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1、实验一 电路元件的伏安特性一、实验目的：1、研究电阻元件和直流电源的伏安特性及其测定方法。2、学习直流仪表设备的使用方法。二、原理及说明：1、独立电源和电阻元件的伏安特性可以用电压表、电流表测定，称为伏安测量法(伏安表法) 伏安表法原理简单，测量方便，同时使用于非线性元件伏安特性的测定。2、理想电压源的端电压US(t)是确定的时间函数，而与流过电源的电流大小无关。如果US(t) 不随时间变化(即为常数)，则该电压称为理想直流电压源US(t)，其伏安特性曲线如图1-1中 曲线a所示，实际电压源的特性曲线如图1-1中曲线b所示，它可以用一个理想电压源US(t)和 电阻RS相串联的电路模型来表示(图
2、1-2)。显然RS越大，图1-1中的。角也越大，其正切的 绝对值代表实际电源的内阻 RS。图 1-1图 1-23、理想电流源向负载提供的电流是确定的函数，与电源的端电压大小无关。如果IS(t)不随时 间变化(即为常数)，则该电流源称为理想直流电流源IS(t)，其伏安特性曲线如图1-3中曲线a 所示，实际电流源的特性曲线如图1-1中曲线b所示，它可以用一个理想电流源IS和电导GS相 并联的电路模型来表示(图1-4)。显然GS越大，图1-3中的。角也越大，其正切的绝对值代表 实际电源的内导GS。图 1-34、电阻元件的特性可以用该元件两端的电压U与流过元件的电流I的关系来表征。即满足于 欧姆定律：
3、在 U-I 坐标平面上，线性电阻的特性曲线是一条通过原点的直线。三、实验内容及步骤：1、测理想电定流源的伏安特性图 1-5调节直流电源是其输出电流Is=10(mA),先将可调电阻R置零，按图1-5接线。逐次增加R的 值，读取相应的电压值、电流值计入表 1-1。表 1 1R (Q)0100200300500700800U (V)I (mA)2、测定理想电压源的伏安特性调节直流稳压源使其输出电压U=10 (V)，再将可调电阻R调至最大值，按图1 -6接线。其 中R为限流电阻。逐次减小R的值，读取相应的电压值、电流值记入表1-2中。表 12R (Q)900800700500300200100U (V
4、)I (mA)3、测定实际电源的伏安特性图 1-7其中：Rs=50Q Us=10V按图1-7接线。实验中实际电源用一台直流稳压电源Us串联电阻Rs来模拟。接线前调稳 压电源Us（V）=10（V）。改变R数值，记录相应的电压值与电流值于表1-3中。表 13R (Q)900800700500300200100U (V)I (mA)4、测定线性电阻的伏安特性图 1-8其中：R=100Q按图1-8接线。改变直流稳压电源的电压Us,测定相应的电流值和电压值记录于表1-4中。表 1 4Us (V)0246810I (mA)U (V)、实验用设备仪器及材料：1、电路实验箱1个2、万用表1块3、直流电流表1块
5、4、导线等。、实验报告要求：根据测量数据，在坐标纸上按比例绘出伏安特性曲线。实验二 基尔霍夫定律和叠加原理一、实验目的：加深对基尔霍夫定律和叠加原理的内容和使用范围的理解。二、原理及说明：1、基尔霍夫定律是集总电路的基本定律。它包括电流定律和电压定律。 基尔霍夫电流定律：在集总电路中，任何时刻，对任意一个节点，所有支路电流的代数 和恒等于零。即工1=0。基尔霍夫电压定律：在集总电路中，任何时刻，沿任意一个回路内所有支路或元件电压的代数和恒等于零。即工U=0。2、叠加原理是线性电路的一个重要定理。 如果把独立电源称为激励，由它引起的支路电压、电流称为响应则叠加原理可简述为：在 任意线性网络中，多
6、个激励同时作用时，总的响应等于每个激励单独作用时引起的响应之和。三、实验方法及步骤：1、验证基尔霍夫定律按图2-1接线，其中A、A2、A3是电流插孔，K、K2是双刀双掷开关。先将KK2合向短路线一边，调节稳压电源，使Us=10V, Us2=8V,再把, K2合向电源一 边。测得各支路电流、 电压，将数据记录于表2-1中。2、验证叠加原理按图2-1接线，首先K2掷向短路线一边，K1掷向电源一边，测量各电流、电压记录于表 2-2中。首先K1掷向短路线一边，K2掷向电源一边，测量各电流、电压记录于表2-2中。两电源共同作用时的数据在实验内容1中取。bAA,caIdI2o1 kk2R2R rR 3A3
7、US2=8VRr=200R2*01-3 R3=300US=10Vo图 2-表 2 11 (mA)12 (mA)13 (mA)验证工I = 0节点b验证工U =05Ubc5回路abcda回路abda表 2 211 (mA)12 (mA)13 (mA)Uab（V）UbcUbd(V)US1单独作用uS2单独作用Usi US2共同作用验证叠加原理四、实验用设备仪器及材料1、电路实验箱1 个2、万用表1 块3、直流电流表1 块4、导线等实验三 戴维南定理及功率传输最大条件的研究一、实验目的1、用实验 方法 验证戴维南定理的正确性。2、学习线性含源一口网络等效电路 参数 的测量 方法 。3、验证功率传输最
8、大条件。二、原理简述1、戴维南定理指出，任何一个线性含源一端口网络，对外部电路而言，总可用一个理想电 压源和电阻串连的有源支路来代替，如图3-3所示，其理想电压源的电压等于原网络断口的开 路电压U，其电阻等于原网络中所有独立电源为零值时的如端等效电阻R。2、对于已知的线性含源一端口网络，其入端等效内阻 Ri 可以从原网络计算得出，也可以通 过实验手段测出。下面介绍三种测量方法：（1）由戴维南定理和诺顿定理可知UR= OCiiSC注意：对不许将外部电路直接短路的网络（例如有可能因短路电流过大而损坏网络内部器 件市）不能采取此法。（2）测出含源一端口网络的开路电压U以后，在端口处接一负载电流RL,
9、然后再测出ocL负载电阻的端电压，因U则入端等效电阻为二oc x RRL R + RLiL(U JR =OC 1Ri1U JRLL(3) 令有源一端口网络中的所有独立电源置零，然后在端口处加一给定电压U,测得流入 端口的电流I(如图2-3所示)，则图 3-22、一个含有内阻Ri的电源给Rl供电，其功率为RL（E 丫I Rl + R 丿Li为求得Rl从电源中获得最大功率的最佳值，我们可以将功率P对Rl求导，并令其导数等 于零dP（R + R 2（R + R）RR2 R 2=iLiLL E 2 = iL E 2 = 0dRR + R 丿0 （R + R）40Li Li L于是解得 RL=Ri 则得
10、到最大功率PmaxE 2E 2o R = 0-R + R）2L4 RiLi由此可知：负载电阻Rl从电源中获得最大功率条件是一负载电阻Rl等于电源内阻比。三、实验内容及步骤：1、测定线性含源一口网络的外特性(即伏安特性) U=f(I)。按图3-3接线，改变电阻Rl值，测量对应的电流和电压值，参数填在表3-1内。根据测量结 果，求出对应于戴维南电路等效参数Uoc, Isc。其中R=200QR2=300Q, R3=3OOQ, Us=10V图 3-3U(1) Ri= OCiSC图 3-4 Ri= UC -1RLU Ri=亍表 3 1Rl0100200300500700800I(mA)U(V)2、求取R
11、i的方法及结果方法（1）（2）数据在内容1中取，方法（3）实验线路如图34其中UlOV。表32方法123Ri (Q)比的平值I3、测得的等效参数构成戴维南等效电路(图3-5)测量其外特性U=f (I)。数据填在表 3-3 中。图 3-5表 3 3Rt0100200300500700800R.I(mA)U(V)4、最大功率传输条件的验证根据表格的数据计算并绘制功率随Rl变化的曲线，即P=f (RH)。四、实验用设备仪器及材料：1、电路实验箱1个2、万用表1块3、直流电流表1块五、报告要求： 在同一张坐标纸上做它们的外特性曲线，并分析。实验四单相交流电路及功率因数的提高一、实验目的1. 通过RL串
12、联电路掌握单相交流电路的电压、电流、复阻抗之间的相量关系，有效值关系。2. 熟悉日光灯电路的组成，各元件的作用及日光灯的工作原理，学会日光灯电路的连接， 了解线路故障的检查方法。3. 掌握交流电路的电压、电流和功率的测量方法。4. 练习并掌握感性负载提高功率因数的方法。二、原理说明镇流器是一个铁心线圈，其电感L比较大，而线圈本身具有电阻R。日光灯在稳态工作时 近似认为是一个阻性负载R2o镇流器和灯管串联后接在交流电路中，如图4-1所示，可以把这 个电路等效为RL串联电路，如图4-2所示。O22OVn=E灯管it慣爺器L _ _elR2图4-1日光灯电路图4-2日光灯等效电路根据图4-2和图4-
13、3，相关计算如下: 镇流器的等效复阻抗：zrlu=rli电感线圈的电阻:=zrl电感线圈的感抗:电感线圈的电感:x cosel4rl图4-3 RL串联电路相量图日光灯等效电阻:R 2电路消耗的有功率:P = UIcose 或 P = /2(R + R2)因镇流器本身的电感较大，故整个电路的功率因数较低，为了提高电路的功率因数，可以采用 在日光灯两端并联电容的方法，见图4-2o并联电容后电路的总电流I = I + IC （见图4-4）。由于电容的无功电流抵消了一部分日光 灯电流中的感性无功分量，所以总电流将减小，电路的功率因数被提高。由于电源电压是固定 的，并联电容器并不影响感性负载的工作状态，即日光灯支路的电流、功率和功率因数并不随 并联电容
