電路實驗指導(dǎo)書

5電路分析課程實驗指導(dǎo)書蘭州工業(yè)高等專科學(xué)校電氣工程系實踐中心2015 年 3 月6目 錄電路分析課程實驗要求 .實驗一 電工儀表測量誤差的計算 .1實驗二 儀表量程擴展實驗 .5實驗三 電路元件伏安特性的的測繪 .8實驗四 基爾霍夫定律的驗證 .11實驗五 疊加原理的驗證 .13實驗六 電壓源與電流源的等效變換 .15實驗七 戴維南定理和諾頓定理設(shè)計 .18實驗八 最大功率傳輸條件測定 .22實驗九 RC 一階電路和二階電路響應(yīng)測試 .24實驗十 R、L、C 元件阻抗特性的測定 .28實驗十一 三表法測定交流電路等效參數(shù) .30實驗十二 功率因數(shù)測試及其改善 .34實驗十三 RLC 串聯(lián)諧振電路的研究 .37實驗十四 二端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測試 .40實驗十五 三相交流電路測量 .43附錄 1 THHE-1 型高性能電工電子實驗臺 使用說明書 .47附 錄 2 示波器使用說明 .557電路分析課程實驗要求一 實驗課的作用實驗課是高等教育的一個重要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的重要手段。通過實驗教學(xué)，可驗證和鞏固所學(xué)的理論知識、訓(xùn)練實驗技能、培養(yǎng)學(xué)生實際工作能力。實驗課應(yīng)達(dá)到以下目的：1. 培養(yǎng)學(xué)生實事求是，一絲不茍，三嚴(yán)（嚴(yán)格、嚴(yán)密、嚴(yán)肅）的科學(xué)態(tài)度，養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣和作風(fēng)。2. 訓(xùn)練學(xué)生的基本的實驗技能，如正確使用常見的電工儀器，掌握一些基本的電工測試技術(shù)，實驗方法及數(shù)據(jù)分析處理。3. 培養(yǎng)學(xué)生通過實驗觀察和研究基本電路現(xiàn)象及規(guī)律的能力，以鞏固所學(xué)理論知識。二 實驗課的要求1. 課前準(zhǔn)備，必須認(rèn)真預(yù)習(xí)，具體要求：（1） 閱讀實驗指導(dǎo)書，明確實驗的目的與要求。并結(jié)合實驗的原理復(fù)習(xí)有關(guān)理論。了解完成實驗的方法和步驟，設(shè)計好實驗數(shù)據(jù)的記錄表格，認(rèn)真思考并解答預(yù)習(xí)思考題中的問題。（2） 理解并記住指導(dǎo)書中提出的注意事項。對實驗中所用儀器設(shè)備的作用及使用方法要有初步了解。2. 實驗步驟（1） 接線前，首先了解各種儀器設(shè)備和元器件的額定值，使用方法和電源的情況。（2） 實驗中要用的儀器、儀表、實驗板及開關(guān)等。應(yīng)根據(jù)連線合理布局。（3） 接線原則是先串后并、先總后分，接線時應(yīng)將所有電源開關(guān)斷開，并可調(diào)設(shè)備旋紐、手柄置于最安全位置，接好線后，經(jīng)仔細(xì)檢查無誤，經(jīng)教師復(fù)查后才可接通電源，合電源時，要注意各個設(shè)備及儀表工作是否正常。（4） 實驗中要大膽細(xì)心 ，一絲不茍，認(rèn)真觀察現(xiàn)象，仔細(xì)讀取數(shù)據(jù)，隨時分析研究實驗結(jié)果的合理性，如發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)及時查找原因。（5） 實驗完畢，先切斷電源，再根據(jù)實驗要求核對實驗數(shù)據(jù)，然后教師審核，正確后拆線，并將設(shè)備儀器排放整齊，等教師檢查后，方可離開實驗室。3. 實驗課后的整理工作主要是編寫實驗報告，這是實驗的總結(jié)。報告內(nèi)容應(yīng)包括：（1） 實驗?zāi)康摹?（2） 簡述工作原理，不要照抄指導(dǎo)書。（3） 實驗方法及步驟：主要是畫出線路圖，對特殊的設(shè)備加以說明 ，認(rèn)真用原始記錄填寫表格。（4） 主要儀器設(shè)備。（5） 數(shù)據(jù)處理：包括實驗數(shù)據(jù)及計算結(jié)果的整理、分析、誤差原理的估計等。（6） 回答指導(dǎo)書中的思考題。1實驗一 電工儀表測量誤差的計算一 實驗?zāi)康?. 熟悉實驗臺上各類電源及各類測量儀表的布局和使用方法。2. 掌握指針式電壓表、電流表內(nèi)阻的測量方法。3. 熟悉電工儀表測量誤差的計算方法。二 實驗設(shè)備序號 名稱 型號與規(guī)格 數(shù)量 備注1 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源 030V 二路2 可調(diào)恒流源 0500mA 13 指針式萬用表 MF-47 或其他 1 自備4 可調(diào)電阻箱 09999.9 1 HE-195 電阻器 按需選擇 HE-11三 實驗內(nèi)容1. 為了準(zhǔn)確地測量電路中實際的電壓和電流，必須保證儀表接入電路后不會改變被測電路的工作狀態(tài)。這就要求電壓表的內(nèi)阻為無窮大；電流表的內(nèi)阻為零。而實際使用的指針式電工儀表都不能滿足上述要求。因此，當(dāng)測量儀表一旦接入電路，就會改變電路原有的工作狀態(tài)，這就導(dǎo)致儀表的讀數(shù)值與電路原有的實際值之間出現(xiàn)誤差。誤差的大小與儀表本身內(nèi)阻的大小密切相關(guān)。只要測出儀表的內(nèi)阻，即可計算出由其產(chǎn)生的測量誤差。以下介紹幾種測量指針式儀表內(nèi)阻的方法。2. 用“分流法”測量電流表的內(nèi)阻如圖 11 所示。A 為被測內(nèi)阻 (RA)的直流電流表。測量時先斷開開關(guān) S，調(diào)節(jié)電流源的輸出電流 I 使 A 表指針滿偏轉(zhuǎn)。然后合上開關(guān) S，并保持 I 值不變，調(diào)節(jié)電阻箱 RB 的阻值，使電流表的指針指在 1/2 滿偏轉(zhuǎn)位置，此時有 IAI SI/2 R AR BR 1 R1 為固定電阻器之值，R B 可由電阻箱的刻度盤上讀得。圖 11+_RA IARBR1IS+_AS可調(diào)電流源V RRV BSR1+可調(diào)穩(wěn)壓源圖 123. 用分壓法測量電壓表的內(nèi)阻。如圖 12 所示。 V 為被測內(nèi)阻 (RV)的電壓表。測量時先將開關(guān) S 閉合，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓，使電壓表 V 的指針為滿偏轉(zhuǎn)。然后斷開開關(guān) S，調(diào)節(jié) RB 使電壓表 V的指示值減半。此時有：R VR BR 1電壓表的靈敏度為：SR V/U (/V) 。 式中 U 為電壓表滿偏時的電壓值。4. 儀表內(nèi)阻引起的測量誤差（通常稱之為方法誤差， 而儀表本身結(jié)構(gòu)引起的誤差稱為儀表基本誤差）的計算。2（ 1） 以 圖 1 3 所 示 電 路 為 例 ， R1上 的 電 壓 為 。21RURRAVBRvU21圖 13現(xiàn)用一內(nèi)阻為 RV的電壓表來測量 值，當(dāng) RV與 R1并聯(lián)后， ，以此U1VABR來替代上式中的 R1，則得 。絕對誤差為U21V1 )()( 212212VR RRU若 ，則得216相對誤差 %3.0%01R U由此可見，當(dāng)電壓表的內(nèi)阻與被則電路的電阻相近時，測量的誤差是非常大的。（2）伏安法測量電阻的原理為：測出流過被測電阻 RX的電流 及其兩端的電壓降I，則其阻值 。圖 14（a） 、 （b）為伏安法測量電阻的兩種電路。RUXI+- URR RA -+VAV X+- URR RA -+VAV X圖 14(b)(a)設(shè)：U=20V，R A=100，R V=20K。假定 RX的實際值為 10K?，F(xiàn)在來計算用此兩電路測量結(jié)果的誤差。電路(a)測量： (mA)96.201.XVUI3(V)73.192096.XVRIU.731I相對誤差 %4.0.6Xa電路(b)： (mA)98.1.2ARUIR(V).0.RXI相對誤差 %11b由此列，既可看出儀表內(nèi)阻對測量結(jié)果的影響，也可看出采用正確的測量電路也可獲得較滿意的結(jié)果。四 實驗步驟1. 根據(jù)“分流法”原理測定指針式萬用表（MF-47 型或其他型號）直流電流 0.5mA 和5mA 檔量限的內(nèi)阻。線路如圖 1-1 所示。RB 可選用 HE-19 中的電阻箱（下同） 。數(shù)據(jù)記入下表：被測電流表量限 S 斷開時的表讀 數(shù)（mA） S 閉合時的表讀 數(shù)（mA） RB（） R1（） 計算內(nèi)阻 RA（）0.5 mA5 mA2. 根據(jù)“分壓法”原理按圖 1-2 接線，測定指針式萬用表直流電壓 2.5V 和 10V 檔量限的內(nèi)阻。數(shù)據(jù)記入下表：表 2 被測電壓表量 限S 閉合時表讀數(shù)（V）S 斷開時表讀數(shù)（V）RB(K)R1(K)計算內(nèi)阻RV（K）S(/V)2.5V10V3. 用指針式萬用表直流電壓 10V 檔量程測量圖 1-3 電路中 R1上的電壓 之值，并1RU計算測量的絕對誤差與相對誤差。數(shù)據(jù)記入下表：U R2 R1 R10V(K) 計算值 1RU（V） 實測值 1(V)絕對誤差U相 對 誤 差( U/U)100%12V 10K 50K五、預(yù)習(xí)思考題1. 根據(jù)實驗內(nèi)容 1 和 2，若已求出 0.5mA 檔和 2.5V 檔的內(nèi)阻，可否直接計算得出 5mA檔和 10V 檔的內(nèi)阻？2. 用量程為 10A 的電流表測實際值為 8A 的電流時，實際讀數(shù)為 8.1A，求測量的絕對誤差和相對誤差。4六、思考題1. 列表記錄實驗數(shù)據(jù)，并計算各被測儀表的內(nèi)阻值。2. 分析實驗結(jié)果，總結(jié)應(yīng)用場合。3. 對預(yù)習(xí)思考題的計算。4. 其他（包括實驗的心得、體會及意見等） 。七、實驗注意事項1. 在開啟實驗臺直流電源開關(guān)前，應(yīng)將兩路電壓源的輸出調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)至最?。鏁r針旋到厎） ，并將恒流源的輸出粗調(diào)旋鈕撥到 2mA 檔，輸出細(xì)調(diào)旋鈕應(yīng)調(diào)至最小。接通電源后，再根據(jù)需要緩慢調(diào)節(jié)。2. 當(dāng)恒流源輸出端接有負(fù)載時，如果需要將其粗調(diào)旋鈕由低檔位向高檔位切換時，必須先將其細(xì)調(diào)旋鈕調(diào)至最小。否則輸出電流會突增，可能會損壞外接器件。3. 電壓表應(yīng)與被測電路并接，電流表應(yīng)與被測電路串接， 并且都要注意正、負(fù)極性與量程的合理選擇。4. 本實驗僅測試指針式儀表的內(nèi)阻。由于所選指針表的型號不同，本實驗中所列的電流、電壓量程及選用的 RB、R 1等均會不同。實驗時應(yīng)按選定的表型自行確定。5實驗二 儀表量程擴展實驗一、實驗?zāi)康?. 理解指針式毫安表的量程和內(nèi)阻在測量過程中的作用。2. 了解毫安表改裝成電壓表和電流表的方法。3. 學(xué)會電壓表和電流表量程切換開關(guān)的使用方法。二、實驗設(shè)備序號 名稱 型號與規(guī)格 數(shù)量 備注1 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源 030V 12 直流數(shù)顯恒流源 0500mA3 直流數(shù)字電流表 0500mA 14 直流數(shù)字電壓表 0300V 15 基本表 1mA，100 1 HE-116 電阻 按需選擇 HE-11三、實驗內(nèi)容1. 一只毫安表允許通過的最大電流稱為該表的量程，用 Ig 表示，該表有一定的內(nèi)阻，Rg 表示，這就是一個“基本表 ”，其等效電路如圖 2-1 所示，R g 和 Ig 是毫安表的兩個主要參數(shù)。圖 2-1 圖 2-2 擴大量程2. 滿量程為 1 mA 的毫安表，最大只允許通過 1 mA 的電流，過大的電流會造成“打針”，甚至燒斷電流線圈而損壞，要用它測量超過 1 mA 的電流，亦要擴大毫安表的測量范圍，選擇一個合適的分流電阻 RA 與基本表并聯(lián)，如圖 2-2 所示, R A 的大小可以精確算出。假設(shè)：基本表滿量程為 Ig= 1 mA，基本表內(nèi)阻為 Rg=100，現(xiàn)要將其量程擴大 10 倍（即可用來測量 10 mA 電流）。則應(yīng)并聯(lián)的分流電阻 RA 應(yīng)滿足下式： AgRII）（ g1.,)0(m1mA同理，要使其量程擴展為 100 mA，則應(yīng)并聯(lián) 1.11 的分流電阻。6當(dāng)改裝后得電流表來測量 10（或 100）mA 以下的電流時，只要將基本表的讀數(shù)乘10（或 100）或者直接將電表面板的滿刻度刻成（10 或者 100）mA 即可。3. 毫安表改裝成電壓表一只毫安表也可以改裝成一只電壓表，只要選擇一只合適的分壓電阻 RV 與基本表相串聯(lián)即可，如圖 2-3 所示。圖 2-3假設(shè)：被測電壓值為 U，則： 所以）（ VgvgRIgIIRUVg電壓表要將量程為 1mA，內(nèi)阻為 100 的毫安表改裝為量程為 1V 的電壓表，則應(yīng)串聯(lián)的分壓電阻的阻值應(yīng)為： 若要將量程擴大到 10V，應(yīng)串9010g1mAV多大的電阻呢？四、實驗步驟1. 1 表表頭的檢驗。調(diào)節(jié)恒流源的輸出，最大不超過 1 mA；先對毫安表進(jìn)行機械調(diào)零，再將恒流源的輸出接至毫安表的信號輸入端，調(diào)節(jié)恒流源的輸出，令