电工学实验指导书上学期4个实验--2013.4.12

电工学实验指导书湖南工业大学电气与信息工程学院目录第一章：电工学实验实验一叠加原理和戴维南定理 (3)实验二电压源与电流源的等效变换 (9)实验三 R、L、C串联谐振电路的研究 (14)实验四电路元件交流阻抗频率特性 (18)实验五一阶电路暂态过程的研究 (22)实验六二阶电路暂态过程的研究 (28)实验七单相照明电路及功率因数的改善 (32)实验八三相交流电路电压、电流和相序的测量 (36)第二章：模电和数电实验实验一示波器的使用 (42)实验二晶体管单管放大电路 (48)实验三多级放大负反馈电路、射极跟随电路 (55)实验四差动放大电路 (59)实验五集成运算放大器的基本运算电路 (64)实验六串联型晶体管稳压电源 (70)实验七集成稳压电路 (75)实验八组合逻辑电路的设计与测试 (82)实验九集成电路计数器、译码和显示 (88)第一章电工学实验实验一、叠加原理和戴维南定理叠加原理验证：一、实验类型验证型实验二、实验目的（1）通过实验来验证线性电路中的叠加原理以及其适用范围。

（2）学习直流仪器仪表的测试方法。

三、实验原理几个电动势在某线性网络中共同作用时（也可以是几个电流源共同作用，或电动势和电流源混合共同作用），它们在电路中任一支路产生的电流或在任意两点间的所产生的电压降，等于这些电动势或电流源分别单独作用时，在该部分所产生的电流或电压降的代数和，这一结论称为线性电路的叠加原理。

如果网络是非线性的，叠加原理不适用。

图1-1的电路含有一个非线性元件（稳压管），叠加原理不适用，如果将稳压管换成一线性电阻，则可以运用叠加原理。

本实验中，先使电压源和电流源分别单独使用，测量各点间的电压和各支路的电流，然后再使电压源和电流源共同作用，测量各点间的电压和各支路的电流，验证是否满足叠加原理四、仪器设备和元器件五、实验内容及步骤1、按图1-1接好实验电路R1、R2、R3、R4、R5均用电路实验单元中的多功能实验网络上的元件，电路实验单元自由区接插相应元器件，接线时稳压、稳流源应先全部置零。

图1-12、调节可调稳压、稳流源上的稳流源，使电流源输出为15mA，且在实验中应保持此值不变。

再调稳压源，使输出电压为10V，在实验中也保持此值不变。

3、验证叠加原理（1）按图1-1接好实验电路。

（2）电压源E单独作用：测出各支路两端的电压U AD、U DC、U BD、U AC和支路电流I AC的值，注意仪表量限和测量值的符号，所测数据记入表1-1。

（3）电流源Is单独作用：测出各支路两端的电压U AD、U DC、U BD、U AC和支路电流I AC的值，所测数据记入表1-1。

（4）电压源E和电流源Is共同作用：测出各支路两端的电压U AD、U DC、U BD、U AC和支路电流I AC的值，所测数据记入表1-1。

4、验证非线性元件不适用叠加定理上图1-1中AC支路的线性电阻R4用稳压管代替，按步骤3，重复测量各支路电流和电压，与替代前的数值进行比较，数据记入表1-2中。

六、实验结果七、实验注意事项（1）稳流源不应开路，否则它两端正电压会很高。

为安全起见，在断开IS 前，先用一短线将IS短接，然后断开IS。

（2）稳压源不应短路，否则电流会过大。

八、预习及思考（1）与稳流源IS串接的510Ω电阻如果换成1kΩ，对电路中各支路电流有何影响？试用实验测试证实。

（2）在进行叠加实验时，对不起作用的稳压源和稳流源应如何处理？如果它们有内电阻或内电导，则应如何处理？九、实验总结报告（1）根据图1-1所示元件数值计算本实验电路中（步骤3的线性电路）UAC的数值，与实验结果进行比较。

（2）小结对叠加原理的认识。

戴维南定理验证一、实验类型验证型实验二、实验目的(1) 用实验来验证戴维南定理。

（2）学习线性有源一端口网络等效电路参数的测量方法。

三、实验原理任何一个线性网络，如果只研究其中的一个支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作一个含源一端口网络。

而任何一个线性含源一端口网络对外部电路的作用，可用一个等效电压源来代替，该电压源的电动势ES等于这个含源一端口网络的开路电压UK ，其等效内阻RS等于这个含源一端口网络中各电源均为零时（电压源短接，电流源断开）无源一端口网络的入端电阻。

这个结论就是戴维南定理。

四、仪器设备和元器件五、实验内容及步骤1、测出含源一端口网络的端电压UAB 和端电流IR，并绘出它的外特性曲线UAB=f（IR）(1)、按1-3(a)图接好实验电路。

(用电路实验单元中的多功能实验网络中元件)，负载电阻R用精密可调电阻上的可变电阻。

（2）调节可调稳压、稳流源的直流电流源，使其输出电流为15mA。

再调节直流电压源，使其输出电压为10V。

（3）改变负载电阻R，对每一个R 值，测出各对应的UAB 和IR值，记入表1-3。

要特别注意：要测出R=∞（此时测出的UAB 即为A、B端开路电压UK）和R=0（此时测出的电流即为A、B端短路时的短路电流IR ）时的电压和电流，作出UAB=f(IR)曲线。

2、测出无源一端口网络的入端电阻（1）将图1-3(a)除源：即将电流源Is开路，将电压源Es短路，再将负载电阻R开路。

（2）用万用表电阻档测A、B两点间电阻RAB，即为有源一端口网络所对应的无源一端口网络的入端电阻，也就是此有源一端口网络所对应等效电压源的内电阻Rs。

3、验证戴维南定理（1）调节精密可调电阻使RAB =（RS），然后将可调稳压、稳流源中稳压源输出电压调至等于有源一端口网络的开路电压UK 与RAB串联组成如图1-3(b)所示等效电压源，负载电阻R仍用精密可调电阻上的可变电阻。

(2)改变负载电阻R的值，测出UAB ，IR记入表1-4中。

图1-3 六、实验结果七、实验注意事项1、测量时，注意电流表量程的更换。

2、改接线路时，要关掉电源。

八、预习及思考试说明几种一端口网络等效电阻的测量方法，并定性分析它们的优缺点。

九、实验总结报告（1）根据实验内容1、3所得的实验数据，在同一坐标平面上作出原电路及等效电路（两种）的外特性曲线，并作比较，说明比较的结果。

和短路电流Id，计算有源一端网络的等效（2）根据步骤1所测得的开路电压UK进行比较。

内阻与步骤2中所测得的RAB实验二、电压源与电流源的等效变换的研究一、实验类型综合型实验二、实验目的1、加深对理想电压源与理想电流源外特性的理解。

2、掌握理想电压源与理想电流源外特性的测试方法。

3、验证电压源与电流源互相进行等效变换的条件。

三、实验原理1、理想电压源和理想电流源在电工学理论中，理想电源除理想电压源外，还有另一种电源，即理想电流源。

理想电压源具有端电压保持恒定不变，而输出电流的大小由负载决定的特性。

其外特性，即端电压U与输出电流I的关系U ＝ f (I) 是一条平行于Ｉ轴的直线，见电路图2-1（b）。

实验中使用的恒压源在规定的电流范围内，具有很小的内阻，可以将它视为一个电压源。

理想电流源具有输出电流保持恒定不变，而端电压的大小由负载决定的特性。

其外特性，即输出电流I与端电压U的关系I ＝ f (U) 是一条平行于U轴的直线,见电路图2-1(a)。

实验中使用的恒流源在规定的电流范围内，具有极大的内阻，可以将它视为一个电流源。

它们的电路图符号及其特性见图2-12、实际电压源和实际电流源实际上任何电源内部都存在电阻，通常称为内阻。

因而，实际电压源可以用一个内阻RS和电压源US串联表示，其端电压U随输出电流I增大而降低，见电路图2-2(b)。

在实验中，可以用一个小阻值的电阻与恒压源相串联来模拟一个实际电压源。

实际电流源是用一个内阻RS和电流源IS并联表示，其输出电流I随端电压U增大而减小，见电路图2-2(a)。

在实验中，可以用一个大阻值的电阻与恒流源相并联来模拟一个实际电流源。

3、实际电压源和实际电流源的等效互换一个实际的电源，就其外部特性而言，既可以看成是一个电压源，又可以看成是一个电流源。

若视为电压源，则可用一个电压源Us与一个电阻RS相串联表示；若视为电流源，则可用一个电流源IS与一个电阻RS相并联来表示。

若它们向同样大小的负载供出同样大小的电流和端电压，则称这两个电源是等效的，即具有相同的外特性。

实际电压源与实际电流源等效变换的条件为 （1）取实际电压源与实际电流源的内阻均为RS ；（2）已知实际电压源的参数为Us 和RS ，则实际电流源的参数为SSS R U I =和RS 若已知实际电流源的参数为I s 和R S ，则实际电压源的参数为S S S R I U =R S 。

图2-2四、仪器设备和元器件图 10－1图 10－2五、实验内容及步骤1、测定理想电压源（恒压源）与实际电压源的外特性实验电路如图2－3所示，图中的电源U S 用恒压源中的＋6V 输出端，R1取200Ω的固定电阻，R2取470Ω的电位器。

调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表2－1中。

图2－3理想电压源在图2－3电路中，将理想电压源改成实际电压源，如图2－4所示，图中内阻RS 取51Ω的固定电阻，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表2－2中。

图2－4实际电压源图2、测定理想电流源（恒流源）与实际电流源的外特性按图2－5接线，图中I S 为恒流源，调节其输出为5mA （用毫安表测量），R2取470Ω的电位器，在R S 分别为1k Ω和∞两种情况下，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表2-3、表2-4中。

SI图 10－3图 10－4(a)(b)图2－5实际电流源电路3、研究电源等效变换的条件按图2－6电路接线，其中(a)、(b)图中的内阻R S均为51Ω，负载电阻R均为200Ω。

在2-6(a)电路中，U S用恒压源中的＋6V输出端，记录电流表、电压表的读数。

然后调节图2-6(b)电路中恒流源IS，令两表的读数与图2－6(a)的数值相等，记录I S之值，验证等效变换条件的正确性。

图2-6实际电压源、实际电流源电路六、实验结果表2－3 理想电流源外特性数据表2-4 实际电流源外特性数据表2-5实际电压源表2-6实际电压源七、实验注意事项1、在测电压源外特性时，不要忘记测空载（I＝0）时的电压值；测电流源外特性时，不要忘记测短路（U＝0）时的电流值，注意恒流源负载电压不可超过20伏，负载更不可开路；2、换接线路时，必须关闭电源开关；3、直流仪表的接入应注意极性与量程。

八、预习与思考题1、电压源的输出端为什么不允许短路？电流源的输出端为什么不允许开路？2、说明电压源和电流源的特性，其输出是否在任何负载下能保持恒值？3、实际电压源与实际电流源的外特性为什么呈下降变化趋势，下降的快慢受哪个参数影响？4、实际电压源与实际电流源等效变换的条件是什么？所谓‘等效’是对谁而言？电压源与电流源能否等效变换？九、实验总结报告1、绘出所测电流源和电压源的的外特性曲线。