電子測量技能訓練實驗指導 beta2

1、電子測量技能訓練實驗指導 羅庚榮 賀付亮 劉東卓 編寫電子信息工程學院電子信息工程實驗教學中心目 錄實驗一 基本電學參量的測量1實驗二 減小儀表測量誤差的方法5實驗三RC一階電路的響應測試12實驗四二階動態(tài)電路響應的測試19實驗五 三相交流電路電壓、電流的測量24實驗六 三相交流電路功率、功率因數(shù)和相序的測量28實驗一 基本電學參量的測量一、實驗目的1、熟悉實驗裝置上各類測量儀表和函數(shù)信號發(fā)生器的布局。2、加深電路中電位的相對性、電壓的絕對性的理解。3、掌握電壓表、電流表內電阻的測量方法。4、初步掌握用示波器觀察電信號波形，定量測出正弦信號和脈沖信號的波形參數(shù)。二、實驗原理1、為了準確地測量電

2、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阻為無窮大；電流表的內阻為零。而實際使用的電工儀表都不能滿足上述要求。因此，當測量儀表一旦接入電路，就會改變電路原有的工作狀態(tài)。這就導致儀表的讀書值與電路原有的實際值之間出現(xiàn)誤差，這種測量誤差值的大小儀表本身內阻值的大小密切相關。2、本實驗測量電流表的內阻采用“分流法”，如圖1-1所示。圖1-1A為被測內阻(Ra)的直流電流表，測量時先斷開開關S，調節(jié)直流恒流源的輸出電流I使A表指針滿偏轉，然后合上開關S，并保持I值不變，調節(jié)電阻箱RW的阻值，使電流表的指針在1/2滿偏轉位置，此時有Ia=Is=I/2，因

3、此，Ra=RW/R1，R1為固定電阻器之值，RW由可調電阻箱的刻度盤上讀得。R1與RW并聯(lián)，且R1選用小阻值電阻，RW選用較大電阻，則阻值調節(jié)可比單只電阻箱更為細微、平滑。3、測量電壓表的內阻采用“分壓法”，如圖1-2所示。V為被測內阻(RV)的電壓表，測量時先將開關S閉合，調節(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。然后斷開開關S，調節(jié)RW阻值使電壓表V的指示值減半。此時有RV=RW+R1 (1.1) 電壓表的靈敏度為S=RV/U(/V) (1.2) 圖1-24、電壓和電位是兩個既相區(qū)別又有聯(lián)系的物理量，兩者都采用相同的單位（V），電壓是兩點間的電位差，而電位是某一點與參考點的電位

4、差。因此，當參考點改變時，電壓不變，而電位將發(fā)生改變。如圖1-3所示，分別將兩路直流穩(wěn)壓電源接入電路，令 U16V，U212V。以其中某點作為電位的參考點，分別測量其他各點的電位值及相鄰兩點之間的電壓值，例如，以D點作為電位的參考點，測量B點的電位，會發(fā)現(xiàn)和B點的電壓不一樣。 圖1-35、正弦交流信號和方波脈沖信號是常用的點激勵信號，有函數(shù)信號發(fā)生器提供。正弦信號的波形參數(shù)是幅值Um、周期T（或頻率f）和初相位；方波脈沖信號的波形參數(shù)是幅值Um、脈沖重復周期T及脈寬tk。本實驗裝置能提供頻率范圍為20Hz100KHz，幅值可在05V之間連續(xù)可調的上述信號。并由六位LED數(shù)碼管顯示信號的頻率，不

5、同類型的輸出信號可由波形選擇開關來選取。三、實驗設備 序號名 稱型號與規(guī)格數(shù)量備 注1直流穩(wěn)壓電源030V可調12萬用表13可調直流恒流源0200mA14可調電阻箱1DGJ-055電阻器若干DGJ-056雙蹤示波器17函數(shù)信號發(fā)生器18交流毫伏表19頻率計1四、實驗內容1、 根據(jù)“分流法”原理測定萬用電表直流毫安1mA和10mA檔量限的內阻，線路如圖1-1所示。表1-1被測電流表量限S斷開時表讀數(shù)(mA)S閉合時表讀數(shù)(mA)RW()R1()計算內阻Ra()1mA10mA2、 根據(jù)“分壓法”原理按圖1-2接線，測定萬用電表直流電壓2.5V和10V檔量限的內阻。表1-2被測電壓表量限S閉合時表讀

6、數(shù)(V)S斷開時表讀數(shù)(V)RW()R1(K)計算內阻Ra(K)S(/V)10V3、 以圖1-3中的A點作為電位的參考點，分別測量B、C、D、E、F各點的電位值及相鄰兩點之間的電壓值UAB、UBC、UCD、UDE、UEF及UFA，數(shù)據(jù)列于表中；以D點作為參考點，重復實驗內容2的測量，測得數(shù)據(jù)記錄于表1-3中。表1-3電 位參考點與UABCDEFUABUBCUCDUDEUEFUFAA計算值測量值D計算值測量值4、將函數(shù)信號發(fā)生器的波形選擇開關置“正弦（方波）”位置，通過電纜將“信號輸出”口與示波器的YA（YB）插座相連。接通電源，調節(jié)信號源的頻率旋鈕，使輸出頻率分別為50HZ，500HZ，500

7、0Hz，50000Hz（由頻率計讀得），輸出幅值為3V（由交流毫伏表讀得）。觀測兩者波形參數(shù)的變化并記錄之。五、實驗注意事項1、控制屏提供所有實驗的電源，直流穩(wěn)壓源和直流恒流源均通過粗調（分段調）旋鈕和細調（連續(xù)調）旋鈕調節(jié)其輸出量，并由指針式電壓表和毫伏表顯示其輸出量的大小，啟動實驗裝置電源之前，應使其輸出旋鈕置于零位，實驗時再緩慢地增、減輸出。2、穩(wěn)壓源輸出不允許短路，恒流源的輸出不允許開路。3、電壓表應與電路并聯(lián)使用，電流表與電路串聯(lián)使用，并且都要注意極性與量限的合理選擇。 4、 改接線路時，要關掉電源。六、思考題1、根據(jù)實驗內容1和2，若已求出0.5mA檔和2.5V檔的內阻，可否直接計

8、算得出5mA檔和10V檔的內阻？2、示波器面板上“t/div”和“v/div”的含義是什么？七、實驗報告1、列表記錄實驗數(shù)據(jù)，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進行相關計算。2、整理實驗中顯示的各種波形，繪制有代表性的波形。3、回答思考題。4、心得體會及其它。實驗二 減小儀表測量誤差的方法一、實驗目的1、進一步了解電壓表、電流表的內阻在測量過程中產生的誤差及其分析方法。2、掌握減小因儀表內阻引起測量誤差的方法。3、利用不同的儀表測量同一物理量。二、實驗原理減小因儀表內阻而產生測量誤差的方法有1、不同量限兩次測量計算法當電壓表的靈敏度不夠高或電流表的內阻太大時，可利用多量限儀表對同一被測量用不同量限進行兩次測量，所

9、得讀數(shù)經(jīng)計算后可得到準確的結果。圖2-1如圖2-1所示電路，欲測量具有較大內阻R0的電動勢E的開路電壓U0時，如果所用電壓表的內阻RV與R0相差不大的話，將會產生很大的測量誤差。設電壓表有兩檔量限，U1、U2分別為在這個不同量限下測得的開路電壓值，令RV1和RV2分別為這兩個相應量限的內阻，則由圖2-1可得出 (2.1)(2.2)由()式可得 (2.3)由(2.3)式代入(2.2)式可得 (2.4) 從中解得E，經(jīng)化簡后得 (2.5)由式()可知，不論電源內阻R0相對電壓表的內阻RV有多大，通過上述的兩次測量結果，經(jīng)計算后可較準確地測量出開路電壓U0的大小。圖2-2對于電流表，當其內阻較大時，

10、也可 用類似的方法測得準確的結果。如圖2-2所示電路，不接入電流表時的電流為 (2.6)接入內阻為RA的電流表A時，電路中的電流變?yōu)?(2.7)如果用有不同內阻RA1、RA2的兩檔量限的電流表作兩次測量并經(jīng)簡單的計算就可得到較準確的電流值。按圖2-2電路，兩次測量得 (2.8) 解得 (2.9) 2、同一量限兩次測量計算法如果電壓表（或電流表）只有一檔量限，且電壓表的內阻較小（或電流表的內阻較大）時，可用同一量限進行兩次測量法減小測量誤差。其中，第一次測量與一般的測量并無兩樣，只是在進行第二次測量時必須在電路中串入一個已知阻值的附加電阻。(1) 電壓測量測量如圖2-3所示電路的開路電壓U0圖2

11、-3第一次測量，電壓表的讀數(shù)為U1，設電壓表的內阻為RV，第二次測量時應與電壓表接一個已知阻值的電阻R，電壓表讀數(shù)為U2，由圖可知 （2.10）解上兩式，可得 (2.11)(2) 電流測量測量如圖2-4所示電路的電流I圖2-4第一次測量電流表的讀數(shù)為I1，設電流表的內阻為RA，第二次測量時應與電流表串接一個已知阻值的電阻R，電流表的讀數(shù)為I2，由圖可知 (2.12) (2.13)由上分析可知，采用多量限儀表兩次測量法或單量限儀表兩次測量法，不管內阻如何總可以通過兩次測量和計算得到比單次測量準確得多的結果。3、電子示波器是一種信號圖形觀察和測量儀器，可定量測出電信號的波形參數(shù)，從熒光屏的Y軸刻度

12、尺并結合其量程分檔選擇開關（Y軸輸入電壓靈敏度V/cm分檔選擇開關）讀得電信號的幅值；從熒光屏的X軸刻度尺并結合其量程分檔選擇開關（時間掃描速度s/cm分檔選擇開關），讀得電信號的周期、脈寬、相位差等參數(shù)。為了完成對各種不同波形、不同要求的觀察和測量，它還有一些其它的調節(jié)和控制旋鈕，希望在實驗中加以摸索和掌握。 三、實驗設備 序號名 稱型號與規(guī)格數(shù)量備 注1直流穩(wěn)壓電源030V可調12萬用表13可調直流恒流源0200mA14可調電阻箱1DGJ-055電阻器若干DGJ-056雙蹤示波器17函數(shù)信號發(fā)生器18交流毫伏表19頻率計1四、實驗內容1、雙量限電壓表兩次測量法按圖2-3電路接線，取E=3V

13、，R0=20K。用萬用表的直流電壓2.5V和10V兩檔量限進行兩次測量，最后算出開路電壓U0之值。表2-1萬用表電壓量限雙量限內阻值（K）兩個量限測量值（V）開路電壓實際值（V）兩次測量計算值（V）絕對誤差U（V）相對誤差U/U×100%10V注：R和R10V參照實驗一的結果2、單量限電壓表兩次測量法實驗線路如圖2-3，用上述萬用表直流電壓2.5V量限檔串接R=10 K的附加電阻器進行兩次測量，計算開路電壓U0之值。表2-2開路電壓實際值兩次測量值計算值絕對誤差相對誤差U0（V）U1（V）U2（V）U0（V）U（V）U/U×100%33、雙量限電流表兩次測量法按圖2-4電路

14、接線，取E=3V，R0=6.2K，用萬用表1mA和10mA兩檔電流量限進行兩次測量，計算出電路中電流值I。表2-3萬用表電流量限雙量限內阻值（）兩個量限測量值（mA）兩次測量計算值（mA）絕對誤差I相對誤差I/I×100%1mA10mA注：R1mA和R10mA參照實驗一的結果4、單量限電流表兩次測量法實驗線路如圖2-4，用萬用表1mA電流 K進行兩次測量，求出電路中實際電流I之值。表2-4電流實際值兩次測量值計算值絕對誤差相對誤差I（mA）I1（mA）I2(mA)I(mA)II/I×100%5、利用不同儀器測量正弦信號（由函數(shù)信號發(fā)生器產生一正弦信號）（1）用交流毫伏表測量

15、其幅值，并分別用示波器，萬用表測量其幅值。（2）用頻譜分析儀觀察起頻譜特性（選做或根據(jù)具體情況可由指導教師演示）（3）配合示波器相關相關旋鈕和熒光屏讀出其頻率，并與頻率計測得結果相比較。（4）用DF4120失真度儀測量（1）中信號的失真度（選做或根據(jù)具體情況可由指導教師演示）。五、實驗注意事項1、控制屏提供所有實驗的電源，直流穩(wěn)壓源和直流恒流源均通過粗調（分段調）旋鈕和細調（連續(xù)調）旋鈕調節(jié)其輸出量，并由指針式電壓表和毫伏表顯示其輸出量的大小，啟動實驗裝置電源之前，應使其輸出旋鈕置于零位，實驗時再緩慢地增、減輸出。2、穩(wěn)壓源輸出不允許短路，恒流源的輸出不允許開路。3、電壓表應與電路并聯(lián)使用，電

16、流表與電路串聯(lián)使用，并且都要注意極性與量限的合理選擇。 4、改接線路時，要關掉電源。六、思考題如用示波器觀察正弦信號時，熒光屏上出現(xiàn)圖2-5所示的幾種情況時， 試說明測試系統(tǒng)中哪些旋鈕的位置不對？應如何調節(jié)？圖2-5七、實驗報告1、列表記錄實驗數(shù)據(jù)，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進行相關計算。2、整理實驗中顯示的各種波形，繪制有代表性的波形。3、回答思考題。4、心得體會及其它。 實驗三RC一階電路的響應測試一、實驗目的1、研究RC 電路在零輸入，階躍激勵和方波激勵情況下，響應的基本規(guī)律和特點。2、學習電路時間常數(shù)的測量方法。3、掌握有關微分電路、積分電路的概念。4、進一步學會用示波器測繪圖形。5、RC一階電路

17、的應用探討，濾波器概念的掌握。二、實驗原理與說明1、RC一階電路的零輸入響應和零狀態(tài)響應分別按指數(shù)規(guī)律衰減和增長，其變化的快慢決定于電路的時間常數(shù)。圖3-1 RC一階電路電路在無激勵情況下，由儲能元件的初始狀態(tài)引起的響應稱為零輸入響應。在圖3-1中，在U0為直流電源，換路前，開關S合在位置2上的，電源對電容元件充電，使初始值UC (0-) =U0。在t=0時，將開關從位置2合到位置1，使電路脫離電源，輸入信號為0。此時，電容元件已存儲有能量，電容器的初始電壓經(jīng)電阻R放電。電容器放電由方程： t0 (3.1) 可以得出電容器上的電壓隨時間變化的規(guī)律： t0 (3.2)2、一階RC電路對階躍激勵的

18、零狀態(tài)響應就是直流電源經(jīng)電阻R向C充電。對于圖3.1所示的一階電路，將當t=0時開關S由位置1轉到位置2,由方程： t0 (3.3) 初始值：UC (0-) = 0可得出電容的電壓隨時間變化的規(guī)律： t0 (3.4)上述式子表明,零狀態(tài)響應是輸入的線形函數(shù)。其中=RC，具有時間的量綱，稱為時間常數(shù)，它是反映電路過渡過程快慢程度的物理量。越大，暫態(tài)響應所待續(xù)的時間越長。反之，越小，過渡過程的時間越短。3、對于RC電路的方波響應，在電路的時間常數(shù)遠小于方波周期時，可以視為零狀態(tài)響應和零輸入響應的多次過程。方波的跳變沿相當于給電路一個階躍輸入，其響應就是零狀態(tài)響應，方波的持續(xù)期相當于在電容具有初始值

19、UC (0-)時把電源用短路置換，電路響應轉換成零輸入響應。動態(tài)網(wǎng)絡的過渡過程是十分短暫的單次變化過程，對時間常數(shù)較大的的電路，可用慢掃描長余輝示波器觀察光點移動的軌跡。然而能用一般的雙蹤示波器觀察過渡時間和測量有關的參數(shù)，必須使這種單次變化的過程重復出現(xiàn)。由于方波是周期信號，可以用普通示波器顯示出穩(wěn)定的圖形，以便于定量分析。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，即令方波輸出的上升沿作為零狀態(tài)響應的正階躍激勵信號；方波下降沿作為零輸入響應的負階躍激勵信號。只要選擇方波的重復周期遠大于電路的時間常數(shù)，電路在這樣的方波序列脈沖信號的激勵下，它的影響和直接接通與斷開的過渡過程是基本相

20、同的。4、時間常數(shù)的測定方法：將RC一階電路的U0接為方波信號，用示波器測得零輸入的波形如圖3-2（a）所示。根據(jù)一階微分方程的求解得知 (3.5) 當t=時，UC ()，此時所對應的時間就等于時間常數(shù)。亦可用零狀態(tài)響應波形增長到0.632E所對應的時間測得，如圖3-2（b）所示。圖3-2 時間常數(shù)測定5、微分電路和積分電路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)和輸入信號的周期有著特定的要求。一個簡單的RC串聯(lián)電路，在方波序列脈沖的重復激勵下，當滿足= RC<<（T/2）時，（T為方波脈沖的重復周期），且由R端作為響應輸出，如圖3-3（a）所示，這就成了一

21、個微分電路，由于<<（T/2），電容充放電很快，除了電容器剛開始充電或放電的一段極短的時間之外，Ui=Uc+URUc>>UR ，因此 (3.6) 上式表明，因為此時電路的輸出信號電壓UR與輸入信號電壓Ui的微分成正比。圖3-3微分電路和積分電路若將圖3-3（a）中的R和C位置調換一下，由C端作為相應輸出，且當電路參數(shù)的選擇滿足= RC >>（T/2）條件時，如圖3-3（b）所示，構成積分電路。由于 >>（T/2），電容充放電很緩慢，就是Uc的增長和衰減得很緩慢，充電時Uc<<UR ，所以Ui=Uc+URUR = iR，即Ui iR。所

22、以輸出電壓為 （3.7）因為此時電路的輸出信號電壓Uc與輸入信號電壓Ui的積分成正比。從輸出波形來看，上述兩個電路均起著波形變換的作用，請在實驗過程中仔細觀察遇記錄。6、RC一階電路的應用無源濾波電路濾波電路的功能是對信號進行“選頻”，允許某一部分頻率的信號順利通過，而使另一部分頻率的信號被急劇衰減（即被濾掉）。在無線電通訊、自動測量及控制系統(tǒng)中，常常利用濾波電路進行模擬信號的處理，通過對信號的頻率進行選擇,過濾掉噪聲和干擾信號，保留下有用信號。 圖3-4展示了高低通濾波電路的理想特性圖3-4 高低通濾波電路理想特性RC一階電路就構成了最簡單的無源濾波器。如圖3-5所示。圖3-5 由RC一階電

23、路構成無源濾波器它們的截止頻率c均為 。三、實驗設備序號名 稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1函數(shù)信號發(fā)生器12直流穩(wěn)壓電源13雙蹤示波器14一階、二階實驗線路板1DGJ-035萬用表16頻譜儀1四、實驗內容1、一階RC電路的零輸入響應，階躍激勵輸入響應 在動態(tài)線路板上選擇R、C元件：圖3-6 零輸入和階躍輸入實驗電路組成如圖3-6所示的RC電路，激勵源U0接3V直流穩(wěn)壓電源，并通過同軸電纜線，將響應UC的信號連至示波器的輸入端口YA。（1）零輸入響應：首先將開關扳向2點，將電容充電至3V電壓。然后將開關K置于1點，使電容放電。同時在示波器的屏幕上觀察響應UC的變化，注意示波器是否捕捉到響應UC變化的過渡

24、曲線。（2）階躍輸入響應：首先將開關扳向1點，使電容放電，直到電壓表顯示為0。然后將開關扳向2點。同時在示波器的屏幕上觀察響應UC的變化，注意示波器是否捕捉到響應UC變化的過渡曲線。注意：開關開關的時間盡量要短。2、一階RC電路的方波響應 選擇R、C元件，令R=30K，C=3300Pf組成如圖3-1所示的RC充放電路，將開關扳向2點，激勵源U0為脈沖信號發(fā)生器輸出Um=3V，f=1KHZ的方波信號，并通過兩根同軸電纜線，將激勵源U0和響應UC的信號分別連至示波器的兩個輸入端口YA和YB，這時可在示波器的屏幕上觀察到激勵與響應的變化規(guī)律，求測時間常數(shù)，并用方格紙按1：1的比例描繪U0和UC波形。

25、少量地改變電容值或電阻值，定性地觀察對響應地影響，記錄觀察到的現(xiàn)象。表3-1 測得的時間常數(shù)電容3300pf0. 1f電阻10K30K3、實驗任務2中我們構建了一個積分電路，這里在構建一個微分電路進行測試。我們選擇R、C元件組成如圖3-3 (a)所示的微分電路，令f ， R=10K在同樣的方波激勵信號（Um=3V，f=1KHZ）作用下，觀測并描繪激勵與響應的波形。增減R值，定性地觀察對響應的影響，并作記錄，當R增至1M時，輸入輸出波形在本質上有何區(qū)別？4、根據(jù)圖3-5 可構建RC一階電路構成無源濾波器，測試其幅頻特性與相頻特性。 （1）濾波器電路圖按圖3-5搭建，令R=30KF。 （2）調節(jié)信

26、號源輸出電壓為3V的正弦信號，接入圖的輸入端。（3）改變信號源的頻率f（由頻率計讀得），并保持Ui=3V不變，測量輸出電壓UO。表3-2R=30KFf(Hz)UO(V) (4) 將圖3-5的輸入Ui和輸出U0分別接至雙蹤示波器的YA和YB兩個輸入端，改變輸入正弦信號的頻率，觀測不同頻率點時，相應的輸入與輸出波形間的時延及信號的周期T。兩波形間的相位差為： （3.8）表3-3R=30KFf (Hz)T (ms)(ms) （5）*使用頻譜儀測試分析其幅頻特性。五、實驗注意事項1、在實驗中，用示波器觀察響應的一次過程，掃描時間選取要適當，當亮點開始在熒光屏左方出現(xiàn)時，立即動作開關。2、示波器輸入探頭

27、與實驗電路連接時，注意公共地點不能接錯，防止信號被短路。3、在無源濾波器測試其幅頻特性與相頻特性的實驗中，由于信號源內阻的影響，輸出幅度會隨信號頻率變化。因此，在調節(jié)輸出頻率時，應同時調節(jié)輸出幅度，使實驗電路的輸入電壓保持不變。六、預習思考題1、什么樣的電信號可作為一階RC電路的零輸入響應，零狀態(tài)響應和完全響應的激勵信號？2、時間常數(shù)的大小對UC的波形有何影響？3、分析RC電路參數(shù)滿足什么條件稱微分電路？滿足什么條件稱積分電路？4、什么是濾波電路？5、推導RC一階電路構成的無源濾波器的幅頻、相頻特性的數(shù)學表達式。七、實驗報告1、比較實驗任務1、2的結果，討論為什么要利用信號發(fā)生器輸出的方波信號

28、來模擬階躍激勵信號，觀察一階RC電路的零狀態(tài)響應和零輸入響應。2、在標準的坐標紙上，按比例繪出實驗任務2、3觀察的波形。3、在實驗任務2中，按表記錄測得的時間常數(shù)，比較實驗測得的時間常數(shù)與理論計算的時間常數(shù)的差異，分析產生誤差的原因。4、根據(jù)實驗任務2、3觀測結果，討論一階RC電路的應用，闡明積分電路和微分電路波形變化的特征。5、根據(jù)實驗任務4的實驗數(shù)據(jù)，繪制RC一階電路構成的無源濾波器的幅頻特性和相頻特性曲線。找出c，并與理論計算值比較，分析誤差原因。6、心得體會及其他。實驗四二階動態(tài)電路響應的測試一、實驗目的1、觀測二階電路零狀態(tài)響應的基本規(guī)律和特點。2、分析電路參數(shù)對電路響應的影響。3、

29、進一步鞏固用示波器觀察電路過渡過程。4、觀察、分析二階電路響應的三種狀態(tài)軌跡及其特點，加深對二階電路響應的認識和理解。二、實驗原理與說明1、含有兩個獨立儲能元件的電路，建立的微分方程為二階微分方程，其相應的電路稱為二階電路。一個二階電路在方波正、負階躍信號的激勵下，可獲得零狀態(tài)與零輸入響應，其響應的變化軌跡決定于電路的固有頻率。當調節(jié)電路的元件參數(shù)值，使電路的固有頻率分別為負實數(shù)、共軛復數(shù)及虛數(shù)時，可獲得單調地衰減、衰減振蕩和等幅振蕩的響應。在實驗中可獲得過阻尼，欠阻尼和臨界阻尼這三種響應圖形。簡單而典型的二階電路是一個RLC串聯(lián)電路和GCL并聯(lián)電路。2、RLC串聯(lián)電路圖4-1 RLC串聯(lián)電路

30、RLC串聯(lián)電路如圖4-1所示。對應的二階微分方程為: (4.1)該方程對應的特征根為 (4.2)電路過渡過程的性質完全由該特征根來決定。式中，稱為衰減系數(shù)； ，稱固有振蕩角頻率； 稱自由振蕩角頻率。 適當選擇電路元件參數(shù)，在方波的上升沿對應的時間內，用示波器可觀察到電路的階躍響應。若電容C和電感L為定值，改變電阻R，電路將出現(xiàn)欠阻尼、臨界阻尼、過阻尼三種動態(tài)過程。 （1）如果R<，則為一對共扼復根，電路過渡過程為欠阻尼的振蕩充電過程，如圖4-2(a)所示。 （2）如果R=，則為兩個相等的負實根，電路過渡過程的性質為臨界阻尼過程，振蕩與非振蕩的臨界情況，如圖4-2(b)所示。（3）如果R&

31、gt;，則為兩個不相等的負實根，電路過渡過程的性質為阻尼的非振蕩過程，如圖4-2(c)所示。 (b) 臨界阻尼波形 (a) 欠阻尼波形 (c) 過阻尼波形圖4-2 二階電路動態(tài)響應過程3、衰減系數(shù)和振蕩頻率d的測量在二階系統(tǒng)的衰減振蕩中，我們可以對系統(tǒng)響應過程的衰減系數(shù)和振蕩頻率d兩個指標進行測量，其測量方法如下： （1）衰減系數(shù)如圖4-2所示，在信號出現(xiàn)衰減振蕩時，測量兩峰值U1m、U2m，振蕩周期為Tm，由公式 （4.3）可得衰減系數(shù) （4.4）（2）振蕩頻率d 在信號出現(xiàn)衰減振蕩時，其響應為 （4.5）其固有頻率可由測出的物理量估計 （4.6）于是可以求得振蕩頻率d為 （4.7）4、GC

32、L并聯(lián)電路圖4-3 GCL并聯(lián)電路GCL并聯(lián)電路如圖4-3所示，該電路與RLC串聯(lián)電路存在對偶關系。對應的二階微分方程為： （4.8）三、實驗設備序號名 稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1函數(shù)信號發(fā)生器12雙蹤示波器13動態(tài)實驗電路板1DGJ-03四、實驗任務與步驟1、觀測二階RLC電路的方波響應（1）按圖4-4所示電路接線。令脈沖信號發(fā)生器的輸出為Um1.5V，f1KHz的方波脈沖，通過同軸電纜接至圖中的激勵端U0，同時用同軸電纜將激勵端和響應輸出接至雙蹤示波器的YA和YB 兩個輸入口。 （2）當R=30K，L=30mH，C=2400PF時，此時電路處于過阻尼狀態(tài)。用示波器觀察并記錄UC（t）的波形。圖

33、4-4 RLC電路接線圖（3）當R=1K，L=30mH，C=2400PF時，此時電路處于欠阻尼狀態(tài)。用示波器觀察并記錄UC（t）的波形。（4）測試在欠阻尼情況下的自由振蕩周期Tm 及UCm1 、UCm2的值，并計算在此狀態(tài)下自由振蕩頻率f和衰減系數(shù)。 （5）將R換為可調電阻，調節(jié)電阻R的阻值，將觀測值填入表中。在方波信號的激勵下，觀察RLC電路的方波響應UC（t）的波形，并測出臨界電阻的數(shù)值。表4-1電路狀態(tài)元 件 參 數(shù)欠阻尼狀態(tài)測量值RLCd過阻尼30K30mH2400PF臨界阻尼30mH2400PF欠阻尼1K30mH2400PF2、觀測二階GCL并聯(lián)電路的方波響應利用動態(tài)電路板中的元件與

34、開關的配合作用，組成如圖4-3所示的GCL并聯(lián)電路。令R110K，L4.7mH，C1000PF，R2為10K可調電阻。令脈沖信號發(fā)生器的輸出為Um1.5V，f1KHz的方波脈沖，通過同軸電纜接至圖中的激勵端U0，同時用同軸電纜將激勵端和響應輸出接至雙蹤示波器的YA和YB 兩個輸入口。 調節(jié)可變電阻器R2之值，觀察二階電路的零輸入響應和零狀態(tài)響應由過阻尼過渡到臨界阻尼，最后過渡到欠阻尼的變化過渡過程，分別定量制表填寫測得參數(shù)數(shù)據(jù)，定性地描繪、記錄響應的典型變化波形。五、實驗注意事項1、為了分析電路元件參數(shù)的變化對響應波形的影響，改變參數(shù)時，應保持示波器Y軸、時間軸靈敏度不變，在同一坐標平面定量描

35、繪響應波形；2、示波器“Y”輸出方式選擇“DC”，為了穩(wěn)定地顯示響應波形，要適當調節(jié)“觸發(fā)電平”旋鈕。六、預習思考題1、根據(jù)二階電路實驗電路元件的參數(shù)， 計算出處于臨界阻尼狀態(tài)的R之值。2、在示波器熒光屏上， 如何測得二階電路零輸入響應欠阻尼狀態(tài)的衰減常數(shù)和振蕩頻率d？七、實驗報告1、根據(jù)觀測結果，在方格紙上描繪二階電路過阻尼、 臨界阻尼和欠尼的響應波形。2、測算欠阻尼振蕩曲線上的與d。3、歸納、總結電路元件參數(shù)的改變對響應變化趨勢的影響。4、心得體會及其他。實驗五 三相交流電路電壓、電流的測量一、實驗目的1、掌握三相負載的星形連接和三角形連接方法。2、掌握三相交流電壓、電流的測量方法。3、理

36、解相電壓、相電流和線電壓、線電流之間的關系以及三相四線制供電系統(tǒng)中中線的作用。二、實驗原理 在三相供電系統(tǒng)中，三相負載可以接成星形（“Y”連接）或三角形（“”連接）。設線電壓為UL，線電流為IL，相電壓為Up，相電流為Ip。1、 三相負載星形“Y0”連接（三相四線制）的電壓、電流測量原理圖如圖5-1圖5-1三相負載星形連接實驗電路（三相四線制）電路分析： 當三相負載對稱時線電壓UL= Up ，IL=Ip ，中線電流Io=0 ，故可省去中線。 當三相負載不對稱時線電壓UL= Up ，IL=Ip ，中線電流Io0 ，必須采用三相四線制供電，不能省去中線。2、三相負載作三角形“”連接的電壓、電流測量

37、 原理圖如圖5-2 圖5-2 三相負載作“”連接實驗線路電路分析： 當三相負載對稱時線電壓UL=Up，IL= Ip 當三相負載不對稱時線電壓UL=Up，IL Ip 三、實驗設備 本次實驗要用到DGJ-2型電工技術實驗裝置上的三相交流電源，三相自耦調壓器，交流電壓表，交流電流表，三相燈組負載，電門插座等部件。四、實驗內容1、三相負載星形“Y0”連接（三相四線制）的電壓、電流測量。按圖5-1連接實驗線路。先將三相調壓器旋柄置于0V輸出位置，經(jīng)指導教師檢查后，方可合上三相電源開關，然后調節(jié)三相調壓器，使輸出的三相線電壓為220V。按照表5-1配置燈負載，分別測量線電流，線電壓，相電壓，中線電流和中點

38、電壓填入表中。觀察并記錄各相燈組亮暗的變化程度，特別要注意觀察中線的作用。2、 三相負載作三角形“”連接的電壓、電流測量。按圖5-2連接實驗線路。先將三相調壓器旋柄置于0V輸出位置，經(jīng)指導教師檢查后接通三相電源，然后調節(jié)三相調壓器，使輸出的三相線電壓為220V。按照表5-2配置燈負載，分別測量線電流，線電壓，相電壓和相電流填入表中。觀察并記錄各相燈組亮暗的變化程度。表5-1測量 數(shù)據(jù)負載情況開燈盞數(shù)線電流線電壓相電壓中線電流I0(A)中點電壓UN0（V）A相B相C相IAIBICUABUBCUCAUA0UB0UC0Y0接平衡負載333Y接平衡負載333Y0接不平衡負載123Y接不平衡負載123Y

39、0接B相斷開1斷3Y接B相斷開1斷3Y接B相短路1短3表5-2 測量 數(shù)據(jù)負載情況開燈盞數(shù)線電壓=相電壓（V）線電流（A）相電流（A）A-B相B-C相C-A相UABUBCUCAIAIBICIABIBCICA 接三相平衡負載333 接三相不平衡負載123五、實驗注意事項1、本次實驗采用三相交流市電，線電壓為380V，應穿絕緣鞋進入實驗室。實驗時要注意人身安全，不可觸及導電部件，防止意外事故發(fā)生。2、每次接線完畢，同組同學應自查一遍，并經(jīng)指導教師檢查后，方可接通電源。每次實驗完畢，都必須將三相調壓器旋柄調回0V位置，每次改接電路，都必須先斷開三相電源，以確保人身安全。要嚴格遵守“先接線，后通電；先

40、斷電后拆線”的實驗操作原則。3、星形負載作短路實驗時，必須首先斷開中線，以免發(fā)生短路事故。六、預習要求1、 復習三相交流電路的有關內容，分析三相星形連接不對稱負載在無中線情況下，當某相負載開路或短路時會出現(xiàn)什么情況？如果接上中線，情況又如何？2、 三相負載根據(jù)什么條件可以作星形或三角形連接？3、 本次實驗中為什么要通過三相調壓器將380V的市電線電壓降為220V的線電壓使用？4、 擬出各實驗內容的操作思路和注意事項。七、實驗報告要求1、用實驗測量數(shù)據(jù)驗證三相電路中的關系。2、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和觀測到的現(xiàn)象，總結三相四線供電系統(tǒng)中中線的作用。3、不對稱三角形連接的負載，能否正常工作？實驗是否能證明這

41、一點？4、根據(jù)不對稱負載三角形連接時的相電流值作相量圖，并求出線電流值，然后與實驗測得的線電流作比較，并進行分析。5、心得體會及其他。實驗六 三相交流電路功率、功率因數(shù)和相序的測量一、實驗目的1、掌握三相交流電路功率、功率因數(shù)和相序的測量方法。2、熟習功率表、功率因數(shù)表的使用方法，了解負載性質對功率因數(shù)的影響。二、實驗原理1、三相負載星形Y0連接時的有功功率測量 圖6-1 三相負載星形Y0連接時的功率測量實驗線路 電路分析： 三相負載吸收的平均有功功率是各相負載吸收的平均有功功率之和。當三相負載不對稱時可用一只功率表分別測量各相的有功功率PA，PB，PC，然后計算出三相總有功功率P= PA+PB+PC （6.1）當三相負載對稱時可用一只功率表測出任意一相的有功功率Pi，再計算出三相總有功功率P= 3Pi。2、三相負載星形Y0連接時的無功功率測量電路分析： 三相負載吸收的無功功率是各相負載吸收的無功功率之和。當三相負載不對稱時可用一只無功功率表分別測量各相的無功功率QA，QB，QC，然后計算出三相無功功率：Q= QA+QB+QC （6.2）當三相負載對稱時可用一只無功功率表測出任意一相的無功功率Qi，再計算出三相無功功率Q。