《电工学》实验指导书《电工学》实验指导书 实验一 戴维宁定理 一、实验目的 1.加深对戴维宁定理的理解； 2.学习有源二端网络等效电动势和等效内阻的测量方法； 3.熟悉稳压电源、数字万用表的使用； 二、实验器材 1.数字万用表 一块 2.直流稳压电源 两台 3.电阻 若干只 4.导线 若干根 5.面包板 两块 三、实验原理简述 任何一个线性有源二端网络都可以用一个电动势为E、内阻为R0 的等效电压源代替如图1-1所示等效电压源的电动势E就是有源二端网络的开路电压UOC，如图1-2所示等效电压源的内阻RO 就是有源二端网络除源后两端之间的等效电阻，如图1-2所示除源是指将原有源二端网络内所有电源的作用视为零，即将理想电压源视为短路、理想电流源视为开路。
原电路 戴维宁等效电路 图1-1 戴维宁等效电路 开路电压 等效电阻 图1-2 等效量的求解 在电路分析中，若只需计算某一支路的电流和电压，应用戴维宁定理就十分方便只要将该待求支路划出，其余电路变为一个有源二端网络，根据戴维宁定理将其等效为一个电压源，如图1-1所示只要求出等效电压源的电动势E和内阻RO，则待求支路电流即为I=ER0+RL1.实验电路连接及参数选择 四、实验内容和步骤 1 实验电路如图1-3所示由R1、R2 和R3 组成的T 型网络及直流电源US 构成线性有源二端网络可调电阻箱作为负载电阻RL 图1-3 验证电路 在实验台上按图1-3所示电路选择电路各参数并连接电路参数数值及单位填入表1-1中 表1-1 实验线路元件参数 R1 R2 R3 US RL 2.戴维宁等效电路参数理论值的计算 根据图1-3给出的电路及实验步骤1 所选择参数计算有源二端网络的开路电压UOC、短路电流ISC 及等效电阻RO 并记入表1-2中 图1-4 测开路电压UOC 图1-5 测短路电流ISC 开路电压UOC 可以采用电压表直接测量，如图1-4 所示。
直接用万用表的电压档测量电路中有源二端网络端口的开路电压UOC，见图1-4，结果记入表1-2中 等效内阻RO 的测量可以采用开路电压、短路电流法 当二端网络内部有源时，测量二端网络的短路电流ISC，电路连接如图1-5 所示，计算等效电阻RO= UOC/ ISC，结果记入表1-2中 表1-2 开路电压、短路电流及等效电阻RO 实验记录 被测量 开路电压UOC 理论计算值 实验测量值 2 短路电流ISC 等效电阻RO= UOC/ ISC 4.验证戴维宁定理、理解等效的概念 测量原有源二端网络外接负载时的电流、电压 将图1-3的原有源二端网络外接负载RL，测量RL 上的电流IL 及端电压UL，结果记入表1-3中，并与前一步实验结果进行比较，验证戴维宁定理 测量戴维宁等效电路外接同样负载时的电流、电压 ① 组成戴维宁等效电路 根据表1-3的实验数据，调节稳压电源输出电压值E，使E=UOC，调节一个可调电阻箱，使其阻值为RO，查阅表1-1 中作为负载RL 的阻值，用另一个可调电阻箱作为负载RL，组成如图3-1所示戴维宁等效电路 ② 测量戴维宁等效电路负载电阻RL 上的电流IL 及端电压UL，结果记入表1-3 中。
表1-3 验证戴维宁定理 被测量 戴维宁等效电路 原有源二端网络 UL IL 五、预习与思考 1．根据图1-3 所示电路及参数，计算UOC、ISC、RO，填入表3-2 中 2．用开路电压、短路电流法测量等效电阻时，能否同时进行开路电压和短路电流的测量？为什么？ 六、注意事项 1.测量电流、电压时都要注意各表的极性、方向和量程测量时与各电量的理论计算值进行比较，以保证测量结果的准确 2.做实验前注意观察实验台面板图，记录有关电源、电阻的参数，并画出本实验所需电路的接线图 七、实验报告要求 1.根据实验数据，验证戴维宁定理 2.分析产生误差的原因 3 实验二 串联谐振电路实验 一．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、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．熟练使用信号源、频率计和交流毫伏表 二．原理说明 在图16—１所示的Ｒ、Ｌ、Ｃ串联电路中，电路复阻抗I&CLZ=R+j(wL-当wL=1)， wC+&U1&同相，电路发生串联谐振，谐振&与I时，Z＝R ，UwC-图16-1R&UR角频率w0=1LC， 谐振频率f0=12pLC。
&为响应 &为激励信号，U在图2－1电路中，若UR信号，其幅频特性曲线如图2－2所示，在ｆ＝ｆ０时， 图2-2 图2-3 A＝1，UR＝U ，ｆ≠ｆ０时，UR＜U ，呈带通特性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2－3所示 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D f=fh-fL计算出通频带，根据Q=ULUC或=UUQ=f0计算出品质因数, fh-fL 4 三．实验设备 1．信号源； 2．交流毫伏表； 3．MEEL－05组件 L四．实验内容 1．按图2-4组成监视、测量电路用交流毫伏表测电压，令其输出有效值为1V，并保持不变。
图中 L＝9ｍH，R＝R51Ω，C＝0.033uF 2．测量Ｒ、Ｌ、Ｃ串联电路谐振频率选取，调节信号图2-4 源正弦波输出电压频率，由小逐渐变大，并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ｆ，将测量数据记入自拟的数据0，并测量此时的UC与UL值表格中 3．测量Ｒ、Ｌ、Ｃ串联电路的幅频特性 在上述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2－1中 表2－1 幅频特性实验数据一 f(ｋHz) UR(V) UL(V) UC(V) 信号源C4．在上述实验电路中，改变电阻值，使R=100W,重复步骤1、２的测量过程，将幅频特性数据记入表2－2中 表2－2 幅频特性实验数据二 f(ｋHz) UR(V) UL(V) UC(V) 五．实验注意事项 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．在测量UL和UC数值前，应将毫伏表的量限改大约十倍，而且在测量UL与UC时毫伏表的“＋”端接电感与电容的公共点。
六．预习与思考题 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？ 5 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？ 七．实验报告要求 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．计算出通频带与Ｑ值，说明不同Ｒ值时对电路通频带与品质因素的影响 4．对两种不同的测Ｑ值的方法进行比较，分析误差原因 5．回答思考题1、2、5 6．试总结串联谐振的特点 6 实验三 功率因数提高 一、实验目的： 1．研究感性负载并联电容提高功率因数的方法，进一步领会提高功率因数的实际意义； 2．学会联接日光灯电路，并了解日光灯电路各部件的作用； 3．学会使用功率表。
二、仪器与设备： 1． 电源控制屏 GDS----01 2． GDS---09 3． GDS---11 4． GDS---12 5． 功率因数表 三、实验步骤： 1． 按图3—1接好线路，K1、K2、K3先断开； 2． 经检查无误后，送电待日光灯启动完毕，正常运行后读取功率P和支路电流I，记表 3—1； 3． 合上K1，重复2，合上K2重复2，合上K3重复2 SIW220VILAAA灯管镇流器ICK2C2UK1C1K3C3图3—1 表3—1 补偿电容 未并电容 1μf 2μf 4μf 6μf P I IC IL cosj=P/UI 四、分析与讨论： 1． 从表3—1中的数据中，你发现P、I、IC、IL中那些是电容量的变量，那些是常量？ 2． 并联电容器后，功率因数是否提高？是否并入电容越大越好？ 3． 串联电容也能使功率因数提高，但为什么不采用此法？ 7 附注：日光灯和它的工作工作原理 日光灯由灯管、镇流器和起辉器三部分组成 灯管：是一根玻璃管，内壁均匀涂有薄薄一层萤光物质，管的两端是灯丝，管内抽成真空有水银蒸气和氩气，接上电源后，灯丝通过起辉器和镇流器构成闭合电路，这时电流使灯丝预热。
当起辉器跳开，通过镇流器的电流突然中断，于是它产生一个很高的感应电压，加在管子两端，使管子产生辉光发电，激出萤光起辉后，管子两端的电压只有80左右，其余电压降在镇流器上，因此，日光灯管不能直接接在220伏电源上，必须与相应的镇流器配套使用 起辉器：是一个自动开关‘它有两个电极’一个是固定片，另一个是用双金属片做成的动片，一起封装在一个玻璃泡内，并充以惰气玻璃泡外面还有一个小电容器，和泡内两电极并联着，为的是防止电极由通到断开时产生的电火花烧坏电极和对无线电设备的干扰两电极间未加电压时是断开的，当电源电压加上后，产生辉光放电，双金属片受热膨胀两极接通起到预热灯丝的作用电极接通后，辉光消失，双金属片冷却，恢复原状，电极断开，使镇流器产生脉冲高压，使日光灯管产生辉光放电而发光 镇流器：是一个带铁芯的电感线圈，在起辉器触头断开时，通过它的电流突然变化到零 di由电磁感应定律 eL=-Ldt 可知，将产生一个高电压加在灯管两端，使灯管起辉这时电流通过灯管内部和镇流器联成通路，电路进入稳。