电路实验

图14-1实验十四交流电路频率特性的测定一．实验目的1．研究电阻、感抗、容抗与频率的关系，测定它们随频率变化的特性曲线； 2．了解滤波器的原理和基本电路； 3．学习使用信号源、交流毫伏表。

二．原理说明1．单个元件阻抗与频率的关系对于电阻元件，根据︒∠=0RR R I U ，其中R I U=R R ，电阻R 与频率无关；对于电感元件，根据LL Lj X I U = ，其中fL X I U π2L L L ==，感抗X L 与频率成正比； 对于电容元件，根据CCC j X I U -= ，其中fC X I U π21C C C ==，容抗X C 与频率成反比。

测量元件阻抗频率特性的电路如图14—1所示，图中的r 是提供测量回路电流用的标准电阻，流过被测元件的电流（I R 、I L 、I C ）则可由r 两端的电压U ｒ除以r 阻值所得，又根据上述三个公式，用被测元件的电流除对应的元件电压，便可得到R 、X L 和X C 的数值。

2．交流电路的频率特性由于交流电路中感抗X L 和容抗X C 均与频率有关，因而，输入电压（或称激励信号）在大小不变的情况下，改变频率大小，电路电流和各元件电压（或称响应信号）也会发生变化。

这种电路响应随激励频率变化的特性称为频率特性。

若电路的激励信号为Ｅｘ（ｊω），响应信号为R ｅ（ｊω），则频率特性函数为)()()j ()j ()j (x e ωϕωωωω∠==A E R N式中，A （ω）为响应信号与激励信号的大小之比，是ω的函数，称为幅频特性；ϕ（ω）为响应信号与激励信号的相位差角，也是ω的函数，称为相频特性。

A A fffa)(b)(c)(图21-2C C C1C2图14-2在本实验中，研究几个典型电路的幅频特性，如图14－２所示，其中，图（ａ）在高频时有响应（即有输出），称为高通滤波器，图（ｂ）在低频时有响应（即有输出），称为为低通滤波器，图中对应A＝0．707的频率ｆC称为截止频率，在本实验中用RC网络组成的高通滤波器和低通滤波器，它们的截止频率ｆC均为1／2πRC。

图（ｃ）在一个频带范围内有响应（即有输出），称为带通滤波器，图中ｆC1称为下限截止频率，ｆC2称为上限截止频率，通频带BW＝ｆC2－ｆC1。

三．实验设备１．信号源（含频率计）２．交流数字毫伏表３．综合实验台四．实验内容１．测量Ｒ、Ｌ、Ｃ元件的阻抗频率特性实验电路如图14—1所示，图中：ｒ＝300Ω，R＝1ｋΩ，L＝15ｍH，C＝0.01μF。

选择信号源正弦波输出作为输入电压ｕ，调节信号源输出电压幅值，并用交流毫伏表测量，使输入电压ｕ的有效值Ｕ＝２Ｖ，并保持不变。

用导线分别接通Ｒ、Ｌ、Ｃ三个元件，调节信号源的输出频率，从１kHz逐渐增至２０KHz（用频率计测量），用交流毫伏表分别测量ＵR、ＵL、ＵC和Ｕr，将实验数据记入表14－1中。

并通过计算得到各频率点的R、X L和X C。

、、元件的阻抗频率特性实验数据表14－1实验电路如图14－3所示，图中：R＝1ｋΩ，C＝0.022μF。

用信号源输出正弦波电压作为电路的激励信号（即输入电压）调节信号源正弦波输出电压幅值，并用交流毫伏表测量，使激励信号ｕｉ的有效值Ｕｉ＝２Ｖ，Ru Cu 图21-3并保持不变。

调节信号源的输出频率，从１kHz 逐渐增至２０KHz （用频率计测量），用交流毫伏表测量响应信号（即输出电压）ＵR ，将实验数据记入表14－2中。

表14－2 频率特性实验数据3．低通滤波器频率特性实验电路和步骤同实验2，只是响应信号（即输出电压）取自电容两端电压ＵC ，将实验数据记入表14—2中。

五．实验注意事项1．交流毫伏表属于高阻抗电表，测量前必须先调零。

图14-3六．预习与思考题1．如何用交流毫伏表测量电阻R 、感抗X L 和容抗X C ？它们的大小和频率有何关系？2．什么是频率特性？高通滤波器、低通滤波器和带通滤波器的幅频特性有何特点？如何测量？七．实验报告要求1．根据表14－1实验数据，定性画出Ｒ、X L 、X C 与频率关系的特性曲线。

2．根据表14－2实验数据，定性画出Ｒ、Ｌ、Ｃ串联电路的阻抗与频率关系的特性曲线。

图19-3镇流器启辉器实验十七 日光灯安装及功率因数的提高一．实验目的１．研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。

２．掌握日光灯线路的接线。

３．理解提高电路功率因数的意义并掌握其方法。

二．原理说明1．在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路中的电流值，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i =∑0 U=∑0 ２．日光灯线路如图17-1所示，图中Ａ是日光灯 图17-1 管，Ｌ是镇流器，Ｓ是启辉器，。

有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。

3．并联电容提高电路的功率因数。

通常提高电感性负载功率因数的方法是在负载两端并联适当数量的电容器，使负载的总无功功率Q ＝Q L －Q C 减小，在传送的有功率功率P 不变时，使得功率因数提高，线路电流减小。

当并联电容器的Q C ＝Q L 时，总无功功率Q ＝0，此时功率因数ϕcos ＝1，线路电流I 最小。

C=P （tan φ1－tan φ）/wU2三．实验设备1．交流电压、电流、功率、功率因数表 2．调压输出3．综合实验台（包括30Ｗ日光灯、30Ｗ镇流器，电容器，电流插座等）四．实验内容1．日光灯线路接线与测量按图17-2组成线路，经指导教师检查后按下闭合按钮开关，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止。

将电压调至220Ｖ，测量功率Ｐ，电流Ｉ，电压2,1,U U U 等值，填写下表，验证电压、电流相量关系。

( 将电容开关断开)图17-22．并联电路——电路功率因数的改善五．实验注意事项１．接线前先将实验台上日光灯开关合至照明端，查灯管完好后，必须将开关合至实验端；2．功率表要正确接入电路。

注意电压、电流量程选择；3．线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好。

六．预习思考题１．参阅课外资料，了解日光灯的启辉原理。

２．为了提高电路的功率因数，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？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？七．实验报告１．完成数据表格。

２．根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式的基尔霍夫定律。

３．讨论改善电路功率因数的意义和方法。

N'图 24-1实验十八 三相电路电压、电流的测量一．实验目的1．练习三相负载的星形联接和三角形联接；2．了解三相电路线电压与相电压、线电流与相电流之间的关系； 3．了解三相四线制供电系统中，中线的作用。

二．原理说明电源用三相四线制向负载供电，三相负载可接成星形（又称‘Ｙ’形）或三角形（又称‘Δ’形）。

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：U U I I L P L P ==3, ，流过中线的电流ＩN ＝０；作‘Δ’形联接时，线电压ＵＬ等于相电压ＵＰ，线电流ＩＬ是相电流ＩＰ的3倍，即：I I U L P L P ==3, U不对称三相负载作‘Ｙ’联接时，必须采用‘ＹＯ’接法，中线必须牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压等于电源的相电压（三相对称电压）。

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；对于不对称负载作‘Δ’ 联接时，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。

本实验中，用三相调压器调压输出作为三相交流电源，用三组白炽灯作为三相负载，线电流、相电流、中线电流用电流插头和插座测量。

三．实验设备1． 三相交流电源 2．交流电压表、电流表 3．综合实验台四．实验内容1．三相负载星形联接（三相四线制供电）图18-1实验电路如图18－1所示，将白炽灯按图所示，连接成星形接法。

用三相调压器调压输出作为三相交流电源，具体操作如下：将三相调压器的旋钮置于三相电压输出为０Ｖ的位置（即逆时针旋到底的位置），然后旋转旋钮，调节调压器的输出，使输出的三相线电压为２２０Ｖ。

测量线电压和相电压，并记录数据。

(1)在有中线的情况下，测量三相负载对称和不对称时的各相电流、中线电流和各相电压，将数据记入表18－1中，并记录各灯的亮度。

(2)在无中线的情况下，测量三相负载对称和不对称时的各相电流、各相电压和电源中点N 到负载中点N ˊ的电压U NN ˊ，将数据记入表18－1中，并记录各灯的亮度。

表18—1 负载星形联接实验数据2．三相负载三角形联接实验电路如图18－2所示，将白炽灯按图所示， 连接成三角形接法。

调节三相调压器的输出电压， 使输出的三相线电压为２２０Ｖ。

测量三相负载对 称和不对称时的各相电流、线电流和各相电压，将 数据记入表18－2中，并记录各灯的亮度。

图18-2表18—2 负载三角形联接实验数据五．实验注意事项1．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，必须严格遵守先接线，后通电；先断电，后折线的实验操作原则。

2．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。

3．在实验中，调压器输出线电压为220V 。

六．预习与思考题1．三相负载根据什么原则作星形或三角形连接？本实验为什么将三相电源线电压设定为220V ？2．三相负载按星形或三角形连接，它们的线电压与相电压、线电流与相电流有何关系？当三相负载对称时又有何关系？3．说明在三相四线制供电系统中中线的作用，中线上能安装保险丝吗？为什么？七．实验报告要求1．根据实验数据，在负载为星形连接时，p l U U 3=在什么条件下成立？在三角形连接时，p l I I 3=在什么条件下成立？2．用实验数据和观察到的现象，总结三相四线制供电系统中中线的作用； 3．完成实验数据的记录。

实验二十相序指示器电路的设计与实现一、设计要求：1．独立设计实验电路，在不确定三相对称电源相序的情况下，能够用白炽灯的明亮程度判断相序。

2．确定试验参数，自拟实验步骤，完成实验接线。

3.自拟实验数据表格，记录与实验相关的数据。

二、可供选择的设备：综合实验台，包括三相对称电源（调压器输出）；220v、40w白炽灯若干（可串联、并联或单只运行）；220v电容若干（0.22μF、0.47μF、1μF、2.2μF、4.3μF，可并联使用）等。

三．实验注意事项1．注意电容与灯泡电阻的参数及连接方式选择。

2．每次改接线路都必须先断开电源；3．为考虑实验设备的安全，电源线电压取为220V。