《電工電子實(shí)驗(yàn)與EDA實(shí)踐入門》課件第2章

第2章電工技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一電路元件伏安特性的測(cè)量實(shí)驗(yàn)二疊加原理

實(shí)驗(yàn)三等效電源定理實(shí)驗(yàn)四RLC串聯(lián)交流電路的諧振實(shí)驗(yàn)五單相交流并聯(lián)電路實(shí)驗(yàn)六三相交流電路負(fù)載的接法實(shí)驗(yàn)七三相功率的測(cè)量實(shí)驗(yàn)八一階RC電路的暫態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)九三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路實(shí)驗(yàn)十三相異步電動(dòng)機(jī)時(shí)間控制電路實(shí)驗(yàn)一電路元件伏安特性的測(cè)量

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)學(xué)習(xí)電阻元件和有源元件的伏安特性及其測(cè)量方法。(2)熟悉直流電壓表、直流電流表和直流穩(wěn)壓電源的

使用。

(3)熟悉伏安特性曲線的繪制。二、實(shí)驗(yàn)原理

如果對(duì)于任一瞬間t，一個(gè)無源二端元件兩端的電壓瞬時(shí)值u(t)和流經(jīng)它的電流瞬時(shí)值i(t)之間的關(guān)系可以用u－i直角坐標(biāo)平面內(nèi)的一條曲線來表示，那么這個(gè)元件就屬于電阻元件。這里電阻的概念比通常的電阻的范圍要廣一些。因?yàn)榘凑者@個(gè)定義，普通電阻、一段(電阻不可忽略的)導(dǎo)線、白熾燈、電熱元件、半導(dǎo)體二極管等，都屬于電阻元件。元件兩端的電壓瞬時(shí)值u

和流經(jīng)它的電流瞬時(shí)值i之間的函數(shù)關(guān)系常被稱為元件的伏安特性。它可以通過實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得，繪制在直角坐標(biāo)紙上，以伏安特性曲線的形式來表示元件的電氣特性。

1.電阻元件的伏安特性

電阻元件可分為線性和非線性兩大類。線性電阻元件的伏安特性服從歐姆定律，它的伏安特性曲線是一條通過

u－i平面原點(diǎn)的直線，直線的斜率反映電阻元件阻值的大小，如圖2-1（a）所示。該特性與元件電壓、電流的大小和方向無關(guān)，故線性電阻是雙向同性元件，有時(shí)也稱為無極性元件。非線性電阻元件的伏安特性不服從歐姆定律，如半導(dǎo)體二極管就是一種典型的非線性電阻元件，它的伏安特性曲線如圖2-1（b）所示，對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)來說是非對(duì)稱的，是雙向異性元件，有時(shí)也稱為有極性元件。圖2-1線性電阻、二極管、恒定電壓源的伏安特性

2.有源元件的伏安特性

理想電壓源的端電壓與流過其中的電流大小無關(guān)。如端電壓的大小、方向不隨時(shí)間變化，則該電壓源為直流電壓源，又稱恒壓源。電壓為Uo的恒壓源其伏安特性如圖

2-1（c）中實(shí)線所示，是一條平行于縱軸的直線。實(shí)際電壓源可等效為理想電壓源和一個(gè)電阻的串聯(lián)，此時(shí)的伏安特性如圖2-1（c）中的虛線所示，其斜率為不等于0的有限值。理想電流源中流過的電流與其兩端的電壓大小無關(guān)。如電流的大小、方向不隨時(shí)間變化，則該電流源為直流電流源，又稱恒流源，其伏安特性是一條平行于橫軸（電壓軸）的直線。實(shí)際電流源可等效為理想電流源和一個(gè)電阻的并聯(lián)。

u-i直角坐標(biāo)系的電壓電流坐標(biāo)軸也可以交換。描述電源元件的端電壓與輸出電流間關(guān)系的伏安特性又叫做外特性，就常常用橫軸表示電流，縱軸表示電壓。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟

1.測(cè)定線性電阻的伏安特性

(1)正向特性。按圖2-2（a）所示電路接線，待測(cè)電阻為RL，為區(qū)別正反向，我們規(guī)定其一端為a，另一端為b，并且規(guī)定電壓、電流的參考方向均為從a指向b。通電后，調(diào)節(jié)電位器使電壓從零逐漸增大，觀察電流表的讀數(shù)，

使電流I分別為0mA、2mA、4mA、6mA、8mA、10mA，記錄相應(yīng)的電壓數(shù)值，填入表2-1中。圖2-2電阻正向、反向特性的測(cè)量電路

(2)反向特性。按圖2-2（b）所示電路接線，即在圖2-2（a）的基礎(chǔ)上，將待測(cè)電阻和電壓表反向接入，電流表則仍維持原方向，但是讀數(shù)記負(fù)值，因?yàn)榇藭r(shí)電流參考方向與電流表極性相反。調(diào)節(jié)電位器，觀察電流表的讀數(shù)，使電流I分別為－2mA、－4mA、－6mA、－8mA、－10mA,記錄相應(yīng)的電壓數(shù)值，填入表2-1中。若電壓表不能測(cè)負(fù)電壓，則可仍維持原方向，但是讀數(shù)記負(fù)值。

2.測(cè)定非線性電阻（穩(wěn)壓管）的伏安特性

（1）正向特性。按圖2-3（a）所示電路接線，調(diào)節(jié)可調(diào)電位器Rw，使電壓U分別為表2-2中所示數(shù)值，記錄相應(yīng)的電流數(shù)值和穩(wěn)壓管兩端電壓UVD，填入表2-2中。圖2-3穩(wěn)壓二極管正向、反向特性的測(cè)量電路（2）反向特性。按圖2-3（b）所示電路接線，調(diào)節(jié)可調(diào)電位器，使電壓U分別為表2-3中所示數(shù)值，記錄相應(yīng)的電流數(shù)值和穩(wěn)壓管兩端電壓UVD，填入表2-3中。

3.測(cè)定電池元件的伏安特性

按圖2-4所示電路接線，其中實(shí)際電壓源由兩節(jié)1.5V電池串聯(lián)構(gòu)成，R0是等效內(nèi)阻，如虛框中所示。改變負(fù)載電阻RL，讀取電流表和電壓表讀數(shù)，填入表2-4中。圖2-4電池元件伏安特性的測(cè)量電路四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材

可調(diào)直流穩(wěn)壓電源,數(shù)字萬用表,直流電流表,電工電子基本模塊系統(tǒng)（九孔板）,穩(wěn)壓管,

10kΩ電位器，電池。五、預(yù)習(xí)內(nèi)容

（1）電路參考方向、元件伏安特性等基本概念。

（2）數(shù)字萬用表和直流電流表的用法。

六、實(shí)驗(yàn)思考題

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1中，為什么把電阻R兩端反接即測(cè)得電阻在第Ⅲ象限的特性曲線？七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

填寫三種元件的伏安特性的測(cè)量記錄表，并在坐標(biāo)紙上畫出元件的伏安特性曲線。

注意事項(xiàng)：

（1）測(cè)量電流時(shí)，應(yīng)將電流表串聯(lián)在被測(cè)支路中；測(cè)量電壓時(shí)，應(yīng)將電壓表并聯(lián)在被測(cè)元件兩端。

（2）實(shí)驗(yàn)中注意電流表的極性，勿使指針反偏，如反偏則將電流表表棒對(duì)換，測(cè)出的電流記為負(fù)值。

（3）不可使直流穩(wěn)壓電源的輸出端直接短路!實(shí)驗(yàn)二疊加原理

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）用實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證線性電路適用疊加原理。

（2）用實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證基爾霍夫定律。

（3）通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)電路參考方向的理解和掌握。二、實(shí)驗(yàn)原理

疊加原理是分析和計(jì)算線性電路常用的網(wǎng)絡(luò)定理，它反映了線性電路中電流或電壓的比例性和疊加性這一基本

特性。

疊加原理指出，在有多個(gè)獨(dú)立電源共同作用的線性電路中，通過任意一條支路（或元件）的電流或其兩端的電壓等于各獨(dú)立電源分別單獨(dú)作用時(shí)在該支路（或元件）中所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟

（1）按圖2-5接線，圖中細(xì)弧線處為電流測(cè)量點(diǎn)，用短路片（或短導(dǎo)線）連接。測(cè)該支路電流時(shí)，接入電流表，拔出短路片；測(cè)量完畢移去電流表，短路片恢復(fù)原位。圖2-5疊加原理實(shí)驗(yàn)參考電路圖

(2)令電源E1=6V單獨(dú)作用，用數(shù)字萬用表測(cè)量并精調(diào)（下同），將E1調(diào)到6V。E2不作用。測(cè)量各支路電流和指定結(jié)點(diǎn)間的電壓，并記錄在表2-5中。

(3)令電源E1=12V單獨(dú)作用，E2不作用，測(cè)量各支路電流和電壓，并記錄在表2-6中。

(4)令電源E2=9V單獨(dú)作用，E1不作用，測(cè)量各支路電流和電壓，并記錄在表2-5中。

(5)令電源E1=12V、E2=9V同時(shí)作用，測(cè)量各支路電流和電壓，并記錄在表2-5中電流表和電壓表表棒接法與讀數(shù)的正負(fù)：

①指針式電流表：電流表的+、－端分別對(duì)應(yīng)圖中電流參考方向箭頭的始端和末端，稱為電流表與參考方向同向。若此時(shí)電流表的指針正向偏轉(zhuǎn)，讀數(shù)記為正值；指針反向偏轉(zhuǎn)，則把電流表的+、－端對(duì)換，讀數(shù)記為負(fù)值。②數(shù)字式電流表：測(cè)電流使用小型數(shù)字式萬用表的電流檔。電流表的紅色/黑色表棒分別接圖中電流參考方向箭頭的始端和末端，則電流表與參考方向同向。此時(shí)電流讀數(shù)的正/負(fù)與實(shí)際值一致。③測(cè)電壓使用大型數(shù)字萬用表的電壓檔。電壓一般用雙下標(biāo)表示。紅表棒接雙下標(biāo)第一個(gè)字母代表的結(jié)點(diǎn)，黑表棒接雙下標(biāo)第二個(gè)字母代表的結(jié)點(diǎn)，則電壓表與參考方向同向，讀數(shù)的正/負(fù)與實(shí)際值一致。

(6)疊加原理和基爾霍夫定律的驗(yàn)證。

①驗(yàn)證比例性。比較表2-5第一行和第二行各數(shù)據(jù)，除E2列外，其它各列參數(shù)是否滿足比例性。

②驗(yàn)證疊加性。E1、E2同時(shí)作用：表2-6中的“實(shí)驗(yàn)疊加結(jié)果”是指表2-5中E1=12V、E2=9V時(shí)分別單獨(dú)作用的疊加（即第二行第三行各參數(shù)數(shù)值之代數(shù)和），“理論計(jì)算值”是按圖2-5各參數(shù)進(jìn)行理論計(jì)算的結(jié)果。*(7)在圖2-5的基礎(chǔ)上，在R3支路中增加二極管VD1（1N4007），如圖2-6所示，重做上面的第（2）到第（6）項(xiàng)，并將測(cè)量結(jié)果填入表2-7中。圖2-6帶有二極管的疊加原理實(shí)驗(yàn)參考電路圖四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材

可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，數(shù)字萬用表，直流電流表，電工電子基本模塊系統(tǒng)（九孔板）。

五、預(yù)習(xí)內(nèi)容

（1）疊加原理和基爾霍夫電壓定律和電流定律的基本概念和表達(dá)形式。

（2）了解操作步驟，大致估算被測(cè)電壓、電流的數(shù)值范圍。（3）可進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。例如：在Multisim工作區(qū)放置5個(gè)電阻，1個(gè)直流電源，E2暫時(shí)不放，修改電阻參數(shù)(點(diǎn)擊電阻圖標(biāo)→點(diǎn)擊右鍵，彈出菜單→選Properties，修改電阻值)，3個(gè)短路片處放置3個(gè)電流表（在Indicator元件庫內(nèi)），按圖2-7連線完畢，按下仿真開關(guān)，記錄結(jié)果。

（思考：怎樣測(cè)電壓？）圖2-7

12V電源單獨(dú)作用時(shí)的仿真電路六、實(shí)驗(yàn)思考題

(1)圖2-5電路中各元件的功率能否疊加？為什么？

(2)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可能存在的誤差進(jìn)行分析。最有可能的原因分別是什么？

七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證電路圖2-5是否滿足比例性、疊加性與基爾霍夫電壓定律和電流定律。

*(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證電路圖2-6是否滿足比例性、疊加性與基爾霍夫電壓定律和電流定律。實(shí)驗(yàn)三等效電源定理

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)用實(shí)驗(yàn)方法驗(yàn)證等效電源定理（戴維寧定理/*諾頓定理）。

(2)用實(shí)驗(yàn)方法確定等效電源定理中的等效電動(dòng)勢(shì)E0和等效電阻R0。

(3)學(xué)習(xí)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源和數(shù)字式萬用表直流電壓檔的使用。二、實(shí)驗(yàn)原理

1.戴維寧定理

任何一個(gè)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)都可以用一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為E0

的理想電壓源和內(nèi)阻R0相串聯(lián)的電源來等效代替。該等效電源的電動(dòng)勢(shì)E0等于有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC，即負(fù)載斷開后A、B兩端口之間的電壓。等效電源的內(nèi)阻R0等于將該有源二端網(wǎng)絡(luò)中所有獨(dú)立電源均除去后所得到的無源二端網(wǎng)絡(luò)A、B兩端口之間的等效電阻。

2.諾頓定理

任何一個(gè)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)都可以用一個(gè)電流為IS的理想電流源和內(nèi)阻R0相并聯(lián)的電源來等效代替。該等效電源的電流IS等于有源二端網(wǎng)絡(luò)的短路電流ISC，即A、B兩端口短接后其中的電流。

注意：上述兩個(gè)定理所說的等效是指對(duì)外電路而言的。參見圖2-8，即圖2-8（a）和圖2-8(b)虛線框外部分的伏安特性是相同的。圖2-8等效電源定理實(shí)驗(yàn)參考電路圖

3.有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效參數(shù)E0和R0的測(cè)量方法

（1）開路電壓、短路電流法。該方法是在有源二端網(wǎng)絡(luò)輸出端開路時(shí)，用高內(nèi)阻電壓表直接測(cè)出其輸出端的開路電壓UOC，則E0=UOC；將有源二端網(wǎng)絡(luò)輸出端短路，用低內(nèi)阻電流表測(cè)其短路電流ISC，則等效內(nèi)阻R0=UOC/ISC。（2）伏安法。伏安法測(cè)E0、R0是用電壓表、電流表測(cè)出有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性上的兩個(gè)點(diǎn)。方法：選取兩個(gè)阻值不同的電阻作為負(fù)載RL，分別測(cè)出負(fù)載電流I1、

I2和負(fù)載兩端的電壓U1、U2，則等效內(nèi)阻（2-1）以上方法需要既測(cè)電壓又測(cè)電流。若手頭有一個(gè)已知阻值的電阻R，那么用下面的方法只要測(cè)電壓就可算出R0。（3）開路電壓、已知電阻法。該方法測(cè)R0是先測(cè)出有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC，然后將已知電阻R作為負(fù)載，測(cè)出電阻兩端的電壓U，則（2-2）三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟

(1)恒流源IS的預(yù)先制備。我們利用電子元器件構(gòu)成的電路在較小電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒流源的特性。

按圖2-9連接，接上工作電源+15V，輸出端暫接電流表。調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié)旋鈕，使電流達(dá)到設(shè)定值，保持調(diào)節(jié)旋鈕不變，去除電流表，將輸出C、D端按極性正確接入圖

2-10的電路，電流源的工作電源+15V不能去掉，也不能與電路中的任何結(jié)點(diǎn)相連。圖2-9電流源調(diào)節(jié)示意圖

(2)電路圖。電路在九孔板上的排列如圖2-10所示，接入ES=12V，IS=5mA，這里將使用若干不同阻值的固定電阻代替圖2-8中的可變電阻器RL作負(fù)載電阻。圖2-10等效電源定理實(shí)驗(yàn)排列接線圖

(3)測(cè)開路電壓、短路電流。

將負(fù)載RL開路，用數(shù)字萬用表直流電壓檔測(cè)量A、B兩點(diǎn)間的電壓UAB（即為開路電壓UAB=UOC）；然后在輸出端短路的狀態(tài)下，串入電流表測(cè)量短路電流ISC，并將數(shù)據(jù)填入表2-8，算出等效內(nèi)阻R0。*R0的測(cè)量還可采用半功率法，將可變電阻器中點(diǎn)與任一端點(diǎn)接入負(fù)載回路，取代RL，調(diào)節(jié)可變電阻器使負(fù)載電壓兩端URL=UOC/2，此時(shí)電阻器的實(shí)際阻值=R0（電阻器的實(shí)際阻值用萬用表電阻檔測(cè)量）。

(4)測(cè)量有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性。

根據(jù)圖2-10的電路，改變負(fù)載電阻RL的阻值（為測(cè)量方便，用若干不同阻值的固定電阻代替可調(diào)負(fù)載電阻），測(cè)量該有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性，并將數(shù)據(jù)填入表2-9中。

(5)驗(yàn)證戴維寧定理。

按圖2-8（b）接線，圖中UOC的值由穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)提供，R0由2.2kΩ可變電阻器調(diào)節(jié)確定。改變負(fù)載電阻RL的阻值，測(cè)量UAB和I，并將數(shù)據(jù)填入表2-10中。*(6)驗(yàn)證諾頓定理。

根據(jù)諾頓定理自行設(shè)計(jì)電路圖，將穩(wěn)壓電源設(shè)為恒流源方式并重新設(shè)定電流值，R0由2.2kΩ可變電阻器調(diào)節(jié)確定。逐次改變負(fù)載電阻RL的阻值，測(cè)量UAB和I，并將數(shù)據(jù)填入表2-11中。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材

可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，數(shù)字式萬用表，電流表，電工電子基本模塊系統(tǒng)（九孔板）。

五、預(yù)習(xí)內(nèi)容

（1）電源的外特性和等效電源定理。

（2）對(duì)實(shí)驗(yàn)電路預(yù)先計(jì)算出E0和R0的理論值：

E0=_____V；R0=_____Ω。六、實(shí)驗(yàn)思考題

用若干不同阻值的固定電阻代替可調(diào)負(fù)載電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，有什么好處？

七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

（1）根據(jù)步驟（4）繪出UAB-I外特性曲線，驗(yàn)證戴維寧定理。

（2）根據(jù)步驟（3）測(cè)得的UOC和R0與預(yù)習(xí)時(shí)電路計(jì)算結(jié)果比較，能得出什么結(jié)論？

（3）歸納、總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)四RLC串聯(lián)交流電路的諧振

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)了解RLC串聯(lián)交流電路在諧振時(shí)的特點(diǎn)。

(2)測(cè)繪不同品質(zhì)因數(shù)的電路的諧振曲線。

(3)學(xué)習(xí)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器和晶體管交流毫伏表的使用。二、實(shí)驗(yàn)原理

(1)在單相正弦交流RLC串聯(lián)電路中，電流（2-3）其中：R為回路的總有效電阻（一般地，R=R′+R″。其中R′代表回路中的集中電阻，R″代表線圈以及導(dǎo)線的分布電阻和接觸電阻等）；XL=ωL=2πfL為感抗；XC=1／ωC=1／2πfC為容抗。若保持外加電壓U大小一定，逐漸改變電源的頻率f，當(dāng)頻率到達(dá)某一特定值f0時(shí)，XL=XC，此時(shí)電路中的電流

I到最大，我們稱此時(shí)電路發(fā)生了串聯(lián)諧振。當(dāng)電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，諧振電流為(2-4)諧振頻率為(2-5)

(2)諧振時(shí)，電感（電容）兩端的電壓UL（UC）與電源電壓U之比稱為電路的品質(zhì)因數(shù)Q，即（2-6）可見電阻R的大小對(duì)回路品質(zhì)因數(shù)有很大影響：R大，品質(zhì)因數(shù)低，選擇性差；R小，品質(zhì)因數(shù)高，選擇性好。

(3)RLC串聯(lián)電路中電流對(duì)頻率變化的關(guān)系曲線，即I=F(f)，稱為諧振曲線。工程上常常用測(cè)量集中電阻R′上的電壓UR′除以R′，間接算出電流I，繪出諧振曲線。(4)諧振電流I0的0.707倍處所對(duì)應(yīng)的上限頻率f2、下限頻率f1之差，稱為通頻帶寬度，用Δf表示，即

Δf=f2－f1

（2-7）三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟

(1)按圖2-11所示連接線路，電容C取0.01μF，電感

L取10mH，R1=300Ω，R2=1kΩ。在輸入端加有效值為

1V的正弦交流信號(hào)（用交流毫伏表測(cè)量）。圖2-11

RLC串聯(lián)電路實(shí)驗(yàn)接線圖

(2)將S接300Ω位置，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)置為輸出正弦交流信號(hào)，保持電壓有效值為1V不變，調(diào)節(jié)輸出信號(hào)頻率f，先找出諧振頻率。用交流毫伏表測(cè)300Ω電阻兩端的電壓UR為最大時(shí)，電路即處于諧振狀態(tài)（測(cè)波形輸出、輸入同相）。此時(shí)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器顯示的頻率即為諧振頻率f0，將其記錄于表2-12中。*(3)找出諧振點(diǎn)的另一種方法：將示波器設(shè)置為X-Y顯示方式。用示波器的CH1通道探棒(紅色)接輸入電壓U“+”端，CH2通道探棒接輸出電壓UR“+”端，任一通道的黑色鱷魚夾接電路“－”端。選取適當(dāng)?shù)拇怪膘`敏度系數(shù)（CH1和CH2的V/DIV旋鈕調(diào)節(jié)），屏幕上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)傾斜的橢圓。隨著頻率的變化，橢圓的形狀會(huì)改變，如果變?yōu)橐粭l斜線，那么就表示電路已經(jīng)處于諧振狀態(tài)。

(4)算出電路處于諧振時(shí)電阻兩端的電壓UR（f0）的0.707倍的值，據(jù)此找出f1(下限頻率)、

f2(上限頻率)；在諧振頻率f0兩側(cè)各再安排3個(gè)頻率測(cè)量點(diǎn)：在諧振頻率和上（下）限頻率間安排2個(gè)，上（下）限頻率以外安排1個(gè)。在每個(gè)頻率處分別測(cè)出UR的值，算出I，填入表2-12中。（1）RLC串聯(lián)諧振電路原理。

（2） 熟悉函數(shù)信號(hào)發(fā)生器和交流毫伏表的使用方法。（3）本題也可進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。在Multisim工作區(qū)放置電容、電感、電阻各一，修改參數(shù)。用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出正弦波，1Vp-p，單邊輸出，用示波器檢測(cè)輸入和輸出電壓，將輸出連接導(dǎo)線顏色改為藍(lán)色，按下仿真開關(guān)，調(diào)節(jié)頻率，記錄結(jié)果。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出電流I值，填入記錄表中。

(2)作R1=300Ω和R2=1kΩ時(shí)的諧振曲線，繪在坐標(biāo)

紙上。

(3)根據(jù)諧振曲線求出兩種情況下的通頻帶寬度Δf和品質(zhì)因數(shù)Q。

實(shí)驗(yàn)五單相交流并聯(lián)電路

二、實(shí)驗(yàn)原理

1.日光燈的工作原理

傳統(tǒng)的日光燈電路由燈管、鎮(zhèn)流器和起輝器組成，如圖2-12所示。燈管兩端裝有燈絲電極，燈絲受熱后易發(fā)射電子。燈管內(nèi)壁涂有一層熒光物質(zhì)，管內(nèi)充有可被電離的惰性氣體。圖2-12傳統(tǒng)的日光燈電路剛接通電源時(shí)，由于電壓尚不足以使日光燈管內(nèi)氣體電離放電，燈管內(nèi)氣體并不導(dǎo)電。大部分電壓加在起輝器輝光管內(nèi)的固定電極與倒U形雙金屬片之間，引起輝光放電，雙金屬片受熱伸展而與固定電極接觸。電流通過鎮(zhèn)流器、燈管兩端的燈絲以及起輝器構(gòu)成回路。燈絲因電流流過被加熱而發(fā)射電子，同時(shí)起輝器中的倒U形雙金屬片由于輝光放電結(jié)束而冷卻、彎曲，數(shù)秒后與固定電極分離，使電路突然斷開。在斷開瞬間，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生的較高感應(yīng)電壓與電源電壓疊加后（約400~600V）加在燈管的兩端，迫使管內(nèi)氣體電離發(fā)生弧光放電而發(fā)光，部分不可見光（紫外線）轟擊管壁熒光粉轉(zhuǎn)換為可見光，提高了發(fā)光效率。燈管點(diǎn)燃后，由于鎮(zhèn)流器的限流、分壓作用，使得燈管中通過的電流較小且較穩(wěn)定，燈管兩端的電壓較低，而起輝器與燈管并聯(lián)，較低的電壓不能使起輝器再次動(dòng)作。

2.功率因數(shù)的提高

由于傳統(tǒng)日光燈電路的鎮(zhèn)流器采用鐵芯電感線圈，燈管在工作時(shí)可以認(rèn)為是一個(gè)電阻負(fù)載，整個(gè)電路可等效為一個(gè)R、L串聯(lián)電路，其功率因數(shù)較低，一般在0.5左右。當(dāng)負(fù)載的功率、端電壓一定時(shí)，功率因數(shù)越低，線路中的電流就越大，電能在輸配電線路上的損耗增大，傳輸效率降低，電源設(shè)備的容量得不到充分的利用，故應(yīng)該設(shè)法提高負(fù)載端的功率因數(shù)。通常采用的方法是在負(fù)載端并聯(lián)電容器，用電容器的容性電流補(bǔ)償負(fù)載中的感性電流。雖然此時(shí)負(fù)載消耗的有功功率不變，但是隨著負(fù)載端功率因數(shù)的提高，線路中的總電流減小，線路損耗降低，同時(shí)也提高了電源設(shè)備的利用率。

3.交流電路功率的測(cè)量

電路中的功率與電壓和電流的乘積有關(guān)，所以測(cè)量功率的儀表必須有兩個(gè)線圈：一個(gè)用來反映電壓，與負(fù)載并聯(lián)，稱為電壓線圈；一個(gè)用來反映電流，與負(fù)載串聯(lián)，稱為電流線圈。PW系列數(shù)字功率表可以測(cè)量交流電壓、電流、有功功率等多種電量，也具有一對(duì)電壓測(cè)量端子和一對(duì)電流測(cè)量端子，其同名端標(biāo)有*號(hào)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟

(1)按圖2-13實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行接線。其中的電流檢測(cè)板詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖2-14所示：每塊電流檢測(cè)板從上到下有三路或四路。每一路電流檢測(cè)共有6個(gè)插孔，分為3對(duì)：中間以弧線相連的一對(duì)是短路環(huán)插孔，下面的一對(duì)是電流測(cè)量插孔，短路環(huán)插孔外側(cè)的一對(duì)是電路接線插孔。圖2-13單相交流并聯(lián)電路實(shí)驗(yàn)原理圖圖2-14電流檢測(cè)板詳圖

(3)日光燈點(diǎn)亮后逐步改變可變電容的電容值，從開路增加到6μF。每改變一次電容C值，應(yīng)分別測(cè)量總電路、電容支路和日光燈支路中的電流、電壓及有功功率，并將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表2-13中。測(cè)量時(shí)應(yīng)注意，當(dāng)改變電容C時(shí)，總電路電流必有一個(gè)最小值，且此時(shí)的功率因數(shù)為最大（cosf≈1）。這一數(shù)據(jù)必須記入表2-13中。

(4)參考圖2-13中上部多功能功率表的接線圖，將電壓測(cè)量和電流測(cè)量的同名端（有*號(hào)標(biāo)志）短接，連接后引出一根導(dǎo)線（以下稱為星號(hào)端），電壓測(cè)量與電流測(cè)量的另一端各引出一根導(dǎo)線，分別稱為電壓測(cè)棒和電流測(cè)棒。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

（1）驗(yàn)證記錄表中的cos值。

（2）取cosf值最大的一組數(shù)據(jù)作相量圖。

（3）以總電流I為縱坐標(biāo)，接入電路的補(bǔ)償電容C為橫坐標(biāo)，作I-C曲線，繪在坐標(biāo)紙上。實(shí)驗(yàn)六三相交流電路負(fù)載的接法

二、實(shí)驗(yàn)原理

(1)三相電路負(fù)載的連接有星形和三角形兩種接法。

(2)連接的條件是每相負(fù)載實(shí)際承受的電壓等于它的額定電壓。如以UP代表負(fù)載每相的額定電壓，UL代表電源的線電壓，忽略線路壓降，則當(dāng)UP=UL時(shí)，應(yīng)采用三角形

接法。當(dāng)時(shí)，應(yīng)采用星形接法。

(3)當(dāng)三相電源電壓及負(fù)載都對(duì)稱時(shí)，線電壓與相電壓、線電流與相電流間的主要關(guān)系如下：

星形接法：（2-8）三角形接法：（2-９）式中：UL、UP分別為線電壓和相電壓；IL、IP分別為線電流和相電流。（4）三相電路的總功率。

當(dāng)負(fù)載對(duì)稱時(shí)為

(2-10)

當(dāng)負(fù)載不對(duì)稱時(shí)，則總功率為各相功率之和，即

星形接法：

P=PA+PB+PC

(2-11)

三角形接法：

P=PAB+PBC+PCA

(2-12)

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟

1.負(fù)載星形接法

（1）按圖2-15接成負(fù)載（燈組）星形接法實(shí)驗(yàn)電路。

經(jīng)檢查后接上380V三相交流電源，合上S及S0，打開S1，組成三相對(duì)稱Y0接法電路，觀察各燈組亮度是否一致，并測(cè)量UL、UP、IL、I0等數(shù)據(jù)填入表2-14中。觀察中線電流是否為零，以便核對(duì)負(fù)載是否對(duì)稱。打開S0，組成對(duì)稱Y接法，重測(cè)各電壓電流，將數(shù)據(jù)再填入表2-14中，并觀察燈光亮度有否變化。圖2-15星形接法實(shí)驗(yàn)電路圖（2）合上S1、S0，組成Y0不對(duì)稱負(fù)載，重新測(cè)量

UL、UP、IL、I0等數(shù)據(jù)填入表2-14中，并觀察各相燈光亮度是否一致。

（3）打開S0，組成三相不對(duì)稱Y接法負(fù)載，觀察各燈光亮度的變化，并測(cè)量UL、UP、IL等數(shù)據(jù)填入表2-14中。

2.三角形接法

（1）按圖2-16構(gòu)成負(fù)載（燈組）三角形接法實(shí)驗(yàn)電路，經(jīng)檢查后合上S，打開S1，組成對(duì)稱三相三角形接法電路，觀察燈光亮度是否一致，并測(cè)量UL、IL、IP等數(shù)據(jù)填入表2-15中。圖2-16三角形接法實(shí)驗(yàn)電路圖（2）合上S1，組成三相不對(duì)稱電路，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，測(cè)量UL、IL、IP，并將讀數(shù)填入表2-15中。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

（1）計(jì)算表2-14、表2-15中的計(jì)算項(xiàng)目(本實(shí)驗(yàn)所用負(fù)載為燈組，屬電阻性負(fù)載，故cosf=1)。

(2)驗(yàn)證三相對(duì)稱負(fù)載分別在星形接法和三角形接法下，相電壓與線電壓之間、相電流與線電流之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)七三相功率的測(cè)量

二、實(shí)驗(yàn)原理

(1)三相負(fù)載的總功率等于各相負(fù)載功率之和，因此測(cè)三相總功率可以用三只瓦特計(jì)。圖2-17（a）是三瓦特計(jì)法功率表接法示意圖。圖中功率表是簡(jiǎn)化畫法，圓圈內(nèi)豎線表示電壓線圈，橫線表示電流線圈。從圖中看出，這種方法適用于三相四線制電路。圖2-17三瓦特計(jì)法和二瓦特計(jì)法功率表接法示意圖

(2)在三相三線制電路中常用二瓦特計(jì)法來測(cè)量三相總功率。圖2-17（b）是二瓦特計(jì)法功率表接法示意圖。由于三相瞬時(shí)功率p等于每一相瞬時(shí)功率之和，即

p=pA+pB+pC=uAiA+uBiB+uCiC

(2-13)

在三相三線制電路中

iA+iB+iC=0，iC=－iA－iB

(2-14)

故

p=uAiA+uBiB+uC（－iA－iB）

=（uA－uC）iA+（uB－uC）iB

=uACiA+uBCiB(2-15)

瞬時(shí)功率p對(duì)時(shí)間積分，并取平均值，得平均功率為

P=P1+P2=UACIAcosα+UBCIBcosβ(2-16)

其中:α為UAC、

IA之間的相位差角；β為UBC、

IB之間的相位差角。當(dāng)負(fù)載對(duì)稱，相電壓與相電流相位差為時(shí)，則

α=（30°－f），β=（30°+f）。參見圖2-18的相量圖：

若f=0°，P1=P2，則三相功率P=P1+P2=2P1；

若f=60°，P1為正值，

P2=0，則三相功率P=P1；

若f<60°，P1、P2均為正值，則三相功率P=P1+P2。圖2-18對(duì)稱負(fù)載星形接法時(shí)的相量圖三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟

按圖2-19進(jìn)行接線并準(zhǔn)備好測(cè)量?jī)x表。先將燈組接入電路。參考圖2-19左側(cè)多功能功率表的接線圖，將電壓測(cè)量和電流測(cè)量的同名端（有*號(hào)標(biāo)志）短接，連接后引出一根導(dǎo)線（以下稱為星號(hào)端），電壓測(cè)量與電流測(cè)量的另一端各引出一根導(dǎo)線，分別稱為電壓測(cè)棒和電流測(cè)棒。圖2-19三相平衡燈組功率測(cè)量

1.平衡燈組

（1）三瓦特計(jì)法測(cè)有功功率。合上三相電路開關(guān)S，將電壓測(cè)棒接到中性線N上，用星號(hào)端和電流測(cè)棒的插頭插入電流檢測(cè)板中的A相插孔中（星號(hào)端在左，電流測(cè)棒在右）。測(cè)量電流時(shí)取下短路環(huán)，讀取表2-16中所要求的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，記入表的平衡燈組一行A相各列中。讀取數(shù)據(jù)后應(yīng)先將短路環(huán)恢復(fù)原位，再將星號(hào)端和電流測(cè)棒的插頭拔出。然后用同樣方法測(cè)量B、C兩相，讀取數(shù)據(jù)并記錄在

表2-16中。（2）二瓦特計(jì)法測(cè)有功功率。參考圖2-17(b)，將電壓測(cè)棒接到C相上，然后將星號(hào)端和電流插棒的插頭插入電流檢測(cè)板中的A相的插孔中，并讀取表2-17中所要求的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，記入表的第一行相應(yīng)各列中。讀取數(shù)據(jù)后應(yīng)先將短路環(huán)恢復(fù)原位，再將星號(hào)端和電流測(cè)棒的插棒拔出，然后再測(cè)量B相，測(cè)量完畢切斷三相電路開關(guān)S。

2.三相電感

將圖2-19的線路進(jìn)行改接，改接前應(yīng)先確認(rèn)已經(jīng)斷電。將燈組撤除，接入三相電感（用三相異步電動(dòng)機(jī)代替，電動(dòng)機(jī)按星形接法，中性點(diǎn)N′不需要連接電源中點(diǎn)N），如圖2-20所示。圖2-20三相電感功率測(cè)量電路圖（1）三瓦特計(jì)法測(cè)有功功率。合上三相電路開關(guān)S，將電壓測(cè)棒接到電機(jī)中性點(diǎn)N′上，用星號(hào)端和電流測(cè)棒的插頭依次插入電流檢測(cè)板中的A、B、C三相插孔中（星號(hào)端在左，電流測(cè)棒在右）。測(cè)量電流時(shí)取下短路環(huán)，讀取表2-16中所要求的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，記入三相電感一行中。（2）二瓦特計(jì)法測(cè)有功功率。將電壓測(cè)棒接到C線上，然后將電流插棒的插頭分別插入電流檢測(cè)板中的A、B二線的插孔中，并讀取表2-17中所要求的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，記入三相電感一行中。讀取數(shù)據(jù)后應(yīng)先將短路環(huán)復(fù)位，再將星號(hào)端和電流測(cè)棒的插棒拔出。測(cè)量完畢切斷三相開關(guān)S。實(shí)驗(yàn)八一階RC電路的暫態(tài)響應(yīng)

二、實(shí)驗(yàn)原理

一般來說，一階RC電路對(duì)于開關(guān)接通或斷開直流激勵(lì)的暫態(tài)響應(yīng)是一種單次變化過程。要用普通示波器觀察這種單次變化過程，就必須使它重復(fù)出現(xiàn)。為此，可利用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出的矩形波來模擬階躍激勵(lì)信號(hào)，即利用矩形波的上升沿作為零狀態(tài)響應(yīng)的正階躍激勵(lì)信號(hào)，利用矩形波的下降沿作為零輸入響應(yīng)的負(fù)階躍激勵(lì)信號(hào)。

1.微分電路

如圖2-21所示的RC串聯(lián)電路，電阻R兩端的電壓作為響應(yīng)輸出，當(dāng)滿足RC<<tp（T為矩形波脈沖的周期，當(dāng)占空比為50%時(shí)，tp=T/2）時(shí)，該電路稱為微分電路。其輸出電壓uo近似與輸入電壓對(duì)時(shí)間的微分成正比。圖2-21微分電路原理圖圖2-21所示電路并不是在任何條件下都能起微分作用的。有無微分作用的關(guān)鍵是時(shí)間常數(shù)τ與脈沖寬度tp的相對(duì)大小。當(dāng)τ<<tp時(shí)，微分作用顯著，輸出電壓在輸入信號(hào)上升沿時(shí)刻出現(xiàn)正向的尖脈沖，在輸入信號(hào)下降沿時(shí)刻出現(xiàn)負(fù)向的尖脈沖，如圖2-22(a)所示。

當(dāng)τ=tp時(shí)，微分作用不顯著（見圖2-22（b））；當(dāng)τ<<tp時(shí)，輸出電壓uo的波形基本上與輸入電壓ui的波形一致，只是將波形向下平移了一段距離，使波形正半周和負(fù)半周所包含的面積相等(見圖2-22（c）)，這時(shí)電路成為一般的阻容耦合電路，只是將輸入信號(hào)中的直流分量隔離了。圖2-22不同時(shí)間常數(shù)對(duì)微分電路輸出波形的影響

2.積分電路

如圖2-23所示的RC串聯(lián)電路，電容C兩端的電壓作為響應(yīng)輸出，在矩形波序列脈沖的激勵(lì)下，當(dāng)電路的參數(shù)滿足τ＝RC<<tp=T/2時(shí)，則該電路稱為積分電路。

當(dāng)τ很大時(shí)，輸出電壓uo近似與輸入電壓ui對(duì)時(shí)間的積分成正比。所以圖2-23電路稱為“積分電路”。可以利用積分電路將方波轉(zhuǎn)換成三角波。圖2-23積分電路原理圖在積分電路中，當(dāng)τ<<tp時(shí)，若輸入電壓為方波脈沖，則輸出電壓為三角波，積分作用顯著，如圖2-24(a)所示；當(dāng)τ<tp時(shí)，輸出波形成為如圖2-24(b)所示，電路失去了積分作用。圖2-24

τ的大小對(duì)積分電路輸出波形的影響三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟

(1)按圖2-21電路接線，電路的輸入電壓信號(hào)來自函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的TTL輸出端，輸出波形為矩形波，TTL電平（不需設(shè)置），頻率設(shè)為1000Hz。分別取電容值等于

0.33μF、0.1μF、0.01μF、2400pF，電阻為10kΩ。用示波器觀察輸入、輸出電壓波形，并將其描繪下來。

(2)按圖2-23電路接線，電路的輸入電壓信號(hào)來自函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的TTL輸出端，輸出波形為矩形波，頻率設(shè)為

1kHz。分別取電容值等于0.33μF、0.1μF、0.01μF、2400pF，電阻為100kΩ，用示波器觀察輸入、輸出電壓波形，并將其描繪下來。實(shí)驗(yàn)九三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路

二、實(shí)驗(yàn)原理

要使三相異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，只要將三相交流電源的三根相線中的任意二根相線對(duì)換即可。為此，用兩個(gè)交流接觸器就能實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)參考電路如圖2-25所示。圖2-25三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路原理圖三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟

(1)記錄異步電動(dòng)機(jī)和交流接觸器的銘牌數(shù)據(jù)，弄懂各數(shù)據(jù)的意義。

(2)按實(shí)