《电工学》实验指导书解析
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《电工学》实验指导书
实验一 戴维宁定理
一、实验目的
1.加深对戴维宁定理的理解;
2.学习有源二端网络等效电动势和等效内阻的测量方法;
3.熟悉稳压电源、数字万用表的使用;
二、实验器材
1.数字万用表 一块
2.直流稳压电源 两台
3.电阻 若干只
4.导线 若干根
5.面包板 两块
三、实验原理简述
任何一个线性有源二端网络都可以用一个电动势为E 、内阻为R 0 的等效电压源代替。如图1-1所示。等效电压源的电动势E 就是有源二端网络的开路电压U OC ,如图1-2(a )所示。等效电压源的内阻R O 就是有源二端网络除源后(有源二端网络变为无源二端网络)两端之间的等效电阻,如图1-2(b )所示。除源是指将原有源二端网络内所有电源的作用视为零,即将理想电压源视为短路、理想电流源视为开路。
(a )原电路 (b )戴维宁等效电路
图1-1 戴维宁等效电路
(a )开路电压 (b )等效电阻
图1-2 等效量的求解
在电路分析中,若只需计算某一支路的电流和电压,应用戴维宁定理就十分方便。只要将该待求支路划出,其余电路变为一个有源二端网络,根据戴维宁定理将其等效为一个电压源,如图1-1(b )所示。只要求出等效电压源的电动势E 和内阻R O ,则待求支路电流即为
L
R R E
I +=
四、实验内容和步骤
1.实验电路连接及参数选择
实验电路如图1-3所示。由R1、R2 和R3 组成的T 型网络及直流电源U S 构成线性有源二端网络。可调电阻箱作为负载电阻R L。
图1-3 验证电路
在实验台上按图1-3所示电路选择电路各参数并连接电路。参数数值及单位填入表1-1中。
根据图1-3给出的电路及实验步骤1 所选择参数计算有源二端网络的开路电压U OC、短路电流I SC 及等效电阻R O 并记入表1-2中。
图1-4测开路电压U OC 图1-5 测短路电流I SC (1)开路电压U OC 可以采用电压表直接测量,如图1-4所示。
直接用万用表的电压档测量电路中有源二端网络端口(N-P)的开路电压U OC,见图1-4,结果记入表1-2中。
(2)等效内阻R O 的测量可以采用开路电压、短路电流法。
当二端网络内部有源时,测量二端网络的短路电流I SC,电路连接如图1-5 所示,计算等效电阻R O= U OC/ I SC,结果记入表1-2中。
表1-2 开路电压、短路电流及等效电阻R O 实验记录
(1)测量原有源二端网络外接负载时的电流、电压
将图1-3的原有源二端网络外接负载R L,测量R L 上的电流I L 及端电压U L,结果记入表1-3中,并与前一步实验结果进行比较,验证戴维宁定理。
(2)测量戴维宁等效电路外接同样负载时的电流、电压
①组成戴维宁等效电路
根据表1-3的实验数据,调节稳压电源输出电压值E,使E=U OC,调节一个可调电阻箱,使其阻值为R O,查阅表1-1中作为负载R L 的阻值,用另一个可调电阻箱作为负载R L,组成如图3-1(b)所示戴维宁等效电路。
②测量戴维宁等效电路负载电阻R L 上的电流I L 及端电压U L,结果记入表1-3中。
表1-3验证戴维宁定理
1.根据图1-3 所示电路及参数,计算U OC、I SC、R O,填入表3-2 中。
2.用开路电压、短路电流法测量等效电阻时,能否同时进行开路电压和短路电流的测量?为什么?
六、注意事项
1.测量电流、电压时都要注意各表的极性、方向和量程。测量时与各电量的理论计算值进行比较,以保证测量结果的准确。
2.做实验前注意观察实验台面板图,记录有关电源、电阻的参数,并画出本实验所需电路的接线图。
七、实验报告要求
1.根据实验数据,验证戴维宁定理。
2.分析产生误差的原因
U
+
-
C L
R R U
图16-1
I
实验二串联谐振电路实验
一.实验目的
1.加深理解电路发生谐振的条件、特点,掌握电路品质因数(电路Q值)、通频带的
物理意义及其测定方法。
2.学习用实验方法绘制R、L、C串联电路不同Q值下的幅频特性曲线。
3.熟练使用信号源、频率计和交流毫伏表。
二.原理说明
在图16—1所示的R、L、C串联电路中,电路复阻抗
)
1
(j
C
L
R
Z
ω
ω-
+
=,
当
C
L
ω
ω
1
=时,Z=R ,U 与I 同相,电路发生串联谐振,谐振
角频率
LC
1
=
ω,
谐振频率
LC
f
π2
1
=。
在图2-1电路中,若U 为激励信号,R
U 为响应
信号,其幅频特性曲线如图2-2所示,在f=f0时,
图2-2 图2-3
A=1,U R=U,f≠f0时,U R<U,呈带通特性。A=0.707,即U R=0.707U
所对应的两个频率fL和fh为下限频率和上限频率,fh-fL为通频带。通频带的宽窄
与电阻R有关,不同电阻值的幅频特性曲线如图2-3所示。
电路发生串联谐振时,U R=U,U L=U C=Q U,Q称为品质因数,与电路的参数R、
L、C有关。Q值越大,幅频特性曲线越尖锐,通频带越窄,电路的选择性越好,在恒压
源供电时,电路的品质因数、选择性与通频带只决定于电路本身的参数,而与信号源无关。
在本实验中,用交流毫伏表测量不同频率下的电压U、U R、U L、U C,绘制R、L、C串
联电路的幅频特性曲线,并根据L
h
f
f
f-
=
∆计算出通频带,根据Q
U
U
U
U
L C
==或L
h
f
f
f
Q
-
=计算出品质因数,