍內變化時（即保持電流源兩端電壓不超出額定值），電流基本不變，即可將其視為理想電流源。將一電阻箱R接至電流源的“輸出”端鈕上，測量電流用的毫安表串接于

42、電路中，如圖4所示。改變電阻箱電阻值，測出“輸出”兩端鈕間電壓，即得到外特性曲線。(圖中Rs為限流電阻)實驗時首先置R=0，調節(jié)I至20mA，然后改變R測I，但應使RMAX·I20伏。VmA2-2+R+-電流源RSI圖4IS=20mA電阻R()電流I(mA)電壓U(V) （2）測量理想電壓源的外特性當外接負載電阻在一定范圍內變化時電源輸出電壓基本不變，可將其視為理想電壓源，實驗時不能使R=0（短路），否則電流過大。VmA-+R+-電壓源RSI圖5電阻R()電壓U(V)電流I(mA) （3）驗證實際電壓源與電流源等效轉換的條件在實驗內容1中，已測得理想電流源的電流為IS=20mA，此時

43、，若在其“輸出”端鈕間并聯(lián)一電阻r0（即g0=1/r0），例如，200歐，從而構成一個實際電流源，將該電流源接至負載R一電阻箱，改變電阻箱的電阻值，即可測出該電流源的外特性，實驗接線如圖6所示。r0=200VmA+-電流源IIs=200mA圖6根據(jù)等效轉換的條件，將電壓源的R輸出電壓調至ES=IS r0，并串接一個電阻r0，從而構成一個實際電壓源，將該電壓源接到負載R一電阻箱，改變電阻箱的電阻值即可測出該電壓源的外特性。在兩種情況下負載電阻R相同值時可比較 是否具有相同的電壓與電流。如圖7所需元器件可從部件D01和DO2上選取。數(shù)據(jù)表格 電流源 IS=20mA g0=1/200電流I(mA)電

44、壓U(V)電阻R() 電壓源 ES=4V r0=200電流I(mA)電壓U(V)電阻R()四、預習要求明確了解理想電源的概念及其外特性，掌握實際電壓源與電流源相互進行等效轉換的條件。五、總結報告1 繪出所測電流源及電壓源的外特性曲線；2 從實驗結果，驗證電壓源和電流源是否等效。六、思考題試從實驗線路中，說明電壓源和電流源的輸出端發(fā)生短路時，對電源的影響有何不同？r0=200VmAR+-電壓源IEs=4V圖7圖6實驗七 迭加原理 一、實驗目的（1） 通過實驗來驗證線性電路中的迭加原理以及其適用范圍；（2） 學習真流儀器儀表的測試方法。二、內容說明幾個電動勢在某線性網(wǎng)絡中共同作用時，也可以是幾個電流源共同作用，或電動勢和電流源混合共同作用，它們在電路中任一支路產生的電流或在任意兩點間的所產生的電壓降，等于這些電動勢或電流源分別單獨作用時，在該部分所產生的電流或電壓降的代數(shù)和，這一結論稱為線性電路的迭加原理，如果網(wǎng)絡是非線性的，迭加原理不適用。本實驗中，先使電壓源和電流源分別單獨使用，測量各點間的電壓和各支路的電流，然后再使電壓源和電流源共同作用，測量各點間的電壓和各支路的電流，驗證是否滿足迭加原理。三、實驗任務（1