大学电路实验报告

目 录

实验的意义、要求及注意事项 ………………………………………2 实验一、直流网络定理 ………………………………………………4 实验二、RC一阶电路的响应测试 ……………………………………8 实验三、日光灯电路的研究 …………………………………………12 实验四、RLC串联谐振电路的研究 ……………………………………15 实验五、三相交流电路电压和电流的测量……………………………19 实验六、三相电路功率的测量…………………………………………22 实验七、负阻抗变换器…………………………………………………26

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实验的意义、要求及注意事项

电工电子课程是重要的一门技术基础棵，它的显著特征是实践性。要想好

的掌握电工电子技术，除了掌握基本器件的原理、电子电路的基本组成及分析方法外，还要掌握电子器件及基本电路的应用技术，因而实验已成为课程教学中的重要环节。通过实验可使学生掌握器件的性能、参数及电子电路的内在规律，了解各功能电路的相互影响，从而验证理论并发现理论知识的局限性。可使学生进一步掌握基础知识，基本实验方法、及基本实验技能，以适应现代科学技术的飞速发展对人才的要求：不仅要有丰富的理论知识还要有较强的对知识的运用能力及创新能力。 一、 实验的目的

实验的目的不仅要加深理论所学的知识，更重要的是训练实验技能、学会

独立进行实验操作、树立工程观念和严谨的科学作风。 1、学习掌握一定的元器件使用技术，学会识别元器件的类型、型号、规格，并能根据实验要求选择元器件。

2、学习掌握一定的实验技能如焊接、组装、连接、调试等。

3、学习掌握一定的仪器使用技术，如万用表、示波器、信号源、稳压电源的使用和操作方法。只有正确使用电子仪器才能取得良好的测量数据。

4、学习掌握一定的测量系统设计技术，只有合理的测量系统设计，才能保证测量结果的正确。

5、学习掌握一定的仿真分析技术。计算机仿真技术不仅可以节省电路设计和调试的时间，更可以节约大量的硬件费用。电子系统的计算机仿真技术已经成为现代电子技术的一个重要组成部分，也已经成为现代电子工程技术人员的基本技术和工程素质之一。

6、学习掌握一定的测量结果分析技术。只有通过对测量结果的数据分析处理才能得到电子电路的有关技术指标和一些技术特性。

7、使学生能够利用实验方法完成具体的任务，如根据具体的实验任务拟订实验方案（测试电路、仪器、测试方法等），独立地完成实验，对实验现象进行理论分析，并通过实验数据的分析得到相应的实验结果，撰写规范的实验报告。 8、培养学生独立解决问题的能力，如独立地完成某一设计任务（查阅资料，方案确定、器件选择、安装调试）从而使学生具备一定的科学研究能力 9、培养学生实事求是的科学态度和踏实细致的工作作风。 二、 实验的一般要求 1、实验课前的要求

（1）认真阅读实验指导书，明确实验目的；理解有关原理，熟悉实验电路，内容步骤，参数测试方法及实验中的注意事项。 （2）了解实验用仪器的主要性能和使用方法。

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（3）估算测试数据、实验结果、完成实验指导书中的有关预习要求的内容，并写出预习报告。

（4）做好数据记录纸和记录表格等的准备工作。 2、实验中的要求

（1）按时、按组进入实验室，在规定的时间内完成实验任务。遵守实验室的制度，实验后整理好实验台。

（2）按照科学的操作方法实验，要求接线真确，布线整齐合理。接线后要认真复查，确信无误后经指导老师同意，方可接通电源实验。 （3）按照仪器的操作规程正确使用仪器，不得野蛮操作。

（4）测试参数时，要做到心中有数，细心观察。要求原始记录完整、清楚，实验结果正确。

（5）实验中出现故障时，应冷静分析原因，并能在老师指导下独立解决，对实验中的现象和实验结果要能进行正确的解释。 3、实验后的要求

一律用学校规定的实验报告纸认真撰写实验报告，做到文理通顺，字迹端正，图形美观，页面整洁，并按要求装订封皮。实验报告的具体内容为： （1）实验的目的

（2）实验原理的说明及相关电路图 （3）实验用仪器的名称、型号、数量。

（4）实验的步骤和内容，包括：预习时的理论计算，问题回答，设计记录数据的表格等。

（5）实验数据及数据处理：根据实验原始记录整理实验数据，规范填写表格，如有需要应用坐标纸画出曲线图，并按指导书要求进行必要的数据计算和文字分析说明。

（6）实验总结包括实验中出现的问题及解决办法，本次实验的收获体会。 三、实验注意事项

（1）严格遵守实验室的规章制度，认真实验，保持安静、整洁的环境。 （2）不了解实验仪器的操作规程时，严禁动用实验仪器。 （3）严禁带电接线、拆线、改接线路。

（4）实验仪器设备不得随意调换或拔插实验用元器件，若损坏仪器设备，必须立即报告老师，作出书面检查，根据事故责任做出赔偿。

（5）实验中若发生事故，应立即关掉电源，保持现场，报告指导老师。

（6）实验完后，本人先检查实验数据是否符合要求，然后再请老师检查，经老师认可签字后方可拆除实验线路，整理好实验器材后才可离开实验室。

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实验一 直流网络定理

一、实验目的

1、验证线性电路叠加原理的正确性，加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。

2、验证戴维南定理的正确性，加深对该定理的理解。 3、掌握测量线性有源二端网络等效参数的一般方法。 二、原理说明

1、叠加原理指出：在有多个独立源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。

2、线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增加或减小K 倍时，电路的响应（即在电路中各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增加或减小K倍。

3、任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络（或称为含源一端口网络）。

4、戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替，此电压源的电动势Us等于这个有源二端网络的开路电压Uoc， 其等效内阻R0等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短路，理想电流源视为开路）时的等效电阻。Uoc（Us）和R0或者ISC（IS）和R0称为有源二端网络的等效参数。有源二端网络等效参数的测量方法如下： (1) 开路电压、短路电流法测等效电阻R0

在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压Uoc，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流Isc，则等效内阻为

U Uoc Uoc R0＝ ── A Isc ΔUB如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口

ΔII短路则易损坏其内部元件，因此不是所有的电路 OIsc都宜用此法。 图1-1 (2) 伏安法测R0 被测用电压表、电流表测出有源网络的 Uoc/2有R0RLV外特性曲线，如图1-1所示。根据外特 源网US性曲线求出斜率tgφ，则内阻 络 △U Uoc

R0＝tgφ＝ ──＝── 图1-2 △I Isc

φ 4

也可以先测量开路电压Uoc，

被V再测量电流为额定值IN时的输出

测稳 R0有压源Uoc－UN U电US网源端电压值UN，则内阻为 R0＝──── 。 络 IN

(3) 半电压法测R0

如图1-2所示，当负载电压为被测网络开 图1-3

路电压的一半时，负载电阻（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。

(4) 零示法测UOC

在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表直接测量会造成较大的误差。为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示测量法，如图1-3所示.。

零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比 较，当稳压电源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为“0”。然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压， 即为被测有源二端网络的开路电压。 三、实验设备 序号 名 称 型号与规格 数量 备 注 1 可调直流稳压电源 0～30V可调 二路 2 直流数字电压表 0～200V 1 3 直流数字毫安表 0～200mA 1 4 叠加原理实验电路板 1 DGJ-03 5 戴维南定理实验电路板 DGJ-05 6 可调电阻箱 0～99999.9Ω 1 DGJ-05 四、预习思考题

1. 在叠加原理实验中，要令U1、U2分别单独作用，应如何操作？可否直接将不作用的电源（U1或U2）短接置零？

2. 在叠加原理实验电路中，若有一个电阻器改为二极管，试问叠加原理的迭加性与齐次性还成立吗？为什么？

3．在求戴维南等效电路时，作短路试验，测ISC的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？请实验前对线路1-5(a)预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。

4. 说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法， 并比较其优缺点。 五、实验注意事项

1. 用电流插头测量各支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性，仪表默认红色插孔为正极性端、黑色为负极性端、正确判断测得值

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的＋、－号后，记入数据表格。

2. 测量时应先估算电流的大小，注意电流表量程的更换。 3. 改接线路时，要关掉电源。 六、实验步骤 1. 叠加原理实验

实验线路如图1-4所示，用DGJ-03挂箱的“基尔夫定律/叠加原理”线路。（注意K3拨向电阻侧） 2 1F

图1-4

（1）将两路稳压源的输出分别调节为UA=12V和UB=6V，用连接线接入U1

和U2插孔处.

（2） 令U1电源单独作用（即将开关K1投向U1侧，开关K2投向短路侧，此时U2虽有电压，但已与测试电路完全断开，而B、C两点已被短接）。用直流数字电压表测量各电阻元件两端的电压，用毫安表（接电流插头）测量各支路电流测量数据记入表1-1。

（3）令U2电源单独作用（将开关K1投向短路侧，开关K2投向U2侧，此时U1虽有电压，但已与测试电路完全断开，而F、E两点已被短接），重复实验步骤2的测量和记录，数据记入表1-1。

（4） 令U1和U2共同作用（开关K1和K2分别投向U1和U2侧）， 重复上述的测量和记录，数据记入表1-1。

（5） 将U2的数值调至＋12V，重复上述第3项的测量并记录，数据记入表1-1。

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表 1-1 测量项目实验I1 I2 内容 (mA) (mA) I3 (mA) UAB (V) UCD (V) UAD (V) UDE (V) UFA (V) U1单独作用 U2单独作用 U1、U2共同作用 2U2单独作用 2.戴维南定理实验

被测有源二端网络如图1-5(a)。

(a)

图1-5 (b)

（1） 用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的R0。

把戴维南定理实验电路板DGJ-05按图1-5(a)所示接入稳压电源Us=12V和恒流源Is=10mA，RL处不接入任何电阻。分别测出UOc和Isc,并计算出R0。（注测UOC时，不接入毫安表。） Uoc Isc R0=Uoc（2） 负载实验 (v) (mA) /Isc 按图1-5(a)接入可调电阻箱作为可变电阻RL。改变RL

(Ω) 阻值，测量有源二端网络的外特性曲线U=f（I），记入

下表。 RL(Ω) 100 200 300 400 500 600 700 800 1000 U（v） I（mA） （3） 构建等效电路验证戴维南定理：从可调电阻上取得按步骤“1”所得的等效电阻R0之值， 然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压Uoc之值）相串联，用连接线连出如图1-5(b)所示的电路，仿照步骤“2”

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测其外特性，记入下表。根据测得的数据对比步骤“2”所测数据对戴氏定理进行验证。 RL(Ω) 100 200 300 400 500 600 700 800 1000 U（v） I（mA） 七、实验报告要求

1. 回答预习思考题。

2．根据数据表1，验证所测电压及电流是否符合线性电路的叠加性与齐次性。

3. 在叠加原理实验中，各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？ 试用实验数据，进行计算并作出结论。

4．在戴维南定理实验中，根据步骤2、3的测量结果，在同一坐标纸上绘出外特性曲线，验证戴维南定理的正确性，并分析产生误差的原因。

5．心得体会及其它。

实验二 RC一阶电路的响应测试

一、实验目的

1. 测定RC一阶电路的零输入响应、零状态响应及完全响应。 2. 学习电路时间常数的测量方法。

3. 掌握有关微分电路和积分电路的概念。 4. 进一步学会用示波器观测波形。 二、原理说明

1. 动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程。要用普通示波器观察过渡过程和测量有关的参数，就必须使这种单次变化的过程重复出现。为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；利用方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号。只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ，那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的。

2.图2-1（b）所示的 RC 一阶电路，它的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数τ。 3. 时间常数τ的测定方法:

用示波器测量零输入响应的波形如图2-1(a)所示。

根据一阶微分方程的求解得知uc＝Ume-t/RC＝Ume-t/τ。当t＝τ时，Uc(τ)＝0.368Um。此时所对应的时间就等于τ。亦可用零状态响应波形增加到0.632Um所对应的时间测得，如图2-1(c)所示。

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u UmUmut

0t0ucUm+RUmucC0.3680tτ

uucτ

0.632t0 (a) 零输入响应 (b) RC一阶电路 (c) 零状态响应

图 2-1

4. 微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的电路， 它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。一个简单的 RC串联电路， 在方波序列脉冲的重复激励下， 当满足τ＝RC<<时（T为方波脉冲的重复周期），且由R两端的电压作为响应输出，则该电路就是一个微分电路。因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。如图2-2(a)所示。利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。

uiCR <>T/2cCuc

T (a)微分电路 (b) 积分电路

图2-2

若将图2-2(a)中的R与C位置调换一下，如图2-2(b)所示，由 C两端的电压作为响应输出，且当电路的参数满足τ＝RC>>，则该RC电路称为积分电路。因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。利用积分电路可

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T2

以将方波转变成三角波。

从输入输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的作用，请在实验过程仔细观察与记录。 三、实验设备 序号 1 函数信号发生 器 2 双踪示波器 3 动态电路实验 YB43020B 1 1 DGJ-03 1 名 称 型号与规格 数量 备注 板 四、预习思考题 1. 什么样的电信号可作为RC一阶电路零输入响应、零状态响应和完全响应的激励源？

2. 已知RC一阶电路R＝10KΩ，C＝0.1μF，试计算时间常数τ，并根据τ值的物理意义，拟定测量τ的方案。

3. 何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？ 它们在方波序列脉冲的激励下，其输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功用？ 4. 预习要求：回答上述问题，准备方格纸测绘波形。 五、实验注意事项

1. 调节电子仪器各旋钮时，动作不要过快、过猛。 观察双踪时，要特别注意相应开关、旋钮的操作与调节。

2. 信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起（称共地）， 以防外界干扰而影响测量的准确性。

3. 示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时，应将辉度调暗，以延长示波管的使用寿命。

4. 观测记录激励和响应的波形时，不要随意调节通道垂直位移旋钮，以免改变激励和响应的波形在同一坐标轴上相对位置。 六、实验步骤

实验线路板的器件组件，如图5-3所示， 请认清R、C元件的布局及其标称值，各开关 的通断位置等。

1．从电路板上按表一的R、C值选择器件， 组成如图2-1(b)所示的 RC 充放电电路，由 C两端的电压作为响应输出。ui为脉冲信号 发生器输出的Um＝ 3V、f＝1KHz的方波电压 信号，并通过两根同轴电缆线，将激励源ui 和响应uC的信号分别连至示波器的两个输入 口CH1、CH2通道。这时可在示波器的屏幕上

10K30K1K10K0.01u4.7mH1000p0.01u1000p6800p10K10mH 10

0.1u0.1u1M100

观察到激励与响应的变化规律。 图2-3

改变电容值，观察对响应的影响，并用坐标纸在同一坐标轴上按1:1 的 比例描绘不同R、C参数时的激励ui和响应uC的波形。

2.从电路板上按表一的R、C值选择器件，组成如图2-1(b)所示的 RC 充放电电路，把R两端的电压作为响应输出。在同样的方波激励信号（Um＝3V，f＝1KHz）作用下，观测并描绘激励与响应的波形。增大R之值，观察对响应的影响，并用坐标纸在同一坐标轴上按1:1 的比例描绘不同R、C参数时激励ui和响应uR的波形。

步骤1-2中R、C的参数按下表所列值进行计算和实验观测。 表一 步骤 激励信号参数 方波 Um＝3V f＝1KHz 计算激励信号的半周期值T/2（ms） 电阻R（Ω） 电容 1000pF 6800pF 0.01μF 0.1μF 计算时间常数τ（ms） 1 10K 方波 100 Um＝3V 1K 2 0.01μF f＝1KHz 10K 1M 3.选R＝10KΩ，C＝6800pF组成如图2-1(b)所示的 RC 充放电电路，由 C两端的电压作为响应输出。在同样的方波激励信号（Um＝3V，f＝1KHz）作用下，在示波器上，根据原理说明3中的测定方法测算出时间常数τ。 七、实验报告要求

1. 回答预习思考题。

2．根据实验步骤1，当R＝10KΩ，C＝6800pF时的观测结果，在坐标纸上绘出RC一阶电路充放电时uC的变化曲线，由曲线测得τ值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。

3. 在坐标纸上整理绘制出实验步骤1-2中不同R、C值时的响应波形。 4．根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的特征。

5. 心得体会及其它 。

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实验三 日光灯电路的研究

一、实验目的 IRUR1．掌握日光灯线路的接线及智能功率表的使用。 U2. 学习正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。 jXcUc 3. 理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。

二、原理说明 图3-1

1. 在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路的 IUR电流值， 用交流电压表测得回路各元件两端的电压值，它们 之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律，即 . . φUc ΣI＝0和ΣU＝0 。

U2. 图3-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信

号U的激励下，UR与UC保持有90º的相位差，即当 图3-2 R阻值改变时，UR的相量轨迹是一个半园。

SU、UC与UR三者形成一个直角形的电压三

A角形，如图3-2所示。R值改变时，可改

LC变φ角的大小，从而达到移相的目的。

3. 日光灯线路如图3-3所示，图中 A 220V

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是日光灯管，L 是镇流器， S是启辉器，

C 是补偿电容器，用以改善电路的功率因 图3-3 数（cosφ值）。

日光灯的工作原理是：当开关接通的时候，电源电压立即通过镇流器和灯管灯丝加到启辉器的两极。220伏的电压立即使启辉器的惰性气体电离，产生辉光放电。辉光放电的热量使双金属片受热膨胀，两极接触。电流通过镇流器、启辉器触极和两端灯丝构成通路。灯丝很快被电流加热，发射出大量电子。这时，由于启辉器两极闭合，两极间电压为零，辉光放电消失，管内温度降低；双金属片自动复位，两极断开。在两极断开的瞬间，电路电流突然切断，镇流器产生很大的自感电动势，与电源电压叠加后作用于管两端。灯丝受热时发射出来的大量电子，在灯管两端高电压作用下，以极大的速度由低电势端向高电势端运动。在加速运动的过程中，碰撞管内氩气分子，使之迅速电离。氩气电离生热，热量使水银产生蒸气，随之水银蒸气也被电离，并发出强烈的紫外线。在紫外线的激发下，管壁内的荧光粉发出近乎白色的可见光。

日光灯正常发光后。由于交流电不断通过镇流器的线圈，线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍线圈中的电流变化，这时镇流器起降压限流的作用，使电流稳定在灯管的额定电流范围内，灯管两端电压也稳定在额定工作电压范围内。由于这个电压低于启辉器的电离电压，所以并联在两端的启辉器也就不再起作用了。

三、实验设备 序名称 型号与规格 数序名称 型号与规格 数号 量 号 量 1 交流电压表 0～500V 1 5 镇流器、启辉与40W灯管各1 器 配用 2 交流电流表 ０～5A 1 6 电流插座 3 3 功率表 1 7 日光灯灯管 40W 1 4 自耦调压器 1 8 电容器 1μF,2.2μF各1 ,4.7μF/500V 四、预习思考题

1.在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时， 人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮，或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？

2. 为了改善电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器， 此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？

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17-3

图

3. 提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法， 而不用串联法？所并的电容器是否越大越好？ 五、实验注意事项

1. 本实验用单相交流市电220V，务必注意用电和人身安全。 2. 功率表要正确接入电路。

3. 当线路接线正确，日光灯不启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好。 六、实验步骤

1. 按图3-1 接线。R为220V、15W的白炽灯泡，电容器为4.7μF/450V。 经指导教师检查后，接通实验台电源， 将自耦调压器输出( 即U)调至220V。记录U、UR、UC值，验证电压三角形关系。

测 量 值 U（V） UR（V） UC（V） 计 算 值 U’（与UR，UC组成Rt△） △U=U’－U2（U’=URUC2） （V） △U/U（%） 2. 日光灯线路接线测量

按图3-4接线。经指导教师检查后接通实验台电源，调节自耦调压器，使单相输出220V，测量功率P， 电流I， 电压U，UL，UA等值，填入表3-1中。 3．并联电容器，改善电路的功率因数。

合上电容开关，记录并联不同电容时的功率表、电压表读数。通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流，将数据记入表3-1中。

i

UL ic U灯

图3-4

表3-1 电容值 测 量 数 值 负载性质 (μF) P(W) COSφ U(V) I（A） IL(A) IC(A) UL(V) U灯(V)

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0 1 2.2 4.7 1+2.2 +4.7 七、实验报告

1. 回答预习思考题。

2. 根据表3-1中测得的数据分析提高电路功率因数的原因和意义。 3. 串联电容能否提高功率因数。

4. 装接日光灯线路的心得体会及其它。

实验四 R、L、C串联谐振电路的研究

一、实验目的

1. 学习用实验方法绘制R、L、C串联电路的幅频特性曲线。

2. 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）的物理意义及其测定方法。 二、原理说明

1. 在图4-1所示的R、L、C串联电路中，当正弦交流信号源的频率 f改变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随f而变。 取电阻R上的电压uo作为响应，当输入电压ui的幅值维持不变时， 在不同频率的信号激励下，测出UO之值，然后以f为横坐标，以UO/Ui为U0纵坐标（因Ui不变，故也可直接以UO为纵

U0max坐标），绘出光滑的曲线，此即为幅频特性曲线，亦称谐振曲线，如图4-2所示。 U0max

215 ff1Ff0Ff2

LCRuiuo

图 4-1

图 4-2

2. 在f＝f0＝

12LC处，即幅频特性曲线尖峰所在的频率点称为谐振频率。

此时XL＝Xc，电路呈纯阻性，电路阻抗的模为最小。在输入电压Ui为定值时，电路中的电流达到最大值，且与输入电压ui同相位。从理论上讲，此时 Ui＝UR＝UO，UL＝Uc＝QUi，式中的Q 称为电路的品质因数。

3. 电路品质因数Q值的两种测量方法 一是根据公式Q＝

ULUC测定，UC与UL分别为谐振时电容器C和电感UoUo线圈L上的电压；另一方法是通过测量谐振曲线的通频带宽度△f＝f2－f1，再根据Q＝

fO求出Q值。式中f0为谐振频率，f2和f1是失谐时， 亦即输出电压f2f1的幅度下降到最大值的1/2 (＝0.707)倍时的上、下频率点。Q值越大，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。 三、实验设备 序号 1 2

名 称 函数信号发生器 交流毫伏表 型号与规格 0～600V 16

数量 1 1 备注

3 4 双踪示波器 频率计 1 1 自备 R=200Ω，1KΩ 谐振电路实验电路C=0.01μF，5 DGJ-03 板 0.1μF， L=约30mH 四、实验内容

1、按图4-3组成监视、测量电路。先选用C1、R1。用交流毫伏表测电压， 用示波器监视信号源输出。令信号源输出电压Ui=4VP-P，并保持不变。 CN2N1 +L RuOuii

N1或N2

图 4-3

2. 找出电路的谐振频率f0，其方法是，将毫伏表接在R(200Ω)两端，令信号源的频率由小逐渐变大（注意要维持信号源的输出幅度不变），当Uo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UC与UL之值（注意及时更换毫伏表的量限）。

3. 在谐振点两侧，按频率递增或递减500Hz或1KHz，依次各取8 个测量点，逐点测出UO，UL，UC之值，记入数据表格。 f(KHz) UO(V) UL(V) UC(V) Ui=4VP-P, C=0.01μF, R=510Ω, fo= , f2-f1= ， Q= 4.将电阻改为R2，重复步骤2，3的测量过程 f(KHz) UO(V)

17

UL(V) UC(V) Ui=4VPP, C=0.01μF, R=1KΩ, fo= , f2-f1= ,Q= 5.选C2，重复2～4。（自制表格）。

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。 在变换频率测试前，应调整信号输出幅度（用示波器监视输出幅度），使其维持在3V。

2. 测量Uc和UL数值前，应将毫伏表的量限改大， 而且在测量UL与UC

时毫伏表的“＋”端应接C与L的公共点，其接地端应分别触及L和C的近地端N2和N1。

3. 实验中，信号源的外壳应与毫伏表的外壳绝缘（不共地）。如能用浮地式交流毫伏表测量，则效果更佳。 六、预习思考题

1. 根据实验线路板给出的元件参数值，估算电路的谐振频率。

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值？

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，为什么输入电压不能太大， 如果信号源给出3V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？ 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？

6. 本实验在谐振时，对应的UL与UC是否相等？如有差异，原因何在？ 七、实验报告

1. 根据测量数据，绘出不同Q值时三条幅频特性曲线，即：

UO＝f(f)，UL＝f(f)，UC＝f(f)

2. 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数的影响。

3. 对两种不同的测Q值的方法进行比较，分析误差原因。

4. 谐振时，比较输出电压UO与输入电压Ui是否相等？试分析原因。 5. 通过本次实验，总结、归纳串联谐振电路的特性。 6. 心得体会及其他。

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实验五 三相交流电路电压、电流的测量

一、实验目的

1. 掌握三相负载作星形联接、三角形联接的方法，研究在对称和不对称负载下这两种接法中线、相电压及线、相电流之间的关系。

2. 充分理解三相四线供电系统中中线的作用。 3．比较三相供电方式中三线制和四线制的特点。 二、原理说明

1. 三相负载可接成星形（又称“Ｙ”接）或三角形(又称\"△\"接)。当三相对称负载作Y形联接时，线电压UL是相电压Up的3倍。线电流IL等于相电流Ip，即

UL＝3UP， IL＝Ip

在这种情况下，流过中线的电流I0＝0， 所以可以省去中线。 当对称三相负载作△形联接时，有IL＝3Ip， UL＝Up。

2. 不对称三相负载作Y联接,即无中线联接时，负载中性点O和电源中性

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点之间的电压不再为零，负载端的各相电压不再对称。实际应用中必须采用三相四线制接法，即Yo接法。而且中线必须牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压维持对称不变。

倘若中线断开，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。尤其是对于三相照明负载，无条件地一律采用Y0接法。

3. 当不对称负载作△接时，IL≠3Ip，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。 三、实验设备 序号 名 称 型号与规格 数量 备注 1 交流电压表 0～500V 1 2 交流电流表 0～5A 1 3 三相自耦调压器 1 4 三相灯组负载 220V，15W白炽灯 9 DGJ-04 5 电流插座 3 DGJ-04 四、预习思考题

1. 三相负载根据什么条件作星形或三角形连接？

2. 复习三相交流电路有关内容， 试分析三相星形联接不对称负载在无中线情况下，当某相负载开路或短路时会出现什么情况？如果接上中线，情况又如何？

3. 结合本次实验内容分析：为什么要通过三相调压器将 380V 的市电线电压降为220V的线电压使用？ 五、实验注意事项

1. 本实验采用三相交流市电，电源电压经调压器降压为220V实验用电压，实验时不可触及导电部件，防止意外事故发生。

2. 每次接线完毕，同组同学应自查一遍， 然后由指导教师检查后，方可接通电源，必须严格遵守先断电、再接线、后通电；先断电、后拆线的实验操作原则。

3. 星形负载作短路实验时，必须首先断开中线，以免发生短路事故。 六、实验步骤

1. 三相负载星形联接（三相四线制供电）

按图5-1线路连接实验电路。即三相灯组负载经三相自耦调压器接通三相对称电源。将实验台左侧三相调压器的旋柄置于输出为0V的位置（即逆时针旋到底）。经指导教师检查合格后，方可开启实验台电源，然后调节调压器的输出，使输出的三相线电压为220V，并按表5-1的各项内容完成实验，分别测量三相负载的线电压、相电压、线电流、相电流、中线电流、电源中点与负载中点间

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的中点电压。将所测得的数据记入表5-1中，并注意观察各相灯组亮暗的变化程度，根据所测数据分析中线的作用。

380V O

380V 0 图5-1

2. 负载三角形联接（三相三线制供电）

按图5-2接线路，经指导教师检查合格后接通三相电源，并调节调压器，使其输出线电压为220V，并按表5-2的内容进行测试。

IA IAB QSFU

IB IBC 380V IC ICA 380V

图5-2

表5-1 测量数开灯盏数 线电流（A） 线电压（V） 相电压（V） 中中据 线点 电电A B C 实验内容 IA IB IC UAB UBC UCA UA0 UB0 UC0 流I0 压相 相 相 （负载情况） (A) UN0 (V) Y0接平衡负载 3 3 3 / Y接平衡负载 3 3 3 / Y0接不平衡负1 2 3 / 载 Y接不平衡负1 2 3 / 载

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Y0接B相断开 1 Y接B相断开 1 Y接B相短路 1

表5-2 测量数据 负载情况 三相平衡 三相不平衡 3 3 3 / / / 开 灯 盏 数 线电压=相电压（V） 线电流（A） 相电流（A） ICA A-BB-CC-AUAB UBC UCA IA IB IC IAB IBC 相 相 相 3 1 3 2 3 3

七、实验报告要求

1. 回答预习思考题。

2 用实验测得的数据验证对称三相电路中的电压、电流的3关系。 3. 用实验数据和观察到的现象，总结三相四线供电系统中中线的作用。 4 不对称三角形联接的负载，能否正常工作？ 实验是否能证明这一点？ 5. 心得体会及其它。

实验六 三相电路功率的测量

一、实验目的

1. 掌握用一瓦特表法、 二瓦特表法测量三相电路有功功率与无功功率的方法

2. 进一步熟练掌握功率表的接线和使用方法 二、原理说明

1．对于三相四线制供电的三相星形联接的负载（即Yo接法），可用一只功率表测量各相的有功功率PA、PB、PC，则三相负载的总有功功率ΣP＝PA＋PB＋PC。这就是一瓦特表法，如图6-1所示。若三相负载是对称的，则只需测量一相的功率，再乘以3 即得三相总的有功功率。

*P1

*WU

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V*W*P2三相负载

图6-1 图6-2

2. 三相三线制供电系统中，不论三相负载是否对称，也不论负载是Y接还是△接，都可用二瓦特表法测量三相负载的总有功功率。测量线路如图6-2所示。若负载为感性或容性，且当相位差φ＞60°时，线路中的一只功率表指针将反偏(数字式功率表将出现负读数), 这时应将功率表电流线圈的两个端子调换（不能调换电压线圈端子），其读数应记为负值。而三相总功率∑P=P1+P2（P1、P2本身不含任何意义）。

除图6-2的IA、UAC与IB、UBC接法外，还有IB、UAB与IC、UAC以及IA、UAB与IC、UBC两种接法。

*3. 对于三相三线制供电的三 *W三U相相对称负载，可用一瓦特表法测得

平三相负载的总无功功率Q，测试原

V衡理线路如图6-3所示。 负图示功率表读数的3倍，即为 载W对称三相电路总的无功功率。 除了

此图给出的一种连接法（IU、UVW） 图 6-3 外，还有另外两种连接法，即接成（IV、UUW）或（IW、UUV）。 三、实验设备 序号 1 2 3 4 5 6 7

名 称 交流电压表 交流电流表 单相功率表 万用表 三相自耦调压器 三相灯组负载 三相电容负载 型号与规格 0～500V 0～5A 数量 2 2 2 1 1 备注 (DGJ-07) 自备 DGJ-04 DGJ-05 220V，15W 白炽9 灯 1μF，2.2μF，4.7μF/ 各3 500V 23

四、实验内容

1. 用一瓦特表法测定三相对称Y0接以及不对称Y0接负载的总功率ΣP。实验按图6-4线路接线。线路中的电流表和电压表用以监视该相的电流和电压，不要超过功率表电压和电流的量程。

A QS FU三U *相380VB*~A ~WY0 V 接C380V~负

VW载~

N

图6-4

经指导教师检查后，接通三相电源， 调节调压器输出， 使输出线电压为220V，按表6-1的要求进行测量及计算。

表6-1 开灯盏数 测量数据 计算值 负载情况 ΣP A相 B相 C相 P（W） P（W） P（W） ABC（W） Y0接对称负载 3 3 3 Y0接不对称负载 1 2 3

首先将三只表按图6-4接入B相进行测量，然后分别将三只表换接到A相和C相，再进行测量。

2. 用二瓦特表法测定三相负载的总功率

(1) 按图6-5接线，将三相灯组负载接成Y形接法。

* *WA~QSFU三U V*~相380V *W~A负~V V载~380V ~W

图6-5

经指导教师检查后，接通三相电源，调节调压器的输出线电压为220V，按

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表6-2的内容进行测量。

(2) 将三相灯组负载改成△形接法，重复(1)的测量步骤， 数据记入表6-2中。

表6-2 开灯盏数 负载情况 Y接平衡负载 3 A相 Ｂ相 3 2 2 3 Ｃ相 3 3 3 3 测量数据 P１ （W） P２ （W） 计算值 ΣP （W） Y接不平衡负载 1 △接不平衡负载 1 △接平衡负载 3 （3）将两只瓦特表依次按另外两种接法接入线路，重复（1）、（2）的测量。（表格自拟。）

3. 用一瓦特表法测定三相对称星形负载的无功功率，按图6-6 所示的电路

*接线。

*WA~QS三 FUU相对 380V~称 负VV载~ 380V~ W图 25-6 （１）每相负载由白炽灯和电容器并联而成，并由开关控制其接入。检查接线无误后，接通三相电源，将调压器的输出线电压调到 220V， 读取三表的读数，并计算无功功率ΣQ，记入表6-3。

（２）分别按ＩV、UUW和ＩW、ＵUV接法，重复（１）的测量，并比较各自的ΣＱ值。 表6-3 计算测量值 值 接 负载情况 Ｕ Ｉ Ｑ ΣＱ法 （Ｖ） （Ａ） （ｖ＝3ａr） Ｑ ＩＵ， （1） 三相对称灯组（每相开３盏） ＵＶＷ （2） 三相对称电容器（每相４.７μF）

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ＩＶ， ＵＶＷ ＩＷ， ＵＶＷ （3） (1)、(2)的并联负载 （1） 三相对称灯组（每相开３盏） （2） 三相对称电容器（每相４.７μF） （3） (1)、(2)的并联负载 （1） 三相对称灯组（每相开３盏） （2） 三相对称电容器（每相４.７μF） （3） (1)、(2)的并联负载

五、实验注意事项

1. 每次实验完毕，均需将三相调压器旋柄调回零位。 每次改变接线，均需断开三相电源，以确保人身安全。 六、预习思考题

1. 复习二瓦特表法测量三相电路有功功率的原理。 2. 复习一瓦特表法测量三相对称负载无功功率的原理。

3. 测量功率时为什么在线路中通常都接有电流表和电压表？ 七、实验报告

1. 完成数据表格中的各项测量和计算任务。 比较一瓦特表和二瓦特表法的测量结果。

2. 总结、分析三相电路功率测量的方法与结果。

3. 心得体会及其他。

实验七 负阻抗变换器

一、实验目的

1. 加深对负阻抗概念的认识，掌握对含有负阻的电路分析研究方法。

2. 了解负阻抗变换器的组成原理及其应用。 3. 掌握负阻器的各种测试方法。 二、原理说明

1. 负阻抗是电路理论中的一个重要基本概念， 在工程实践中有广泛的应用。有些非线性元件（如燧道二极管）在某个电压或电流范围内具有负阻特性。除此之外，一般都由一个有源双口网络来形成一个等效的线性负阻抗。该网络由线性集成电路或晶体管等元件组成，这样的网络称作负阻抗变换器。

按有源网络输入电压电流与输出电压电流的关系，负阻抗变换器可分为电流倒置型和电压倒置形两种(INIC及VNIC)，其示意图如图7-1所示。 I I2I2I11

26 U1kI1U2U1-K 1U1U2

图7-1

在理想情况下，负阻抗变换器的电压、电流关系为：

i3U3i4....INIC型：U2＝U1，I2＝KI1 （K为电流增益）

....Z1VNIC型：U2＝-K1U1，I2＝-I1（K1为电压增益） Z2i26 2. 本实验用线性运算放大器组 i1 i5 i 成如图7-2所示的INIC电路， 在 ZiZLU2U1一定的电压、电流范围内可获得良好

的线性度。 根据运放理论可知： 图7-2

U1＝U+＝U－＝U2 又

····UUU3Zi1,I31, ·Z1I1....I5＝I6＝0，

..I1＝I3，I2＝－I4

....

····UU2U3U1I43Z2Z2·U2

∴

I4Z2＝－I3Z1，－I2Z2＝－I1Z1，

.... ∴

ZL·Z2I1Z1

··ZZUU∴·2·1Zi1ZLKZL(令K1)

Z2Z2I1I1 Z1 R1 当 Z1＝R1＝R2＝Z2＝1KΩ时，K＝──＝──＝1 Z2 R2 (1) 若 ZL＝RL时， Zi＝－KZL＝－RL

1 1 1

(2) 若 ZL＝ ── 时，Zi＝－KZL＝－ ── ＝jωL （令 L＝ ── ） jωC jωC ω2C 1 1

(3) 若 ZL＝jωL 时，Zi＝－KZL＝－ jωL＝── （令 C＝ ── ） jωC ω2L （2）（3）两项表明，负阻抗变换器可实现容性阻抗和感性阻抗的互换。 三、实验设备

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序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 名 称 直流稳压电源 低频信号发生器 交流毫伏表 双踪示波器 可变电阻箱 电容器 线性电感 电阻器 型号与规格 0～30V 数量 1 1 1 1 1 1 1 备注 直流数字电压表、毫安表 0～200V，0～200mA 各1 0～600V 0～9999.9Ω 0.1μF 100mH 200Ω,1KΩ 自备 DGJ-05 DGJ-08 DGJ-08 DGJ-08 DGJ-08 负阻抗变换器实验电路板 INIC

四、实验内容与步骤

1. 测量负电阻的伏安特性，计算电流增益K及等值负阻。实验线路参见图7-2。将实验挂箱上IN1C实验板右下部的二个插孔短接。U1接直流可调稳压电源，ZL接DGJ-05挂箱上的电阻箱。

RL= U1(V) 300Ω I1(mA) R-(KΩ) RL= U1(V) 600I1(mA) Ω R-(KΩ) (1) 取RL＝300Ω(取自电阻箱)。测量不同U1时的I1值。U1取0.1～2.5V(非线性部分应多测几点，下同。)

(2) 令RL＝600Ω，重复上述的测量（U1取0.1～4.0V）。 (3) 计算：等效负阻和电流增益。 (4) 绘制负阻的伏安特性曲线 U1＝f(I1)

+2. 阻抗变换及相位观察。

低见图7-4。图中b、c即为DGJ-08挂

频箱上INIC线路板左下部的两个插孔。接 信线时，信号源的高端接a，低（“地”） 号

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源

端接b，双踪示波器的“地” 端接b， CH1、CH2分别接a，c。图中的RS为电流

取样电阻。因为电阻两端的电压波形与流 图7-4

过电阻的电流波形同相，所以用示波器观察RS上的电压波形就反映了电流i1的相位。

（1）调节低频信号使U1≤3V，改变信号源频率 f＝500Hz～2000Hz，用双踪示波器观察u1与i1的相位差，判断是否具有容抗特征。

（2）用0.1μF的电容C代替L，重复（1）的观察，是否具有感抗特征。 五、实验注意事项

本实验内容的接线较多，应仔细检查，特别是信号源与示波器的地端不可接错。

六、实验报告

1. 完成计算与绘制特性曲线。 2. 总结对INIC的认识。 3. 心得体会及其他。

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