第15章《电工电子基础》实验课题

2019/8/5大连理工大学出版社第15章实验课题15.1常用实验仪器的使用15.2基尔霍夫定律和叠加定理实验15.3戴维南定理及功率传输最大条件的研究实验15.4日光灯功率因数提高实验15.5三相异步电动机的点动控制和单相旋转控制实验15.6三相异步电动机的正反转控制实验15.7基本放大电路实验2019/8/5大连理工大学出版社第15章实验课题15.8两级阻容耦合放大电路实验15.9低频OTL功率放大器实验15.10集成运算放大电路实验15.11集成稳压电源实验15.12TTL与非门电路的参数和特性测试实验15.13译码器与数码显示器实验15.14触发器实验15.15计数器实验15.16555集成定时器应用实验15.1常用实验仪器的使用（1）认识实验室的仪器，了解其功能、面板标识、换挡开关与显示。（2）作简单的测量练习，了解仪器的操作要领与注意事项。一、实验目的二、预习要求学生课前预习本实验的问题，初步认识实验室基本仪器的功能、接线方法、换挡开关的操作，如有条件最好能阅读仪器的说明书。准备画仪器面板图的纸、笔，以备上课用。每组准备一台小收音机，供测量波形用。三、实验内容四、实验步骤教师介绍实验室各种仪器（外观、型号、功能、面板标识、参数、特性、仪器的接线和测量方法、使用注意事项等）;学生分组，每组一套仪器，按照实验习题和教师的要求，边操作边记录。本课程的常用仪器除万用表外，还应包括可调直流稳压电源、低频信号源、毫伏表和示波器。按教师要求完成实验报告。（1）用万用表测量直流稳压电源的输出电压，记录其可调范围。（2）用示波器测量低频信号源的信号波形，初步掌握示波器的使用方法，调出3～5个周期完整、幅度适中的稳定波形，估测信号的频率和幅度，详细记录操作过程和出现的问题。（3）用示波器测量正弦波信号，记录其波形、频率、幅度。再用毫伏表测量同一个波形，对其幅度的结果进行核对。（注意:毫伏表的读数是有效值）（4）用示波器测量小收音机的音频输出（从扬声器的音圈接点上引出信号），观察屏幕上的波形与扬声器中声音的音量、音质的对应关系，并作记录。（5）每人画一套仪器面板图，详细标注所有的文字符号，在实验报告中对所有的英文进行翻译。（6）在实验报告中对每种仪器的使用步骤和注意事项作简明扼要的描述（最好用图、表）。五、实验习题（1）稳压电源的输出是否可调?如果不可调怎么办?（2）稳压电源的输出有几组?如果只有一组输出，现在需要两组对称输出的电源（例如OCL功率放大器、集成运算放大器等的供电电源）怎么办?（3）怎样测量稳压电源的输出电流?直接用万用表的电流挡测量稳压电源的输出端可以吗?为什么?（4）用毫伏表测量交、直流混合波形的信号，其读数代表什么含义?（5）用毫伏表测量非正弦波形的信号，其读数代表什么含义?（6）用示波器测量直流信号时应注意什么问题?（7）用示波器测量交、直流混合波形的信号，从不同的输入端（AC端或DC端）输入信号，屏幕波形各代表什么含义?（8）人的语言信号波形与唱歌信号波形有什么明显的区别?如果想要观察你自己的语音信号波形，应当怎么办?15.2基尔霍夫定律和叠加定理实验（1）掌握电路中电压、电流及电位的测量方法。（2）理解电位与电压的异同点。（3）通过实验加深对基尔霍夫电压、电流定律及叠加定理的理解。（4）进一步熟悉稳压电源和万用表的使用。一、实验目的二、预习要求（1）课前复习教材中基尔霍夫电压、电流定律及叠加定理的有关内容，预习本实验，熟悉稳压电源和万用表的使用方法。（2）根据实验电路图和实际元器件参数，计算电路中的有关数据。三、实验电路及测量原理1.电流的测量实验电路如图15-1所示，R1=510Ω，R2=1kΩ，R3=510Ω，R4=510Ω，R5=330Ω。图中标注出了各支路电流的参考方向。每条支路都有一个断开的位置，要测量该支路电流时，把万用表转换开关转到直流电流挡，并选择合适的量程，用万用表的两个表笔分别与断开的两个接头相接，电流表串联在被测电路中，电流从正表笔流入，负表笔流出。若按参考方向串接表笔，表针正偏，读数为正;若表针反偏，则应调换两个表笔使表针正偏，此时电流值为负。图15-12.电位与电压的测量电位是电路中某一点到参考点的电压，是相对的;电压是某两点的电位差，是绝对的。电位的测量需要选定一个零电位参考点，选择不同的参考点，同一点的电位值不同。电位有正有负，测量时用万用表负表笔接参考点，用正表笔接被测点，若指针正偏，该点电位为正;若指针反偏，调换两个表笔测量，该点电位为负，记录时应带负号。电压参考方向如图15-1所示，测量时按参考方向连接，指针正偏，电压为正;若指针反偏，再调换万用表表笔进行测量，与参考方向相反的电压应以负值记录。3.基尔霍夫定律KVL内容是:任一时刻，电路中的任一闭合回路内所有元件电压的代数和恒等于零，即ΣU=0。KCL内容是:任一时刻，流经电路中任一节点的电流的代数和恒等于零，即ΣI=0。4.叠加定理几个电源同时作用的线性电路中，任何一支路的电流（或电压）都等于电路中每一个独立源单独作用下在此支路产生的电流（或电压）的代数和。叠加定理不适用于非线性电路。四、实验内容（1）将两路稳压电源调出US1=12V，US2=6V，按图15-1接线。（2）以A点为电位参考点，用万用表直流电压挡测量VB、VC、VD、VE、VF值，将数据记入表15-1中（注意正、负）。再以E点为电位参考点，分别测量VAVB、VC、VD、VF值，将数据记入表15-1中。表15-1电位测量数据见教材（3）US1、US2同时作用（将开关S1投向US1侧，开关S2投向US2侧），用万用表直流电流挡分别测量三条支路的三个电流，并将I1、I2、I3值记入表15-2中。用万用表直流电压挡分别测量表15-2中各电压值，并记入表15-2中。表15-2电流、电压测量数据见教材（4）US1单独作用（将开关S1投向US1侧，开关S2投向短路侧），重复实验内容（3）的测量并记入表15-2中。（5）US2单独作用（将开关S1投向短路侧，开关S2投向US2侧），重复实验内容（3）的测量并记入表15-2中。五、实验报告要求（1）填写实验报告，根据测量数据写出结论。（2）根据测量结果分析误差原因。六、实验习题（1）总结电位相对性和电压绝对性的原理。（2）按实验电路参数，计算出各点电位、电压及电流数值，并与实验结果比较。（3）根据测量数据，分析电阻上的功率是否符合叠加定理?（4）实验中，当电源US1、US2单独作用时，可否将不起作用的电压源短接?15.3戴维南定理及功率传输最大条件的研究实验（1）验证戴维南定理，加深对该定理的理解。（2）学会有源二端网络开路电压和等效电阻的测定方法。（3）分析负载获得最大功率的条件，学会负载功率曲线的测绘。一、实验目的二、预习要求（1）复习教材中戴维南定理的内容，预习本实验内容，进一步熟悉万用表的使用。三、实验电路及测量原理1.戴维南定理内容任何一个有源线性二端网络，对其外部电路而言，都可以用电压源与电阻串联组合等效代替。该电压源的电压等于二端网络的开路电压，该电阻等于二端网络内部所有独立源作用为零时的等效电阻。2.有源二端网络等效参数的测量方法（1）开路电压UOC的测量直接测量法:用万用表直流电压挡直接测量有源二端网络的开路电压。（2）根据实验电路图和实际元器件参数，计算有源二端网络的开路电压和等效电阻。（3）根据实验要求设计实验表格，供实验时记录数据用。零示法:用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电源与有源二端网络的开路电压相等时，电流表的读数将为零，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，如图15-2所示。（2）等效电阻RO的测量直接测量法:将有源二端网络中所有独立源作用为零（去掉电压源，用短路线代替，电流源断路），用万用表欧姆挡直接测量有源二端网络的等效电阻。短路电流法:测量有源二端网络的开路电压和短路电流，根据公式RO=U/I，计算出等效电阻。伏安法:将有源二端网络中所有独立源作用为零，变成无源二端网络，给网络加一电压U，测其电流I，则等效电阻RO=U/I。叠加定理不适用于非线性电路。外特性法:用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线，如图15-3所示，则可求等效电阻。OC11UUIOC11UUI图15-2零示法测量开路电压图15-3外特性法测量等效电阻三、实验内容（1）按图15-4接线。（2）测量图15-4中负载电阻RL断开时的开路电压和等效电阻。（3）改变图15-4中RL数值，用电压表、电流表测量RL两端电压及流过的电流，将数据记入表15-3中。表15-3RL两端电压及流过的电流见教材图15-4戴维南定理实验图（4）将一可调电位器的阻值调为实验内容（2）所测得的等效电阻值，然后令其与一低内阻直流稳压电源相串联，稳压电源电压调到实验内容（2）所测得的开路电压值。如图15-5所示，按实验内容（3）改变RL数值，并图15-5戴维南等效电路测量RL两端电压及流过的电流，将数据记录在自己设计表格中。（5）功率传输最大条件的研究:将一510Ω电阻与稳压电源串联，稳压电源电压调至10V。用一可调电位器作为负载，组成如图15-5所示的电路。调节电位器阻值，分别测量不同阻值时通过负载的电流，并计算功率，将数据记录下来。注意在510Ω上下的阻值可选密些。五、实验报告要求（1）整理实验数据，完成实验报告，并根据测量数据得出结论。（2）将测量结果与计算结果进行比较，是否有误差?如有，分析误差原因。六、实验习题（1）测量有源二端网络的等效电阻还有什么方法?（2）根据实验内容（3）、（4）的测量数据，得出结论。（3）根据实验内容（5）的测量数据绘出P-R曲线，能得出什么结论?15.4日光灯功率因数提高实验（1）了解日光灯的组成和工作原理。（2）掌握提高功率因数的方法及其意义。（3）学会使用功率表测量功率。一、实验目的二、预习要求（1）复习功率因数的概念与计算方法，掌握提高功率因数的方法，学习补偿电容的计算方法。（2）学习日光灯电路的接线电路图，了解电路的组成及电路元件的作用。（3）了解日光灯电路启动的条件以及镇流器电路的各种形式。三、实验电路及测量原理（1）本次实验所用的负载是日光灯，整个实验电路是由灯管、镇流器和起辉器组成，如图15-6所示。镇流器是一个铁芯线圈，日光灯电路功率因数较低，采用并联电容的方法可以提高整个电路的功率因数，其电路如图15-7所示。选取适当的电容值使容性电流等于感性的无功电流，从而使整个电路的总电流减小，电路的功率因数将会接近于1。功率因数提高后，能使电源得到充分利用，还可以降低线路的损耗，从而提高传输效率。图15-6无功率补偿图15-7有功率补偿（2）日光灯的组成及工作原理组成:灯管、起辉器、镇流器。工作原理:日光灯管内壁上涂荧光物质，管内抽成真空，并允许有少量的水银蒸气。管的两端各有一灯丝串联在电路中，灯管的起辉电压在400～500V之间，起辉后管压降约为110V（40W日光灯的管压降），所以日光灯不能直接接在220V的电压上使用。起辉器相当于一个自动开关，它有两个电极，靠得很近，其中一个电极由双金属片制成，使用电源时，两电极之间会产生放电，双金属片电极热膨胀后使两电极接通，此时灯丝也被通电加热。当两电极接通后，两电极放电现象消失，双金属片降温后收缩，两极分开。在两极断开的瞬间，镇流器将产生很高的自感电压，该自感电压和电源电压一起加到灯管两端，使灯管两端灯丝被加热，产生紫外线，涂在管壁上的荧光粉发出可见的光。当灯管起辉后，镇流器又起降压限流的作用。四、实验步骤（1）按图15-8接线，正确选择测量仪器的量程与接线极性。对于功率表电压线圈与电流线圈要特别注意。图15-8日光灯功率因数提高实验图五、实验报告要求（1）计算并入及未并入电容时的功率因数，填入表格。（2）观察数据，说明提高功率因数有何意义。（3）绘制I=f（C）曲线，并说明电容是否并得越多越好?为什么?（4）实验过程中出现了哪些故障?你是如何处理的?分析故障的原因。六、实验习题