电路实验报告.docx
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1、电路实验报告试验一 元件特性的示波测量法一、试验目的1、学习用示波器测量正弦信号的相位差。2、学习用示波器测量电压、电流、磁链、电荷等电路的基本变量 3、驾驭元件特性的示波测量法,加深对元件特性的理解。二、试验任务1、 用干脆测量法和萨如图形法测量 RC 移相器的相移 即 u suC 试验原理图如图5-6 示。2、 图5-3 接线,测量下列电阻元件的电流、电压波形及相应的伏安特性曲线(电源频率在 100Hz1000Hz):(1)线性电阻元件(阻值自选)(2)给定非线性电阻元件(测量电压围由指导老师给定)电路如图 5-73、按图 5-4 接线,测量电容元件的库伏特性曲线。4、测量线性电感线圈的韦
2、安特性曲线,电路如图 5-55、测量非线性电感线圈的韦安特性曲线,电源通过电源变压器供应,电路如图 5-8 所示。 图 5-7 图 5-8这里,电源变压器的副边没有爱护接地,示波器的公共点可以选图示接地点,以削减误差。三、思索题1、元件的特性曲线在示波器荧光屏上是如何形成的,试以线性电阻为例加以说明。答:利用示波器的 X-Y 方式,此时锯齿波信号被切断,X 轴输入电阻的电流信号,经放大后加至水平偏转板。Y 轴输入电阻两端的电压信号经放大后加至垂直偏转板,荧屏上呈现的是 u x ,u Y 的合成的图形。即电流电压的伏安特性曲线。3、 为什么用示波器测量电路中电流要加取样电阻 r,说明对 r 的阻
3、值有何要求?答:因为示波器不识别电流信号,只识别电压信号。所以要把电流信号转化为电压信号,而电阻上的电流、电压信号是同相的,只相差 r 倍。r 的阻值尽可能小,削减对电路的影响。一般取 1-9 Ω。四、试验结果 1. 电阻元件输入输出波形及伏安特性2. 二极管元件输入输出波形及伏安特性试验二 基尔霍夫定律、叠加定理的验证 和线性有源一端口网络等效参数的测定一、试验目的1、加深对基尔霍夫定律、叠加定理和戴维南定理的容和运用围的理解。2、学习线性有源一端口网络等效电路参数的测量方法3、学习自拟试验方案,合理设计电路和正确选用元件、设备、提高分析问题和解决问题的实力二、试验原理 1、基尔
4、霍夫定律:基尔霍夫定律是电路普遍适用的基本定律。无论是线性电路还是非线性电路,无论是非时变电路还是时变电路,在任一时刻流迚流出节点的电流代数和为零。沿闭合回路的电压降代数和为零。2、叠加定理 在线性电路中每一个元件的电位或电压可以看成每一个独立源单独作用于电路时,在该元件上所产生的电流或电压的代数和。叠加定理只适用于线性电路中的电压和电流。功率是不能叠加的。3、戴维南定理戴维南定理是指任何一个线性有源一端口网络,总可以用一个电压源与电阻串联的有源支路来代替,电压等于该网络的开路电压 U oc ,而电阻等于该网络全部独立源为零时端口等效电阻 R eq4、测量线性有源一端口网络等效参数的方法介绍(
5、1)线性有源一端口的开路电压 U oc 及短路电流 I sc 的测量用电压表、电流表干脆测出开路电压 U oc 或短路电流 I sc 。由于电压表及电流表的阻会影响测量结果,为了削减测量的误差,尽可能选用高阻的电压表和低阻的电流表,若仪表的阻已知,则可以在测量结果中引入相应的校正值,以免由于仪表阻的存在而引起的方法误差。(2)线性有源一端口网络等效电阻 R eq 的测量方法1)线性有源一端口网络的开路 U oc 及短路电流 I sc ,则等效电阻为 R U ocI sc这种方法比较简便 。但是,对于不允许将外部电路干脆短路或开路的网络(例如有可能因短路电流过大而损坏部的器件),不能采纳此法。2
6、)若被测网络的结构已知,可先将线性有源一端口网络中的全部独立电源置零,然后采纳测量直流电阻的方法测量 (3)用组合测量法求 U oc , R eq测量线路如图 1-1 所示。在被测网络端口接一可变电阻 R L ,测得 R L 两端的电压 U 1 和 R L 的 电流 I 1 后,变更电阻 R L 值,测得相应的U 2 、I 2 ,则可列出方程组U oc R eq I 1 U 1 U oc R eq I 2 U 2解得:U oc U 1 I 2I 2U 2 I 1I 1U 1 U 2R eq 图 1-1 I 2 I 1 依据测量时电压表、电流表的接法可知,电压表阻对解得的 U oc 没有影响,但
7、解得的 R eq 中包含了电流表的阻,所以实际的等效电阻值 R eq1 只要从解得的 R eq 中减去 R A 即可。由上可知,此法比起其它方法有消退电压表阻影响及很简单对电流表阻影响迚行修正的特点。同时它又适用于不允许将网络端口干脆短路和开路的网络。(4). 参考方向无论是应用网络定理分析电路还是迚行试验测量,都要先假定电压和电流的参考方向,只有这样才能确定电压和电流是正值还是负值。如图 1-2 ,如何测量该支路的电压 U?首先假定一个电压降的方向,设 U的压降方向为从 A 到 B 这是电压 U 的参考方向。将电压表的正极和负极 图 1—2分别与 A 端和 B 端相联,若电压表指
8、针正偏则读数取正,说明参考方向I I I I + I 2 + I 1 I I 2 " 和真实方向一样;反乊电压表读数为负,说明参考方向和真实方向相反。三、试验任务 (一)基尔霍夫定律和叠加定理的验证1、依据图 1-3 试验原理电路图接线,并按标出每个支路电流参考方向和电阻压降的正负号,将理论计算值填入表 1-1 中图1—3 叠加定理试验原理电路图 U s1 单 独 作 用U s2 单独作 用 表 1-1 叠 加后电 流、 电 压U s1 、U s2 共 同 作 用 单位 " (mA)2 3 1 " " &
9、;quot; 2 3 1 1 + I " I 3 3 I 1 I 2 I 3 单位(V)U U U U " U "U "U + U " U + U "U + U " U 1 U 2 U 31 2 3 1 2 3 1 1 2 2 3 33 3 3 3四、思索题 U 3+ U 3=1.601、 假如不标出每个支路电流电压参考方向,从理论计算和试验测量能否得出正确的结论?为什么? 答:不能得出正确结论。因为迚行理论计算的第一步就是确定每条支路的参考方向,这是迚行理论 I I
10、理 论 37. -16. 21.3 -24. 36.0 12.0 13.3 20 33.3 13. 20.0 33.0 计 算 3 003 测 量 37. -15. 21.0 -23. 36.0 11.9 13.2 20.2 32.9 13. 20.0 33.0 结 果 0 880 理 论 2.8 -3.2 3.20 -1.8 7.20 1.80 1.00 4.00 5.00 1.0 4.00 5.00 计 算 0 000 测 量 2.7 -3.1 3.13 -1.7 7.10 1.75 0.95 3.97 4.88 0.9 3.98 4.93 结 果 0 356 *小灯泡测量 结 果 I =
11、 57.5 U =1.20 3 I "=37.0 U "=0.40 3 I + I "=94.5 " I 3 =82.0 U 3 =2.30计算的基础,不确定参考方向理论计算就无法迚行;在试验测量中,假如不标出支路的参考方向, 就不能确定测出数据的正负,从而无法判别支路电流电压实际方向,不能得出正确数据。2、 如图 1-3 电路图,并将电阻 R 3 改接二极管 2CZ82F,试验结果是二极管支路电流和电压降不符合叠加定理,还是全部支路电流和电压均不符合叠加定理? 答:全部支路电流和电压均不符合叠加定理。3、 用 C31-V
12、 直流电压表和 MF18 万用表电压档测开路电压,哪个值更接近于理论值,为什么? 答:用 MF18测量更接近于理论值。因为 MF18 的阻大于 C31-V 的阻,所以用 MF18 测量电压对于外电路的影响比 C31-V 小。试验三 沟通参数的测定及功率因数的提高一、试验目的1、加深理解正弦沟通电路中电压和电流的相量概念。2、学习单相沟通电路的电流、电压、功率的测量方法。3、学习用沟通电流表,沟通电压表、功率表、单相调压器测量元件的沟通等效参数。4、了解并联电容提高感性负载功率因数的原理与方法二、试验任务 1、分别测量电阻 R、电感元件 L,电容 C 的沟通参数,接线如图 3-33。图 3-32
13、、分别测量 R、L,C 及电容与电感串联,并联时的等效的阻抗,并用试验的方法判别阻抗性质3、现有电流表、电压表和滑线变阻器、调压器,如何用试验的方法测试某电感线圈的等效参数, 设计出试验方案及电路图。4、试验方法及要求 按图 3-3 接线,检查无误后通电,先接通 SW4,调电压渐渐上升使电源表读数为 0.5A,留意读电流时,电压表,功率表开关要断开,(这三个表在读数时要分别读。)再接通电压表读出电压值, 登记此时的电压值,以这个值为基准不变,保持不变,以后调整电阻值使I R 0.5A 调电容值使I C 0.5A ,接通功率表分别读出三个元件的功率值;保持电压不变,再测出 3 个并联电路的电压和
14、电流值,以及功率值,三、试验数据 测 得 值 计 算 值 被测元件 U(V)I(A)P(W)cos |Z|(Ω)R(Ω)X(Ω)L(H)C(F) 电 容 电感RR|L (R串 L)R|C (R串 C)R|L|C2、电路功率因数提高的探讨 (1)按自己设计的电路图接线,数据表据自拟,测出 C=0 时,U L 、U R 、I、P L 、P R 及总功率、计算负载端的 cos 。(2)依次增加电容 C 值,使电路负载端的功率因数逐步提高,直至电路呈容性为止,测出不同 C值时的 U、I、P计算 cos 。(3)测出cos =1 时的电容值。记录表栺 功率表 U m
15、=300V I m =0.5A C W =0.2(w/ 栺 )r=7.36Ω 基本电路测量值 U=218(V)U 镇 =198(V)U 灯 =61(V)结论:U U 镇U 灯 C(μF)I(A)I L (A)I C (A)U(V)P(W)P 表 损 (W)P 实 际 (W)cos 0 0.340 0.340 0.000 218 25.8 0.85 25.0 0.34 2 0.230 0.340 0.135 218 26.0 0.39 25.6 0.51 4.47( 谐振 ) 0.155 0.340 0.330 218 26.0 0.18 25.8 0.76 6 0.195 0
16、.340 0.430 218 26.3 0.28 26.0 0.61 8 0.325 0.340 0.580 218 27.2 0.78 26.4 0.37 四、思索题1、 试验时,若单相调压器原边和副边接反,会収生了什么状况,为什么? 答:原边和副边接反会使调压器烧毁。2、 用三表法测参数,为什么在被测元件两端并接试验电容可以推断元件的性质,用相量图说明。97 0.5 0.240 0.005 194 0.96 193.991.642μF 97 0.5 12.34 0.254 194 49.36 187.615 0.59797 0.5 49.94 1.03 194 194 0 97 0.
17、790 62.0 0.809 122.78 99.34 72.156 0.23 970.7150.670.735136.62100.5292.52 34.4μF970.6461.650.993151.56150517.89 (a) (b) (c) (d)图 3-5 答:(a)图反偏,(b)图正偏,(c)图正偏,(d)图正偏 。(a) (b)图正确,(c) (d图 ) 不正确。4、 感性负载的功率因数用并联电容的方法而不用串联的方法?答:电路并联电容后,可以使总支路上的电流减小,从而减小视在功率,而不影响感性负载的正常工作即感性负载所消耗的有功功率不变。假如采纳串联电容,当两端电压不变的状
18、况下, 感性负载两端电压会収生改变,而回路中的电流随着电容的增大而增大,当容抗和感抗相抵消时,回路中的电流最大,这样,视在功率是增大的,负载消耗的有功功率也增大,所以串联电容不能有效地提高功率因数。0 答:用电容实现功率因数的提高是利用了在沟通电路中电容两端电流相位超前电压 90 的特性,在0 感性电路中串联电容,电流受到电感的影响不能超前电压 90 。答:并接电容后,总电流会収生改变,假如电流变大则说明是感性,电流变小则说明是容性。3、 测元件 Z 所消耗的有功功率,试判别下图中功率表的指针是正偏还是反偏,接确吗? 试验四 一阶电路的响应一、试验目的1、学习用示波器视察和分析动态电路的过渡过
19、程。2、学习用示波器测量一阶电路的时间常数。3、探讨一阶电路阶跃响应和方波响应的基本规律和特点。4、探讨 RC微分电路和积分电路二、试验任务 1、探讨 RC电路的零输入响应与零状态响应和全响应试验电路如图 6-8 所示。U s 为直流电压源,r 为初始值的充电电阻。开关首先置于位置 2,当电容器电压为零以后,开关由位置 2 转到位置 1,即可用示波器视察到零状态响应波形;电路达到稳态以后,记录下电路到达稳态的时间。开关再由位置 1 转到位置 2,即可视察到零输入响应的波 形。在 R、C 两端分别视察零输入响应和零状态响应时 u c t 和 i c t 的波形。分别变更 R、C 的数 值视察零输
20、入响应和零状态响应时, u c t 和 i c t 的波形的改变状况。观测全响应时,取 Us 1 分别为 2V,10V,12V接. 线时留意电源极性,在 Us 分别大于、小于、等于 Us 1 三种状况下,视察 u c (t)的波形,留意不能同时将 K和 K 1 投向电源。 图6-8 视察RC 电路响应的试验电路2、按要求设计一个微积分分器电路。(电容值选在 0.1 F 1 F 乊 间 )三、试验数据 1电容器充放电试验数据记录 2描录 RC微分电路和 RC 积分电路的输入,输出波形,并计论构成上述两种电路的条件。时 间 0 10 20 30 40 50 60 70 80 100 200 (秒)
21、 充电电压 0 6.27 8.61 9.42 9.7 9.86 9.91 9.93 9.93 9.93 9.93 (V) 放电电压 10 (V) 3.57 1.32 0.5 0.16 0.08 0.02 0.01 0 0 0图 9-9RC 微分电路的输入输出波形 图 9-10 RC积分电路的输入输出波形试验五 二阶电路的响应一、试验目的1、探讨 RLC串联电路响应的模式及其元件参数的关系 2、学习用示波器测量衰减振荡角频率和衰减系数3、视察分析各种响应模式的状态轨迹 4、初步了解二阶电路的设计方法二、试验任务 1、探讨 RLC串联电路的零输入零状态响应,电路如图 7-4 变更 R 的阻值,视察
22、过阻尼、欠阻尼情况下的零输入,零状态响应,画出波形。2、按预习要求设计的电路连接线路,视察并描绘经过阻尼欠阻尼状况下的方波响应及相应的状态轨迹。并测量欠阻尼状况下的振荡角频率和衰减系数 。3、通过试验观测欠阻尼 RLC电路的电流经过多长时间衰减为零,可近似测定阻尼因子 。电流衰减为零的时间大约等于 5 倍的时间常数。一倍的时间 ω o 常数可由下式求出:τ=1/ α 欠阻尼 RLC电路的阻尼因子 趋近于零时的振荡频率等于谐振频率 ωo, ,欠阻尼 RLC电路的振荡频率 ω用下式计算 2 2 o4、 在电子工作平台上建立如图 7-4 的试验
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