電路電子實驗

實驗二電路元件伏安關系的測定一、實驗目的1．熟悉幾種常見二端元件的伏安特性。2．學習電路元件伏安特性的測定方法。3．掌握直流電流表、電壓表、穩(wěn)壓電源、滑線變阻器的使用方法。二、實驗原理1．電路元件的伏安特性任一個二端元件，其兩端的電壓u與流經該元件的電流i之間存在著一定的函數關系u=f(i)，通常稱此關系為元件的伏安關系或伏安特性。將這個函數關系繪成u~i平面上的一條曲線，就得到該元件的伏安關系特性曲線。一個二端元件由u~i平面上的一條曲線唯一地確定，而不同的電路元件則具有不同的伏安特性曲線形狀。2．電阻元件的伏安特性線性電阻服從歐姆定律，其伏安關系為U=R·I，在u~i平面上，其伏安特性曲線是一條通過原點的直線，直線的斜率即反映出該線性電阻值的大小，該阻值與元件電壓、電流的大小和方向無關，因此線性電阻是一個雙向性的即時元件。如圖2-2-1所示。IIUU00Fig2-2-1線性電阻伏安特Fig2-2-2晶體二極管伏安特性圖2-2-2是晶體二極管的伏安關系特性曲線，其阻值隨電壓的大小而變化，屬非線性電阻，并且由于其阻值還與所加電壓的極性有關，正向導通時電阻較小，反向截止時電阻很大，所以晶體二極管是一單向導通性元件。非線性電阻不服從歐姆定律，其伏安特性是u~i平面上的一條曲線，通常其阻值是隨著電流、電壓的大小和方向的改變而變化的，按其伏安關系的特征可將其分成流控型、壓控型、電流電壓雙控型，如圖2-2-3所示。IIIUUU000Fig2-2-3非線性電阻伏安特性2322

3．實際電壓源的伏安特性實際電壓源可用一理想電壓源Us與內阻Ro的串聯電路模型來模擬，如圖2-2-4所示。實際電壓源的外特性可用其端口的伏安關系來描述，即：U=Us-Ro·I，由于存在電源內阻Ro，實際電壓源的端電壓將隨輸出電流的增加而降低，因此在u~i平面上，其伏安特性曲線是一條從Us開始隨著I增加略有下傾的直線，如圖2-2-5所示。UIUsUs+_URLIRo0Fig2-2-4Fig2-2-54．電路元件伏安關系特性曲線的測定根據電路元件伏安特性的定義說明可知，任一個二端元器件的伏安特性均可通過其u~i平面上的伏安特性曲線來描述。因此，我們可以利用實驗的手段和測量方法，對某一元件任意測取若干組電流與電壓值，并在u~i平面上逐點描繪出來，則可得到該電路元件的伏安關系特性曲線。5．測試條件電阻元件——注意額定功率和額定電流。晶體管——注意正、反向擊穿電壓值。電壓源——不得短路。電流源——不得開路。三、實驗器材：名稱直流穩(wěn)壓電源直流電流表直流電壓表萬用表型號規(guī)格HY1711C31-A數量備注11111111C31-VMF-30滑線變阻器干電池BX4-5101．5V1#實驗板2#實驗板自制自制滑線變阻器及1#、2#自制實驗板分別如圖2-2-6、2-2-7、2-2-8所示。2332

四、實驗任務1．仔細觀察本次實驗所需使用的儀器、儀表及實驗線路板。Fig2-2-6滑線變阻器2．測定線性電阻的伏安特性曲線。按圖2-2-9接線，Us為穩(wěn)壓電源輸出。調節(jié)滑線變阻器，測量相應的U、I值，自擬表格,記錄數據并作圖。AUs+_VRLFig2-2-71#實驗板Fig2-2-93．測定晶體穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線。按圖2-2-10，圖2-2-11接線，分別測定穩(wěn)壓二極管的正、反向伏安特性曲線。注意，調節(jié)滑線變阻器時應使電壓從小到大緩慢增加，確保流經管子的電流小于50mA；在曲線彎曲區(qū)段需多測幾組數據，自擬表格記錄并作圖。Fig2-2-82#實驗板AAUs+Us+VV－－Fig2-2-10Fig2-2-114．測定實際電壓源的伏安特性曲線A按圖2-2-12接線，虛框內為一節(jié)1.5V干電池，RL采用滑線變阻器，調節(jié)RL，測量相應的U、I值，自擬表格記錄數據并作圖。Ro+RLFig2-2-122342

5．選做題：*測試直流穩(wěn)壓電源的伏安特性。自擬實驗方案、測量線路和操作步驟，實驗電路中各元器件的選取要有詳盡的理論計算或說明。*自行設計電路(方案)，測繪1KΩ電阻與晶體穩(wěn)壓二極管串、并聯電路的伏安特性，要求同上。五、予習要求及思考題1．閱讀有關內容，進一步熟悉了解直流電流表、電壓表、穩(wěn)壓電源、萬用表及滑線變阻器的使用方法。2．寫出予習報告，擬定數據記錄表格。3．圖2-2-9電路中，若被測電阻RL為一1/8W，100Ω的小電阻時，試確定Us之極限值。4．測定晶體穩(wěn)壓二極管的正、反向伏安特性曲線時，電壓表、電流表采用了不同的接法(見圖2-2-10，2-2-11)，試說明原因。5．如何根據實際測定的伏安特性曲線來判別干電池的好壞?6．簡要說明滑線變阻器的作用及其使用時的注意事項。六、實驗報告要求1．根據所測各項實驗數據，繪出各元件的伏安特性曲線。2．做出你所測干電池的電路模型并分析、判斷其性能好壞。3．解答思考題和帶“*”的附加強化題。七、注意事項1．連接線路及測量時，應注意直流儀表的“+”、“-”極性。2．直流穩(wěn)壓電源與干電池不得短接。3．晶體穩(wěn)壓管的正、反向電流不得超過50mA。4．被測負載電阻的電流不得超過其額定值。5．測量過程中應緩慢調節(jié)滑線變阻器，防止儀表超量程。6．使用萬用表歐姆檔時，不得帶電測量電阻。2352

實驗三基爾霍夫定律和迭加定理一、實驗目的1．加深對基爾霍夫定律和迭加定理的理解。2．用實驗手段驗證KCL、KVL及迭加定理。3．進一步掌握直流測量儀表的使用。二、實驗原理1．基爾霍夫定律是電路理論中最基本的定律之一，廣泛應用于線性、非線性電路的分析計算中，它包含了KCL、KVL兩方面的內容?；鶢柣舴螂娏鞫?KCL)可描述為：任一時刻，流入集總電路中任一節(jié)點的電流恒等于流出該節(jié)點的電流，即ΣI入=ΣI出，或ΣI=0?；鶢柣舴螂妷憾?KVL)可描述為：任一時刻，集總電路中任一回路所有支路的電位降恒等于電位升，即：ΣU降=ΣU升，或ΣU=0?；鶢柣舴蚨煞从沉穗娐分懈髦冯娏鏖g或各支路電壓間所必須遵循的約束關系，是由特定的電路結構形式決定的，與電路元件的性質無關。2．任一由線性元件組成的線性電路在若干獨立源共同作用下，每一條支路的響應(電流或電壓)都可以看成是由各個獨立源單獨作用時在該支路中產生的響應分量的代數和，這就是所謂的“迭加定理”。三、實驗器材：名稱型號規(guī)格HY1711C31-A數量備注直流穩(wěn)壓電源直流電流表萬用表111111MF-30滑線變阻器3#電流插座4#實驗板BX4-510自制自制3#自制電流插座盒面板結構示意圖如Fig2-3-1所示。Fig2-3-14#自制實驗板結構示意圖如Fig2-3-2所示。2362

四、實驗任務1．仔細觀察本次實驗所用的各儀器，儀表及實驗線路板。2．驗證基爾霍夫定律。按圖2-3-3接線，Us1、Us2由兩臺直流穩(wěn)壓電源提供，實驗前應用萬用表直流電壓檔仔細調準Us1、Us2的值。Fig2-3-24#實驗板a300A1b100c+_+Us19v510Us24.5v_K1A3dK2I1I3I2A2Fig2-3-3（1）驗證KCL接通電源，將雙刀雙擲開關K1和K2分別合向Us1及Us2，插入電流表觀察各支路電流的大小與方向，若發(fā)現表針反偏，應及時斷開電源，對調電流表的正、負極性后，重新測量讀數，并記入自擬表格，驗證KCL，即ΣI=0。（2）驗證KVL實驗線路不變，用萬用表直流電壓檔測量各回路中的支路電壓Uab、Ubc、Ucd、Ubd、Uda，若電壓指針反偏，應立即對調表筆，重新測讀，并記為負，自擬表格記錄數據，驗證ΣU=0。3．驗證迭加定理實驗線路仍如圖2-3-3所示。（1）當Us1單獨作用時(US2=0，即K2扳到短路側)，測讀I′1，I′2，Ｉ′3,U′ab，U′bd，U′bc，記入自擬表格。（2）當Us2單獨作用時(Us1=0，即K1扳到短路側)，測讀I″1，I″２，Ｉ″3,U″ab，U″bd，U″bc，記入自擬表格。（3）與實驗內容2中有關數據進行比較(即Us1、Ｕs2共同作用時)。驗證：I1=I′1+I″1I2=I′2+I″2Uab=U′ab+U″abUbd=U′bd+U″bdUbc=U′bc+U″bcI3=I′3+I″32372

4．選做題：*自行設計實驗方案和實驗步驟，驗證齊次定理。五、予習要求及思考題1．復習基爾霍夫定律和迭加定理的內容。2．寫出予習報告，自擬數據表格。3．加深對參考方向的理解，簡要說明如何確定所測電流、電壓的正、負號?4．若實驗電路中電源的內阻較大不能忽略，應如何處理?5．為什么線性電路中任一支路的電流，電壓可以迭加而功率卻不能迭加?6．如何實現獨立源置0?六、實驗報告要求1．根據所測數據驗證基爾霍夫定律和迭加定理。2．計算測量誤差，并討論誤差產生的諸因素。3．回答思考題和帶“*”號的附加題。七、注意事項1．直流穩(wěn)壓電源的輸出端不得短路。2．正確選擇測量儀表的量程，防止過載損壞。3．儀表接入電路時，應注意其極性與參考方向的關系，以便確定被測值的正、負號。4．注意電流插座盒的極性規(guī)定和正確使用方法。5．電流表應待電路工作穩(wěn)定后再插入插座中。2382

實驗四含源二端網絡直流參數測定一、實驗目的1．復習鞏固戴維南定理，深入理解其內容實質。2．學習掌握線性含源二端網絡直流等效參數Uoc的測定方法。3．學習掌握線性含源二端網絡直流等效參數Req的測定方法。4．學習掌握基本電路工作狀態(tài)、功能特性、器件參數測量方案設計的一般方法。5．學習掌握在給定實驗條件下，根據測量目標，自行設計測量電路和測量步驟。6．學習并基本掌握查閱相關文獻資料的一般方法。二、實驗原理1．戴維南定理的內容：任一線性含源二端網絡Ns，就其端口而言，可以用一條理想電壓源與電阻的串聯支路來等效替代。該電壓源的電壓等于有源一端口網絡的開路電壓Uoc，而串聯電阻則等于有源一端口網絡中所有獨立源置0后的等效輸入電阻Req。戴氏定理的內容可由圖2-4-1來形象說明。aaReqNs+bbFig2-4-12．線性含源二端網絡等效參數的測試方法（1）開路電壓Uoc的測試方法a．直接測量法：用電壓表直接測量含源二端網絡的開路電壓，電壓表讀數即為Uoc。此種測量方法簡單，操作簡便，結果直觀，但測量誤差較大。測量誤差與被測二端網絡內阻Req以及電壓表內阻RV有關，被測二端網絡內阻Req越大，則產生的測量誤差越大。測量產生的絕對誤差為：｜△V｜=｜Uoc-UAB｜=｜I·Req｜I為測量回路流經電壓表的電流，如圖2-4-2所示。AIVReqRvReqV+—+Eo+BFig2-4-2直接法Fig2-4-3零示法2392

b．零示法：在測量過程中使被測量與標準量對儀表的作用完全抵消直到儀表指示為零，這種測量方法叫零示法，如圖2-4-3所示。測量時，調節(jié)標準電源Eo，使電壓表指示為零，這時標準電源的大小就等于被測含源二端網絡的開路電壓Uoc。由于測量回路電流為零，不會產生電壓降，因此儀表內阻及被測二端網絡的等效內阻均不影響測量結果。這種測量方法比直接法準確，其測量準確度主要取決于電壓表的靈敏度以及標準電壓源的精確度。c．補償法：這也是一種準確測量電路電壓的方法，測量線路如圖2-4-4所示。m'mG+++_u_mnRu_UsVRwn’nFig2-4-4補償法測量時，首先將毫安表接在檢流計位置上，使m′，n′與m、n對應相接，調節(jié)變阻器Rw,使毫安表讀數為零。第二步再將檢流計G換上，并仔細調節(jié)變阻器Rw，使G的指示也為零。則這時電壓表的讀數即為被測電壓Umn。由于檢流計G的靈敏度很高，因此這種測量方法較之零示法將更為精確。d．伏安法：由戴維南定理可知，任一線性含源二端網絡化簡為戴氏等效電路后，其端口的伏安關系表達式為：UAB=Uoc–Req·I其伏安特性曲線是u~i平面上的一條直線，直線上I=0時的U值(即直線與u軸的交點)就是被測含源二端網絡的開路電壓Uoc。伏安法測試電路如圖2-4-5所示。AIUABAReq+UocV+RLBIIoFig2-4-5伏安法（2）等效電阻Req的測試方法a．直接測量法：將含源二端網絡內所有獨立源置零處理，即化為一無源二端網絡，用萬用表的歐姆檔直接測量，這種方法簡便直觀，但存在測量誤差，所用歐姆檔的內阻RΩ影響測量結果的準確度。2402

b．輸入電阻法：含源二端網絡化為無源網絡后，在其端口外加一電源電壓Us，量取入端電流I，則等效入端電阻Ri即為戴維南等效電阻Req。Req=Ri=Us/Ic．開路電壓短路電流法：分別測出含源二端網絡端口的開路電壓Uoc和短路電流Isc，則等效電阻Req為：Req=Uoc/Isc應用此法時應特別注意短路電流Isc不得超過網絡內各元器件的額定電流值以及測量用儀表的量程，否則會因短路電流過大而損壞儀表及元器件。應慎用此法!d．半電壓法：測得開路電壓Uoc后，按圖2-4-6AI接線，調節(jié)RL，當負載電壓，即電壓表指示為1/2Uoc時，負載電阻RL即為被測二端網絡的戴維南等效電阻Req。+ReqVRL+RvBFig2-4-6半電壓法e．間接測量法：仍按圖2-4-6接線，任意測取負載兩端電壓UR，則UR=Uoc·RL/（Req+RL）整理后：Req=[(Uoc/UR)-1]·RLf．伏安法：測量線路仍如圖2-4-5所示。用電壓表，電流表測取若干組數據，在u~i平面上作出該含源網絡的端口伏安特性曲線，則該條直線的斜率即為待求等效電阻Req。Req=tgφ=△U/△I=Uoc/Isc3．最大功率傳輸條件：圖2-4-5所示電路中，負載RL改變時，它從含源二端網絡獲取的功率也在變化；當RL等于該含源二端網絡的等效戴維南電阻時可獲取最大功率，即最大功率傳輸條件為RL=Req。這時，負載RL獲取的最大功率為：Pmax=Uoc/4RL。2三、實驗器材名稱型號規(guī)格HY1711C31-V數量備注直流穩(wěn)壓電源直流電壓表直流電流表萬用表1111111C31-AMF-30滑線變阻器3#電流插座4#實驗板BX4-510自制自制2412

四、實驗任務1．仔細觀察本次實驗所給定的各儀器、儀表及實驗線路板（Fig2-4-7所示）。2．利用所給儀器、設備條件，自行設計并搭建一待測含源二端網絡N。3．利用所給儀器、設備條件，自行設計測量方案和測量電路，測定一含源二端網絡的直流等效參數Uoc。4．利用所給儀器、設備條件，自行設計測量方案和測量電路，測定一含源二端網絡的直流等效參數Req。5．利用所給儀器、設備條件，自行設計測量方案和測量電路，測定一含源二端網絡的諾頓等效參數。（選做）6．利用所給儀器、設備條件，自行設計測量方案和測量電路，驗證最大功率傳輸條件。（選做）五、實驗要求1．自行設計測量方案，在給定實驗設備條件下，比較、選擇2種方法測定含源二端網絡的開路電壓Uoc。2．自行設計測量方案，在給定實驗設備條件下，比較、選擇2種方法測定含源二端網絡的等效電阻Req。3．自行設計實驗步驟，按測量原理圖連接測量線路，根據所提供的電路元件參數和儀表量程確定外加激勵信號的變化范圍。4．自行設計表格記錄測量數據，計算等效參數Uoc和Req。5．比較不同測量方案的測量結果，分析測量誤差產生原因，提出改善措施。6．選做部分具體要求同上。六、予習要求及思考題1．復習戴維南、諾頓、最大功率傳輸等定理的內容，理解其內容實質。2．查找、閱讀有關線性含源二端網絡等效參數測定的諸方法。3．右圖所示的伏安法測試電路中，若將電流表、電壓表的前后位置調換，則對測量結果有何影響？各適用于什么場合?IAA4．“將含源網絡中所有獨立源置零”，在實驗中是RAReq+如何實現的?+VB5．無源二端網絡等效內阻的測定有哪幾種方法，各自的優(yōu)缺點是什么?RLUocRv6．通過比較，你認為哪種開路電壓測定方法既簡單易行便于操作，又有較高的精確度?七、實驗報告要求1．根據實驗任務要求，寫出詳盡的實驗方案和實施步驟，并自擬表格記錄測量數據。2422

2．對測量數據進行處理，計算實驗結果。3．比較實驗結果，分析測量誤差產生的原因及改進方法。4．回答予習思考題，寫出實驗總結報告，要求有詳細的實施步驟及理論說明。5．寫出自行設計實驗過程體會。八、注意事項1．直流穩(wěn)壓電源輸出端嚴禁短路。2．使用萬用表歐姆檔測電阻時，不得帶電測量。3．使用直流儀表時，應正確選擇其極性和量程。4．開路短路法測求等效電阻時，應做出必要的理論計算進行發(fā)熱校驗，以確保短路時流經各元器件的電流小于其額定值。5．電流表應在電路工作穩(wěn)定后再插入插座中。九、參考文獻1．楊咸華．常用電工測量技術．北京：機械工業(yè)出版社，2001．5．2．程耕國．電路實驗指導書．武漢：武漢理工大學出版社，2001．10.3．周啟龍．電工儀表及測量．北京：中國水利水電出版社，2003．4．機械工業(yè)部．電工儀表與測量．北京：機械工業(yè)出版社，2003．2432

實驗五正弦電路交流參數的測定一、實驗目的1．了解交流電路各參數的測試方法。2．學習用三表法和三壓法測定電路元件的參數。3．掌握調壓器和功率表的正確使用。二、實驗原理1．交流電流、電壓測量實驗室中常用電磁系和電動系結構的儀表來進行交流電量的測量，如電磁系的電流表T21-A和電壓表T21-V，電動系的電壓表D26-V和功率表D26-W等。交流電流、電壓的測量方法及儀表的量程選擇均與直流測量儀表類似，所不同的是交流電流表、電壓表在接入被測電路時無需考慮“+”、“-”極性。需要指出的是，交流測量儀表的面板指示通常是按正弦交流有效值刻度的，進行非正弦周期性電量測量時必然存在附加的測量誤差，需根據波形系數進行校正。交流電壓除可用T21-V、D26-V等交流電壓表測量外，通常也可用萬用表的交流電壓檔進行測量(見實驗一中有關介紹)。電磁系結構的儀表是根據通電線圈產生的磁場與鐵磁物質間相互作用的原理制成的；而電動系儀表的測量機構則含有兩個線圈，通電的定圈磁場與通電的可動線圈間互相作用產生電磁力矩，從而帶動指針偏轉，指示讀數。與磁電系直流儀表不同的是這兩類交流儀表的表盤刻度是非均勻的。T21-A/V型電磁系交直流電表是電磁系張絲支承結構的攜帶式指示儀表，可在直流電路或交流額定頻率為50Hz~60Hz電路中進行電流和電壓的測量。T21-A/V型電磁系交直流電表適合在周圍環(huán)境溫度為23°±10°C及相對濕度為25％～80％的條件下工作。T21-A/V型電磁系交直流電表的性能列于表2-5-1。表2-5-1電磁系交直流電表性能指標型號量0.5A～1A2.5A～5A程電阻（Ω）1.08～0.27電感（mH）精度T21-A1.2～0.30.08～0.020.04～0.011．0T-21-V150V～300V300V～600V5000～2000012000～53000使用T21-A/V型交流電表測量過程中，應注意以下事項：（1）儀表使用時應放在水平位置，并盡可能遠離電流導線或強磁場，以免產生附加誤差。（2）儀表指針如不在零位時，可利用儀表殼上的調節(jié)器將其調整到零位。（3）負載連接的導線必須與儀表緊固連接，并應根據負載大小選擇足夠絕緣能力和截面的導線。2442

（4）雖然電磁系儀表可交直流兩用，但磁化過程中的剩磁影響，會導致產生較大的測量誤差，一般情況下不建議用于直流電量的測量；如若測量直流電量，則可將接線端鈕互換，取兩次讀數的平均值，以消除剩磁誤差，提高測量精度。2．單相交流功率測量交流電路中的負載功率可由單相功率表直接測出。功率表又稱瓦特表，實驗室常用的是D26-W型電動系結構的單相功率表。D26-W型攜帶式0.5級電動式功率儀表，可在直流電路或交流額定頻率為50Hz~60Hz電路中進行功率測量，該儀表適合在周圍環(huán)境溫度為23°±10°及相對濕度為25％～80％的條件下工作。D26-W的性能指標列于表2-5-2。表2-5-2電動系功率表性能指標型號額定電壓（V）額定電流（A）精度75～150～3000.5～11～275～150～300125～250～500150～300～60075～150～300D26-W2.5～55～101～20.5本實驗所用的D26-W面板上有二個電流量程(0.5A，1A)和三個電壓量程(150V，300V，600V或125V，250V，500V)，可分別根據被測負載電流，電壓的最大值來進行選擇(電流量程的轉換需通過改接短路片的方式來實現)，而該功率表的滿偏讀數、即功率量程在電流，電壓的量程選定后也就隨之確定了。需要說明的是，功率表是否過載，不能僅僅根據表盤指針是否超過滿偏刻度值來判定。因為當功率表的電流線圈電流很小時，即使電壓線圈已經過載將要燒毀，功率表的讀數也不會超出量程；反之亦然。所以在使用功率表時，特別是在進行低功率因素電路負載功率測量時，必須保證其電流、電壓線圈都不過載。D26-W功率表面板如右圖，其接入電路方法如Fig2-5-1所示，盤面上標記“*”的端鈕分別稱做電流線圈和電壓線圈的“發(fā)電機端”(或對應端)，電流線圈與負載串聯，其發(fā)電機端“*I”應與電源的一端相連；*U電壓線圈與負載并聯，其發(fā)電機端“*U”通常與“*I”連I*I接在一起，以保證兩線圈的電流都從發(fā)電機端流入，I1使功率表指針正偏。I2電源值得一提的是，D26-W表在測量功率時有如fig2-5-2所示的兩種接法（電壓線圈前接與電壓線圈后接）。其中，圖（a）是先把電壓線圈與負載并聯，然URLRjFig2-5-12452

后再與電流線圈串聯（電壓線圈后接）；圖（b）是先把電流線圈與負載串聯，然后再與電壓線圈并聯（電壓線圈前接），兩種接法都能保證指針正向偏轉。實驗中常用的是電壓線圈前接方式。電壓線圈后接法的缺點是，除了增加電流線圈的負擔，還可能產生較大的測量誤差。為了減少測量誤差，當負載為低阻抗負載時，采用圖（a）的接法；負載為高阻抗負載時，采用圖（b）的接法。．I．I+．U+．URL．IU．IURLRR－－（a）（b）Fig2-5-2功率表的兩種接法使用D26-W型功率表測量過程中，應注意以下事項：（1）儀表使用時應放在水平位置，并盡可能遠離電流導線或強磁場，以免產生附加誤差。（2）儀表指針如不在零位時，可利用儀表殼上的調節(jié)器將其調整到零位。（3）儀表接入電路前，必須對電路中的電流或電壓強度有所計算，以免過載而損壞儀表。（4）電壓線圈與電流線圈不能接錯，若將電流線圈與負載并聯，電壓線圈與負載串聯，儀表將燒壞。（5）功率表數據讀取方法：由于功率表是多量程的儀表，表面的標度尺上只標有分格數。選用不同的電流量程和電壓量程時，標度尺的滿刻度有不同的瓦數。使用時，要注意被測量的實際值與指針讀數之間的換算關系?？砂聪率接嬎惚粶y功率的數值：UNINWNPNKNUNINWNK式中，UN為所使用的電壓線圈的額定值。IN為所使用的電流線圈的額定值。WN為功率表標度尺的滿刻度的格數。αN為指針的讀數（指針指示的格數）。K為功率表分格常數,表示指針偏轉一格指示的瓦數。單位為：瓦/格。2462

例如，一功率表的電壓線圈選用“*”和250V兩接線端，電流線圈選用“*”和“0.5A”兩端，儀表的滿刻度格數為125，如該功率表的cosφN=1，現指針的指示讀數為40，則可通過下面公式計算出被測功率的數值。K2500.51（瓦/格）NWNUIN125P=KαN=1×40=40W3．交流參數的測定正弦交流電路的等效參數，包括阻抗模、阻抗角、電路元件R、L、C的值等，測量這些參數的方法很多，下面介紹幾種常用的測定方法。①交流電橋測試法交流電橋又稱萬用電橋，它是一種測量準確度較高的比較式儀表，能直接測讀電路元件R、L、C的參數值。Fig2-5-3是交流電橋的原理電路，它與物理實驗中用過的惠斯頓直流電橋很相似，不同的是它的四個橋臂是阻抗。另外，直流電橋的工作電源是直流源，A而交流電橋施加的卻是正弦信號源。交流電橋是根據電橋平衡理論工作的，當電橋達到平衡時，檢流計G指示為零，此時，四個橋臂間存在如下關系：Z2·Z3=Z1·Z4Z1Z2Z4AGZ3B即：｜Z2｜·｜Z3｜=｜Z1｜·｜Z4｜~φ2+φ3=φ1+φ4Fig2-5-3電橋測試法其中｜Z｜和φ分別為各阻抗的模和幅角。欲使交流電橋達到平衡，必須同時滿足模與幅角兩個方面的條件，故在使用過程中需相互關聯地反復調節(jié)才能達到平衡。通常，將交流電橋的兩個橋臂設計為電阻，另兩個為阻抗。若相鄰兩橋臂為電阻，則另外兩橋臂必須是同性阻抗；若相對兩橋臂為電阻，則另外兩橋臂必須為異性阻抗，這樣可獲得比較簡單的平衡條件。②伏安法與直流電阻的伏安測定方法類似，用伏安法測定交流電路負載阻抗的模很方便，Fig2-5-4所示為其測試電路。設負載Z為感性阻抗，其模｜Z｜可由測量值V/A確定。由于Z=R+jx,在低頻范圍內，阻抗的實部R可近似地用直流電阻代替，利用歐姆表或萬用表Ω檔直接測得，而虛部電抗X2=｜Z｜2-R2，阻抗角φ=arctg（｜Z｜2-R2)1/2/R，虛部X測A~ZFig2-5-4伏安法2472

算出后，便可接著利用公式X=ωL來計算出L值了。③三表法三表法是交流電路參數最基本的一種間接測量方法，它是指用交流電壓表、交流電流表和功率表分別測出電路元件或無源一端口網絡兩端的電壓U、流過的電流I及其消耗的有功功率P，然后通過相關公式計算出待求參數的一種方法。Fig2-5-5是三表法的測量線路圖。若被測元件是一感性負載，則由關系式｜Z｜I*WA=U/I和cosφ=P/（U·I）便可計算出等效參數：R=｜Z｜cosφ*+U~ZL=XL/ω=｜Z｜sinφ/ω_若被測元件是一容性負載，同樣可算出其等效參數：Fig2-5-5三表法R=｜Z｜cosφC=1/ωXc=1/（ω｜Z｜sin｜φ｜）若被測對象是一無源二端網絡，雖然也可由上述方法計算出網絡等效參數：R=｜Z｜cosφ，｜X｜=｜Z｜sin｜φ｜，但如何才能確定該無源網絡是容性還是感性呢?一個簡單的測試方法是在該無源二端網絡的端口處，并接一只容量適當的試驗電容，則端口電流增加時，網絡為容性，反之為感性。試驗電容的容量可由下列不等式選定：C′＜2sin｜φ｜/ω｜Ζ｜④三壓法測定元件交流參數的另一種方法即三壓法。如Fig2-5-6(a)所示的測量線路中，R為無感的采樣電阻，設待測阻抗Z是感性的，則電壓相量圖如Fig2-5-6(b)所示。顯然，｜Z｜=R·U/URφ=arccos(U2-U2-U2ＺRＺR)/2UU所以，用電壓表分別測量出三個電壓U、UZ和UR，即可計算出被測阻抗的模及阻抗角。IZUz~UUUzURRURI(a)(b)Fig2-5-62482

4．調壓器的正確使用調壓器實際上是一個自耦合變壓器，線圈繞在一個圓筒形的鐵芯上，通過滑動電刷改變輸出電壓。通常調壓器的輸入電壓為220V，而輸出電壓則在0~250V范圍內可調。一般地，調壓器的接線端鈕面板上有四個端子，分別標作“A”、“X”、“a”、“x”或“1”、“2”、“3”、“4”。通常，“A”、“X”端口或“1”，“2”端口作為自耦變壓器的原邊線圈接交流220V(工頻)；“a”、“x”端口或“3”、“4”端口則是調壓器的輸出端，輸出電壓的大小可以通過旋轉調壓器上端的手柄，使滑動電刷改變位置來隨意調整，并從手柄下方的刻度盤上大致讀出。使用調壓器時，必須小心謹慎，認清端鈕標記。切勿將輸入端口與輸出端口錯接!調壓過程中，應注意緩慢旋轉手柄，使輸出電壓從0開始逐漸增加;而使用完畢后，應立即將手柄置于(旋到)零位，以免下次使用時，輸出電壓過高發(fā)生危險。需要強調指出的是，為了避免由于調壓器的手柄錯位而引發(fā)的事故隱患，實際操作時必須用電壓表測讀調壓器的輸出電壓。三、實驗器材名稱型號規(guī)格T21-V數量備注交流電壓表交流電流表單相功率表萬用表111111111T21-AD26-WMF-30滑線變阻器3#電流插座1#電阻器件板5#電容器件板6#電感器件板BX4-510自制自制自制自制四、實驗任務1．電阻與電感串聯接成一感性負載。自行設計電路，用伏安法測定其交流阻抗等值參數，并自擬表格記錄數據。2．電阻與電容串聯接成一容性負載。自行設計電路，用三壓法測定其交流阻抗等值參數，并2492

自擬表格記錄數據。3．電阻和電感線圈串聯后再與電容器件并聯構成一無源二端網絡。自行設計電路，用三表法測定該一端口網絡的交流阻抗等值參數，并自擬表格記錄數據。4．自行設計測試方案，設法判斷上述阻、感、容構成的無源二端網絡呈容性還是感性。五、予習要求及思考題1．仔細閱讀前面原理說明，掌握測定交流等效參數的諸方法。2．根據實驗內容擬定實驗方案和實施步驟，準備好數據記錄表格，寫出予習報告。3．用伏安法測定直流電阻時有“電流表內接”與“電流表外接”兩種方式，在測定交流電路參數時，是否也需考慮接線方式?4．用并聯小試驗電容的方法判斷無源二端網絡是容性或是感性的依據是什么?為什么試驗電容的值要小于2sin｜φ｜/ω｜Z｜?5．測量過程中，功率表的指針若出現反偏，是何緣故?應如何處理?6．試分析功率表“電壓線圈后接”法的缺欠及其適用場合。六、實驗報告要求1．根據測試所得數據，計算各等效參數，并進行誤差分析。2．認真回答思考題。七、注意事項1．測量時實驗電路中的電流、電壓不得超過被測元器件的額定值。2．調壓器的原、付邊不允許接反；輸出電壓應從零開始緩慢上調，不得超過電路元器件的電壓額定值；實驗完畢應立即將調壓器手柄旋到零位(實驗前首先應用電壓表測量輸出端電壓，確認零位，以防誤操作)。3．切勿使測量用交流電流表、電壓表和功率表超出選定量程。4．本實驗要進行強電操作，切記斷閘接線、換線、拆線，注意人生安全。5．電流表最好采用“活接”方式，并待電路工作正常后再插入。2502

實驗六功率因素及其提高一、實驗目的1．學習提高感性負載功率因數的方法，理解其實際意義。2．進一步掌握交流電流表，電壓表和功率表的使用。3．了解日光燈的結構和工作原理。二、實驗原理1．對于如圖2-6-1所示的無源一端口網絡，其吸收的有功功率為：P=UIcosφ其中cosφ稱作功率因數，其大小取決于一端口網絡電壓與電流間的相位差，即該網絡等效阻抗Z的阻抗角φ。IIZl+~UUZ=|Z|∠φZUz_Fig2-6-1Fig2-6-22．在工農業(yè)生產及日常生活中，大部分的用電器是感性負載，如工礦企業(yè)中的電動機，家庭生活中的日光燈、電風扇、洗衣機等。供電部門將電能經傳輸線送到用電負載，其等效電路如Fig2-6-2所示。圖中，Zl=R1+jXl為線路阻抗，Z為感性負載，這時，線路電流：I=P/Ucosφ輸電效率：η=P/Ps=P/(P+I2Rl)可見，為了保證負載獲得一定的功率P，在負載功率因素較低的情況下，勢必要增大線路電流，從而引起線路壓降和損耗的增加，降低了輸電效率。另一方面，當電源電壓、負載功率一定時，功率因數越低，電源設備的容量利用率也越低。因此，提高功率因數，對于充分發(fā)揮電源設備的利用率，降低線路損耗，提高電能的傳輸效率都具有重要的經濟意義。3．既要提高感性負載的功率因數，又不能改變負載的工作狀態(tài)，如何才能做到呢?一個簡單而易于實現的方法是在感性負載兩端并聯電容器，這樣做的目的是用容性無功電流分量去補償負UI載中的感性電流分量，使無功能量只在負載端直接交換，而不再經過傳輸線與電源進行交換(見Fig2-6-3)。改變電容器的數值可以實現不同程度的補償，達到提高功率因數的目的，但在實際運行中，通常并不要求ICILFig2-6-32512

將cosφ提高到1，因為這樣做的話將大大增加電容設備的投資，而帶來的經濟效益并不顯著。雖然，采用在感性負載側串聯電容的方法也能起到補償感性電流分量的作用，但由于其同時也改變了用電負載的工作狀況，故一般不用。4．功率因素cosφ除了可利用前面介紹的公式cosφ=P/UI,通過“三表法”測量、計算、求出外，還可以采用功率因素表(又稱相位表)直接測讀出來。實驗中將用的D26-cosφ是電動系結構的功率因素表，與D26-W相類似，它也由固定線圈和可動線圈組成。因此，D26-cosφ的接線方式和量程選擇均可比照D26-W進行。三、實驗器材名稱型號規(guī)格T21-V數量備注交流電壓表交流電流表單相功率表功率因素表3#電流插座5#實驗板1111111T21-AD26-WD26-COSФ自制自制自制電容器件板四、實驗任務1．仔細觀察實驗用線路板及實驗器材，按fig2-6-4接線。用一根日光燈和一個燈泡的并聯電路模擬感性負載。**WIIcIL~220VKV日光燈燈泡CFig2-6-42．打開K，未接入補償電容器時，測讀電路中的I、U、P，自擬表格記錄數據，并計算cosφ的值。3．合上K，接入補償電容。調節(jié)電容箱上的旋鈕逐漸增大電容值，記錄相應的I，IL，IC，U及P之值，并計算出相應的cosφ值。4．選做題：*觀察并分析電路達到完全補償(cosφ=1)和過補償(cosφ復又小于1)時的情形，測讀各電量，并自擬表格記錄數據。*學習使用功率因素表測量電路的cosφ。分別測讀補償電容接入前、后的cosφ值，并與2522

用“三表法”的計算結果作出比較。五、予習要求及思考題1．復習有關正弦交流電路功率及功率因數的內容。2．根據實驗內容事先擬定數據記錄表格。3．為什么要用并聯電容的方法提高功率因數?串聯電容行不行?為什么?4．并入電容后，日光燈支路的電流和功率表的讀數是否改變?5．如何判斷cosφ提高到最佳狀態(tài)?所并電容是否越大越好?6．畫出電容過補償時的相量圖。六、實驗報告要求1．根據所測數據及相關計算，確定cosφ為最佳值時的電容值。2．根據實驗電路參數，理論計算將cosφ提高到1時所需并聯的C值。3．回答予習思考題。七、注意事項1．強電實驗，注意安全，切記斷電情況下接線、換線、拆線。2．注意瓦特表、cosφ表、電壓表、電流表的正確連線和量程選擇。3．學習日光燈線路的正確連接方法，日光燈管須與鎮(zhèn)流器串聯，否則將燒壞燈管。4．電容箱使用前、后，都應在斷開電源情況下，用短接線放電。而每次改變電容值時，也應先將開關K斷開，調節(jié)好后再合K。5．調節(jié)電容器時，注意應逐漸增大其值，以防大的容性沖擊電流燒毀保險絲。6．注意電流插座盒的正確使用方法。電流表應在電路工作穩(wěn)定后插入插座。2532

實驗七三相電路中的電流和電壓一、實驗目的1．掌握三相電路的聯接方法。2．研究對稱三相電路中，線電量與相電量之間的關系。3．了解不對稱三相電路中，中性點位移電壓的產生及中線的作用。4．學習三相電源相序的測定方法。二、實驗原理1．三相電路的聯接三相電路中，無論電源還是負載都有星形IAAIAB和三角形兩種聯接方式。星形連接中又包括有IBIC中線(三相四線制)和無中線(三相三線制)兩種情況。BC三相對稱電路中，負載作三角形聯接時(如Fig2-7-1所示)，電路中線電壓等于相電壓，而Fig2-7-1線電流在數值上為相電流的3倍，相位滯后相電流30°，即：Ul=Up，Il=3Ip。IAAZAIB三相對稱電路負載作Y連接時(Fig2-7-2所BZcZB示)，電路中線電流等于相電流，而線電壓在數IcCN值上為相電壓的3倍，相位超前相電壓30°，即：Ul=3Up，Il=Ip。Fig2-7-2若三相負載不對稱，在聯成無中線的Y接法時，將發(fā)生中性點位移，造成三相負載電壓不對稱，嚴重時會引起負載工作狀態(tài)不正常。若改為有中線的三相四線制Y0接法，則中線可以強迫各相電壓對稱，使各相負載間互不影響，但此時，中線上將有電流流過。2．三相電源相序的測定利用三相負載不對稱時產生的中性點位移及負載CA側相電壓的不對稱分布，可以幫助我們判定三相電源的R相序。BCN’Fig2-7-3為一阻容相序測試器電路，設電容負載接R在A相，兩只相同燈泡(模擬阻性負載)接入其余二相，則從電容兩端AN′看過去的戴維南等效電路如Fig2-7-4Fig2-7-32542

所示，其中U=U+U。而從Fig2-7-5所示的相量圖中可以看出，U即為UAD。BCOC2OCABACIcN’IcUocCZi=R/2DBAN’Fig2-7-4Fig2-7-5從Fig2-7-5中還可以看出，負載中性點N′將隨電容C取值的不同在直徑為AD的半圓周上移動。若N′點不與D點，A點重合，而在半圓周上任意處，均有UBN′＞UCN′的關系，即B相負載電壓高于C相，因此B相燈泡應比C相燈泡亮。由此可判斷三相電源的相序。通常取R=1/ωC，而當電容值C=2/ωRtg65.45°時，電容為最佳取值，這時C相電壓最小，兩燈泡亮度差異最大。三、實驗器材名稱型號規(guī)格T21-V數量備注交流電壓表交流電流表單相功率表3#電流插座5#電容器件板7#三相燈箱111111T21-AD26-W自制自制自制7#自制三相燈箱的內部結構如Fig2-7-6所示。N’NABCKAKBKcA相C相B相Fig2-7-6四、實驗任務1．以燈泡為三相負載，作Y聯接時電流、電壓的測量。①負載對稱時，有、無中線兩種情況下，分別測量各線電壓、相電壓、中性點位移電壓及各線2552

電流、相電流、中線電流，填入自擬表格中。②負載不對稱時(A相亮2燈，B相亮4燈，C相亮6燈)，有、無中線兩種情況下，重復步驟①內容，并觀察燈泡亮度的變化。③負載對稱時，無中線情況下，將C相負載短路，測量各線電壓、相電壓、中性點位移電壓及各相電流、線電流、中線電流，填入自擬表格。④負載對稱時，有、無中線兩種情況下，將C相負載開路，重復步驟③的內容，并觀察燈泡亮度的變化。2．以燈泡為三相負載，作△聯接時電流、電壓的測量。①負載對稱時，測量各線電壓、相電壓、線電流、相電流，填入自擬表格。②負載不對稱時(同前假設)，重復上述步驟，并觀察燈泡亮度變化。③負載對稱時，斷開一線(如A線)或一相(如AB相)，觀察并測量電路中各電流、電壓的變化情況，記入自擬表格中。3．用阻容相序測試電路測定三相電源的相序。以一4μF左右的電容器作為A相負載按Fig2-7-3接線，組成三相Y聯接的不對稱負載，測量電路中各線電壓，相電壓，中性點位移電壓，記入自擬表格，并判定電源相序。五、予習要求及思考題1．認真予習實驗內容，事先擬定實驗步驟和數據記錄表格，并作出相關的理論分析、計算。2．日常供電系統(tǒng)中為何多采用三相四線制供電方式?談談你對中線作用的理解?3．Y0接法的中線上可以安裝開關或保險絲嗎?為什么?4．實驗內容1中步驟③，C相負載短路時為何強調“無中線情況下”?有中線行嗎?為什么?5．三相負載作△聯接時，能否進行“一相負載短路”實驗?為什么?6.試說明Ul=3Up，Il=3Ip在什么情況下成立?7．將Fig2-7-3中的電容換成電感，能否判定相序?試作說明。六、實驗報告要求1．定性畫出實驗諸項內容中各種情況下的相量圖。2．回答思考題。七、注意事項1.強電、高壓實驗，注意人身安全。2.本實驗中換接線次數較多，切記斷電情況下接線、拆線、換接線。3．實驗完畢，切除電源，用絕緣導線將電容充分放電后才可拆線。4．注意交流儀表的量程選擇及正確使用方法。5．電流表采用活接方式，應待電路工作正常后才能插入。2562

實驗八三相電路的功率測量一、實驗目的1．進一步掌握單相功率表的使用。2．學習三相電路有功功率的測量方法。3．了解對稱三相電路無功功率的測量方法。二、實驗原理1．三相電路有功功率的測量三相電路的有功功率可用單相功率表來測量，根據單相功率表的基本工作原理，其有功功率讀數為：P=UIcosφ其中：U為功率表電壓線圈所跨接的電壓。I為功率表電流線圈所流過的電流。φ為U與I之間的相位差。根據三相負載的不同聯接方式，三相功率的測量也有“二瓦表法”和“三瓦表法”之分。①對于如Fig2-8-1所示的三相四線制電路，無論負載是否對稱，均可用三只單相功率表分別測出各相負載的有功功率，然后三表讀數相加得到三相總的有功功率，即：P總=PA+PB+PC。這就是所謂的“三瓦表法”，實際操作時是用一只瓦特計逐次測量各相功率再相加的。*WABA**W三相負載A**WCA*NFig2-8-1*W特別地，當三相負載對稱時，只AA三相負載*需測量出其中一相的有功功率，然后乘以3即可。*WBCA*P總=3PA=3PB=3PCA對于如Fig2-8-2所示的三相三線制電路，無論負載是否對Fig2-8-2稱，均可用二只單相功率表測量三相總的有功功率，即所謂的“二瓦表法”。由前述單相功率表2572

測量值的含義可知：W1的讀數P1=UAC·IA·cos(UAC,IA)W2的讀數P2=UBC·IB·cos(UBC,IB)方便起見，假設三相負載作Y聯接，且負載對稱(阻抗角為φ)，見Fig2-8-3，相應的各I電壓，電流相量圖如Fig2-8-4所示，則可以清楚看出，UAC與A之間的相位差為(30°-φ)，而UBC與IB間的相位差為(30°+φ)，代入上兩式并求和得：P1+P2=UAC·IA·cos（3０°-φ)+UBC·IB·cos(30°+φ)=Ul·Il［cos(30°-φ)+cos(30°+φ)］=Ul·Il·2cos30°cosφ=3Ul·Il