电工学实验指导书上学期4个实验412.docx
- 文档编号:18048616
- 上传时间:2023-08-07
- 格式:DOCX
- 页数:28
- 大小:166.48KB
电工学实验指导书上学期4个实验412.docx
《电工学实验指导书上学期4个实验412.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电工学实验指导书上学期4个实验412.docx(28页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
电工学实验指导书上学期4个实验412
电工学
实验指导书
湖南工业大学
电气与信息工程学院
第一章:
电工学实验
实验一叠加原理和戴维南定理…………………………………………………3
实验二电压源与电流源的等效变换…………………………………………9
实验三R、L、C串联谐振电路的研究………………………………………14
实验四电路元件交流阻抗频率特性…………………………………………18
实验五 一阶电路暂态过程的研究……………………………………………22
实验六 二阶电路暂态过程的研究……………………………………………28
实验七单相照明电路及功率因数的改善………………………………32
实验八三相交流电路电压、电流和相序的测量……………………36
第二章:
模电和数电实验
实验一示波器的使用…………………………………………………………………42
实验二晶体管单管放大电路……………………………………………………48
实验三多级放大负反馈电路、射极跟随电路…………………………55
实验四差动放大电路………………………………………………………………59
实验五集成运算放大器的基本运算电路………………………………64
实验六串联型晶体管稳压电源………………………………………………70
实验七集成稳压电路………………………………………………………………75
实验八组合逻辑电路的设计与测试………………………………………82
实验九集成电路计数器、译码和显示……………………………………88
第一章电工学实验
实验一、叠加原理和戴维南定理
叠加原理验证:
一、实验类型
验证型实验
二、实验目的
(1)通过实验来验证线性电路中的叠加原理以及其适用范围。
(2)学习直流仪器仪表的测试方法。
三、实验原理
几个电动势在某线性网络中共同作用时(也可以是几个电流源共同作用,或电动势和电流源混合共同作用),它们在电路中任一支路产生的电流或在任意两点间的所产生的电压降,等于这些电动势或电流源分别单独作用时,在该部分所产生的电流或电压降的代数和,这一结论称为线性电路的叠加原理。
如果网络是非线性的,叠加原理不适用。
图1-1的电路含有一个非线性元件(稳压管),叠加原理不适用,如果将稳压管换成一线性电阻,则可以运用叠加原理。
本实验中,先使电压源和电流源分别单独使用,测量各点间的电压和各支路的电流,然后再使电压源和电流源共同作用,测量各点间的电压和各支路的电流,验证是否满足叠加原理
四、仪器设备和元器件
名称
数量
备注
电工实验台
电路原理实验箱
直流稳压电源10V、稳流源15mA
万用表、直流电流表
精密可调电阻
电阻510Ω、330Ω、1KΩ
五、实验内容及步骤
1、按图1-1接好实验电路R1、R2、R3、R4、R5均用电路实验单元中的多功能实验网络上的元件,电路实验单元自由区接插相应元器件,接线时稳压、稳流源应先全部置零。
图1-1
2、调节可调稳压、稳流源上的稳流源,使电流源输出为15mA,且在实验中应保持此值不变。
再调稳压源,使输出电压为10V,在实验中也保持此值不变。
3、验证叠加原理
(1)按图1-1接好实验电路。
(2)电压源E单独作用:
测出各支路两端的电压UAD、UDC、UBD、UAC和支路电流IAC的值,注意仪表量限和测量值的符号,所测数据记入表1-1。
(3)电流源Is单独作用:
测出各支路两端的电压UAD、UDC、UBD、UAC和支路电流IAC的值,所测数据记入表1-1。
(4)电压源E和电流源Is共同作用:
测出各支路两端的电压UAD、UDC、UBD、UAC和支路电流IAC的值,所测数据记入表1-1。
4、验证非线性元件不适用叠加定理
上图1-1中AC支路的线性电阻R4用稳压管代替,按步骤3,重复测量各支路电流和电压,与替代前的数值进行比较,数据记入表1-2中。
六、实验结果
表1-1验证叠加原理
项目
条件
UAD(V)
UDC(V)
UBD(V)
UAC(V)
IAC(mA)
E单独作用
IS单独作用
E和IS共同作用
表1-2AC支路为稳压二极管时各支路电压及AC支路电流
项目
条件
UAD(V)
UDC(V)
UBD(V)
UAC(V)
IAC(mA)
UAC/IAC
E单独作用
IS单独作用
EI和IS共同作用
七、实验注意事项
(1)稳流源不应开路,否则它两端正电压会很高。
为安全起见,在断开IS前,先用一短线将IS短接,然后断开IS。
(2)稳压源不应短路,否则电流会过大。
八、预习及思考
(1)与稳流源IS串接的510Ω电阻如果换成1kΩ,对电路中各支路电流有何影响?
试用实验测试证实。
(2)在进行叠加实验时,对不起作用的稳压源和稳流源应如何处理?
如果它们有内电阻或内电导,则应如何处理?
九、实验总结报告
(1)根据图1-1所示元件数值计算本实验电路中(步骤3的线性电路)UAC的数值,与实验结果进行比较。
(2)小结对叠加原理的认识。
戴维南定理验证
一、实验类型
验证型实验
二、实验目的
(1)用实验来验证戴维南定理。
(2)学习线性有源一端口网络等效电路参数的测量方法。
三、实验原理
任何一个线性网络,如果只研究其中的一个支路的电压和电流,则可将电路的其余部分看作一个含源一端口网络。
而任何一个线性含源一端口网络对外部电路的作用,可用一个等效电压源来代替,该电压源的电动势ES等于这个含源一端口网络的开路电压UK,其等效内阻RS等于这个含源一端口网络中各电源均为零时(电压源短接,电流源断开)无源一端口网络的入端电阻。
这个结论就是戴维南定理。
四、仪器设备和元器件
名称
数量
备注
电工实验台
电路原理实验箱
直流稳压电源10V、稳流源15mA
万用表、直流电流表
精密可调电阻
电阻510Ω
五、实验内容及步骤
1、测出含源一端口网络的端电压UAB和端电流IR,并绘出它的外特性曲线UAB=f(IR)
(1)、按1-3(a)图接好实验电路。
(用电路实验单元中的多功能实验网络中元件),负载电阻R用精密可调电阻上的可变电阻。
(2)调节可调稳压、稳流源的直流电流源,使其输出电流为15mA。
再调节直流电压源,使其输出电压为10V。
(3)改变负载电阻R,对每一个R值,测出各对应的UAB和IR值,记入表1-3。
要特别注意:
要测出R=∞(此时测出的UAB即为A、B端开路电压UK)和R=0(此时测出的电流即为A、B端短路时的短路电流IR)时的电压和电流,作出UAB=f(IR)
曲线。
2、测出无源一端口网络的入端电阻
(1)将图1-3(a)除源:
即将电流源Is开路,将电压源Es短路,再将负载电阻R开路。
(2)用万用表电阻档测A、B两点间电阻RAB,即为有源一端口网络所对应的无源一端口网络的入端电阻,也就是此有源一端口网络所对应等效电压源的内电阻Rs。
3、验证戴维南定理
(1)调节精密可调电阻使RAB=(RS),然后将可调稳压、稳流源中稳压源输出电压调至等于有源一端口网络的开路电压UK与RAB串联组成如图1-3(b)所示等效电压源,负载电阻R仍用精密可调电阻上的可变电阻。
(2)改变负载电阻R的值,测出UAB,IR记入表1-4中。
图1-3
六、实验结果
表1-3有源一端口网络的外特性UAB=f(IR)
R(Ω)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
∞
UAB(V)
IR(mA)
表1-4等效电压源的外特性UAB=f(IR)
R(Ω)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
∞
UAB(V)
IR(mA)
七、实验注意事项
1、测量时,注意电流表量程的更换。
2、改接线路时,要关掉电源。
八、预习及思考
试说明几种一端口网络等效电阻的测量方法,并定性分析它们的优缺点。
九、实验总结报告
(1)根据实验内容1、3所得的实验数据,在同一坐标平面上作出原电路及等效电路(两种)的外特性曲线,并作比较,说明比较的结果。
(2)根据步骤1所测得的开路电压UK和短路电流Id,计算有源一端网络的等效内阻与步骤2中所测得的RAB进行比较。
实验二、电压源与电流源的等效变换的研究
一、实验类型
综合型实验
二、实验目的
1、加深对理想电压源与理想电流源外特性的理解。
2、掌握理想电压源与理想电流源外特性的测试方法。
3、验证电压源与电流源互相进行等效变换的条件。
三、实验原理
1、理想电压源和理想电流源
在电工学理论中,理想电源除理想电压源外,还有另一种电源,即理想电流源。
理想电压源具有端电压保持恒定不变,而输出电流的大小由负载决定的特性。
其外特性,即端电压U与输出电流I的关系U=f(I)是一条平行于I轴的直线,见电路图2-1(b)。
实验中使用的恒压源在规定的电流范围内,具有很小的内阻,可以将它视为一个电压源。
理想电流源具有输出电流保持恒定不变,而端电压的大小由负载决定的特性。
其外特性,即输出电流I与端电压U的关系I=f(U)是一条平行于U轴的直线,见电路图2-1(a)。
实验中使用的恒流源在规定的电流范围内,具有极大的内阻,可以将它视为一个电流源。
它们的电路图符号及其特性见图2-1
2、实际电压源和实际电流源
实际上任何电源内部都存在电阻,通常称为内阻。
因而,实际电压源可以用一个内阻RS和电压源US串联表示,其端电压U随输出电流I增大而降低,见电路图2-2(b)。
在实验中,可以用一个小阻值的电阻与恒压源相串联来模拟一个实际电压源。
实际电流源是用一个内阻RS和电流源IS并联表示,其输出电流I随端电压U增大而减小,见电路图2-2(a)。
在实验中,可以用一个大阻值的电阻与恒流源相并联来模拟一个实际电流源。
3、实际电压源和实际电流源的等效互换
一个实际的电源,就其外部特性而言,既可以看成是一个电压源,又可以看成是一个电流源。
若视为电压源,则可用一个电压源Us与一个电阻RS相串联表
示;若视为电流源,则可用一个电流源IS与一个电阻RS相并联来表示。
若它们向同样大小的负载供出同样大小的电流和端电压,则称这两个电源是等效的,即具有相同的外特性。
实际电压源与实际电流源等效变换的条件为
(1)取实际电压源与实际电流源的内阻均为RS;
(2)已知实际电压源的参数为Us和RS,则实际电流源的参数为
和RS
若已知实际电流源的参数为Is和RS,则实际电压源的参数为
RS。
图2-1
(a)(b)
图2-2
四、仪器设备和元器件
名称
数量
备注
电工实验台
电路原理实验箱
直流稳压电源6V、稳流源5mA
万用表、直流电流表200mA
精密可调电位器470Ω
电阻200Ω、47Ω
五、实验内容及步骤
1、测定理想电压源(恒压源)与实际电压源的外特性
实验电路如图2-3所示,图中的电源US用恒压源中的+6V输出端,R1取200Ω的固定电阻,R2取470Ω的电位器。
调节电位器R2,令其阻值由大至小变化,将电流表、电压表的读数记入表2-1中。
图2-3理想电压源
在图2-3电路中,将理想电压源改成实际电压源,如图2-4所示,图中内阻RS取51Ω的固定电阻,调节电位器R2,令其阻值由大至小变化,将电流表、电压表的读数记入表2-2中。
图2-4实际电压源图
2、测定理想电流源(恒流源)与实际电流源的外特性
按图2-5接线,图中IS为恒流源,调节其输出为5mA(用毫安表测量),R2取470Ω的电位器,在RS分别为1kΩ和∞两种情况下,调节电位器R2,令其阻值由大至小变化,将电流表、电压表的读数记入表2-3、表2-4中。
图2-5实际电流源电路
3、研究电源等效变换的条件
按图2-6电路接线,其中(a)、(b)图中的内阻RS均为51Ω,负载电阻R均为200Ω。
在2-6(a)电路中,US用恒压源中的+6V输出端,记录电流表、电压表的读数。
然后调节图2-6(b)电路中恒流源IS,令两表的读数与图2-6(a)的数值相等,记录IS之值,验证等效变换条件的正确性。
图2-6实际电压源、实际电流源电路
六、实验结果
表2-1理想电压源外特性数据
R(Ω)
100
200
300
400
500
∞(开路)
I(mA)
U(V)
表2-2实际电压源外特性数据
R(Ω)
100
200
300
400
500
∞(开路)
I(mA)
U(V)
表2-3理想电流源外特性数据
Rs=∞
R(Ω)
100
200
300
400
500
0(短路)
I(mA)
U(V)
表2-4实际电流源外特性数据
Rs=1KΩ
R(Ω)
100
200
300
400
500
0(短路)
I(mA)
U(V)
表2-5实际电压源表2-6实际电压源
I(mA)
I(mA)
U(V)
U(V)
七、实验注意事项
1、在测电压源外特性时,不要忘记测空载(I=0)时的电压值;测电流源外特性时,不要忘记测短路(U=0)时的电流值,注意恒流源负载电压不可超过20伏,负载更不可开路;
2、换接线路时,必须关闭电源开关;
3、直流仪表的接入应注意极性与量程。
八、预习与思考题
1、电压源的输出端为什么不允许短路?
电流源的输出端为什么不允许开路?
2、说明电压源和电流源的特性,其输出是否在任何负载下能保持恒值?
3、实际电压源与实际电流源的外特性为什么呈下降变化趋势,下降的快慢受哪个参数影响?
4、实际电压源与实际电流源等效变换的条件是什么?
所谓‘等效’是对谁而言?
电压源与电流源能否等效变换?
九、实验总结报告
1、绘出所测电流源和电压源的的外特性曲线。
2、通过实验搞清楚理想电压源和理想电流源能否等效变换。
3、从实验结果,验证电压源和电流源是否等效。
实验三、R、L、C串联谐振电路特性的研究
一、实验类型:
综合型实验
二、实验目的
1、加深理解电路发生谐振的条件、特点,掌握电路品质因数(电路Q值)、通频带的物理意义及其测定方法。
2、学习用实验方法绘制R、L、C串联电路不同Q值下的幅频特性曲线。
3、进一步学会几种常用电子仪器的使用方法。
三、实验原理
在R、L、C串联电路中,当外加正弦交流电压的频率可变时,电路中的感抗、容抗和电抗都随着外加电源频率的改变而变化,因而电路中的电流也随着频率而变化。
这些物理量随频率而变的特性绘成曲线,就是它们的频率特性曲线。
在图3-1所示R、L、C串联电路中,电路复阻抗
,
当
时,Z=R,
与
同相,电路发生串联谐振,谐振角频率
,谐振频率
。
图3-1
在图3-1电路中,若
为激励信号,
为响应信号,其幅频特性曲线如图3-2所示。
图3-2图3-3
当f=fo0时,A=1,UR=U;当f≠fo0时,UR<U,呈通频带特性。
A=0.707,即UR=0.707U所对应的两个频率fL和fh为下限频率和上限频率,fh-fL为通频带。
通频带的宽窄与电阻R有关,不同电阻值的幅频特性曲线,如图3-3所示。
当电路发生串联谐振时,UR=U,UL=UC=QU,Q称为品质因数,与电路的参数R、L、C有关。
Q值越大,幅频特性曲线越尖锐,通频带越窄,电路的选择性越好。
在恒压源供电时,电路的品质因数、选择性与通频带只决定于电路本身的参数,而与信号源无关。
在本实验中,用交流毫伏表测量不同频率下的电压U、UR、UL、UC,绘制R、L、C串联电路的幅频特性曲线,并根据
计算出通频带,根据
或
计算出品质因数。
四、仪器设备和元器件
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
电工实验台
2
电路原理实验箱
3
信号源、频率计
4
交流毫伏表
5
实验线路元件
C==7800PFL=10mH
6
电阻
R=200Ω、300Ω
五、实验内容及步骤
实验电路如图3-1所示,图中:
L=10mH,R=200Ω、300Ω,C=7800PF。
将信号源及频率计的选择开关打到正弦波“,信号源输出正弦波电压作为输入电压u,调节信号源正弦波输出电压,并用交流毫伏表测量,使输入电压u的有效值U=1V,并保持不变,信号源正弦波输出电压的频率用频率计测量。
1、测量R、L、C串联电路谐振频率:
选取R=200Ω、C=7800PF、L=10mH。
调节信号源正弦波输出电压频率,由小逐渐变大(注意要维持信号源的输出电压不变,用交流毫伏表不断监视),用交流毫伏表测量电阻R两端电压UR,当UR的读数为最大时,读得频率计上的频率值即为电路的谐振频率f0,并测量此时的UC与UL值(注意及时更换毫伏表的量限),将测量数据记入表3-1表格中。
2、测量R、L、C串联电路的幅频特性:
在图3-1实验电路的谐振点两侧,调节信号源正弦波输出频率,按频率递增或递减500Hz或1KHz,依次各取7个测量点,逐点测出UR、UL和UC值,记入表3-2中。
3、在图3-1实验电路中,改变电阻值,使R=300。
重复步骤1、2的测量过程,将UR的读数为最大时,电路谐振频率fo和Uc、UL的值记入表3-3中。
将幅频特性数据记入表3-4中。
六、实验结果
R=200C=7800PFL=10mH表3-1
UR(V)
Uc(V)
UL(V)
fo(KHZ)
R=200表3-2幅频特性实验数据一
f(KHz)
UR(V)
UL(V)
UC(V)
R=300C=7800PFL=10mH表3-3
UR(V)最大
Uc(V)
UL(V)
fo(KHZ)
R=300表3-4幅频特性实验数据二
f(KHz)
UR(V)
UL(V)
UC(V)
七、注意事项
1、测试频率点的选择应在靠近谐振频率附近多取几点,在改变频率时,应调整信号输出电压,使其维持在1V不变。
2、测量UL和UC数值前,应将毫伏表的量限改大约十倍。
八、预习与思考
1、根据实验1、3的元件参数值,估算电路的谐振频率,自拟测量谐振频率的数据表格。
2、改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振,电路中R的数值是否影响谐振频率?
3、如何判别电路是否发生谐振?
测试谐振点的方案有哪些?
4、电路发生串联谐振时,为什么输入电压u不能太大,如果信号源给出1V的电压,电路谐振时,用交流毫伏表测UL和Uc,应该选择用多大的量限?
为什么?
5、要提高R、L、C串联电路的品质因数,电路参数应如何改变?
九、实验总结报告
1、电路谐振时,比较输出电压UR与输入电压U是否相等?
UL和UC是否相等?
试分析原因。
2、根据测量数据,绘出不同Q值的三条幅频特性曲线:
UR=f(f),UL=f(f),UC=f(f)
3、试总结串联谐振的特点。
实验八、三相交流电路电压、电流和相序的测量
三相电路电压、电流的测量
一、实验类型
综合型实验。
二、实验目的
1、练习三相负载的星形联接和三角形联接;
2、了解三相电路线电压与相电压,线电流与相电流之间的关系;
3、了解三相四线制供电系统中,中线的作用;
4、观察线路故障时的情况。
三、实验原理
电源用三相四线制向负载供电,三相负载可接成星形(又称‘Y’形)或三角形(又称‘Δ’形)。
当三相对称负载作‘Y’形联接时,线电压UL是相电压UP的
倍,线电流IL等于相电流IP,即:
,流过中线的电流IN=0;
作‘Δ’形联接时,线电压UL等于相电压UP,线电流IL是相电流IP的
倍,即:
不对称三相负载作‘Y’联接时,必须采用‘YO’接法,中线必须牢固联接,以保证三相不对称负载的每相电压等于电源的相电压(三相对称电压)。
若中线断开,会导致三相负载电压的不对称,致使负载轻的那一相的相电压过高,使负载遭受损坏,负载重的一相相电压又过低,使负载不能正常工作;
对于不对称负载作‘Δ’联接时,IL≠
IP,但只要电源的线电压UL对称,加在三相负载上的电压仍是对称的,对各相负载工作没有影响。
本实验中,用三相调压器调压输出作为三相交流电源,用三组白炽灯作为三相负载,线电流、相电流、中线电流用电流插头和插座测量。
四、仪器设备和元器件
名称
数量
备注
电工实验台(三相可调交流电源)
交流电压表、交流电流表
万用表
交流电路实验箱(含40W白炽灯6个、电流插座
五、实验内容及步骤
1、三相负载星形联接(三相四线制供电)
实验电路如图8-1所示,将白炽灯按图所示,连接成星形接法。
用三相调压器调压输出作为三相交流电源。
具体操作如下:
将三相调压器的旋钮置于三相电压输出为0V的位置(即逆时针旋到底的位置),然后旋转旋钮,调节调压器的输出,使输出的三相线电压为220V。
测量线电压和相电压,并记录数据。
图8-1
(1)在有中线的情况下:
测量三相负载对称和不对称时的各相电流、中线电流和各相电压,将数据记入表8-1中,并记录各灯的亮度。
(2)在无中线的情况下:
测量三相负载对称和不
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电工学 实验 指导 书上 学期 412