電工學(xué)實(shí)驗(yàn)講義

1、目 錄實(shí)驗(yàn)一 基爾霍夫定律和疊加原理驗(yàn)證2實(shí)驗(yàn)二 受控源研究5實(shí)驗(yàn)三 戴維南定理有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測定9實(shí)驗(yàn)四 RC一階電路的響應(yīng)測試12實(shí)驗(yàn)五 RLC串聯(lián)電路研究16實(shí)驗(yàn)六 三相電路的參數(shù)測量19實(shí)驗(yàn)七 三相電路的功率測量21實(shí)驗(yàn)八 直流雙口網(wǎng)絡(luò)的研究24實(shí)驗(yàn)一 基爾霍夫定律和疊加原理驗(yàn)證 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)電路基本參數(shù)的測試方法，并驗(yàn)證基爾霍夫電壓、電流定理；2驗(yàn)證疊加原理，了解疊加原理的應(yīng)用場合；3理解線性電路的疊加性和齊次性。二、預(yù)習(xí)準(zhǔn)備1電壓表電流表的正確使用方法。2電壓參考方向。UAB表示的是UA為高電位端還是UB？3基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律的內(nèi)容是什么？其中正負(fù)號如

2、何確定？4疊加原理的內(nèi)容是什么？5在實(shí)驗(yàn)中如何實(shí)現(xiàn)各個(gè)電源單獨(dú)作用？ 6線性電路其次性的含義是什么？7實(shí)驗(yàn)電路中，若有一個(gè)電阻元件改為二極管，上述定律還有那些是成立的？為什么？三、實(shí)驗(yàn)原理參考基爾霍夫定律是電路的基本定律。測量某電路的各支路電流及每個(gè)元件兩端的電壓，應(yīng)能分別滿足基爾霍夫電流定律（KCL）和電壓定律（KVL）。即對電路中的任一個(gè)節(jié)點(diǎn)而言，應(yīng)有I0；對任何一個(gè)閉合回路而言，應(yīng)有U0。疊加原理指出：在有幾個(gè)電源共同作用下的線性電路中，通過每一個(gè)元件的電流或其兩端的電壓，可以看成是由每一個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)在該元件上所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。具體方法是：一個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)，其它的電源必須

3、去掉（電壓源短路，電流源開路）；在求電流或電壓的代數(shù)和時(shí)，當(dāng)電源單獨(dú)作用時(shí)電流或電壓的參考方向與共同作用時(shí)的參考方向一致時(shí)，符號取正，否則取負(fù)。在圖1中：圖1疊加原理反映了線性電路的疊加性，線性電路的齊次性是指當(dāng)激勵信號（如電源作用）增加或減小倍時(shí)，電路的響應(yīng)（即在電路其它各電阻元件上所產(chǎn)生的電流和電壓值）也將增加或減小倍。疊加性和齊次性都只適用于求解線性電路中的電流、電壓。對于非線性電路，疊加性和齊次性都不適用。四、實(shí)驗(yàn)裝置和功能1DG05右上角基爾霍夫/疊加原理實(shí)驗(yàn)電路。2用DG04上的穩(wěn)壓源和電流源提供電路內(nèi)部電源。3D31中的電壓表和毫安表。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1在實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)電路上電壓源

4、符號處接入電源，分別取Us1= ，Us2= ，開關(guān)K均撥向虛線側(cè)，構(gòu)成完整的實(shí)驗(yàn)電路。2測試A點(diǎn)的三條支路的電流，記錄在下表第一行。根據(jù)圖中電流的參考方向列寫結(jié)點(diǎn)A的基爾霍夫電流方程為： ，根據(jù)所列方程代入測得的電流數(shù)值計(jì)算得到方程成立，即KCL成立。 測量項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)US1, US2共同作用3分別測各支路電壓UAB、UCD、UAD、UDE、UFA，填入上表中。根據(jù)電壓參考方向可以列寫回路ABCD、ADEF、ABCDEF的基爾霍夫電壓方程：回路ABCD: ?；芈稟DEF: ?；芈稟BCDEF: 。根

5、據(jù)所列的方程代入測得的電壓數(shù)值計(jì)算證明方程成立，即KVL成立。4使Us1、Us2單獨(dú)作用（即將不作用的電源處的開關(guān)K撥向短路線一側(cè)。注意：不能直接端接電源！），分別測試各支路電壓電流，并記錄入下表。 測量項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)US1單獨(dú)作用US2單獨(dú)作用對比上面兩個(gè)表相應(yīng)列同一支路的電流或者電壓，可以看出US1, US2共同作用時(shí)的響應(yīng)恰好是他們分別作用是響應(yīng)的疊加。證明這個(gè)電路中疊加定律成立。5拆去電源US2，在US1單獨(dú)作用時(shí)，取US1= ，測量各支路電壓電流，記錄入下表。使US1加倍，即US1= ，再次

6、測量電路變量并記錄。 測量項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)US1= 單獨(dú)作用US1= 單獨(dú)作用對比上表中各列數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，它們隨電源的變化成比例增加，這就是電路的齊次性。6將K3撥向下側(cè)，把原電路中的330歐姆電阻換成是非線性元件二極管，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。 測量項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)US1, US2共同作用 測量項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)US1單獨(dú)作用US2

7、單獨(dú)作用 測量項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)US2= 單獨(dú)作用US2= 單獨(dú)作用檢查驗(yàn)證對于非線性電路上面提到的三個(gè)定律中 仍然成立， 不再成立。六、總結(jié)和結(jié)論實(shí)驗(yàn)二 受控源研究一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?加深對受控源的理解；2掌握受控源特性的測量方法。二、預(yù)習(xí)準(zhǔn)備1什么是受控源？了解四種受控源的縮寫、電路模型、控制量與被控量的關(guān)系；2四種受控源中的轉(zhuǎn)移參量、g、r和的意義是什么？如何測得？3若受控源控制量的極性反向，試問其輸出極性是否發(fā)生變化？4分析四種受控源實(shí)驗(yàn)電路的輸入、輸出關(guān)系。注意事項(xiàng)：1用恒流源供電的實(shí)驗(yàn)中，不允許恒流源

8、開路；2運(yùn)算放大器輸出端不能與地短路，輸入端電壓不宜過高（小于5V）。三、實(shí)驗(yàn)原理參考1受控源受控源向外電路提供的電壓或電流是受其它支路的電壓或電流控制，因而受控源是雙口元件：一個(gè)為控制端口，或稱輸入端口，輸入控制量（電壓或電流），另一個(gè)為受控端口或稱輸出端口，向外電路提供電壓或電流。受控端口的電壓或電流，受控制端口的電壓或電流的控制。根據(jù)控制變量與受控變量的不同組合，受控源可分為四類：（1）電壓控制電壓源（VCVS），如圖21（a）所示，其特性為：其中：稱為轉(zhuǎn)移電壓比（即電壓放大倍數(shù)）。（2）電壓控制電流源（VCCS），如圖21（b）所示，其特性為： 其中：稱為轉(zhuǎn)移電導(dǎo)。（3）電流控制電壓源

9、（CCVS），如圖21（c）所示，其特性為：其中：稱為轉(zhuǎn)移電阻。（4）電流控制電流源（CCCS），如圖21（d）所示，其特性為：其中：稱為轉(zhuǎn)移電流比（即電流放大倍數(shù)）。2用運(yùn)算放大器組成的受控源運(yùn)算放大器的電路符號如圖22所示，具有兩個(gè)輸入端：同相輸入端和反相輸入端，一個(gè)輸出端，放大倍數(shù)為A，則A（）。對于理想運(yùn)算放大器，放大倍數(shù)A為，輸入電阻為，輸出電阻為0，由此可得出兩個(gè)特性：特性1：；特性2：。電壓控制電壓源（VCVS）電壓控制電壓源電路如圖23所示。由運(yùn)算放大器的特性1可知：則 由運(yùn)算放大器的特性2可知：代入、 得：可見，運(yùn)算放大器的輸出電壓u2受輸入電壓u1控制，其電路模型如圖22（

10、a）所示，轉(zhuǎn)移電壓比：。電壓控制電流源（VCCS）電壓控制電流源電路如圖24所示。由運(yùn)算放大器的特性1可知：則 由運(yùn)算放大器的特性2可知： 即i2只受輸入電壓u1控制，與負(fù)載RL無關(guān)（實(shí)際上要求RL為有限值）。其電路模型如圖21（b）所示。轉(zhuǎn)移電導(dǎo)為：（3）電流控制電壓源（CCVS）電流控制電壓源電路如圖25所示。由運(yùn)算放大器的特性1可知： u2=R iR由運(yùn)算放大器的特性2可知：代入上式，得： 即輸出電壓u2受輸入電流i1的控制。其電路模型如圖21（c）所示。轉(zhuǎn)移電阻為： （4）電流控制電流源（CCCS）電流控制電流源電路如圖26所示。由運(yùn)算放大器的特性1可知： 由運(yùn)算放大器的特性2可知：

11、代入上式，即輸出電流i2只受輸入電流i1的控制。與負(fù)載RL無關(guān)。它的電路模型如圖21（d）所示。轉(zhuǎn)移電流比 四、實(shí)驗(yàn)裝置和功能1DG04下部受控源實(shí)驗(yàn)電路，主要實(shí)驗(yàn)電路。2DG04實(shí)驗(yàn)板上提供的恒壓源、恒流源。3D31直流電流電壓表。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1測試電壓控制電壓源（VCVS）特性 實(shí)驗(yàn)電路如圖27所示，圖中，U1用恒壓源的可調(diào)電壓輸出端，R1R210，RL2（用電阻箱）。 （1）測試VCVS的轉(zhuǎn)移特性U2 =f（U1） 調(diào)節(jié)恒壓源輸出電壓U1（以電壓表讀數(shù)為準(zhǔn)），用電壓表測量對應(yīng)的輸出電壓U2，將數(shù)據(jù)記入表21中。 表21 VCVS的轉(zhuǎn)移特性數(shù)據(jù)U1/V0 1234U2/V（2）測試V

12、CVS的負(fù)載特性U2=f（RL）保持U12V，負(fù)載電阻RL用電阻箱，并調(diào)節(jié)其大小，用電壓表測量對應(yīng)的輸出電壓U2，將數(shù)據(jù)記入表22中。表22 VCVS的負(fù)載特性數(shù)據(jù)RL/1K2K3K4K5K6K7K8K9KU2/V2測試電壓控制電流源（VCCS）特性 實(shí)驗(yàn)電路如圖28所示，圖中，U1用恒壓源的可調(diào)電壓輸出端，R110，RL2（用電阻箱）。（1）測試VCCS的轉(zhuǎn)移特性I2=f（U1）調(diào)節(jié)恒壓源輸出電壓U1（以電壓表讀數(shù)為準(zhǔn)），用電流表測量對應(yīng)的輸出電流I2，將數(shù)據(jù)記入表23中。 表23 VCCS的轉(zhuǎn)移特性數(shù)據(jù)U1/V00.I2/mA（）測試VCCS的負(fù)載特性I2=f（RL）保持U12V，負(fù)載電阻

13、RL用電阻箱，并調(diào)節(jié)其大小，用電流表測量對應(yīng)的輸出電流I2，將數(shù)據(jù)記入表24中。表24 VCVS的負(fù)載特性數(shù)據(jù)RL/1K2K3K4K5K6K7K8K9KI2/3測試電流控制電壓源（CS）特性實(shí)驗(yàn)電路如圖2所示，圖中，1用恒流源，R110，RL2（用電阻箱）。（1）測試CCVS的轉(zhuǎn)移特性U2=f（U1）調(diào)節(jié)恒流源輸出電流I1（以電流表讀數(shù)為準(zhǔn)），用電壓表測量對應(yīng)的輸出電壓U2，將數(shù)據(jù)記入表25中表25 CCVS的轉(zhuǎn)移特性數(shù)據(jù)I1/ mA0.U2/V（）測試 的負(fù)載特性=f（RL）保持12，負(fù)載電阻RL用電阻箱，并調(diào)節(jié)其大小，用電壓表測量對應(yīng)的輸出電壓U2，將數(shù)據(jù)記入表26中。表26 的負(fù)載特性數(shù)

14、據(jù)RL/1K2K3K4K5K6K7K8K9KU2/測試電流控制電流源（CCS）特性實(shí)驗(yàn)電路如圖2所示。圖中，1用恒流源，R1R210，RL2（用電阻箱）。（1）測試CCS的轉(zhuǎn)移特性I2=f（I1）調(diào)節(jié)恒流源輸出電流I1（以電流表讀數(shù)為準(zhǔn)），用電流表測量對應(yīng)的輸出電流I2，I1、I2分別用EEL31組件中的電流插座56和1718測量，將數(shù)據(jù)記入表27中。 表27 CCCS的轉(zhuǎn)移特性數(shù)據(jù)I1/mA0.I2/mA（）測試CCCS的負(fù)載特性I=f（RL）保持1.2，負(fù)載電阻RL用電阻箱，并調(diào)節(jié)其大小，用電流表測量對應(yīng)的輸出電流I2，將數(shù)據(jù)記入表28中。表28 CCCV的負(fù)載特性數(shù)據(jù)RL/1K2K3K4

15、K5K6K7K8K9KI2/mA六、總結(jié)和結(jié)論實(shí)驗(yàn)三 戴維南定理有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?驗(yàn)證戴維南定理、諾頓定理的正確性，加深對等效的理解；2掌握測量有源二端網(wǎng)絡(luò)開路電壓的一般方法，熟悉零示法的原理和使用。3掌握測量有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻的兩種基本方法：通過開路電壓和短路電流得到等效電阻；通過外加激勵使用伏安法來測量等效電阻。熟悉半電壓法測量等效電阻的方法。 二、預(yù)習(xí)準(zhǔn)備1戴維南定理和諾頓定理的內(nèi)容是什么？2如何計(jì)算開路電壓和短路電流？相應(yīng)的請?jiān)O(shè)計(jì)你在測量時(shí)候準(zhǔn)備使用的方法，并分析其中可能會有哪些因素影響其準(zhǔn)確性。3在理論上如何計(jì)算等效電阻，針對不同的情況有那些不同的計(jì)算方法？請

16、盡可能多的設(shè)想測量方法并分析其優(yōu)劣和適用條件。4根據(jù)理論課程知識詳細(xì)闡述戴維南等效的實(shí)質(zhì)是什么？怎么判斷戴維南等效電路和原電路是不是等效的呢？請據(jù)此設(shè)計(jì)驗(yàn)證方法。三、實(shí)驗(yàn)原理參考1戴維南定理和諾頓定理戴維南定理指出：任何一個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)，總可以用一個(gè)電壓源US和一個(gè)電阻RS串聯(lián)組成的實(shí)際電壓源來代替，其中：電壓源US等于這個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC, 內(nèi)阻RS等于該網(wǎng)絡(luò)中所有獨(dú)立電源均置零(電壓源短接，電流源開路)后的等效電阻Req。 諾頓定理指出：任何一個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)，總可以用一個(gè)電流源IS和一個(gè)電阻RS并聯(lián)組成的實(shí)際電流源來代替，其中：電流源IS等于這個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)的短路短路ISC,

17、內(nèi)阻RS等于該網(wǎng)絡(luò)中所有獨(dú)立電源均置零(電壓源短接，電流源開路)后的等效電阻Req。US、Req和IS、Req稱為有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效參數(shù)。2有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測量方法(1)開路電壓、短路電流法在有源二端網(wǎng)絡(luò)輸出端開路時(shí)，用電壓表直接測其輸出端的開路電壓UOC, 然后再將其輸出端短路，可測得其短路電流IS。則可計(jì)算得到該有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻為：。若有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻值很低時(shí)，則不宜測其短路電流。(2)伏安法一種方法是用電壓表、電流表測出有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性曲線，如圖1所示。開路電壓為UOC，根據(jù)外特性曲線求出斜率tg，則等效電阻為：。另一種方法是測量有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC，以及特定

18、電流IN和對應(yīng)的輸出端電壓UN，如圖1所示，則等效電阻為： 。 (3)半電壓法如圖2所示，當(dāng)負(fù)載電壓為被測網(wǎng)絡(luò)開路電壓UOC一半時(shí)，負(fù)載電阻RL的大小（由電阻箱的讀數(shù)確定）即為被測有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻RS數(shù)值。32(4)零示法在測量具有高內(nèi)阻有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓時(shí)，用電壓表進(jìn)行直接測量會造成較大的誤差，為了消除電壓表內(nèi)阻的影響，往往采用零示測量法，如圖3所示。零示法測量原理是用一低內(nèi)阻的恒壓源與被測有源二端網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較，當(dāng)恒壓源的輸出電壓與有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓相等時(shí)，電壓表的讀數(shù)將為“0”，此時(shí)恒壓源的輸出電壓U，即為被測有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓。四、實(shí)驗(yàn)裝置和功能1用DG04上的穩(wěn)壓源和

19、電流源提供有源二端網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部電源，并在等效電路中提供開路電壓所對應(yīng)的電壓源，在零示法測試中提供可調(diào)電壓源。2DG05中的右下角戴維南諾頓等效定理實(shí)驗(yàn)電路，電路中電鍵k撥向左側(cè)表示接入短路線。3D31中的電壓表和毫安表。4DG09上面的數(shù)字可調(diào)電阻作為等效電阻、513k的電阻作為負(fù)載電阻使用。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1在實(shí)驗(yàn)電路板上虛線框中的電路就是要測試和等效的目標(biāo)電路。這個(gè)電路中電流源和電壓源是虛線表示的，意味著需要外接這兩個(gè)電源。將實(shí)驗(yàn)板上穩(wěn)壓源的一路接入這里，并調(diào)節(jié)其電壓為一個(gè)合適的數(shù)值，記錄下電壓U= 。將實(shí)驗(yàn)板上電流源接入，注意要在連接好電路以后在接通電流源點(diǎn)源，以免損壞電源。調(diào)節(jié)其電流為一個(gè)合

20、適的數(shù)值，記錄下電流I= ?，F(xiàn)在的電路就是目標(biāo)電路，我們將研究這個(gè)電路的等效電路。首先測試原電路的外特性即它接不同負(fù)載時(shí)候在負(fù)載上引起的響應(yīng)情況。330510510IsUs+-AB在AB端接入負(fù)載RL（開關(guān)K撥向右側(cè)），分別取下表中的阻值，測試端口AB上的電壓電流響應(yīng)。填入下表。RL(W)512005101000200030006200U(V)I(mA)這是原電路的外特性。2按照戴維南定理的思想，這個(gè)電路網(wǎng)絡(luò)可以等效成一個(gè)電壓源和一個(gè)電阻相串聯(lián)的簡單電路，其中電壓源電壓是這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，電阻值為該網(wǎng)絡(luò)等效電阻值。下面我們分別用幾種方法測量這兩個(gè)量。在原電路中，把開關(guān)K撥向右側(cè)，在插孔中不接

21、任何負(fù)載，測試端口開路電壓Uoc= 。將開關(guān)K撥向左側(cè)，將AB端短路，通過專用電流測孔測試AB端短路電流Isc= 。可以由Uoc/Isc=Req得到等效電阻阻值為 。測定有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻也可以有其它的方法：將被測有源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有獨(dú)立源置零(將電流源、電壓源去掉，并在原電壓端所接的兩點(diǎn)用一根短路導(dǎo)線相連)，在AB端接入電壓源Us= ，測試端口電流I= ，由Us/I=Req= 得到等效電阻阻值為 。另外也可以采用半電壓法來測量等效電阻：在AB端口連接數(shù)字可調(diào)電阻，調(diào)節(jié)該電阻阻值是其兩端電壓為開路電壓的一半，此時(shí)的電阻值R= 就是Req的值。如果對于開路電壓測量精確度要求較高，或等效電阻較大時(shí)，

22、也可以采用零示法來測量開路電壓。將電路網(wǎng)絡(luò)端口AB與電壓源相連，調(diào)節(jié)電壓源電壓使端口A處電壓為零，此時(shí)電壓源電壓與開路電壓恰好相等，故電源電壓Us= 就是開路電壓Uoc。測出目標(biāo)電路的開路電壓和等效電阻按照戴維南定理就可以得到相應(yīng)的等效電路了。3按照戴維南等效定理的方法，將電壓源電壓調(diào)至Us=Uoc，與數(shù)字可調(diào)電阻相串聯(lián)，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻阻值R=Req，這樣得到的一端口電路就和原電路是等效的。為了驗(yàn)證這兩者的等效性，我們可以用前面同樣的方法測試戴維南等效電路的外特性。在新的等效電路的端口處接上面測試中同樣的負(fù)載電阻，測試其兩端得到的電壓電流響應(yīng)，填入下表。RL(W)5120051010002000

23、30006200U(V)I(mA)對比原電路的外特性和等效電路外特性，相同的外特性表明兩個(gè)電路對于外電路是等效的。六、總結(jié)和結(jié)論實(shí)驗(yàn)四 RC一階電路的響應(yīng)測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察RC一階電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)。2學(xué)習(xí)電路時(shí)間常數(shù)的測量方法，測量并驗(yàn)證時(shí)間常數(shù)的計(jì)算結(jié)果。3掌握有關(guān)微分電路和積分電路的概念，4研究微分電路和積分電路的參數(shù)的必要條件條件。5學(xué)會使用用示波器觀測波形和進(jìn)行簡單的測量。二、預(yù)習(xí)準(zhǔn)備1一階動態(tài)電路是的響應(yīng)有那些類型，分別是什么形式？2一階動態(tài)電路的零輸入、零狀態(tài)響應(yīng)曲線？3RC電路中時(shí)間常數(shù)是如何計(jì)算的？4在響應(yīng)曲線圖上怎么體現(xiàn)時(shí)間常數(shù)，時(shí)間常數(shù)的幾何意義是什么？5微

24、分電路和積分電路的原理是什么？它們對于時(shí)間常數(shù)有什么要求？6示波器的橫軸表示什么，縱軸表示什么，每一個(gè)大格表示什么如何確定。三、實(shí)驗(yàn)原理參考1動態(tài)網(wǎng)絡(luò)的過渡過程是十分短暫的單次變化過程。要用普通示波器觀察過渡過程和測量有關(guān)的參數(shù)，就必須使這種單次變化的過程重復(fù)出現(xiàn)。為此，我們利用信號發(fā)生器輸出的方波來模擬階躍激勵信號，即利用方波輸出的上升沿作為零狀態(tài)響應(yīng)的正階躍激勵信號；利用方波的下降沿作為零輸入響應(yīng)的負(fù)階躍激勵信號。只要選擇方波的重復(fù)周期遠(yuǎn)大于電路的時(shí)間常數(shù)（一般選擇T為35倍），那么電路在這樣的方波序列脈沖信號的激勵下，它的響應(yīng)就和直流電接通與斷開的過渡過程是基本相同的。2圖1所示的 RC

25、 一階電路的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)分別按指數(shù)規(guī)律衰減和增長，其變化的快慢決定于電路的時(shí)間常數(shù)。3時(shí)間常數(shù)的測定方法: 用示波器測量零輸入響應(yīng)的波形如圖1(a)所示。 根據(jù)一階微分方程的求解得知ucUme-t/RCUme-t/。當(dāng)t時(shí)，Uc()0.368Um。此時(shí)所對應(yīng)的時(shí)間就等于。亦可用零狀態(tài)響應(yīng)波形增加到0.632Um所對應(yīng)的時(shí)間測得，如圖1(c)所示。 a) 零輸入響應(yīng) (b) RC一階電路 (c) 零狀態(tài)響應(yīng)圖 14微分電路和積分電路是RC一階電路中較典型的電路，它對電路元件參數(shù)和輸入信號的周期的關(guān)系有著特定的要求。一個(gè)簡單的 RC串聯(lián)電路，在方波序列脈沖的重復(fù)激勵下，當(dāng)滿足RC<

26、<時(shí)（T為方波脈沖的重復(fù)周期），且由R兩端的電壓作為響應(yīng)輸出，則該電路就是一個(gè)微分電路。因?yàn)榇藭r(shí)電路的輸出信號電壓與輸入信號電壓的微分成正比。如圖2(a)所示。利用微分電路可以將方波轉(zhuǎn)變成尖脈沖，此電路的輸出波形只反映輸入波形的突變部分，即只有輸入波形發(fā)生突變的瞬間才有輸出。而對恒定部分則沒有輸出。輸出的尖脈沖波形的寬度與R*C有關(guān)（即電路的時(shí)間常數(shù)），R*C越小，尖脈沖波形越尖，反之則寬。此電路的R*C必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于輸入波形的寬度，否則就失去了波形變換的作用，變?yōu)橐话愕腞C耦合電路了，一般R*C小于或等于輸入波形寬度的1/10就可以了。原理：從圖中可以得到Uo=UR=Ri=(RC)dUC

27、/dt，由于RC<<T，電容充電很快，所以認(rèn)為UC=Ui，故Uo= (RC)dUi/dt。這就是輸出Uo正比于輸入U(xiǎn)i的微分。TRCRCRC>>TRcuiuuiuRC<<T (a)微分電路 (b) 積分電路 圖2若將圖1(a)中的R與C位置調(diào)換一下，如圖1(b)所示，由 C兩端的電壓作為響應(yīng)輸出，且當(dāng)電路的參數(shù)滿足RC>>，則該RC電路稱為積分電路。因?yàn)榇藭r(shí)電路的輸出信號電壓與輸入信號電壓的積分成正比。利用積分電路可以將方波轉(zhuǎn)變成三角波。原理：從圖得，Uo=Uc=(1/C)icdt，因Ui=UR+Uc，當(dāng)t=t0時(shí)，Uc=0。隨后C充電，由于RC

28、>>T，充電很慢，所以認(rèn)為Ui=UR=Ric，即ic=Ui/R，故Uo=(1/C)icdt=(1/RC)Ui dt這就是輸出Uo正比于輸入U(xiǎn)i的積分（Ui dt）。四、實(shí)驗(yàn)裝置和功能1示波器，用于顯示電路響應(yīng)的波形和定量測量電壓和時(shí)間。2試驗(yàn)箱，利用其中元件構(gòu)成響應(yīng)實(shí)驗(yàn)電路。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1使用實(shí)驗(yàn)箱上的方波信號源和數(shù)字可調(diào)電阻、電容按照下圖串聯(lián)組成串聯(lián)電路，并使用示波器通道測量輸入信號情況，使用示波器通道測量響應(yīng)情況。調(diào)節(jié)方波信號源頻率為，幅度適中。R取10k，C取0.01F。RC注意示波器的兩個(gè)探頭要共地，并且要和電源極性相同。注意正確連接電路。在示波器上按下按鈕是兩個(gè)波形

29、同時(shí)出現(xiàn)在屏幕上。調(diào)節(jié)時(shí)間旋鈕是屏幕上出現(xiàn)兩到三個(gè)周期的波形。做響應(yīng)必要的調(diào)整直到觀察到明顯的暫態(tài)響應(yīng)過程的波形，如下圖所示。要求圖中要有一定長度的水平線部分，以保證電路過渡過程沒有重疊。保證一定長度的水平線在示波器上測量響應(yīng)最高點(diǎn)和最低點(diǎn)之間有 格，CH2的量程調(diào)節(jié)旋鈕取的是 V/格，相乘之后得到Um= 。在零輸入響應(yīng)曲線段上找到U=0.368Um的點(diǎn)所對應(yīng)的橫坐標(biāo)，它離零輸入響應(yīng)起點(diǎn)之間有 格，時(shí)間旋鈕量程取的是 ms/格，相乘之后得到= ms。根據(jù)以前學(xué)過的理論，可以從理論上計(jì)算=RC= ms。測量值基本和理論計(jì)算值基本一致則實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論的正確性。2按照下圖連接微分電路，分別用示波器的

30、兩個(gè)通道觀察Ui和UR兩個(gè)信號。TRCRuiuRC<<T調(diào)節(jié)R和C的取值，記錄不同取值下響應(yīng)UR的波形。RC響應(yīng)波形根據(jù)上面的不同RC取值下的響應(yīng)圖形，可以判斷，RC乘積也就是串聯(lián)電路的時(shí)間常數(shù)越小，響應(yīng)體現(xiàn)的尖峰脈沖的特點(diǎn)越明顯。微分電路要求時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于方波周期T。3按照下圖連接積分電路，分別用示波器的兩個(gè)通道觀察Ui和UR兩個(gè)信號。RCRC>>Tcuiu調(diào)節(jié)R和C的取值，記錄不同取值下響應(yīng)UR的波形。RC響應(yīng)波形根據(jù)上面的不同RC取值下的響應(yīng)圖形，可以判斷，RC乘積也就是串聯(lián)電路的時(shí)間常數(shù)越大，響應(yīng)體現(xiàn)的三角波的特點(diǎn)越明顯。積分電路要求時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于方波的周期T。

31、六、結(jié)論和總結(jié)實(shí)驗(yàn)五 RLC串聯(lián)電路研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察RLC二階電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)。2驗(yàn)證欠阻尼、臨界阻尼、過阻尼的條件。3觀察RLC串聯(lián)電路的諧振。4測量諧振頻率、通頻帶、品質(zhì)因素。5粗略描繪頻率響應(yīng)曲線。二、預(yù)習(xí)準(zhǔn)備1二階動態(tài)電路的響應(yīng)是怎樣的？2二階動態(tài)電路響應(yīng)欠阻尼、臨界阻尼、過阻尼的條件？3正弦穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)下RLC串聯(lián)電路諧振的表現(xiàn)是什么，如何判別電路是否發(fā)生諧振？測試諧振點(diǎn)的方案有哪些？4改變電路的哪些參數(shù)可以使電路發(fā)生諧振，電路中的數(shù)值是否影響諧振頻率？5電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，為什么輸入電壓不能太大，如果信號源給出的電壓，電路諧振時(shí)，用交流毫伏表測和，應(yīng)該選擇用多大的

32、量限？為什么？6要提高、串聯(lián)電路的品質(zhì)因數(shù)，電路參數(shù)應(yīng)如何改變？三、實(shí)驗(yàn)原理參考1二階線性電路，從電路原理我們知道，用二階線性常微分方程來描述的電路稱為二階線性電路。本實(shí)驗(yàn)研究由電感、電阻和電容相串聯(lián)的二階電路，在方波激勵時(shí)響應(yīng)的動態(tài)過程。對于RLC串聯(lián)的二階電路，無論是零狀態(tài)響應(yīng)，還是零輸入響應(yīng)，電路過渡過程的性質(zhì)完全由特征方程LCP2+RCP+1=0的特征根P1，2來決定。從上式可看出，特征根實(shí)際由電路R、L、C三個(gè)元件的數(shù)值大小來決定。1如果R 特征方程有二個(gè)不等實(shí)根，電路動態(tài)過程的性質(zhì)為過阻尼的非振蕩過程。2)如果R 特征方程有相等實(shí)根，電路動態(tài)過程的性質(zhì)為臨界阻尼過程。3)如果R 特

33、征方程有共軛復(fù)根，電路動態(tài)過程的性質(zhì)為欠阻尼的衰減振蕩，衰減系數(shù)=R/2L。在一般情況下，是一個(gè)正實(shí)數(shù)。圖9-12在圖9所示的、串聯(lián)電路中，電路復(fù)阻抗，當(dāng)時(shí)，ZR ，與同相，電路發(fā)生串聯(lián)諧振，諧振角頻率，諧振頻率。在圖91電路中，若為激勵信號，為響應(yīng)信號，其幅頻特性曲線如圖92所示，在時(shí)，A1，URU ，時(shí)，URU ，呈帶通特性。A0707，即UR0707U 所對應(yīng)的兩個(gè)頻率L和為下限頻率和上限頻率，L為通頻帶。通頻帶的寬窄與電阻R有關(guān)，不同電阻值的幅頻特性曲線如圖93所示。電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，URU ，ULUCQU ，Q稱為品質(zhì)因數(shù)，與電路的參數(shù)R、L、C有關(guān)。值越大，幅頻特性曲線越尖銳，通

34、頻帶越窄，電路的選擇性越好，在恒壓源供電時(shí)，電路的品質(zhì)因數(shù)、選擇性與通頻帶只決定于電路本身的參數(shù)，而與信號源無關(guān)。在本實(shí)驗(yàn)中，用交流毫伏表測量不同頻率下的電壓U 、UR、UL、UC，繪制、串聯(lián)電路的幅頻特性曲線，并根據(jù)計(jì)算出通頻帶，根據(jù)或計(jì)算出品質(zhì)因數(shù)。四、實(shí)驗(yàn)裝置和功能1示波器，用于顯示電路響應(yīng)的波形。2試驗(yàn)箱，利用其中元件構(gòu)成響應(yīng)實(shí)驗(yàn)電路。3交流毫伏表，用于測量交流信號的有效值。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1實(shí)驗(yàn)線路如圖所示，L=15mH，C=0.01F。DDS給出方波信號。計(jì)算臨界阻尼的值為 。通過調(diào)節(jié)電阻R阻值的變化，實(shí)現(xiàn)R與的關(guān)系變化,觀察以下三種情況的uC的波形。（1）觀察并記錄R時(shí)電路欠阻

35、尼時(shí)的動態(tài)過程（衰減振蕩）（2）觀察并記錄R時(shí)電路臨界振蕩時(shí)的動態(tài)過程（3）觀察并記錄R時(shí)電路過阻尼的動態(tài)過程（不振蕩）通過實(shí)際觀察臨界阻尼R= 。2按圖組成監(jiān)視、測量電路，用交流毫伏表測電壓，用示波器監(jiān)視信號源輸出，令其輸出幅值等于1V，并保持不變。電容取0.01微法。電感取10毫亨。電阻取100歐姆。計(jì)算可以求得fo= ，Q= 。3找出電路的諧振頻率f，其方法是，將毫伏表接在R兩端，令信號源的頻率由小逐漸變大（注意要維持信號源的輸出幅度不變），當(dāng)VO的讀數(shù)為最大時(shí)，讀得頻率計(jì)上的頻率值即為電路的諧振頻率fo= ，并測量VR= 、V= 與V= 之值（注意及時(shí)更換毫伏表的量程）。計(jì)算0.707

36、 VR= ，改變信號頻率，測量當(dāng)fl= 和fh= 時(shí)電阻兩端電壓為0.707 VR.。由此可以計(jì)算出通頻帶BW= ，品質(zhì)因素Q= 。4在諧振點(diǎn)兩側(cè)，按頻率遞增或遞減500Hz或1kHz，依次各取8個(gè)測量點(diǎn)，逐點(diǎn)測出V，V，V之值，記入數(shù)據(jù)表格。f(kHz)V(V)V(V)V(V)5改變電阻值R= ，重復(fù)步驟3的測量過程：電路的諧振頻率fo= ，并測量VR= 、V= 與V= 之值（注意及時(shí)更換毫伏表的量程）。計(jì)算0.707 VR= ，改變信號頻率，測量當(dāng)fl= 和fh= 時(shí)電阻兩端電壓為0.707 VR.。由此可以計(jì)算出通頻帶BW= ，品質(zhì)因素Q= 。六、結(jié)論和總結(jié)實(shí)驗(yàn)六 三相電路的參數(shù)測量一、

37、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?練習(xí)三相負(fù)載的星形聯(lián)接和三角形聯(lián)接；2了解三相電路線電壓與相電壓，線電流與相電流之間的關(guān)系；3了解三相四線制供電系統(tǒng)中，中線的作用；4觀察線路故障時(shí)的情況。二、預(yù)習(xí)準(zhǔn)備1三相負(fù)載的星形和三角形鏈接分別是怎么鏈接的？2三相負(fù)載按星形或三角形連接，它們的線電壓與相電壓、線電流與相電流有何關(guān)系？當(dāng)三相負(fù)載不對稱時(shí)又有何關(guān)系？3說明在三相四線制供電系統(tǒng)中中線的作用，中線上能安裝保險(xiǎn)絲嗎？為什么？4為什么有的實(shí)驗(yàn)需將三相電源線電壓調(diào)到380，而有的實(shí)驗(yàn)要調(diào)到220？注意事項(xiàng)：1每次實(shí)驗(yàn)完畢，均需將三相調(diào)壓器旋鈕調(diào)回零位，如改變接線，均需斷開三相電源，以確保人身安全。2每次接線完畢，同組同學(xué)應(yīng)自

38、查一遍，然后由指導(dǎo)教師檢查后，方可接通電源，必須嚴(yán)格遵守先接線，后通電；先斷電，后抓線的實(shí)驗(yàn)操作原則。3星形負(fù)載作短路實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須首先斷開中線，以免發(fā)生短路事故。4測量、記錄各電壓、電流時(shí)，注意分清它們是哪一相、哪一線，防止記錯(cuò)。三、實(shí)驗(yàn)原理參考電源用三相四線制向負(fù)載供電，三相負(fù)載可接成星形（又稱形）或三角形（又稱形）。當(dāng)三相對稱負(fù)載作形聯(lián)接時(shí)，線電壓是相電壓的倍，線電流等于相電流，即： ，流過中線的電流N；作形聯(lián)接時(shí)，線電壓等于相電壓，線電流是相電流的倍，即：不對稱三相負(fù)載作聯(lián)接時(shí)，必須采用接法，中線必須牢固聯(lián)接，以保證三相不對稱負(fù)載的每相電壓等于電源的相電壓（三相對稱電壓）。若中線斷開，會

39、導(dǎo)致三相負(fù)載電壓的不對稱，致使負(fù)載輕的那一相的相電壓過高，使負(fù)載遭受損壞，負(fù)載重的一相相電壓又過低，使負(fù)載不能正常工作；對于不對稱負(fù)載作 聯(lián)接時(shí)，但只要電源的線電壓對稱，加在三相負(fù)載上的電壓仍是對稱的，對各相負(fù)載工作沒有影響。四、實(shí)驗(yàn)裝置和功能1DG08上部三相負(fù)載實(shí)驗(yàn)電路，用于提供三相交流負(fù)載，組成三相實(shí)驗(yàn)電路。圖42D32交流電流表，用于測量線電流、相電流。3D33交流電壓表，用于測量線電壓、相電壓。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1三相負(fù)載星形聯(lián)接（三相四線制供電）實(shí)驗(yàn)電路如圖4所示，將白熾燈按圖所示，連接成星形接法。用三相調(diào)壓器調(diào)壓輸出作為三相交流電源，具體操作如下：將三相調(diào)壓器的旋鈕置于三相電壓輸

40、出為的位置（即逆時(shí)針旋到底的位置），然后旋轉(zhuǎn)旋鈕，調(diào)節(jié)調(diào)壓器的輸出，使輸出的三相線電壓為380。(1)在有中線的情況下，測量三相負(fù)載對稱和不對稱時(shí)的各相電流、中線電流和各相電壓、線電壓，將數(shù)據(jù)記入下表中，并記錄各燈的亮度。中線連接每相燈數(shù) 負(fù)載相電壓（）電流（A）負(fù)載線電壓（）中線亮度比較A、B、CABCUAUBUCIAIBICUABUBCUCAIN有1111211斷開2(2)在無中線的情況下，測量三相負(fù)載對稱和不對稱時(shí)的各相電流、各相電壓、線電壓和電源中點(diǎn)N到負(fù)載中點(diǎn)N的電壓UNN，將數(shù)據(jù)記入表中，并記錄各燈的亮度。中線連接每相燈數(shù) 負(fù)載相電壓（）電流（A）負(fù)載線電壓（）中線亮度比較A、B、

41、CABCUAUBUCIAIBICUABUBCUCAUNN無1斷開21211111短路3圖52三相負(fù)載三角形聯(lián)接實(shí)驗(yàn)電路如圖5所示，將白熾燈按圖所示，連接成三角形接法。調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器的輸出電壓，使輸出的三相線電壓為。測量三相負(fù)載對稱和不對稱時(shí)的各相電流、線電流和各相電壓，將數(shù)據(jù)記入表中，并記錄各燈的亮度。每相燈數(shù)相電壓（）線電流(）相電流(）亮度比 較A-B B-C C-A UABUBCUCAIAIBICIABIBCICA111121六、總結(jié)和結(jié)論實(shí)驗(yàn)七 三相電路的功率測量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)會用功率表測量三相電路功率的方法；2掌握功率表的接線和使用方法。二、預(yù)習(xí)準(zhǔn)備1二瓦特表法測量三相電路有功功率

42、的原理。2一瓦特表法測量三相對稱負(fù)載無功功率的原理。3測量功率時(shí)為什么在線路中通常都接有電流表和電壓表？4為什么有的實(shí)驗(yàn)需將三相電源線電壓調(diào)到380，而有的實(shí)驗(yàn)要調(diào)到220？注意事項(xiàng)：1每次實(shí)驗(yàn)完畢，均需將三相調(diào)壓器旋鈕調(diào)回零位，如改變接線，均需斷開三相電源，以確保人身安全。2每次接線完畢，同組同學(xué)應(yīng)自查一遍，然后由指導(dǎo)教師檢查后，方可接通電源，必須嚴(yán)格遵守先接線，后通電；先斷電，后抓線的實(shí)驗(yàn)操作原則。3星形負(fù)載作短路實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須首先斷開中線，以免發(fā)生短路事故。4測量、記錄各電壓、電流時(shí)，注意分清它們是哪一相、哪一線，防止記錯(cuò)。三、實(shí)驗(yàn)原理參考圖1本實(shí)驗(yàn)中，用三相調(diào)壓器調(diào)壓輸出作為三相交流電源

43、，用三組白熾燈作為三相負(fù)載，線電流、相電流、中線電流用電流插頭和插座測量。1三相四線制供電，負(fù)載星形聯(lián)接（即0接法）對于三相不對稱負(fù)載，用三個(gè)單相功率表測量，測量電路如圖1所示，三個(gè)單相功率表的讀數(shù)為W1、W2、W3，則三相功率W1W2W3，這種測量方法稱為三瓦特表法；對于三相對稱負(fù)載，用一個(gè)單相功率表測量即可，若功率表的讀數(shù)為W ，則三相功率3W，稱為一瓦特表法。圖22三相三線制供電三相三線制供電系統(tǒng)中，不論三相負(fù)載是否對稱，也不論負(fù)載是接還是接，都可用二瓦特表法測量三相負(fù)載的有功功率。測量電路如圖所示，若兩個(gè)功率表的讀數(shù)為W1、W2，則三相功率，其中為負(fù)載的阻抗角（即功率因數(shù)角），兩個(gè)功率

44、表的讀數(shù)與有下列關(guān)系：（1）當(dāng)負(fù)載為純電阻，0，W1W2，即兩個(gè)功率表讀數(shù)相等；（2）當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)，將有一個(gè)功率表的讀數(shù)為零；圖13-3（3）當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)，則有一個(gè)功率表的讀數(shù)為負(fù)值，該功率表指針將反方向偏轉(zhuǎn)，這時(shí)應(yīng)將功率表電流線圈的兩個(gè)端子調(diào)換（不能調(diào)換電壓線圈端子），而讀數(shù)應(yīng)記為負(fù)值。對于數(shù)字式功率表將出現(xiàn)負(fù)讀數(shù)。3測量三相對稱負(fù)載的無功功率對于三相三線制供電的三相對稱負(fù)載，可用一瓦特表法測得三相負(fù)載的總無功功率，測試電路如圖133所示。功率表讀數(shù)，其中為負(fù)載的阻抗角，則三相負(fù)載的無功功率 。四、實(shí)驗(yàn)裝置和功能1DG08上部三相負(fù)載實(shí)驗(yàn)電路，用于提供三相交流負(fù)載，組成三相實(shí)驗(yàn)電路。2D

45、32交流電流表，用于測量線電流、相電流。3D33交流電壓表，用于測量線電壓、相電壓。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1三相四線制供電，測量負(fù)載星形聯(lián)接（即0接法）的三相功率圖6（1）用一瓦特表法測定三相對稱負(fù)載三相功率，實(shí)驗(yàn)電路如圖6所示，線路中的電流表和電壓表用以監(jiān)視三相電流和電壓，不要超過功率表電壓和電流的量程。經(jīng)指導(dǎo)教師檢查后，接通三相電源開關(guān)，將調(diào)壓器的輸出由調(diào)到380（線電壓），按下表的要求進(jìn)行測量及計(jì)算，將數(shù)據(jù)記入表中。(2)用三瓦特表法測定三相不對稱負(fù)載三相功率，本實(shí)驗(yàn)用一個(gè)功率表分別測量每相功率，實(shí)驗(yàn)電路如圖所示，步驟與（1）相同，將數(shù)據(jù)記入下表中。負(fù) 載 情 況 開 燈 盞 數(shù)測 量 數(shù)

46、據(jù)計(jì)算值相B相C相PA(W)PB (W)PC (W)(W)Y接對稱負(fù)載 3 3 3Y接不對稱負(fù)載 1 2 32三相三線制供電，測量三相負(fù)載功率（1）用二瓦特表法測量三相負(fù)載連接的三相功率，實(shí)驗(yàn)電路如圖7（a)所示，圖中三相燈組負(fù)載見圖7()，經(jīng)指導(dǎo)教師檢查后，接通三相電源，調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器的輸出，使線電壓為220，按下表的內(nèi)容進(jìn)行測量計(jì)算，并將數(shù)據(jù)記入表中。圖7（2）將三相燈組負(fù)載改成接法，如圖7()所示，重復(fù)（）的測量步驟，數(shù)據(jù)記入表中。負(fù)載情況開 燈 盞 數(shù)測 量 數(shù) 據(jù)計(jì) 算 值 相 B相C相P(W)P(W) (W)接對稱負(fù)載 3 3 3接不對稱負(fù)載 1 2 3接不對稱負(fù)載 1 2 3接對