《電工電子技術(shù)》高職全套教學課件

電工電子技術(shù)項目一直流電路的分析與測量全套可編輯PPT課件163第一部分電路基礎項目一直流電路的分析與測量項目二單相交流電路的分析與測量

第二部分電機與控制項目三三相交流電路的分析與測量項目四三相異步電動機及其控制

第三部分模擬電子技術(shù)項目五半導體元器件及其特性項目六基本放大電路的分析與測量項目七集成運算放大器及其應用項目八直流穩(wěn)壓電源安裝與調(diào)試

第四部分數(shù)字電子技術(shù)項目九數(shù)字電路基礎認知項目十組合邏輯電路及其應用

項目十一時序邏輯電路及其應用任務一電路的組成與工作狀態(tài)任務二電路的基本物理量的計算與測量技能訓練常用電路測量儀器的使用任務四基爾霍夫定律的應用任務三電壓源與電流源的等效變換技能訓練基爾霍夫定律的驗證任務五疊加原理的應用任務六戴維南定理的應用技能訓練疊加定理的驗證技能訓練戴維南定理的驗證將不同的電子電氣器件或設備按一定的方式連接起來，形成的電流通路，就是電路。電路由電源、負載、中間環(huán)節(jié)三部分組成。最簡單的電路如圖1-1所示，電源是一節(jié)干電池，負載是小燈泡，導線和開關是中間環(huán)節(jié)，將電池和小燈連接起來，形成一個簡單的電流通路，完成照明功能。圖1-1簡單照明電路任務一電路的組成與工作狀態(tài)一電路的組成電源是一種能發(fā)出電能的裝置。在日常生產(chǎn)生活中，常用的電源有發(fā)電機、太陽能電板、蓄電池、干電池等，它們分別把機械能、光能、化學能等轉(zhuǎn)換成電能。電源的符號如圖1-2所示，圖1-2(a)為干電池或蓄電池符號，圖1-2(b)為干電池組或蓄電池組的符號。在電路分析中，電源設備一般用圖1-2(c)所示的電壓源來表示，圖中的RS表示電壓源的內(nèi)阻。圖1-2電源的符號任務一電路的組成與工作狀態(tài)電路中的中間環(huán)節(jié)起著傳輸、分配和控制電能的作用。中間環(huán)節(jié)有的簡單，也有的非常復雜。簡單的可以只有一根導線，復雜的可以是超大規(guī)模集成電路或電力輸送線路。而在一般的電路分析中，因為導線的電阻很小，所以常常把導線的電阻視為零。在人們的生產(chǎn)和生活實踐中，電路應用于電力、電子通信、自動控制、計算機以及其他各類系統(tǒng)中，有著不同的功能和作用。電路的作用可以概括為以下兩個方面。(1)實現(xiàn)電能的傳輸和功能轉(zhuǎn)換，例子如圖1-3所示。(2)實現(xiàn)信號的傳遞和處理功能，例子如圖1-4所示。任務一電路的組成與工作狀態(tài)圖1-3電路的電能傳輸和轉(zhuǎn)換功能圖1-4電路的信號傳遞和處理功能在電路分析中，不管是傳輸和轉(zhuǎn)換電能的電路，還是傳遞和變換信號的電路，我們把來自電源或信號源的電壓和電流的輸入稱為激勵，電路中的激勵可以理解為推動電路工作的動力；把激勵在各部分所產(chǎn)生的電壓和電流輸出稱為響應。電路分析的過程就是在已知電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)的情況下，分析激勵和響應之間的關系。實際的電器元件和設備的種類很多，如各種電源、電阻器、電感器、變壓器、電子管、晶體管、固體組件等等，它們發(fā)揮各自的作用，共同實現(xiàn)電路功能。這些電器元件和設備在工作運行中所發(fā)生的物理過程很復雜，因此，為了研究電路的特性和功能，我們必須對電路進行科學抽象，用一些模型來代替實際電器元件和設備的外部功能，這種模型稱為電路模型。構(gòu)成電路模型的元件稱為理想電路元件，也稱為電路元件或者模型元件。理想電路元件分為兩類：一類有實際的元件與它對應，如電阻器、電感器、電容器、電壓源、電流源等；另一類沒有直接與它相對應的實際電路元件，但是它們的某種組合卻能反映出實際電器元件和設備的主要特性和外部功能，如受控源等。如圖1-5所示是電工電子技術(shù)中經(jīng)常使用的幾種理想元件的電路符號。圖1-5常用的幾種理想元件的電路符號任務一電路的組成與工作狀態(tài)在本書中，以后研究的電路均指模型電路。如圖1-6所示的電路圖即為由圖1-1簡單照明電路抽象而成的電路模型，模型中電阻R代表負載(小燈泡),干電池用電壓源E表示，開關為S。

圖1-6簡單照明電路的電路模型任務一電路的組成與工作狀態(tài)電路在不同的工作條件下會呈現(xiàn)不同的工作狀態(tài)，也有不同的特點。充分了解電路不同的工作狀態(tài)和特點對安全用電與正確使用各種類型的電氣設備是十分必要的。直流電路的狀態(tài)包括有載狀態(tài)、開路狀態(tài)和短路狀態(tài)三種。已知某電路如圖1-7所示，ab為電源支路，cd為負載支路，通過開關K連接。圖1-7電路工作狀態(tài)二電路的的工作狀態(tài)1.有載狀態(tài)開關K閉合，接通電源與負載，這時電路為有載工作狀態(tài)。有載工作狀態(tài)下的電路參數(shù)特征如下：負載電流為I=USR+RS負載電壓為UR=IR電源端電壓為U=US-IRS電源產(chǎn)生功率為PS=USI電源輸出功率為P=UI內(nèi)阻消耗功率為ΔP=I2RS功率平衡關系為P=PS-ΔP電源端電壓U在US一定時，與I和RS成反比關系；當RSR時,U≈US。在負載狀態(tài)，電源產(chǎn)生的功率與內(nèi)阻消耗的功率及輸出功率間滿足功率平衡關系。一般電路在有載工作狀態(tài)，負載的大小指負載電流的大小，不是指電阻R的大小，根據(jù)負載電流I與額定電流IN之間的關系，又可分為以下三種運行情況：（1）I=IN，滿載運行。（2）I>IN，過載運行。（3）I<IN，欠載運行，也稱輕載運行。2.開路狀態(tài)圖1-7電路工作狀態(tài)如圖1-7所示的電路中，當開關打開時，電源與負載處于開路狀態(tài)。此時，外電路的電阻對于電源來說是無窮大，根據(jù)歐姆定律，可知電路中的電流I為零，電源的端電壓等于電源的電動勢。開路狀態(tài)下的電路參數(shù)特征如下：電路中的電流為I=0負載端電壓為UR=0電源端電壓為U=US功率為PS=0，P=0，ΔP=0因為電路中的電流I為零，故電路中不存在能量交換。3.短路狀態(tài)圖1-8電路短路狀態(tài)

如圖1-7所示的電路中，當電源的兩端由于某種原因連接在一起時，就成了短路。此時，外電路的電阻可視為零，又由于電源內(nèi)阻RS很小，根據(jù)歐姆定律，可知電路中的電流I很大，如圖1-8所示。短路狀態(tài)下的電路參數(shù)特征如下：電路中的電流為I=IS=USRS負載端電壓為UR=0功率為P=0因為電路中的電流不經(jīng)過負載，所以輸出功率P=0，負載端電壓為零。產(chǎn)生短路的原因是由于絕緣部分損壞或接線不慎，因此應經(jīng)常檢查電氣設備和線路的絕緣情況。通常在電路中接入熔斷器或自動斷路器，以便產(chǎn)生不良后果，有時出于某種需要，可以將電路中某一段短路或進行某種短路實驗。一電路中的基本物理量1.電流1）電流的基本概念用摩擦的方法使物體帶上的正電和負電叫做靜電。打一個形象的比方，就像靜止的空氣和河水不能推動風車和水輪機一樣，靜電不能用于電燈和開動機器。因為只有流動的空氣和河水才能做功,同樣,只有運動的電荷才能帶動電器。物理學上把帶電微粒的定向移動叫做電流。因此，要利用電來照明或者使電風扇轉(zhuǎn)動,都需要有長時間持續(xù)存在的電流。電流的大小為單位時間內(nèi)通過某一導體橫截面的電荷量。用I表示電流，q表示電荷量，t表示時間，則計算電流的公式為I=q/t（1-1）式中，q為時間t內(nèi)通過導體橫截面的電荷量。

電流不是恒定不變的，即不同的時刻，電流大小不一樣，則計算電流的公式可表示為i=dq/dt （1-2）式中，i表示某個時刻的電流大小；dq為某一時刻通過導體橫截面的電荷量；dt為某一時刻時長。

電流的大小稱為電流強度，在國際單位制（SI）中，電流強度的單位為安培，用大寫字母A表示。當1秒（s）內(nèi)通過導體橫截面的電荷量為1庫侖（用大寫字母C表示，1C相當于6.25×1018個電子的電量）時，電流強度為1安培（A）。在電力系統(tǒng)中，遇到的電流常常為幾安（A），幾十安，甚至更大；而在電子設備中電流較小，一般為幾毫安（mA）或微安(μA)。它們之間的換算關系為1kA=103A1mA=10-3A1μA=10-6A

（1-3）任務二電路的基本物理量的計算與測量2）電流的參考方向圖1-9電流的方向圖1-10電流參考方向與實際方向的關系

帶電微粒的定向移動形成了電流，則電流是矢量（即有方向的量）。通常規(guī)定正電荷運動的方向為電流的正方向，負電荷運動的方向為電流的負方向，如圖1-9所示。當然，電流的方向也不是一成不變的，如在分析電路時，有時電流的實際方向難以事先確定，特別是在交流電路中，電流的方向隨時間不斷反復變化，此時，為了分析電路方便，可以選定任一方向作為電流的參考方向,或稱正方向。任務二電路的基本物理量的計算與測量當電流的實際方向與參考方向一致時，則電流值為正值，如圖1-10(a)所示；反之，當電流的實際方向與其參考方向相反時，電流值為負值，如圖1-10(b)所示。因此，在參考方向確定以后，就可以決定電流值的正與負并進行電路分析了。

在電路圖中，用箭頭表示電流的參考方向。在實際應用中，還可以使用雙下標來表示電流方向，例如iAB表示電流的參考方向是由A流向B。若選定參考方向由B流向A，則用iBA表示，兩者相差一個負號，即iAB=-iBA。2.電壓1）電壓的基本概念電壓就像水壓，水壓能使靜止的水按一定的方向流動，那么電壓就是能使導體中電子按一定方向運動的一個物理量。它用來衡量電場力推動正電荷運動，對電荷做功能力的大小。電路中A、B兩點之間的電壓在數(shù)值上等于電場力把單位正電荷從A點移動到B點所做的功。若電場力移動的電荷量為Q，所做的功為W，那么A與B點之間的電壓為UAB=WQ（1-4)

式中,W是電場力把正電荷從A點移到B點所做的功，單位為焦耳，符號為J；Q為被移動的正電荷的電量，單位為庫侖，符號為C；UAB為A、B兩點的電壓，單位為伏特，符號為V。在直流電路中，任意兩點的電壓一般不隨時間變化而變化，其值恒定，稱為恒定電壓或直流電壓，用大寫字母U表示。在交流電路中，任意兩點之間的電壓隨時間變化而變化，電壓有瞬間值、峰值、平均值的概念。例如，照明電路用電為220V，是指電壓的有效值為220V。電力系統(tǒng)中，日常用的電壓一般為幾百伏，輸送電線的電壓為幾千伏（kV）、幾萬伏甚至更大；電子設備中電壓較小，一般為幾伏（V）、幾毫伏（mV）或幾微伏(μV)。它們之間的換算關系為1kV=103V1mV=10-3V1μV=10-6V（1-5）如果正電荷從A點移動到B點失去能量，則電位降低，即A點的電位高于B點；反之，若電荷從A點移動到B點獲得能量，則電位升高，即A點的電位低于B點。因此，正電荷在電路中移動時，電能的增加和減少表現(xiàn)為電位的降低或升高。規(guī)定電壓的實際方向為高電位點指向低電位點。如果電場力推動正電荷沿著電壓的實際方向運動，電位逐點降低，此時，電場力對正電荷所做的功為正功。任務二電路的基本物理量的計算與測量2）電壓的參考方向電壓指電路中兩點之間的電位差，由此可知，電壓是矢量（即有方向的量），需要指定參考方向。如同需要對電流選定參考方向一樣，在分析、計算電路問題時，往往難以預知一段電路兩端電壓的實際方向，為此可事先選定一個方向作為電壓的參考方向。如圖1-11所示的一段電路，規(guī)定A為高電位點，用“+”表示，B為低電位點，用“-”表示，即選取該段電路電壓的參考方向從A指向B。當電壓的實際方向與參考方向一致時，電壓為正值，如圖1-11(a)所示；當電壓的實際方向與參考方向不一致時，電壓為負值，如圖1-11(b)所示。圖1-11電壓參考方向與實際方向的關系這樣，引入電壓的參考方向之后，電壓是一個代數(shù)量。借助電壓的正、負值，并結(jié)合它的參考方向，就能夠確定電壓的實際方向任務二電路的基本物理量的計算與測量電壓的參考方向可以用兩種方法來表示：(1)用“+”、“-”號分別表示假設的高位點和低位點；(2)用雙下標字母表示，如UAB，第一個下標字母A表示假設的高位點，第二個下標字母B表示假設的低位點。在實際應用中，電路兩點間電壓的實際方向常用一種表示極性的方法來表示：高電位點用“+”表示，稱此點為“正”極；反之，低電位點用“-”表示，稱此點為“負”極。3）電流、電壓的關聯(lián)參考方向在電路分析中，電流和電壓的參考方向都是人為指定的，彼此之間互不相關。但是為了分析方便起見，對于同一段電路的電流和電壓往往采用彼此關聯(lián)的參考方向。圖1-12（a）和圖1-12(b)分別表示關聯(lián)參考方向和非關聯(lián)參考方向。電流、電壓的關聯(lián)參考方向是指電流與電壓的參考方向一致，即電流的流向是從電壓的高位點流向電壓的低位點。

圖1-12電流、電壓關聯(lián)參考方向與非關聯(lián)參考方向4）電流、電壓參考方向的幾點說明（1）電流、電壓的實際方向是客觀存在的，有時容易確定，有時難以確定。它們的參考方向是由計算需要人為確定的，在電路分析和計算過程中，以參考方向為基礎；（2）同一段電路中，電流參考方向選擇不同，其數(shù)值相等但符號相反，電壓的情況也一樣，因此，電流值、電壓值的正負只有在選定參考方向的情況下才有意義；（3）在電路分析和計算中，必須先標出電流和電壓的參考方向，才能進行分析和計算；（4）為了方便分析電路，電路上的電流和電壓一般選擇關聯(lián)的參考方向。任務二電路的基本物理量的計算與測量例1.2.1

某一電路如圖1-13所示，各段電路的電流、電壓的參考方向均已標注在圖中。（1）指出哪一段電路的電流與電壓是關聯(lián)參考方向？哪一段是非關聯(lián)參考方向？（2）已知I1=4A，I2=-3A，I3=7A，U1=-20V。指出各段電路電流的實際方向是什么？（3）由(2)中的已知條件判斷，AB段電壓的實際方向是什么？圖1-13例1.2.1用圖解（1）U2和I2、U3和I3是非關聯(lián)參考方向，U1和I1是關聯(lián)參考方向。（2）從已知條件可知，電流I1、I3為正值，表示它們的實際方向與參考方向相同；I2為負值，表示它的實際方向與參考方向相反。（3）從已知條件可知，U1為負值，表示它的實際方向與圖示的參考方向相反，即B點是實際的高電位點，A點是實際的低電位點，該段電壓的實際方向是從B點到A點。任務二電路的基本物理量的計算與測量3.電動勢1）電動勢的基本概念電動勢是描述電源性質(zhì)的重要物理量。電源的電動勢和非靜電力的功密切聯(lián)系。所謂非靜電力，主要是指化學力和磁力，如干電池內(nèi)部化學作用產(chǎn)生的化學力。在電源內(nèi)部，非靜電力把正電荷從負極板移到正極板時要對電荷做功，這個做功的物理過程是產(chǎn)生電源電動勢的本質(zhì)。非靜電力所做的功反映了其他形式的能量有多少變成了電能。因此在電源內(nèi)部，非靜電力做功的過程是能量相互轉(zhuǎn)化的過程。電源的電動勢正是由此定義的，即非靜電力把正電荷從電源負極移到正極所做的功與該電荷電量的比值，稱為電源的電動勢。電源的電動勢用符號E表示，在數(shù)值上等于非靜電力把單位正電荷從電源的低電位端經(jīng)電源內(nèi)部移到高電位端所做的功，單位和電壓一樣，也是伏特（V），電動勢的計算公式為E=Wq（1-6)

式中，E為電動勢；W為非靜電力所做的功，單位為焦耳(J)；q為電荷量。不同的電源由于非靜電力的來源不同，能量轉(zhuǎn)換的形式也不同?；瘜W電動勢(干電池、紐扣電池、蓄電池等)的非靜電力是一種化學作用，電動勢的大小取決于化學作用的種類，與電源大小無關，如干電池無論是1號、2號、5號其電動勢都是1.5V。發(fā)電機的非靜電力是磁場對運動電荷的作用力。光生電動勢(光電池)的非靜電力來源于光電效應。壓電電動勢(晶體壓電點火、晶體話筒等)的非靜電力來源于機械功造成的極化現(xiàn)象。2）電動勢的參考方向電動勢的作用是把正電荷從低電位點移動到高電位點，使正電荷的電勢能增加，所以規(guī)定電動勢的實際方向是由低電位指向高電位，即從電源的負極指向電源的正極。在電路中，電源的極性和電動勢的數(shù)值一般都是已知的，所以一般電動勢的參考方向都取與實際方向相同的方向，即由電源的負極指向電源的正極3）電源端電壓與電動勢的關系（1）電源端電壓U反映的是電場力在外電路將正電荷由高電位點（正極）移向低電位點（負極）做功的能力。電動勢E反映的是電源力將電源內(nèi)部的正電荷從低電位點（負極）移向高電位點（正極）做功的能力。（2）若不考慮電源內(nèi)損耗，則電源電動勢在數(shù)值上與它的端電壓相等，但實際方向相反，即E=-UAB，如圖1-14所示。

電源對電路的作用效果可以用電動勢來表示，也可以用電壓來表示，電動勢E和電壓UAB反映的是同一件事，所以，在很多情況下，常常不是用電動勢E而是用電源正負極之間的電壓來表示電源的作用效果。圖1-14電源電動勢和電壓之間的關系電功，簡單地說就是電流所做的功。電流在經(jīng)過電器設備時會發(fā)生能量的轉(zhuǎn)換，能量轉(zhuǎn)換的大小就是電流所做功的大小，用符號W表示，單位為焦耳（J）。能量轉(zhuǎn)換的速率就是電功率，即單位時間內(nèi)電器設備能量轉(zhuǎn)換的大小，簡稱為功率。電功率的符號用P表示，單位為瓦（W），在電流、電壓關聯(lián)參考方向下，電功率的計算公式為P=dWdt=ui（1-7)P>0時表示元件消耗電功率，P<0時表示元件發(fā)出電功率，即當u與i的實際方向相同時，表明該元件消耗電功率。反之，當u與i的實際方向相反時，表明該元件發(fā)出電功率。4.電功與電功率例1.2.2

某個直流電路如圖1-15所示，取參考方向與實際方向相同，已知電路的電流I=0.8A，元件1兩端的電壓U1=3V，元件2兩端的電壓U2=-1V，元件3兩端的電壓U3=-2V，求各元件的電功率，并指出是消耗電功率還是發(fā)出電功率。

圖1-15例1.2.2用圖任務二電路的基本物理量的計算與測量解元件1：P1=U1×I1=0.8A×3V=2.4VP1>0,元件1消耗電功率；元件2：P2=U2×I2=0.8A×（-1）V=-0.8VP2<0,元件2發(fā)出電功率；元件3：P3=U3×I3=0.8A×（-2）V=-1.6VP3<0,元件3發(fā)出電功率。二、歐姆定律伏安特性就是大家所熟悉的歐姆定律。歐姆定律是電學中的一個基本定律，表明電路中電流、電壓和電阻三者之間的基本關系，表述為：在同一電路中,導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比,跟導體的電阻成反比。其公式為I=UR （1-8)

式中，R為電阻器的電阻大小，國際單位制中，單位為歐姆（Ω）；U為電阻器兩端的電壓，I為流過電阻器的電流。實際應用中歐姆定律有以下兩種。（1）部分電路歐姆定律,也稱做外電路歐姆定律,它忽略電源內(nèi)阻,把電源看成一個理想的電動勢提供者，如圖1-16所示。圖1-16部分電路歐姆定律當電流、電壓為關聯(lián)參考方向時，部分電路歐姆定律可表示為電流=電壓/電阻I=U/R(1-9)上述公式還可以推導出如下公式：電壓=電流×電阻U=I×R電阻=電壓/電流R=U/I

（1-10)

任務二電路的基本物理量的計算與測量（2）全電路歐姆定律,也稱為閉合電路歐姆定律，它不忽略電源中的內(nèi)阻，電源不再是一個理想的電動勢提供者，而是一個具有內(nèi)阻的電源，如圖1-17所示。圖1-17全電路歐姆定律圖1-17中，電源的內(nèi)阻用RS表示，當電流、電壓為關聯(lián)參考方向時，全電路歐姆定律表示為電源的電動勢=外電路的電壓+電流×電源的內(nèi)阻

即U=U′+I×RS （1-11)

也可表示為電源的電動勢=總電阻×電流

即U=I×(R+RS) （1-12)

式（1-11）和式(1-12)中的電流含義相同。任務二電路的基本物理量的計算與測量例1.3.1

如圖1-17所示，電源兩端的電壓為3V,內(nèi)阻為0.2Ω,電阻器的電阻為6Ω。（1）忽略電源內(nèi)阻,求電路中的電流？（2）不忽略電源內(nèi)阻,求電路中的電流？圖1-17解（1）忽略電源內(nèi)阻，即RS=0,運用部分電路歐姆定律進行求解。I=UR=3V6Ω=0.5A(2)不忽略電源內(nèi)阻，即RS=0.2Ω,運用全電路歐姆定律進行求解。I=UR+RS=3V(6+0.2)Ω≈0.484A技能訓練常用電路測量儀器的使用一、實驗目的（1）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、原理說明（1）為了準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。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1-18所示。A為被測內(nèi)阻(RA)的直流電流表。測量時先斷開開關S，調(diào)節(jié)直流電流源的輸出電流I使A表指針滿偏轉(zhuǎn)。然后合上開關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R1為固定電阻器之值，RB可由電阻箱的刻度盤上讀得。IA＝IS＝I/2

RA＝RB//R1圖1-18可調(diào)直流電流源技能訓練常用電路測量儀器的使用（3）用“分壓法”測量電壓表的內(nèi)阻。如圖1-19所示。V為被測內(nèi)阻(RV)的直流電壓表。測量時先將開關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S，調(diào)節(jié)RB使電壓表V的指示值減半。此時有： RV＝RB＋R1電壓表的靈敏度為： S＝RV/U(Ω/V)式中U為電壓表滿偏時的電壓值。圖1-19可調(diào)直流穩(wěn)壓源技能訓練常用電路測量儀器的使用

圖1-20示例電路技能訓練常用電路測量儀器的使用

技能訓練常用電路測量儀器的使用三、實驗設備名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1可調(diào)直流穩(wěn)壓電源0~30V12可調(diào)直流恒流源0~500mA13指針式萬用表MF-47或其他1自備4元件箱1TKDG05序號技能訓練常用電路測量儀器的使用技能訓練常用電路測量儀器的使用四、實驗內(nèi)容1）根據(jù)“分流法”原理測定指針式萬用表（MF47型或其他型號）直流毫安0.5mA和5mA檔量限的內(nèi)阻。線路如圖1-18所示。被測電流表量限計算內(nèi)阻S斷開時表讀數(shù)（mA）S閉合時表讀數(shù)（mA）RB（Ω）R1（Ω）計算內(nèi)阻RA（Ω）0.5mA5mA（2）根據(jù)“分壓法”原理按圖1-19接線，測定指針式萬用表直流電壓2.5V和10V檔量限的內(nèi)阻被測電流表量限計算內(nèi)阻S閉合時表讀數(shù)（V）S斷開時表讀數(shù)（V）RB（KΩ）R1（KΩ）計算內(nèi)阻Rv（KΩ）S(Ω/V)2.5V10V技能訓練常用電路測量儀器的使用技能訓練常用電路測量儀器的使用（3）用指針式萬用表直流電壓10V檔量限測量圖1-20電路中R1上的電壓U′R1之值，并計算測量的絕對誤差與相對誤差。UR2R1R10V(KΩ)）計算值UR1（V)實測值U′R1(V)絕對誤差(V)相對誤差%10V10KΩ50KΩ五、實驗注意事項（1）在開啟DG04掛箱的電源開關前，應將兩路直流隱壓電源的輸出調(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，輸出細調(diào)旋鈕應調(diào)至最小。接通電源后，再根據(jù)實驗需要緩慢調(diào)節(jié)。（2）當恒流源輸出端接有負載時，如果需要將其粗調(diào)旋鈕由低檔位向高檔位切換，必須先將其細調(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）電壓表應與被測電路并接，電流表應與被測電路串接，并且都要注意正、負極性與量程的合理選擇。（4）實驗內(nèi)容1、2中，R1與RB并聯(lián)，可使阻值調(diào)節(jié)比單只電阻容易。R1的取值應與RB相近。（5）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，實驗中所列的電流、電壓量程及選用的RB、R1等均會不同。實驗時應按選定的表型自行確定。技能訓練常用電路測量儀器的使用六、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。（3）如圖1-21（a）、(b)為伏安法測量電阻的兩種電路，被測電阻的實際阻值為Rx,電壓表的內(nèi)阻為Rv,電流表的內(nèi)阻為RA,求兩種電路測量電阻Rx的相對誤差。圖1-21技能訓練常用電路測量儀器的使用七、實驗報告（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)應用場合。（3）對思考題的計算。技能訓練常用電路測量儀器的使用

電源是電路中一個非常重要的裝置，它的作用是將非電能轉(zhuǎn)換為元件的電能或電信號，為電路提供電能，生活中常見的電源有干電池、蓄電池、太陽能電池、發(fā)電機和電子穩(wěn)壓、穩(wěn)流裝置等。

電源可以用兩種不同的電路模型來表示。一種是用電壓的形式來表示，稱為電壓源；一種是用電流的形式來表示，稱為電流源。圖1-22理想電壓源與實際電壓源對照圖電壓源是實際電源的一種抽象，它向外電路提供較為穩(wěn)定的電壓，其輸出電壓不隨負載變化而變化，即伏安特性U=f(I)是一條平行于I軸的直線，可以這樣向外電路提供穩(wěn)定電壓的電源稱為電壓源。理想的電壓源具有如下兩個基本性質(zhì)：一、電壓源(1)理想的電壓源的輸出電壓值是一個恒定值。(2)流過理想電壓源的電流不由電壓源本身決定，而由與它連接的外電路來確定。理想電壓源的幾點說明：(1)在實際生活中，理想電壓源是不存在的，但有些實際電源在一定條件下可近似地看做理想電壓源,例如，在一定條件下，電源的內(nèi)阻很小，其輸出電壓幾乎不隨負載變化而變化，這樣的電源可以看成是理想電壓源。(2)實際電源可以用一個理想電壓源E和一個小電阻串聯(lián)R0的模型來表示。當電壓源中有電流流過時，必然在內(nèi)阻上產(chǎn)生電壓降，因此，實際電壓源的端電壓U可表示為U=E-IR0（1-26）(3)電源內(nèi)阻RS越小，輸出電壓變化越小，也就越穩(wěn)定，當內(nèi)阻RS為零（相當于電源的內(nèi)阻RS短路）時，端電壓U等于電源輸出E，此時，可看成是理想電壓源。理想電壓源和實際電壓源的對照如圖1-22所示。任務三電壓源與電流源的等效變換二、電流源

電流源是實際電源的一種抽象，它向外電路提供較為穩(wěn)定的電流，其輸出電流不隨負載變化而變化，即伏安特性U=f(I)是一條垂直于I軸的直線，可以這樣向外電路提供穩(wěn)定電流的電源，稱為電流源。理想的電流源具有如下兩個基本性質(zhì)：(1)理想電流源的輸出電流值是一個恒定值。(2)理想電流源兩端的端電壓不由電流源本身決定，而由與它連接的外電路來確定。理想電流源的幾點說明：(1)與理想電壓源一樣，在實際生活中，理想電流源也是不存在的，但有些實際電源在一定條件下可近似地看做理想電流源，例如，在一定條件下，電源的內(nèi)阻很大，其輸出電流幾乎不隨負載變化而變化，這樣的電源就可以看成是理想電流源。(2)實際電源可以用一個理想電流源IS和一個大電阻RS并聯(lián)的模型來表示。當有電流流過大電阻RS時，必然會產(chǎn)生分流作用，因此，實際流過電流源的電流I與電流源產(chǎn)生的電流IS之間的關系可表示為I=IS-U/RS （1-27）理想電流源和實際電流源的對照，如圖1-23所示。圖1-23理想電流源與實際電流源對照圖任務三電壓源與電流源的等效變換（3）電源內(nèi)阻RS越大，輸出電流變化越小，也就越穩(wěn)定，當內(nèi)阻RS為無窮大∞（相當于電源的內(nèi)阻RS短路）時，流過電流源的電流I等于電流源產(chǎn)生的電流IS，可看成是理想電流源。任務三電壓源與電流源的等效變換

在電路分析當中，有些復雜的電路網(wǎng)絡中含有多個電源（電壓源和電流源），常常需要將電源進行合并，成為一個等效電源，這種從復雜到簡化等效電路的分析方法稱為電源等效變換法。

一個實際電源可以用電壓源模型來等效，也可以用電流源模型來等效。在電路分析時，為了方便，當兩個電源模型滿足一定條件時，就可以等效互換，對負載和外電路效果都是一樣的，這種方法稱為電壓源和電流源等效變換。已知一個電壓源電路模型和一個電流源電路模型，如圖1-24示。三、電壓源和電流源的等效變換圖1-24理想電壓源和理想電流源的等效變換圖1-24(a)中，根據(jù)基爾霍夫電壓定律，可列出如下方程：I=E/（R+RS）

（1-28）圖1-24(b)中，根據(jù)基爾霍夫電壓定律，可列出如下方程：I=IS-ISR

/（R+RS）I=ISRS/（R+RS）

（1-29）從式（1-28）和式(1-29)可以得出，電壓源與電流源等效變換的條件是它們的內(nèi)阻RS相等。它們之間的變換公式為E=ISRS

（1-30）圖1-24理想電壓源和理想電流源的等效變換說明：（1）因為理想電壓源的電壓恒定不變，所以任何與理想電壓源并聯(lián)的元件對外電路不起作用，等效變換或電路分析時可以省掉。（2）同理，因為理想電流源的電流也是恒定不變的，所以與理想電流源串聯(lián)的任何元件對外電路不起作用，等效變換或電路分析時可以省掉。（3）因為理想電壓源的內(nèi)阻等于零，理想電流源的內(nèi)阻等于無窮大，所以理想電壓源與理想電流源之間不存在等效變換，本節(jié)講的是電壓源與電流源的等效變換。（4）電壓源與電流源進行等效變換時，要注意電壓源E與電流源IS的參考方向。任務三電壓源與電流源的等效變換例1.8.1

已知某一多電源電路如圖1-25所示，請用電源等效變換分別把它們簡化成電壓源和電流源圖1-25例1.8.1用圖解（1）簡化為電壓源。根據(jù)電壓源與電流源的轉(zhuǎn)換公式，可將3A的電流源和8Ω的電阻等效為24V的電壓源和8Ω的內(nèi)阻，根據(jù)圖中電流源的參考方向，可得等效后的電壓源的方向如圖1-26所示。

再根據(jù)基爾霍夫電壓定律，可得最后的電壓源如圖1-27所示。圖1-26示例圖圖1-27例1.8.1簡化后的電壓源任務三電壓源與電流源的等效變換（2）簡化為電流源。將29V的電壓源和8Ω的電阻等效為一個電流為3.625A、內(nèi)阻為8Ω的電流源，如圖1-28所示。圖1-28例1.8.1簡化后的電流源任務三電壓源與電流源的等效變換任務四

基爾霍夫定律的應用

在學習電路時,經(jīng)常會用歐姆定律、并聯(lián)和串聯(lián)等知識去解決一些電路的計算問題。這些知識在解決一些簡單的電路問題時沒有問題，但如果遇到一些復雜的電路問題，如圖1-29所示的電橋電路時，就非常困難了。本節(jié)通過介紹基爾霍夫定律來解決這些問題。圖1-29電橋電路在一個電路的內(nèi)部，各段的電流、電壓之間相互影響、相互制約，成為一個具有內(nèi)在規(guī)律的統(tǒng)一系統(tǒng)?；鶢柣舴蚨删褪菑碾娐返恼w揭示電路各段之間電流、電壓之間的必然聯(lián)系的。圖1-29電橋電路在學習基爾霍夫定律之前，先學習幾個相關的電路名詞和術(shù)語。支路：電路中的每一分支均稱為支路。結(jié)點：電路中三條或三條以上的支路相連接的點稱為結(jié)點，如圖1-29中的a點和b點。回路：一條或多條支路所組成的閉合回路。網(wǎng)孔：中間沒有支路穿過的獨立回路。無論一個電路有多復雜，它都是由一些結(jié)點、支路和閉合回路組成的?；鶢柣舴蚨梢?guī)定了電路中任一結(jié)點電流和任一閉合回路各段電壓所必須服從的約束關系，是電路分析的基本理論依據(jù)?；鶢柣舴蚨砂▋蓚€部分：基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律（KVL）?；鶢柣舴螂娏鞫蓱糜诮Y(jié)點，基爾霍夫電壓定律應用于回路。任務四

基爾霍夫定律的應用任務四

基爾霍夫定律的應用一、基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律的英文縮寫為KCL。1.基爾霍夫電流定律及其應用

基爾霍夫電流定律是如何表述的呢？下面根據(jù)一個相關的例子來介紹基爾霍夫電流定律。日常生活中的水管，往往在主干水管接了很多的分支，分支的一端會連接到居民家里，居民的用水量可以由安裝在家里的水表讀出來。有時候我們想知道在這條主干上的水流量，是不是就要把所有居民的水表讀出然后加起來呢？當然不是，只要讀出安裝在主干上水表的讀數(shù)就知道了居民的總用水量，同理對于電路也是如此。基爾霍夫電流定律是有關結(jié)點電流的定律，文字描述及方程式為：（1）電路中任一瞬間，流出任一結(jié)點的電流之和恒等于流入結(jié)點的電流之和。流入、流出指參考方向是指向還是背向結(jié)點。指向為流入，背向為流出。

∑i出=∑i入或∑i入=∑i出 (1-21)（2）電路中任一瞬間，任意結(jié)點上電流代數(shù)和恒等于零。正、負由參考方向決定，一般流入為正，流出為負。

∑i=0 （1-22)任務四

基爾霍夫定律的應用

以圖1-30電路中的A點為例，本點處的基爾霍夫電流公式為i1=i2+i3或i1-i2-i3=0 （1-23)

圖1-30A點的基爾霍夫電流定律列寫基爾霍夫電流方程的步驟為：（1）選定結(jié)點。（2）標出各支路電流的參考方向。（3）針對結(jié)點應用基爾霍夫電流定律（KCL）列出方程。任務四

基爾霍夫定律的應用2.基爾霍夫電流定律的擴展應用根據(jù)電流連續(xù)性原理，基爾霍夫定律不僅適用于結(jié)點，還可以應用于電路的某一部分?；鶢柣舴蚨蓴U展應用表示為電路中任意假設的封閉面（廣義結(jié)點），其電流代數(shù)和等于零，如圖1-31所示。圖1-31基爾霍夫電流定律擴展應用任務四

基爾霍夫定律的應用例1.6.1如圖1-32所示，在給定電流參考方向I1=4A，I2=2A，I3=-5A，I4=3A，I5=-3A，求I6的大??？圖1-32示例圖解根據(jù)KCL，得I1-I2-I3+I4+I5-I6=0I6=I1-I2-I3+I4+I5=4A-2A-(-5)A+3A+(-3)A=7A二、基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律的英文縮寫為KVL。1.基爾霍夫電壓定律及其應用基爾霍夫電壓定律是確定一個回路內(nèi)部各段電壓之間關系的定律，文字描述為：（1）電路中任一瞬間，沿任一回路各段電壓的代數(shù)和恒等于零。（2）在任意閉合回路中，電動勢代數(shù)和等于電阻壓降的代數(shù)和。

如圖1-33所示,回路①中的KVL為依據(jù)文字描述（1）可得表達式為I1R1-US1+I3R3=0，即∑U=0 （1-24)任務四

基爾霍夫定律的應用圖1-33基爾霍夫電壓定律依據(jù)文字描述（2）可得表達式為US1=I1R1+I3R3，即∑E=∑IR（1-25)列寫基爾霍夫電壓方程的步驟為：（1）選定回路，標出回路繞行的方向，繞行方向標注方法有以下兩種，即順時針法和逆時針法。（2）標出各支路電流、電壓的參考方向。（3）對回路應用KVL定律列出方程。任務四

基爾霍夫定律的應用2.基爾霍夫電壓定律的擴展應用

基爾霍夫電壓定律不僅適用于實在的閉合回路，而且適用于閉合的假想回路，可推廣應用到任何一個開口電路。例如圖1-34所示中A、C兩點之間的電壓UAC，可假想A、C之間是連通的，構(gòu)成閉合回路A-B-C-A。條件是A、C兩點之間的電壓UAC保持不變。列出的KVL方程為US+U4-U3-UAC=0

式中，UAC為KVL擴展的一個替代電壓。圖1-34基爾霍夫電壓定律的擴展應用任務四

基爾霍夫定律的應用任務四

基爾霍夫定律的應用例1.6.2已知某電路如圖1-35所示，US=21V，IS=2Ａ，R1=2Ω,R2=4Ω，求:(1)電流源的端電壓U；(2)A、B兩點之間的電壓UAB。圖1-35例1.6.2用圖解(1)電流源是向外提供恒定電流的，電流源兩端也有電壓，取其電壓為U，根據(jù)KVL，列出方程為US-ISR1-ISR2-U=0代入數(shù)據(jù)計算得21V-2A×2Ω-2A×4Ω-U=0U=9V(2)根據(jù)KVL的擴展應用可得US-ISR1-UAB=0代入數(shù)據(jù)計算得UAB=US-ISR1=21V-2A×2Ω=17V基爾霍夫的兩個定律是電路分析中最重要的基本定律之一，應該深入理解，認真掌握其應用。任務四

基爾霍夫定律的應用技能訓練基爾霍夫定律的驗證一、實驗目的1）驗證基爾霍夫定律的正確性，加深對基爾霍夫定律的理解。2）學會用電流表連接電流插頭、插座測量各支路電流。3）學會用電壓表測量各元件兩端電壓。二、實驗原理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元件兩端的電壓，應能分別滿足基爾霍夫電流定律(KCL)和電壓定律(KVL)?；鶢柣舴螂娏鞫?KCL)：即對電路中的任一個節(jié)點而言，應有∑I=0?；鶢柣綦妷憾?KVL)：對任何一個閉合回路而言，應有∑U=0。運用上述定律時必須注意各支路或閉合回路中電流的正方向，此方向可預先任意設定。三、實驗設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0～30V二路2萬用表MF-47或其他1自備3直流數(shù)字電壓表0-200V14基爾霍夫定律實驗電路板DGJ-03表3.1技能訓練基爾霍夫定律的驗證四、實驗內(nèi)容用DGJ-03掛箱的“基爾霍夫定律”線路，連接線路，如圖1-36所示。圖1-36圖1-37技能訓練基爾霍夫定律的驗證1）實驗前先任意設定三條支路和三個閉合回路的電流正方向。圖1-36中的I1、I2、I3的方向已設定。三個閉合回路的電流正方向可設為ADEFA、BADCB和FBCEF。2）分別將兩路直流穩(wěn)壓電源接入電路，令U1=6V，U2=12V。3）熟悉電流插頭的結(jié)構(gòu)，如圖1-37所示，將電流插頭的兩端接至數(shù)字毫安表的“+、-”兩端。4）將電流插頭分別插入三條支路的三個電流插座中，讀出電流值并記入表3.2。5）用直流數(shù)字電壓表分別測量兩路電源及電阻元件上的電壓值，記入表3.2。技能訓練基爾霍夫定律的驗證被測量I1(mA)I2(mA)I3(mA)U1（V）U2(V)UFA(V)UAB（V）UAD（V）UCD(V)UDE(V)計算值測量值相對誤差表3.2技能訓練基爾霍夫定律的驗證五、實驗注意事項1）本實驗電路板系多個實驗通用，本次實驗需用到電流插座。2）所有需要測量的電壓值，均以電壓表測量的讀數(shù)為準。U1、U2也需測量，不應取電源本身的顯示值。3）防止穩(wěn)壓電源兩個輸出端碰線短路。4）用指針式電壓表或電流表測量電壓或電流時，如果儀表指針反偏，則必須調(diào)換儀表極性，重新測量。此時指針正偏，可讀得電壓或電流值。若用數(shù)顯電壓表或電流表測量，則可直接讀出電壓或電流值。但應注意：所讀得的電壓或電流值的正確的正、負號應根據(jù)設定的電流參考方向來判斷。技能訓練基爾霍夫定律的驗證六、預習思考題（1）根據(jù)圖3.1的電路參數(shù)，計算出待測的電流I1、I2、I3和各電阻上的電壓值，記入表中，以便實驗測量時，可正確地選定毫安表和電壓表的量程。（2）實驗中，若用指針式萬用表直流毫安檔測各支路電流，在什么情況下可能出現(xiàn)指針反偏，應如何處理?在記錄數(shù)據(jù)時應注意什么?若用直流數(shù)字毫安表進行測量時，則會有什么顯示呢?技能訓練基爾霍夫定律的驗證七、實驗報告（1）實驗名稱：（2）實驗目的：（3）實驗原理：簡單說明原理，并附上實驗電路圖。（4）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，選定節(jié)點A，驗證KCL的正確性。（5）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，選定實驗電路中的任一個閉合回路，驗證KVL的正確性。技能訓練基爾霍夫定律的驗證任務五

疊加原理的應用在電路中，電源是提供電能的裝置，當一個電路中有多個電源時，各支路上的電流和電器元件兩端的電壓是這多個電源共同作用的結(jié)果。疊加原理是指在線性電路中，任一支路上的電流或元件兩端的電壓都是電路中各個電源單獨作用時在該支路中產(chǎn)生的電流或元件兩端電壓的代數(shù)和。疊加原理是線性電路中的一個重要原理，它反映了線性電路的兩個基本特點：疊加性和比例性。下面通過求解如圖1-38所示電路中的I3來說明疊加原理。圖1-38疊加原理圖

{{任務五

疊加原理的應用

{任務五

疊加原理的應用使用疊加原理時，應注意的幾個問題：(1)疊加原理只能用來計算和分析線性電路上的電流和電壓，對非線性電路，疊加原理不適用。(2)在使用疊加原理進行計算時，要注意電流和電壓的參考方向，求和時要注意各個電流和電壓的正負。(3)疊加之前分離各個電源時，對于其他的電源，電壓源用短路來代替，電流源用開路來代替。(4)像功率等，不是電流或電壓一次函數(shù)的量，不能用疊加原理來計算。任務五

疊加原理的應用一、實驗目的（1）驗證線性電路疊加定理的正確性，加深對線性電路的疊加性的認識和理解。（2）學習雙路穩(wěn)壓電源的使用方法。二、實驗原理疊加定理指出：在有多個獨立源共同作用下的線性電路中，通過任何一條支路的電流或其兩端的電壓，可以看成是由每一個獨立電源單獨作用時在該支路上所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。當某一獨立電源單獨作用時，其他獨立電源應為零，即獨立電壓源短路，獨立電流源開路。技能訓練疊加定理的驗證三、實驗器材序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1直流穩(wěn)壓電源0~30V可調(diào)二路2萬用表MF-47或其他1自備3直流數(shù)字電壓表0~200V14直流數(shù)字毫安表0~200mV15迭加原理實驗電路板1DGJ-03表3.3技能訓練疊加定理的驗證四、實驗內(nèi)容實驗線路如圖1-39所示，用疊加原理電路板。圖1-39技能訓練疊加定理的驗證1）將兩路穩(wěn)壓源的輸出分別調(diào)節(jié)為12V和6V，接入U1和U2處。（2）令U1電源單獨作用，將開關K1投向U1側(cè)，開關K2投向短路側(cè)。用直流數(shù)字電壓表和毫安表(接電流插頭)測量各支路電流及各電阻元件兩端的電壓，將數(shù)據(jù)記入表34。（3）令U2電源單獨作用，將開關K1投向短路側(cè)，開關K2投向U2側(cè)，重復實驗步驟2的測量和記錄，將數(shù)據(jù)記入表3.4。（4）令U1和U2共同作用，將開關K1和K2分別投向U1和U2側(cè)，重復上述的測量和記錄，將數(shù)據(jù)記入表3.4。技能訓練疊加定理的驗證表3.4測量項目實驗內(nèi)容U1(V)U2(V)I1（mA）I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)U1單獨作用U2單獨作用U1U2共同作用技能訓練疊加定理的驗證（5）將R5換成二極管，將開關K3投向二極管側(cè)，重復1～4的測量過程，數(shù)據(jù)記入表3.5。測量項目實驗內(nèi)容U1(V)U2(V)I1（mA）I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)U1單獨作用U2單獨作用U1U2共同作用表3.5（6）任意按下某個故障設置按鍵，重復實驗內(nèi)容4)的測量和記錄，再根據(jù)測量結(jié)果判斷出故障的性質(zhì)。技能訓練疊加定理的驗證五、實驗注意事項

（1）用電流插頭測量各支路電流時，或者用電壓表測量電壓時應注意儀表的極性，正確判斷測得值的+、一號后，將數(shù)據(jù)記入表格。

（2）根據(jù)電路中實際電流和電壓值的大小，注意及時更換儀表的量程。六、預習思考題（1）在疊加原理實驗中，要令U1、U2分別單獨作用，應如何操作?可否直接將不作用的電源U1或U2短接置零?（2）實驗電路中，若有一個電阻器改為二極管，試問疊加原理的迭加性成立嗎?為什么?技能訓練疊加定理的驗證七、實驗報告（1）實驗名稱：（2）實驗目的：（3）實驗原理：簡單說明原理，并附上實驗電路（4）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)認真填寫表3.4和3.5。（5）各電阻器所消耗的功率能否用疊加原理得出？試用上述實驗數(shù)據(jù)進行驗證。（6）通過實驗和分析表3.4和3.5的實驗數(shù)據(jù)，得出什么樣的結(jié)論？技能訓練疊加定理的驗證任務六戴維南定理的應用一、基本知識

任何一個通過兩個端點與外電路相連接的網(wǎng)絡，不管其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如何，都稱為二端網(wǎng)絡。如圖1-40（a）、(b)所示的電路都是二端網(wǎng)絡。

根據(jù)二端網(wǎng)絡內(nèi)部是否包含獨立的電源，二端網(wǎng)絡可分為有源二端網(wǎng)絡和無源二端網(wǎng)絡。如圖1-40(a)所示的二端網(wǎng)絡為無源二端網(wǎng)絡，即網(wǎng)絡內(nèi)部不包含獨立的電源；如圖1-40(b)所示的二端網(wǎng)絡內(nèi)部包含獨立的電源，稱為有源二端網(wǎng)絡。一般在書面表示中，用一個帶有字母P的方框表示無源二端網(wǎng)絡，如圖1-41(a)所示；用一個帶有字母A的方框表示有源二端網(wǎng)絡，如圖1-41(b)所示。圖1-40二端網(wǎng)絡圖1-41二端網(wǎng)絡的表示符號任務六戴維南定理的應用1.無源線性二端網(wǎng)絡的等效電阻

任何一個無源線性二端網(wǎng)絡，其端電壓與端電流之間的關系是線性的，它們的比值是一個常數(shù)。所以，一個無源線性二端網(wǎng)絡總可以用一個等效電阻R0來代替，該等效電阻稱為無源線性二端網(wǎng)絡的輸入電阻。無源線性二端網(wǎng)絡的等效電阻一般可以用如下兩種方法求得：（1）直接利用電阻的串、并聯(lián)或YΔ等效變換等方法逐步簡化求得，這種方法適用于電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)已知的情況。

（2）外加電源法，如圖1-42所示，在無源線性二端網(wǎng)絡P的端口施加一激勵電源US（或IS），可測量或計算網(wǎng)絡端口的響應I（或U）,通過計算得到等效電阻R0為R0=U/SI=U/IS （1-31）

這種方法對于那些結(jié)構(gòu)及元件參數(shù)不清楚的網(wǎng)絡,可利用實驗進行測量求解。任務六戴維南定理的應用二、無源線性二端網(wǎng)絡等效電阻和戴維南定理圖1-42無源線性二端網(wǎng)絡外加激勵任務六戴維南定理的應用2.戴維南定理

對于一個有源線性二端網(wǎng)絡，對外電路來說，可以用一個電壓源和電阻串聯(lián)電路來等效。該電壓源的電壓等于有源二端網(wǎng)絡的開路電壓Uoc；電阻等于將有源線性二端網(wǎng)絡變成無源線性二端網(wǎng)絡后的等效電阻R0，這就是戴維南定理。用一個電壓源和電阻串聯(lián)電路來等效的模型稱為戴維南等效模型。下面通過求解如圖1-43所示有源線性二端網(wǎng)絡電路中的戴維南等效電路來進一步說明戴維南定理的內(nèi)容。圖1-43戴維南定理等效求解任務六戴維南定理的應用圖1-44中，(a)為原電路，（b)為戴維南等效電路。有源二端網(wǎng)絡的開路電壓就是端口電流為零時的端電壓，求解請參考圖1-44(a)；等效電阻R0就是網(wǎng)絡中無電源情況下的電阻大小，即把獨立電源全部視為零，讓其短路或開路，求解請參考圖1-44（b）。

解有源二端網(wǎng)絡的等效電壓Uoc得Uoc=18V解有源二端網(wǎng)絡的等效電阻R0得R0=8Ω圖1-44求解等效電壓和等效電阻任務六戴維南定理的應用技能訓練

戴維南定理的驗證一、實驗目的（1）驗證戴維南定理的正確性，加深對該定理的理解。（2）掌握測量有源二端網(wǎng)絡等效參數(shù)的一般方法。圖1-45（1）任何一個線性含源網(wǎng)絡，如果僅研究其中一條支路的電壓和電流，則可將電路的其余部分看作是一個有源二端網(wǎng)絡。戴維南定理指出：任何一個線性有源網(wǎng)絡，總可以用一個電壓源與一個電阻的串聯(lián)來等效代替，此電壓源的電動勢Us等于這個有源二端網(wǎng)絡的開路電壓Uoc，其等效內(nèi)阻Ro等于該網(wǎng)絡中所有獨立源均置零(理想電壓源視為短接，理想電流源視為開路)時的等效電阻。Uoc(Us)和R0稱為有源端網(wǎng)絡的等效參數(shù)。二、實驗原理技能訓練

戴維南定理的驗證（2）有源二端網(wǎng)絡等效參數(shù)的測量方法①開路電壓、短路電流法測R0在有源二端網(wǎng)絡輸出端開路時，用電壓表直接測其輸出端的開路電壓Uoc，然后再將其輸出短路，用電流表測其短路電流ISC，則等效內(nèi)阻為R0=UOC/ISC如果二端網(wǎng)絡的內(nèi)阻很小，若將其輸出端口短路，則易損壞其內(nèi)部元件，因此不宜用此法。②伏安法測R0用電壓表、電流表測出有源二端網(wǎng)絡的外特性曲線，如圖1-45所示。根據(jù)外特性曲線求出斜率tgφ，則內(nèi)阻R0=tgφ=ΔU/ΔI=UOC/ISC技能訓練

戴維南定理的驗證三、實驗設備表3-6序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1壓電源0~30V12直流恒流源

0~500mA13直流數(shù)字電壓表0~200V14直流數(shù)字毫安表0~200mA15萬用表MF-47或其他1自備6可調(diào)電阻箱0~99999.9Ω1DGJ-057電位器1K/2W1DGJ-058戴維南定理實驗電路板1DGJ-03技能訓練

戴維南定理的驗證四、實驗內(nèi)容被測有源二端網(wǎng)絡如圖1-46（a）所示。圖1-46技能訓練

戴維南定理的驗證(1)用開路電壓、短路電流法測定戴維南等效電路的Uoc、Ro按圖1-46（a）接入穩(wěn)壓電源Us=12V，恒流源Is=10mA，不接入RL。測出Uoc和ISC,計算出Ro。(測Uoc時，不接入毫安表。Uoc(V)Isc(mA)Ro=Uoc/Isc(Ω)表3-7技能訓練

戴維南定理的驗證(2)負載實驗按圖1-46（a)接入RL。改變RL阻值為1k、2k、.......9k，測出有源二端網(wǎng)絡的外特性曲線，所測數(shù)據(jù)記入表3.8中。表3.8實驗記錄1RL/kΩ123456789U/VI/mA技能訓練

戴維南定理的驗證RL/kΩ123456789U/VI/mA(3)驗證戴南定理：從電阻箱上取得按步驟“1)”所得的等效電阻R0值，然后把直流電壓源調(diào)到按步驟“1)”所測得的開路電壓Uoc值，與R0串聯(lián)，如圖1-46(b)所示。仿照步驟“2)”測其外特性，對戴南定理定理進行驗證，所測數(shù)據(jù)記入表3.9中。表3.9實驗記錄2技能訓練

戴維南定理的驗證(4)有源二端網(wǎng)絡等效電阻RO的直接測量法。在圖1-46(a)中，將被測有源二端網(wǎng)絡內(nèi)的所有獨立電源置零（去掉電流源IS和電壓源US，并在原電壓源所接的兩點用一根導線接），然后直接用多用表的歐姆擋測負載開路時A、B兩點間的電阻，即得有源二端網(wǎng)絡的等效電阻R0。技能訓練

戴維南定理的驗證五、實驗注意事項(1)測量時應注意電流表量程的更換。(2)步驟“4)”中，電壓源置零時不可將穩(wěn)壓源短接。(3)用多用表直接測Ro時，網(wǎng)絡內(nèi)的獨立源必須先置零，以免損壞萬用表。其次，歐姆檔必須經(jīng)調(diào)零后再進行測量。(4)改接線路時，要關掉電源。六、預習思考題（1）在求戴維南等效電路時，作短路試驗條件是什么?在本實驗中可否直接作負載短路實驗?請實驗前對線路3.5(a)預先作好計算，以便調(diào)整實驗線路及測量時可準確地選取電表的量程。（2）說明測有源二端網(wǎng)絡開路電壓及等效內(nèi)阻的幾種方法。技能訓練

戴維南定理的驗證七、實驗報告（1）實驗名稱：（2）實驗目的：（3）實驗驗原理：簡單說明原理，并附上實驗電路圖。（4）整理實驗數(shù)據(jù)，并填寫在實驗報告中。（5）根據(jù)步驟（2）、（3）、（4）分別繪出曲線，驗證戴維南定理的正確性，并分析產(chǎn)生誤差的原因。技能訓練

戴維南定理的驗證謝謝大家項目二單相交流電路的分析與測量任務一交流電路的基本概念認知任務二單一參數(shù)交流電路的分析技能訓練日光燈功率因素的提高任務三電阻、電容、電感串聯(lián)交流電路

在我們?nèi)粘Ｉ钪?，電路中輸送電能和傳遞電信號的電流和電壓，就其對時間變化的規(guī)律來看，可分為兩大類，一類是前一章介紹過的直流電量，如干電池組成的照明電路；另一類是交流電量，如家庭用電電路。在交流電量中，正弦交流電應用最為典型，也最為廣泛。正弦交流電獲得廣泛應用的原因是：第一，正弦交流電易于產(chǎn)生、傳輸和轉(zhuǎn)換，具有產(chǎn)生容易、成本低廉的優(yōu)點；第二，就正弦交流電的用電設備來說，如由三相交流電源供電的三相異步電動機，具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、使用維護方便等優(yōu)點，成為日常生活中使用最多的設備；第三，在需要使用直流電的地方，利用整流設備可以方便地將交流電轉(zhuǎn)換成直流電。任務一單相交流電路的分析與測量一、正弦交流電的一些基本概念

在實際工程中所遇到的電流、電壓，在大多數(shù)情況下，其大小和方向都隨時間的變化而變化，這類電量稱為交流電。因為交流電的大小隨時都在變，所以某一時刻的電量稱為交流電的瞬時值，在選定參考方向以后，用帶有正、負號的數(shù)值來表示交流電在某一瞬間的大小和方向。交流電量一般用小寫字母來表示，如用i表示交流電流，用u表示交流電壓。

以時間為橫軸，以交流電流或交流電壓為縱軸，可以畫出交流電量瞬時值隨時間變化的圖形，稱為交流電波形圖。如圖2-1所示為正弦交流電波形圖，其中圖2-1(a)為正弦交流電流波形，圖2-1(b)為正弦交流電壓波形。任務一單相交流電路的分析與測量圖2-1正弦交流電波形圖任務一單相交流電路的分析與測量

根據(jù)交流電波形圖，可以寫出交流量瞬時值與時間變化的數(shù)學關系表達式，這種表達式稱為交流電的瞬時值表達式，也稱交流量解析式，也包括交流電流瞬時值表達式和交流電壓瞬時值表達式。圖2-1(a)中的交流電流瞬時值表達式為i=Imsin(ωt+ψi) （2-1）圖2-1(b)中的交流電壓瞬時值表達式為u=Umsin(ωt+ψu)（2-2）交流電量很多是隨時間呈周期性變化的，這樣的交流量稱為周期性交流量，簡稱為周期量。隨時間呈正弦規(guī)律變化的交流量稱為正弦交流量，簡稱為正弦量。

正弦交流電易于產(chǎn)生，在傳輸過程中易于變壓實現(xiàn)遠距離傳輸，且交流電器設備與直流電器設備相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，便于使用和維修等優(yōu)點，所以正弦交流電在實踐中得到了廣泛的應用。工程中一般所說的交流電（AC），通常都指正弦交流電。在式（2-1)和式（2-2）中Im（或Um）、ω、ψi（或ψu）是正弦交流量之間進行比較和區(qū)分的依據(jù)，決定正弦變量瞬時變化的特征，這三個物理量通常被稱為正弦電量的三個要素，分別叫做最大值Im（或Um）、角頻率（ω）和初相位ψi（或ψu）。任務一單相交流電路的分析與測量二、正弦量的三要素上節(jié)中提到了最大值（Im或Um）、角頻率（ω）和初相位（ψi或ψu）是決定正弦量變化特征的三要素，本節(jié)將詳細介紹正弦量三要素及相關的一些概念。1.最大值和有效值式（2-1)和式（2-2）中Im和Um是正弦量（正弦交流電流和正弦交流電壓）在它們變化過程中所能達到的最大值，稱為最大值，也稱為幅值，一般用大寫字母加下標注m表示。為了確切地反映交流電在能量轉(zhuǎn)換方面的實際效果，工程上常采用有效值來表述正弦量。以交流電流為例，其有效值定義為：設一個交流電流i和一個直流電流I分別通過相同的電阻R，如果在某個相同的時間T（交流電流周期）內(nèi)，它們產(chǎn)生相同的熱效應，則這個交流電流i的有效值等于直流電流I的大小。根據(jù)定義有：W=∫T0i2Rdt

W=I2RT （2-3）{任務一單相交流電路的分析與測量式（2-3）表明，交流電量有效值的大小等于其瞬間值的二次方在一個周期內(nèi)積分平均值的平方根，因此有效值也稱均方根值。式（2-3）是交流量的有效值的定義式，它適用于任何周期性交流量。如果交流電流為正弦量，即i=Imsin(ωt+ψi)

其有效值用大寫字母I表示，為I=(1/T∫T0I2msin2(ωt+ψi)dt)1/2=(1/T∫T0I2m(1-cos2(ωt+ψi)/2)dt)1/2=((I2m/2T)T)1/2=Im/21/2≈0.707Im （2-4)式（2-4）的結(jié)果表明，交流電量的有效值為最大值的12，約等于0.707。式（2-1）中表示的正弦電流也可以寫成i=21/2Isin(ωt+ψi) （2-5）

式中，I為交流電流的有效值。任務一單相交流電路的分析與測量同理，式（2-2）中表示的正弦電壓也可以寫成u=21/2Usin(ωt+ψu) （2-6）

式中，U為交流電壓的有效值。工程上，一般所說的交流電流、電壓的大小，如無特別說明，均指有效值。例如，平時所說的日用照明電路的電壓為220V，指的就是日用照明電路電壓的有效值為220V，電氣設備銘牌上所標的額定值以及交流電表標尺上的刻度指示的都是有效值。任務一單相交流電路的分析與測量2.周期、頻率和角頻率周期、頻率和角頻率都是表示正弦電量隨時間變化快慢的物理量。正弦量隨時間變化一周所經(jīng)歷的時間稱為周期，用大寫字母T表示，單位是秒（s）。正弦量在1秒時間內(nèi)重復變化的周期數(shù)稱為頻率，用小寫字母f表示，單位為赫茲（Hz），如果1秒鐘內(nèi)變化一個周期，頻率是1Hz。周期與頻率互為倒數(shù)關系，即f=1/T （2-7)在我國，發(fā)電廠提供的交流電的頻率為50Hz，其周期T=0.02-s，這一頻率稱為工業(yè)標準頻率，也稱工頻。其他工程技術(shù)領域還使用著不同頻率的交流電，如電熱技術(shù)中的電磁爐，使用的頻率一般為100kHz~300kHz，無線電通信技術(shù)使用的頻率范圍大致為105kHz~(3×1011)kHz。正弦量變化一個周期與變化了2π弧度是相等的，所以正弦量隨時間變化的快慢還可以用角頻率ω來表示，角頻率ω指的是正弦量在1秒時間內(nèi)變化的角度，即ω=2πT=2πf （2-8)

式中，角頻率ω的單位是弧度每秒（rad/s）。工頻中交流電的角頻率是ω=100πrad/s≈314rad/s。為了避免與機械學上的角度混淆，通常把正弦電量隨時間變化的角度稱為電角度，因此角頻率又稱為電角頻率或電角速度。任務一單相交流電路的分析與測量

在交流電量的波形中，其橫坐標（時間軸）既可以用時間（t）來標注，也可以用電角度來標注，如交流電流可以使用ωt來表示橫坐標，圖2-1(a)正弦交流電流量的波形圖可變?yōu)槿鐖D2-2所示，它們的區(qū)別就是橫軸的標注發(fā)生了變化。圖2-2用ωt標注的正弦交流電流波形圖任務一單相交流電路的分析與測量3.初相位

以正弦交流電流為例，圖2-2中，(ωt+ψi)反映了正弦交流電流的變化進程，每一瞬間(ωt+ψi)值的大小稱為相位角，簡稱相位。在計時起點t=0時的相位角ψi稱為初相位，簡稱初相。正弦量的初相與計時起點有關，計時起點不同，初