實驗一直流電路一、實驗目的1．驗證疊加原理和戴維南定理的內(nèi)容,加深理解其內(nèi)涵。2．學習使用穩(wěn)壓電源。3．掌握用數(shù)字萬用表測量直流電量的方法。二、相關(guān)知識疊加原理是線性電路中的普遍性原理,它是指當有幾個電源同時作用于線性電,電路中所產(chǎn)生的電壓和電流等于這些電源分別單獨作用時在該處所產(chǎn)生的電,可以利用疊加原理分別考慮各個,本實驗通過測量各電源的作用來驗證該原理。,任何一個有源二端網(wǎng)絡總可以看做一個等效電路時壓和電流的代數(shù)和。在分析一個復雜的線性網(wǎng)絡時電源的影響,從而使問題簡化戴維南定理是指在線性電路中，源,等效電源的電動勢就等于該網(wǎng)絡的開路電壓U等效電源的內(nèi)阻R等于該網(wǎng)絡OO中所有電源置零(電壓源短路（a）可以由圖（b）等效代為簡單電路,從而使計算簡化。,電流源開路)后所得無源網(wǎng)絡的等效電阻。如圖1—1所示有源二端網(wǎng)絡圖替。利用戴維南定理可以把復雜電路化簡（a）（b）圖1—1有源二端網(wǎng)絡及其等效電路有源二端網(wǎng)絡等效內(nèi)阻R的三種測量方法：O1．開路短路法。若圖（a）的AB端允許短路，可以測量其短路電流I，再測SAB端的開路電壓U，則等效電阻R=U／I。OOOS2．外特性法。在AB之間接一負載電阻R如圖（a）所示，測繪有源二端網(wǎng)L1絡的外特性曲線U=f（I），該曲線與坐標軸的交點為R=U／IS。U和IS，則OOO3．直接測量法。使有源二端網(wǎng)絡中的電源置零（電壓源短路，電流源開路），用萬用表電阻擋直接測量AB端的阻值R。O三、預習要求1．復習教材中有關(guān)疊加定理和戴維南定理的內(nèi)容,掌握其基本要點,注意其使用條件。2．閱讀實驗指導中有關(guān)儀器的使用方法：3．預習本次實驗內(nèi)容，作好準備工作。（1）熟悉實驗線路和實驗步驟。（2）對數(shù)據(jù)表格進行簡單的計算。（3）確定儀表量程。四、實驗線路原理圖圖1—2疊加定理實驗線路圖圖1—3戴維南定理實驗原理圖圖1—4戴維南等效電路五、實驗設備21．THHE—1型高性能電工電子技術(shù)實驗臺（雙路穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、數(shù)字電流表）。2．直流電路實驗箱。3．電阻箱。六、實驗內(nèi)容及步驟（一）疊加定理實驗：1．熟悉實驗臺，用數(shù)字萬用表測量R、R、R的電阻值，把結(jié)果填入表1—112L中。2．利用電阻的實測值分別計算E、E單獨作用及共同作用時各電阻上的電壓12值，填入表1—1中。3．調(diào)節(jié)雙路穩(wěn)壓電源，使一路輸出電壓為E=4V，另一路輸出電壓為E=6V12（用數(shù)字萬用表測量），關(guān)閉穩(wěn)壓電源待用。4按圖1—2接好電路，檢查無誤后在下面三種情況下分別測量各電阻上的電壓U、U、U，填入表1—1，注意各電壓的參考方向要始終保持一致。R1R2R3、（1）把S、S合向1，測量E、E共同作用時各電壓電流值。1212（2）把S合向1，S合向2，測量E單獨作用時各電壓電流值。121（3）把S合向2，S合向1，測量E單獨作用時各電壓電流值。122表1—1R=1kΩR=2kΩR=5kΩL12電壓電流計算值（V）電壓電流測量值（V）IUR1UR2ULIUR1UR2ULE、E共同作用12E單獨作用1E單獨作用2注意：在做實驗前，先要經(jīng)過計算，把“電壓計算值”填入表中。3（二）戴維南定理實驗：1．熟悉實驗臺，按圖2．測量有源二（1）調(diào)節(jié)R使負載電阻為表1—2的數(shù)值，1—3連接電路并自查。端網(wǎng)絡的外特性。測量負載電壓U和電流I，把結(jié)LLL果填入表1—2中。3．測量有源二（1）將負載斷開，（填入圖1—4中）。斷網(wǎng)絡的戴維南等效電路。用數(shù)字電壓表測量二端口網(wǎng)絡的開路電壓U。U=VOO（2）關(guān)閉電源E和E，用導線短路E、E使其置零，用萬用表電阻檔測量1212AB間的等效電阻R。R=Ω。OO4．測量戴維南等效電路的外特性。（1）將穩(wěn)壓電源的輸出電壓調(diào)至U處，使R和R并聯(lián)作為R，按圖1—4O12O連接電路。（2）在R為表1—2中不同數(shù)值時，測量負載電壓U和I電流，填入表1—LLL2中。表1—2R阻值L500Ω1kΩ2kΩ5kΩ10kΩU（V）L有源二端網(wǎng)絡I（mA）LU（V）戴維南L等效電路I（mA）L七、實驗報告要求1．根據(jù)表1—1的實測數(shù)據(jù)驗證疊加原理的正確性，把理論計算值與實際測量值進行比較，分析誤差原因。2．根據(jù)圖1—3計算戴維南測值進行比等效電路的U、R，并與實OO較。43．戴維南等效電路中的等效電阻有幾種方法求得，試說明之。4．按表1—2中的源二端網(wǎng)絡和戴維南等效電路的外特性曲線U=f（I），并比較之。數(shù)據(jù)，分別做出有（畫在同一坐標內(nèi)，以便比較）5

實驗二單相交流電路及功率因數(shù)的提高一、實驗目的1．通過RL串聯(lián)電路的實驗掌握單相交流電路的電壓、電流、復阻抗之間的相量關(guān)系，有效值關(guān)系。2．熟悉日光燈電路的組成，各元件的作用及日光燈的工作原理，學會日光燈電路的聯(lián)接，了解線路故障的檢查方法。3．掌握交流電路的電壓，電流和功率的測量方法。4．練習并掌握感性負載提高功率因數(shù)的方法。二、相關(guān)知識鎮(zhèn)流器是一個鐵心線圈，其電感L比較大，而線圈本身具有電阻R。日光燈在1穩(wěn)態(tài)工作時近似認為是一個阻性負載R。鎮(zhèn)流器和燈管串聯(lián)后接在交流電路中如圖22—1所示，可以把這個電路等效為RL串聯(lián)電路如圖2—2所示。圖2—1日光燈電路2—2和圖2—3相關(guān)圖2—2日光燈等效電路根據(jù)圖計算如下：鎮(zhèn)流器的等效復阻抗：UZRLRLI電感線圈的電阻：RZcosL1RL圖2—3RL串聯(lián)電路相量圖XZ2R2：電感線圈的感抗LRL16LX電感線圈的電感：日光燈等效電阻：L2fURIR2電路消耗的有功功率：PI2(RR)12PUIcos或：因鎮(zhèn)流器本身的電感較大，故整個電路的功率因數(shù)較低，為了提高電路的功率因數(shù)，可以采用在日光燈兩端并聯(lián)電容的辦法見圖2—1。電路并聯(lián)電容以后，由于電容的無功電流抵消了一部分日光燈電流中的感性無功分量，所以總電流將減小，電路的功率因數(shù)被提高。由于電源電壓是固定的，并聯(lián)電容器并不影響感性負載的工作，即日光燈支路的電流，功率和功率因數(shù)并不隨并聯(lián)電容的大小而改變，僅是電路的總電流及總功率因數(shù)發(fā)生變化。提高電路的功率因數(shù)能夠減小供電線路的損耗及電壓損失，提高電源設備的利用率而又不影響負載的工作。所以并聯(lián)電容器提高電路的功率因數(shù)的方法被供電部門廣泛采用。如果要將功率因數(shù)cosφ提高到coscosPUIPUIcosP(tgtg)CU2φ＇，所并聯(lián)電容的大φ——電路的功率因數(shù)角。φ＇——提高后的功率因數(shù)角。ω=2πf——電小計算如下：源的角頻率。圖2—4日光燈并聯(lián)電容相量圖三、預習要求1．復習RL串聯(lián)電路及RLC混聯(lián)電路的電壓，電流之的間相量關(guān)系。2．閱讀附錄了解日光燈電路各元件的作用及其工作原理。3．熟悉日光燈電路的接線圖。7四、實驗設備1．THHE—1型高性能電工電子實驗臺（日光燈設備1套、功率表1只、交流電壓表1只、交流電流表1只、電流表插口3個）。2．交流電路實驗箱1個。3．元件箱1個。4．電流表插頭1個。五、實驗線路圖圖2—5日光燈實驗電路圖六、實驗內(nèi)容及步驟1．熟悉實驗臺上有關(guān)設備，按圖2—5接好線路。注意電容器要同時接入電路中并斷開電容開關(guān)待用，注意功率表的接線和讀數(shù)方法。2．經(jīng)教師檢查線路無誤后接通電源。注意觀察日光燈的起動情況。3．測量日光燈電路的端電壓U，燈管電壓U，鎮(zhèn)流器電壓U，電路電流IRRL及有功功率P，把測得的數(shù)據(jù)填入表2—1中。表2—1電源電壓鎮(zhèn)流器電壓燈管電壓電流有功功率U（V）U（V）U（V）I（A）P（W）RLR84．在日光燈電路中并聯(lián)不同容量的電容如1μF，記錄電源電壓U，總電流I＇，I，電容支路電流I，有功功率P的值填入表2—2中，日光燈支路電流計算并入電RC容后的功率因數(shù)填入表該表中。5．當日光燈6．關(guān)斷電源點燃后，將啟動器取掉，觀察日光燈是否熄滅。后重新合閘，觀察日光燈是否起動。用一根絕緣導線兩斷短路啟動器，觀察日光燈狀況，然后斷開導線，觀察日光燈是否點燃。表2—2并入的電容電源電壓電容電流燈C（μF）管電流總電流有功功率功率因數(shù)U（V）I（A）CI（A）P（w）cosφI＇（A）R1.02.23.34.7七、實驗報告要求1．計算圖2—2中不同電容值時的功率因數(shù)，填入表2—2。2．根據(jù)實測數(shù)據(jù)說明當并入的電容值無變化，如何變化。3．并聯(lián)電容逐漸增大時，日光燈支路電流，電容支路電流，總電流有可以提高電路的功率因數(shù)，是否并聯(lián)的電容越大越好，試分析其原因。4．并聯(lián)電容后日光燈支路的功率因數(shù)是否提高，為什么？5．實驗中若出現(xiàn)故障，試分析其原因，若啟動器損壞，如何點亮日光燈？七、注意事項1．注意電源電壓2．注意功率表的接線方法，分清電壓被測電路并聯(lián)，電流線圈要與被測電路串聯(lián)，并且兩個線圈的對應端子（同名端）應接在電源的同一點上。3．電流表不接入電路，實驗時，根據(jù)需要把電流插頭插入電流插口中，4．該實驗用日光燈電路模擬RL串聯(lián)電路，但實際日光燈波，所以用數(shù)字電壓表交流電壓是近似值。要與日光燈額定電壓相符，切勿接在380V電源上。線圈和電流線圈的端子，電壓線圈要與要接在電流表插頭上，把電流插口按圖2—5接入電路。測量電流。端電壓波形不為正弦測出的9八、附錄1．日光燈電路元件及其作用日光燈的電路由燈管，鎮(zhèn)流器，啟動器三個部分組成。（1）燈管：日光燈的燈管是一個玻璃管，在管子的內(nèi)壁均勻地涂有一層熒光粉，燈管兩端各有一個陽極和燈絲，燈絲是用鎢絲繞制而成的，它的作用是發(fā)射電子。在燈絲上焊有兩根鎳絲作為陽極，它和燈絲具有同樣的電位，它的主要作用是當它的電位為正時吸收部份電子，以減少電子對燈絲的沖擊。燈管內(nèi)充有惰性氣體（如氬氣，氪氣）與水銀蒸氣。由于水銀蒸氣存在，當管內(nèi)產(chǎn)生弧光放電時，會放射出紫外線，這紫外線照在熒光粉上就會發(fā)出熒光。日光燈管的結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。圖2—6日光燈管剖面圖圖2—7啟動器（2）鎮(zhèn)流器：鎮(zhèn)流器是與日光燈管片鐵心上的電感線圈。鎮(zhèn)流器的作用是，一方面限制日光燈管的電流，日光燈起燃時由于線路中的電流突然變化而產(chǎn)生一個自感電動勢（即高電壓）加在使燈管產(chǎn)生弧光。鎮(zhèn)流器必須按電源電壓與日光燈的功率配用，不能互相混用。（3）啟動器和一個靜觸片，外帶一個膨脹系數(shù)不同的兩種金屬片制成。內(nèi)層金屬的線觸片之間加上電壓后，管內(nèi)氣體游離產(chǎn)生輝光放電而發(fā)熱。雙金屬片受熱以后趨于伸直，使得它與靜觸片接觸而閉合。這時雙金屬片與靜觸片之間的電壓降為零，于是輝光放電停止，雙金屬片經(jīng)冷卻而恢復原來位置，兩個觸點又斷開。為了避免啟中的兩個觸點斷開時產(chǎn)生火花，將觸點燒毀，通常用一只小電容器與啟動器相串聯(lián)的一個元件。實際上是一個繞在硅鋼另一方面在燈管兩端，；啟動器的構(gòu)造是封在玻璃裝在一個鋁殼里，如圖膨脹系數(shù)大，在雙金屬片和靜泡（內(nèi)充惰性氣體）內(nèi)的一個雙金屬片小電容器，同2—7所示。雙金屬片由線動器并聯(lián)。2．日光燈的起燃過程：剛接上電源時，燈管尚未放電，啟動器兩端是斷開的，電路中沒有電流。電電壓全部加在啟動器上，使它產(chǎn)生輝光放電并發(fā)熱。雙金屬片受熱膨脹使之與靜觸源片閉合，將電路接通。電流通過燈管兩端的燈絲，燈絲受熱后發(fā)射電子，這時啟動10器的輝光放電停止。雙金屬片冷卻后與靜觸片斷開，在觸電斷開的瞬間，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生了相當高的電動勢（800V～1000V）。這個電動勢與電源電壓一起加在燈管兩端，使燈管中的氬氣電離放電，氬氣放電后，燈管溫度升高，水銀蒸氣氣壓升高，于是過度到水銀蒸氣電離放電，產(chǎn)生較大的電弧而導通。燈管中的弧光放電發(fā)出的大量紫外線，照射到管壁所涂的熒光粉上使它產(chǎn)生象日光一樣的光線。燈管放電后，大部分的電壓降落在鎮(zhèn)流器上。燈管兩端的電壓，也就是啟動器兩觸點的電壓較低，不足使啟動器放電，因此它的觸點不在閉合。在燈管內(nèi)兩端電極交替起陽極作用，即A端電位為正時，B端發(fā)射電子而A端吸收電子。當B端電位為正時，A端發(fā)射電子而B端吸收電子。11

實驗三集成運算放大器的基本應用一、實驗目的1．加深理解集成運算放大器的性質(zhì)和特點。2．通過實驗測試，驗證由集成運放組成的比例、加法、減法和積分各基本運算電路輸出電壓和輸入電壓之間的函數(shù)關(guān)系，并掌握這些電路的基本功能和特點。3．學習用集成運放組成比較器，掌握比較器的電路結(jié)構(gòu)及特點。4．了解運算放大器在實際應用時應考慮的一些問題。二、實驗內(nèi)容說明集成運算放大器是一種具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合多級放大電路。當外部接入不同的線性或非線性元件組成輸入和負反饋電路時，可以靈活地實現(xiàn)各種特定的函數(shù)關(guān)系。在線性應用方面，可組成比例、加法、減法、積分等模擬運算電路。1．反向比例運算電路電路如圖5-1所示。對于理想運放，該電路的輸出電壓與輸入電壓間的關(guān)系為uoRFuiR1圖5-1反向比例運算電路圖5-2同向比例運算電路為了減小輸入級偏置電流引起的運算誤差，在同相輸入端應接入平衡電阻12R=R//R。21F2．同相比例運算電路同相比例運算電路如圖5-2所示，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為Ruo(1F)uiR1=R//R21F當R→∞時，Uo=Ui，可得到電壓跟隨器。并選R=R，用以減小漂移和起保護12F作用。3．反向加法電路電路如圖5-3所示，輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為RRuo(FuFu)Ri1Ri212R=R//R//R312F4．減法運算電路圖5-4所示的減法運算電路，當R=R，R=R時，有關(guān)系如下123FRuoF(uu)Ri2i11圖5-3加法運算電路圖5-4減法運算電路三、預習要求及思考題1．復習教材中集成運放的基本知識，了解實驗中各電路的工作原理。132．預習實驗教材，了解實驗內(nèi)容、步驟，熟悉接線圖。四、實驗設備與器件1.SXJ-3B型模擬電路學習機2.函數(shù)發(fā)生器3.雙蹤示波器4.萬用表五、實驗步驟1.反向比例運算電路1）按圖5-1連接實驗電路，按表5-1中數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)輸入電壓U，用萬用表直流ｉU，并將數(shù)據(jù)記入表5-1中。電壓檔測輸出電壓O表5-1直流輸入電壓U（ｍＶ）301003001000ｉ輸出理論估算值（ｍＶ）電壓實測值（ｍＶ）UO誤差（注意：在做實驗前，先要經(jīng)過計算，把“理論估算值”填入表中）2.同相比例運算電路1)按圖5-2連接實驗電路。實驗步驟同上，將結(jié)果記入表5-2中。表5-2直流輸入電壓U（ｍＶ）301003001000ｉ理論估算值（ｍＶ）輸出電壓實測值（ｍＶ）UO誤差（注意：在做實驗前，先要經(jīng)過計算，把“理論估算值”填入表中）2)將圖5-2中R斷開，重復內(nèi)容1），將結(jié)果記入表5-3中。114表4--3直流輸入電壓U（ｍＶ）301003001000ｉ理論估算值（ｍＶ）輸出電壓實測值（ｍＶ）U誤差O（注意：在做實驗前，先要經(jīng)過計算，把“理論估算值”填入表中）3.加法運算電路1）按圖5-3連接實驗電路。2）按表5-4中數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)輸入電壓U、U，用萬用表直流電壓檔測輸出電壓U，i1i2O并將數(shù)據(jù)記入表5-4中。表4--4U(V)i10.10.2-0.1-0.15-0.20.20.20.20.1-0.15U(V)i2輸出理論估算值（Ｖ）電壓實測值（Ｖ）Uo（注意：在做實驗前，先要經(jīng)過計算，把“理論估算值”填入表中）4．減法運算電路1)按圖5-4連接實驗電路。2)按表5-5中數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)輸入電壓U、U，用萬用表直流電壓檔測輸出電壓U，i1i2O并將數(shù)據(jù)記入表5-5中。表5-5U(V)i10.10.2-0.150.20.20.1