2012.9.7机械10电工与电子技术实验讲义

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1、电工学实验讲义实验一基本电路定理的研究实验性质：验证性（4学时）一、实验目的1．学会直流稳压电源、直流电流表和万用表的使用。2．通过实验加深对基儿霍夫定律、叠加原理和戴维南定理的理解。3．学习有源二端等效电路的测量方法，研究戴维南定理。二、预习要求1．对基尔霍夫定理进行预习。2．预习叠加定理、戴维南定理，注意其应用条件。3．预习等效电路测量法。三、实验原理1．基尔霍夫定理基尔霍夫电流（KCL）定律：在电路中，任何时刻，对任一节点，所有支路电流的代数和恒等于零。即：通常规定流出节点的支路电流取正号，流入节点的支路电流取负号。基尔霍夫电压（KVL）定律，在电路中

2、，沿任一回路内所有支路或元件电压的代数和恒等于零。即：通常约定，凡支路或元件的参考方向与选定的回路绕行参考方向一致者取正号，反之取负号。2．叠加原理在任一线性网络中，多个激励同时作用引起的响应之和等于每个激励单独作用时引起的响应之和。所谓某一激励单独作用，就是除了该激励外，其余激励均置零，即理想电压源用短路线代替，理想电流源用开路代替。对于实际电源，电源内阻必须保留在原电路中。叠加定理不能用于功率的分析。3．戴维南定理一个含独立源、线性受控源、线性电阻的二端电路N，对其两个端口来说都可以等效为一个理想电压源串联内阻的模型如图4-1。其理想电压源的数值为有源二

3、端电路N的两个端子间的开路电压，串联的内阻为N28电工学实验讲义内部所有独立源等于零（理想电压源短路，理想电流源开路，受控源保留）时，两端子间的等效电阻，也记作。4.端口等效电阻测量方法等效电路的和可以计算得出，也可以实验测得。测量方法如下：（1）直接测量法在有源二端网络输出端开路时，用电压表（高电阻）直接测量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，则内阻为：（2）伏安法如果线性网络不允许a、b端开路或短路时，可以在a、b端不开路也不短路的情况下先测量出外特性，绘制出外特性曲线，然后将该特性曲线延伸，其在纵坐标（电压坐标）

4、上的截距就是，如图4-2。实际上，在测试中，只要知道外特性曲线上任意两点的坐标参数，就可以计算出和。计算公式如下：设端口负载分别为和，外特性曲线上两点a、b的坐标分别为和，如图4-2，则，28电工学实验讲义也可以表示：用伏安法主要是测量开路电压及电流为额定值IN时的输出电压UN，则内阻为：注：若二端网络的内阻很低时，则不宜测其短路电流。（3）半电压法如图4―3所示，当负载电压为被测网络开路电压一半时，负载电阻即为被测有源二端网络的等效内阻。（4）零示法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叫大误差，为消除电压表内阻影响，往往采用零示

5、测量法，如图4―4所示，当电压表读数为零时，稳压电源输出电压即为二端网络的开路电压。28电工学实验讲义四、实验内容与步骤1．基尔霍夫定律的验证实验原理图如图4-5，将两路直流稳压电源接入电路，如图4-5所示。测量电路中各电流值和电压值填入表4-1中。其中：US1=10V，US2=15V，R1=300Ω，R2=470Ω，R3=510Ω，R4=200Ω，R5=100Ω表4-1基尔霍夫定律实验数据I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UBC(V)UDE(V)UBE(V)UEF(V)计算值测量值注：计算值根据实验电路各电路元件标注的标称值计算得到。通过结点

6、A、E的电流代数和验证KCL定律，用回路ABEF、BCDE和ACDF验证KVL定律。28电工学实验讲义1．叠加原理的验证测量当直流源US1＝10V和US2＝15V分别单独作用时，电路中各电压电流值，填入表4-2。并对叠加原理进行验证。表4-2叠加原理实验数据I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UBC(V)UDE(V)UBE(V)UEF(V)US1单独作用US2单独作用US1、US2同时作用3.验证戴维南定理1）测量开路电压和短路电流在图4―5的基础上去掉R3支路，按图4―5接线后，测出B、E间电压即为二端网络的开路电压UOC，然后关掉电源，在B、

7、E间串联一只电流表，测B、E间短路电流ISC，将数据记在表4―3。表4－3开路电压、短路电流数据UOC(V)ISＣ(mA)RS=UOC/ISＣ2）伏安法测量有源二端网络的等效参数测量有源二端网络的外特性：在图4－5电路中，将R3作为负载电阻RL，用电位器改变负载电阻RL的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表4－4中。并计算有源二端网络的等效参数UOC和RS。表4－4有源二端网络外特性数据RL(W)∞9007005003001000UL(V)I(mA)3）验证有源二端网络等效定理测量有源二端网络等效电压源的外特性：连接图4-5的等效电路，如图4-6。图

8、中，电压源US用恒压源的可调稳压输出端，调整到表4－