电路实验报告

—1—目录实验一电位、电压的测定及电路电位图的绘制实验二基尔霍夫定律的验证实验三线性电路叠加性和齐次性的研究实验四受控源研究实验六交流串联电路的研究实验八三相电路电压、电流的测量实验九三相电路功率的测量—2—实验一电位、电压的测定及电路电位图的绘制一．实验目的1．学会测量电路中各点电位和电压方法。理解电位的相对性和电压的绝对性；2．学会电路电位图的测量、绘制方法；3．掌握使用直流稳压电源、直流电压表的使用方法。二．原理说明在一个确定的闭合电路中，各点电位的大小视所选的电位参考点的不同而异，但任意两点之间的电压（即两点之间的电位差）则是不变的，这一性质称为电位的相对性和电压的绝对性。据此性质，我们可用一只电压表来测量出电路中各点的电位及任意两点间的电压。若以电路中的电位值作纵坐标，电路中各点位置（电阻或电源）作横坐标，将测量到的各点电位在该平面中标出，并把标出点按顺序用直线条相连接，就可得到电路的电位图，每一段直线段即表示该两点电位的变化情况。而且，任意两点的电位变化，即为该两点之间的电压。在电路中，电位参考点可任意选定，对于不同的参考点，所绘出的电位图形是不同，但其各点电位变化的规律却是一样的。三．实验设备1．直流数字电压表、直流数字毫安表2．恒压源（EEL－I、II、III、IV均含在主控制屏上，可能有两种配置（1）+6V（+5V），+12V，0～30V可调或（2）双路0～30V可调。）3．EEL－30组件（含实验电路）或EEL－53组件四．实验内容实验电路如图1－1所示，图中的电源US1用恒压源中的+6V（+5V）输出端，US2用0～+30V可调电源输出端，并将输出电压调到+12V。1．测量电路中各点电位以图1－1中的A点作为电位参考点，分别测量B、C、D、E、F各点的电位。用电压表的黑笔端插入A点，红笔端分别插入B、C、D、E、F各点进行测量，数据记入表1－1中。以D点作为电位参考点，重复上述步骤，测得数据记入表1－1中。图1－12．电路中相邻两点之间的电压值在图1－1中，测量电压UAB：将电压表的红笔端插入A点，黑笔端插入B点，读电压表读数，记入表1－1中。按同样方法测量UBC、UCD、UDE、UEF、及UFA，测量数据记入表1－1中。—3—表1－1电路中各点电位和电压数据电位：V电位参考点VAVBVCVDVEVFUABUBCUCDUDEUEFUFAA06.10-5.74-3.74-4.360.626.0811.85-1.990.62-4.990.62D3.759.85-1.990-0.614.37五．实验注意事项1．EEL－30组件中的实验电路供多个实验通用，本次实验没有利用到电流插头和插座。2．实验电路中使用的电源US2用0～+30V可调电源输出端，应将输出电压调到+12V后，再接入电路中。并防止电源输出端短路。3．数字直流电压表测量电位时，用黑笔端插入参考电位点，红笔端插入被测各点，若显示正值，则表明该点电位为正（即高于参考电位点）；若显示负值，表明该点电位为负（即该点电位低于参考点电位）。4．用数字直流电压表测量电压时，红笔端插入被测电压参考方向的正（+）端，黑笔端插入被测电压参考方向的负（-）端，若显示正值，则表明电压参考方向与实际方向一致；若显示负值，表明电压参考方向与实际方向相反。六．预习与思考题1．电位参考点不同，各点电位是否相同？任两点的电压是否相同，为什么？答:在一个确定的闭合回路中电位参考点不同，各点的电位也不相同，但任意两点之间的电压是不变的，这一性质称为电位的相对性和电压的绝对性。2．在测量电位、电压时，为何数据前会出现±号，它们各表示什么意义？答:电位参考点选定后，各点电位不同，“+”表示该点电位比参考点大,“-”表示该点电位比参考点小;测电压时,“+”“-”表示两点的电位相对大小，由电压电流是否关联决定。3．什么是电位图形？不同的电位参考点电位图形是否相同？如何利用电位图形求出各点的电位和任意两点之间的电压。答:以电路中电位值作为纵坐标,电路各点位置作为横坐标,将测得的各点电位在该坐标平面画出,并把这些点用线连接,所得的图形称电位图;不同的电位参考点电位图形是不同的;在电位图中,各点的电位为该点对应的纵坐标,而两点间的电压则为该两点间的纵坐标的差。七．实验报告要求1．根据实验数据，分别绘制出电位参考点为A点和D点的两个电位图形。—4—电位图-20020被测点电位值ADD3.759.85-1.990-0.614.37A06.1-5.74-3.74-4.360.62VAVBVCVDVEVF2．根据电路参数计算出各点电位和相邻两点之间的电压值，与实验数据相比较，对误差作必要的分析。答：可能造成误差的原因有：电压表的精确度等仪器造成的误差。3．回答思考题。实验二基尔霍夫定律的验证一．实验目的1．验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解；2．学会用电流插头、插座测量各支路电流的方法；3．学习检查，分析电路简单的故障分析能力。二．原理说明1．基尔霍夫定律基尔霍夫电流定律和电压定律是电路的基本定律，它们分别用来描述结点电流和回路电压，即对电路中的任一结点而言，在设定电流的参考方向下，应有∑I=0，一般流出结点的电流取正号，流入结点的电流取负号；对任何一个闭合回路而言，在设定电压的参考方向下，绕行一周，应有∑U=0，一般电压方向与绕行方向一致的电压取正号，电压方向与绕行方向相反的电压取负号。在实验前，必须设定电路中所有电流、电压的参考方向，其中电阻上的电压方向应与电流方向一致，见图2－1所示。2．检查，分析电路的简单故障电路常见的简单故障一般出现在连线或元件部分。连线部分的故障通常有连线接错，接触不良而造成的断路等；元件部分的故障通常有接错元件、元件值错，电源输出数值（电压或电流）错等。故障检查的方法是用万用表（电压档或电阻档）或电压表在通电或断电状态下检查电路故障。（1）通电检查法：在接通电源的情况下，用万用表的电压档或电压表，根据电路工作原理，如果电路某两点应该有电压，电压表测不出电压，或某两点不该有电压，而电压表测出了电压，或所测电压值与电路原理不符，则故障必然出现在此两点之间。（2）电检查法：在断开电源的情况下，用万用表的电阻档，根据电路工作原理，如果电路中某两点应该导通而无电阻（或电阻极小），万用表测出开路（或电阻极大），或某两点应该开路（或电阻很大），—5—而测得的结果为短路（或电阻极小），则故障必然出现在此两点之间。本实验用电压表按通电检查法检查、分析电路的简单故障。三．实验设备1．直流数字电压表、直流数字毫安表2．恒压源3．EEL－30组件（含实验电路）或EEL－53组件四．实验内容实验电路如图2－1所示，图中的电源US1用恒压源中的+6V（+5V）输出端，US2用0～+30V可调电源输出端，并将输出电压调到+12V（以直流数字电压表读数为准）。实验前先设定三条支路的电流参考方向，如图中的I1、I2、I3所示，并熟悉线路结构，掌握各开关的操作使用方法。图2－11．熟悉电流插头的结构将电流插头的红线端插入数字毫安表的红（正）接线端，电流插头的黑线端插入数字毫安表的黑（负）接线端。2．测量支路电流将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，读出各电流值。按规定：在节点A，电流表读数为“+”，表示电流流出节点，读数为“-”，表示电流流入节点，然后根据图2－1中的电流参考方向，确定各支路电流的正、负号，并记入表2－1中。表2－1支路电流数据支路电流（mA）I1I2I3计算值-1.21-6.147.35测量值-1.22-6.187.43相对误差0.010.040.083．测量元件电压用直流数字电压表分别测量两个电源及电阻元件上的电压值，将数据记入表2－2中。测量时电压表的红（正）接线端应插入被测电压参考方向的高电位（正）端，黑（负）接线端应插入被测电压参考方向的低电位（负）端。表2－2各元件电压数据各元件电压（V）US1US2UR1UR2UR3UR4UR5计算值（V）5.0012.001.026.16-3.811.022.02测量值（V）5.0012.000.626.1-3.740.622相对误差0.000.000.400.060.070.400.02五．实验注意事项1．所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准，不以电源表盘指示值为准。—6—2．防止电源两端碰线短路。3．若用指针式电流表进行测量时，要识别电流插头所接电流表的“+、-”极性，倘若不换接极性，则电表指针可能反偏（电流为负值时），此时必须调换电流表极性，重新测量，此时指针正偏，但读得的电流值必须冠以负号。六．预习与思考题1．根据图2－1的电路参数，计算出待测的电流I1、I2、I3和各电阻上的电压值，记入表2－2中，以便实验测量时，可正确地选定毫安表和电压表的量程；2．在图2－1的电路中A、D两节点的电流方程是否相同？为什么？答：电路中A、D两节点的电流方程不同。电流流过A、B两点的方向相反。3．在图2－1的电路中可以列出几个电压方程？它们与绕行方向有无关系？答：可以列出三个电压方程。它们与绕行方向有关系。4．在实验中若用指3针万用表直流毫安档测各支路电流，什么情况下可能出现毫安表指针反偏，应如何处理，在记录数据时应注意什么？若用直流数字毫安表测量时，则会有什么显示呢？答：用万用表测量时，当接线反接时指针会反偏，记录时注意数据时要改变正负号。若用数字表测量，会有正负显示。七．实验报告要求1．回答思考题；2．根据实验数据，选定试验电路中的任一节点，验证基尔霍夫电流定律（KCL）的正确性；答：选择接点A，I1+I2+I3=-1.18-6.26+7.42=-0.02≈0，忽略实验误差，满足基尔霍夫定理电流I1+I2+I3=0。3．根据实验数据，选定试验电路中的任一闭合回路，验证基尔霍夫电压定律（KVL）的正确性；答：选择回路FADEF，UR1+UR3+UR4+US1=-0.60-3.79-0.59+5.00=0.02≈0，忽略实验误差，满足基尔霍夫电压定律UR1+UR3+UR4+US1=0。4．列出求解电压UEA和UCA的电压方程，并根据实验数据求出它们的数值；答：UEA＝－(UR3+UR4)=-(-3.79-0.59)=4.38VUCA=US2+UR2=12.01-6.18=5.83V。5．写出实验中检查、分析电路故障的方法，总结查找故障体会。故障1故障2故障3测得R5两端无电压，R2两端有电压6.1V，可得R5短路测得R4两端无电压，R1两端有电压0.62V，可得R4短路忽略实验误差，IR2=IR1，可得R3断开。实验三线性电路叠加性和齐次性的研究一．实验目的1．验证叠加定理；2．了解叠加定理的应用场合；3．理解线性电路的叠加性和齐次性。—7—二．原理说明叠加原理指出：在有几个电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电源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。具体方法是：一个电源单独作用时，其它的电源必须去掉（电压源短路，电流源开路）；再求电流或电压的代数和时，当电源单独作用时电流或电压的参考方向与共同作用时的参考方向一致时，符号取正，否则取负。在图3－1中：I1=I1’-I1”，I2=-I2’+I2”，I3=I3’+I3”，U=U’+U”。(a)(b)(c)图3－1叠加原理反映了线性电路的叠加性，线性电路的齐次性是指当激励信号（如电源作用）增加或减小K倍时，电路的响应（即在电路其它各电阻元件上所产生的电流和电压值）也将增加或减小K倍。叠加性和齐次性都只适用于求解线性电路中的电流、电压。对于非线性电路，叠加性和齐次性都不适用。三．实验设备1．直流数字电压表、直流数字毫安表2．恒压源3．EEL－30组件（含实验电路）或EEL－53组件四．实验内容实验电路如图3－2所示，图中：R1=R2=R3=510Ω,R2=1KΩ,R5=330Ω,电源US1用恒压源中的+12V输出端，US2用0～30V可调电压输出端，并将输出电压调到+6V（以直流数字电压表读数为准），将开关S