1、實驗一 常用實驗儀器使用一、實驗目的學習示波器和信號發(fā)生器的使用方法。二、實驗說明1、 示波器是一種綜合性的電信號特性測試儀，用它可以直接顯示電信號的波形，測量其幅值、頻率以及同頻率兩信號的相位差等。電路實驗中，這種基本電子測量儀器會多次用到。通過本實驗，要求能夠大致了解示波器的原理，熟悉示波器的面板開關(guān)和旋扭的作用，初步學會示波器的一般使用方法。2、 信號發(fā)生器是產(chǎn)生各種時變信號電源的設備總稱，常用的有正弦信號發(fā)生器、方波信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器等。輸出信號的頻率（周期）和輸出幅值一般可以通過開關(guān)和旋鈕加以調(diào)節(jié)。3、 示波器的結(jié)構(gòu)較為復雜，面板上的開關(guān)和旋鈕較多，信號發(fā)生器又是初次接觸，因

2、此，為使實驗順利進行，要在課前預習“示波器原理及基本測量方法簡介”和“信號發(fā)生器簡介”（均附在本實驗之后）的基礎上，仔細聽取教師針對具體儀器進行的講解和演示，然后再動手操作。三、實驗內(nèi)容1、熟悉示波器和信號發(fā)生器的各主要開關(guān)和旋鈕的作用。（1） 接通電源并經(jīng)預熱以后，在示波器的熒光屏上調(diào)出一條水平掃描亮線來。分別旋動聚焦、輔助聚焦、亮度、標尺亮度、垂直移位、水平移位等旋鈕，體會這些旋鈕的作用和對水平掃描線的影響。（2） 把信號發(fā)生器輸出調(diào)到零值并接至示波器的輸入端，然后合上信號發(fā)生器電源開關(guān)，預熱再調(diào)節(jié)輸出電壓，在示波器的熒光屏上調(diào)出被測信號的波形來，分別轉(zhuǎn)動V/cm、t/cm等旋扭，體會其作

3、用。（3） 分別改變信號的幅值和頻率，重復調(diào)節(jié)。2、用示波器測量給定信號的幅值和頻率。把測出的頻率與信號發(fā)生器的標稱頻率相比較，記下測量步驟和方法。3、按圖11接線，正弦信號發(fā)生器輸出一個給定信號，用示波器觀察電容器的端電壓uc和流過電容器的電流ic的波形。其中R為電流取樣電阻，uR的波形即表示ic的波形。然后用示波器測量uc和ic的相位差角。改變信號發(fā)生器輸出信號頻率，重復測量。四、注意事項1、 在大致了解示波器和信號發(fā)生器的使用方法和各旋鈕、開關(guān)的作用之后，再動手操作。使用這些儀器時，各旋鈕和開關(guān)不要用力過猛。2、 用示波器觀察信號發(fā)生器的波形時，兩臺儀器的公共地線要接在一起，以免引進干擾

4、信號。3、 儀器的使用注意事項參見后附。正弦信號發(fā)生器示波器 UR R100CXY圖111F五、實驗報告要求1、 記錄測得的波形，標明被測信號的幅度和周期。2、 記錄uc和uR的波形和它們之間的相位差。3、 總結(jié)用示波器測量信號電壓和兩同頻率信號相位差的步驟和方法。4、 回答思考題1。六、儀器設備示波器一臺；信號發(fā)生器一臺；實驗箱一個。七、思考題1、 用一臺工作正常的示波器測量正弦信號時，觀察到下列現(xiàn)象（圖12），試指出應該首先旋動那些旋鈕，才有可能得到清晰和穩(wěn)定的圖形。a、無任何圖形b、一條水平線c、一條垂直線d、垂直豎線圖122、 在實驗內(nèi)容2中，如果V/cm開關(guān)指在0.5伏的位置，熒光屏

5、上正弦波的波峰和波谷相距四個方格（一方格為一個邊長為1厘米的正方形），問信號幅值是多少？如果在水平線上每個周期的波形占四個方格，t/cm開關(guān)（及微調(diào)旋鈕）指在0.5ms的位置上，問信號的頻率是多少?附： 示波器與信號發(fā)生器簡介一、示波器概述示波器(又稱陰極射線示波器)可以用來觀察和測量隨時間變化的電信號圖形,它是進行電信號特性測試的常用電子儀器。由于示波器能夠直接顯示被測信號的波形，測量功能全面，加之具有靈敏度高、輸入阻抗大和過載能力強等一系列特點，所以在近代科學領域中得到了極其廣泛的應用。示波器的種類很多，電路實驗中常用的有普通示波器、雙蹤示波器、長余輝示波器等，它們的基本工作原理是相似的。

6、二、示波器的結(jié)構(gòu)普通示波器主要由示波管、垂直（Y軸）放大器、掃描（鋸齒波）信號發(fā)生器、水平（X軸）放大器以及電源等部分組成，其結(jié)構(gòu)方框圖如圖13所示。1、示波管是示波器的核心部件，它主要包括電子槍、偏轉(zhuǎn)板和熒光顯示幾個部分，如圖14所示。示波管的陰極被燈絲加熱時發(fā)射出大量電子，電子穿過控制柵后，被第一陽極和第二陽極加速和聚焦，即電子槍的作用是產(chǎn)生一束極細的高速電子射線。由于兩極平行的偏轉(zhuǎn)板上加有隨時間變化的電壓，高速電子射線經(jīng)過偏轉(zhuǎn)板時就會在電場力的作用下發(fā)生偏移，偏移距離與偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓成正比。最后電子射線高速撞在涂有熒光劑的屏面上，發(fā)出可見的光點（圖形）。2、垂直放大器把被測信號電壓放

7、大到足夠的幅度，然后加在示波器的垂直偏轉(zhuǎn)板上。這部分還帶有衰減器以調(diào)節(jié)垂直幅度，確保顯現(xiàn)圖形的垂直幅度適當或進行定量測量，這部分稱為Y通道。3、掃描信號發(fā)生器產(chǎn)生一個與時間成線性增加的周期性鋸齒波電壓（又稱掃描電壓），經(jīng)過水平放大器放大以后，再加到示波管水平偏轉(zhuǎn)板上，水平放大器還帶有衰減器。這部分稱為X通道掃描時基部分。4、電源部分向示波管和其它元件提供所需的各組高低壓電源，以保證示波器各部分的正常工作。三、示波器面板上各旋鈕或開關(guān)的作用示波器種類不同，總體上可把旋鈕開關(guān)分為主機、y通道、掃描部分和x通道四部分。現(xiàn)以TD4652雙蹤示波器為例。1、 主機部分（1）電源 / 亮度 開關(guān)：接通電源

8、（拉出）時，指示燈亮。調(diào)節(jié)該旋鈕可以控制熒光屏上顯示波形的亮度。（2）聚焦 旋鈕：調(diào)節(jié)熒光屏上亮點的大小即圖形的清晰度。（3）輔助聚焦 旋鈕：作用與聚焦旋鈕相同，通常二者配合調(diào)節(jié)。（4）標尺亮度 旋鈕：調(diào)節(jié)熒光屏坐標照明的亮度。Y軸放大器鋸齒波發(fā)生器X軸放大器Y軸輸入同步輸入X軸輸入外同步內(nèi)同步掃描水平顯像管圖13電子槍偏轉(zhuǎn)部分顯示部分燈絲陽極控制柵第一陽極第二陽極垂直偏轉(zhuǎn)板水平偏轉(zhuǎn)板熒光屏圖142、 Y通道（1） Y軸位移 旋鈕：控制熒光屏上圖形的垂直方向位置。（2） 靈敏度 V/cm 開關(guān)：可步級調(diào)節(jié)Y 軸幅度，以便定量計算幅值。（3）ACDC開關(guān)：選擇Y 軸放大器的交流或直流工作狀態(tài)。3

9、、 掃描部分（1）掃描范圍 開關(guān)：步級調(diào)節(jié)（粗調(diào)）掃描頻率，即t/cm開關(guān)，以便定量計算周期。（2）掃描微調(diào) 旋鈕：微調(diào)各掃描檔的掃描頻率。（3）觸發(fā)選擇 開關(guān)：鋸齒波發(fā)生器觸發(fā)信號的來源可選自Y 軸內(nèi)部、X外接輸入信號。（4）觸發(fā)及選擇 開關(guān)：觸發(fā)點選擇在信號的上升斜率段或下降斜率段，即“”“”極性。（5）觸發(fā)電平 旋鈕：和觸發(fā)極性選擇開關(guān)一起決定了屏幕上圖形的起始點。四、示波器的基本測量方法1、 幅度電壓、電流的測定方法（1）讀取電壓幅值時，只需將被測信號所占坐標的格數(shù)（cm）乘以V/cm開關(guān)所指的刻度再乘以探頭的衰減倍數(shù)即可。例如，熒光屏上波形如圖15所示，正弦電壓峰-峰值占有5個格子，

10、V/cm開關(guān)指向0.5V，探頭衰減倍數(shù)為10，則：圖15（2） 測量電流一般用電阻取樣法將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后，再進行測量。如圖16所示，若要測量Z支路電流，先串接一個取樣電阻R。 通常取R<<Z。iZR UR 圖162、 頻率 （周期）的測量方法用示波器測量頻率 （周期）的方法基本上可分為兩大類，一類是利用掃描工作方式，另一類是用示波器的XY工作方式。（1） 用示波器的掃描工作方式測量信號的頻率（周期），實質(zhì)上是確定鋸齒波的周期（時間）坐標后（稱為定時標），再與被測信號的周期進行比較測量。 將被測信號X軸的一個周期所占的格子數(shù)（cm）乘以 t / c m 開關(guān)所指示的刻度即可

11、測出周期。仍以圖15為例，正弦信號一個周期在水平方向占8.2個格子， t / c m 開關(guān)指向5ms，則所以正弦信號的周期為41ms，即頻率為24.4Hz。（2） 利用示波器的X工作方式。此時，鋸齒波信號被切斷，軸輸入已知頻率的信號，經(jīng)放大后加水平偏轉(zhuǎn)板，軸輸入待測頻率的信號，經(jīng)放大后加至垂直偏轉(zhuǎn)板，熒光屏上顯現(xiàn)的是ux和uy的合成圖形，即李沙育圖形。從李沙育圖形的形狀可以判定被測信號uy的頻率，當李沙育圖形穩(wěn)定后，設熒光屏水平方向與圖形的切線交點為Nx，垂直方向與圖形的切線交點為Ny，則已知頻率fx與待測頻率fy有如下關(guān)系： ， 圖17表示了幾種常見的李沙育圖形及對應的頻率比。3、同頻率兩信

12、號相位差角的測量方法采用雙蹤示波器，Y1 、Y2兩通道輸入待測相位差的同頻率兩信號，若測得信號周期所占格數(shù)為A，信號的相位差所占的格數(shù)為B（如圖18所示），則相位差角：j = ×360O頻率比fY ：fX1 ：21 ：33 ：1李沙育圖形 圖 174、示波器水平工作方式（又稱XY 工作方式），除了可用來顯示李沙育圖形外，還可以用來顯示元件的特性曲線以及狀態(tài)軌跡等。AB圖18OU/It六、使用注意事項1、示波器接通電源后需預熱數(shù)分鐘后再開始使用。2、使用過程中應避免頻繁開關(guān)電源，以免損壞示波器。3、熒光屏上所顯示的亮點或波形的亮度要適當，光點不要長時間停留在一點上。4、示波器的地端應與

13、被測信號的地端接在一起。5、示波器的X軸輸入與Y軸輸入的地端是連通的，若同時使用X、Y兩路輸入時，注意共地。七、信號發(fā)生器簡介1、 信號發(fā)生器是產(chǎn)生各種波形的信號電源。按信號波形分類，有正弦信號發(fā)生器、方波信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器、函數(shù)信號發(fā)生器（多信號發(fā)生器）等。 信號發(fā)生器的核心部分是振蕩器產(chǎn)生的信號放大后作為電壓或功率輸出。通常輸出電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)（細調(diào)），有電壓衰減開關(guān)（粗調(diào)），輸出頻率也可通過粗調(diào)開關(guān)和細調(diào)旋鈕進行調(diào)節(jié)。對于有功率輸出的信號發(fā)生器，為了獲得最大功率輸出，應使信號源的輸出阻抗與負載阻抗匹配，當作電壓源使用而不需阻抗匹配時，電源輸出阻抗應小于負載阻抗。2、 信號發(fā)生器的使

14、用方法（1） 先將輸出幅值調(diào)到零位，接通電源，預熱幾分鐘方可進行工作。（2） 使用時將電源頻率調(diào)到所需的數(shù)值，對于多信號發(fā)生器，還要將轉(zhuǎn)換開關(guān)調(diào)到選定的波形位置，在確定負載與信號發(fā)生器連接無誤后，再將輸出電壓從零調(diào)到所需數(shù)值。（3） 信號發(fā)生器的輸出功率不能超過額定值，也不能將輸出電壓短路，以免損壞儀器。實驗二 戴維寧定理一、實驗目的1、加深對戴維寧定理的理解。2、培養(yǎng)獨立動手能力、獨立分析問題和獨立解決問題的能力。二、實驗說明戴維寧定理指出：任何一個線性有源一端口網(wǎng)絡，對外部電路而言，總可以用一個理想電壓源和電阻相串聯(lián)的有源支路來代替，如圖21所示。其理想電壓源的電壓等于原網(wǎng)絡端口的開路電壓

15、，其串聯(lián)電阻等于原網(wǎng)絡中所有獨立電源為零值時的輸入等效電阻。線性有源一端口網(wǎng)絡任意負載UIab(a) 原電路任意負載UIab(b) 戴維寧等效電路UO CR0圖21三、實驗內(nèi)容1、 按圖22接線6V51100mAIRPAB線性有源一端口任意負載圖 224V100RL100 2、 改變RL值，測量RL為不同值時，通過RL的電流I和A、B兩點間的電壓UAB，并記于表21。表21RL ()RP最小+51=51RP中間+51=100RP最大+51=151UAB (V)I (mA)3、將負載斷開，用萬用表測量有源二端口網(wǎng)絡的開路電壓Uoc= V。4、將電壓源置零（將電壓源移去，在斷開處用導線連接），用萬

16、用表測量等效輸入電阻R0 = 。5、調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源，使其輸出電壓為Uoc，將圖22無源網(wǎng)絡作為R0，按圖23接線，重取內(nèi)容2的RL值測出與RL相對應的UAB及I，并記錄于表22。表22RL ()RP最小+51=51RP中間+51=100RP最大+51=151UAB (V)I (mA)100100mAIRPAB UO C 圖 2310051RL戴維寧等效電路四、注意事項1、測量一端口網(wǎng)絡內(nèi)阻時，其獨立電源必須置零，否則可能燒壞萬用表的歐姆檔。2、實驗完畢拆線時，首先從電源處拆，以免拆線時造成電源短路；接線時方向正好相反。五、儀器設備穩(wěn)壓電源一臺；萬用表一只；電流表（250mA）一只；實驗箱一個

17、 電阻（均為2W）：100（兩個）、51（一個）滑動變阻器：100/2W(一個) 。六、思考題1、 假如滑動變阻器（0600）額定電流為1A，電流表內(nèi)阻為55，問您設計的電路和實驗中，穩(wěn)壓電源輸出電壓最大允許值是多少？2、 用三種不同的方法求一端口網(wǎng)絡的內(nèi)阻R0。實驗三一階電路的響應一、 實驗目的1、 學習用示波器觀察和分析電路的響應。2、 研究RC電路在方波激勵情況下，響應的基本規(guī)律和特點。二、 實驗說明1、 含L、C儲能元件的電路，其響應可由微分方程求解。凡是可用一階微分方程描述的電路稱為一階電路。通常一階電路由一個儲能元件和若干個電阻元件組成。2、 所有儲能元件初始值為零，電路由激勵引起

18、的響應稱為零狀態(tài)響應。對如圖31所示的RC電路，其零狀態(tài)響應為： 其中，具有時間的量綱，稱為時間常數(shù)。3、 電路在無激勵情況下，由儲能元件的初始狀態(tài)引起的響應稱為零輸入響應。圖31中零輸入響應為：圖31RC方波信號發(fā)生器T/2t(a)(b)4、 RC電路的方波響應，在電路時間常數(shù)遠遠小于方波周期時可視為零狀態(tài)響應和零輸入響應的多次過程，一般取。5、 RC電路充放電時間常數(shù)可以從響應波形中估算出來，如圖32所示。100%63.2%t100%36.8%t(a)(b)圖3-2三、 實驗內(nèi)容1、 按圖33接線。信號發(fā)生器示波器uiuCRC圖33 實驗線路2、 信號發(fā)生器輸出ui為1000Hz、5V方波

19、信號，并用示波器觀察（以示波器的數(shù)值為準），以后就不要再調(diào)ui了。3、 用示波器測繪充放電曲線，測定時間常數(shù)，填入表31中。表31電路參數(shù)充、放電曲線充放R=1KCF計算值計算值實測值實測值R=2KCF計算值計算值實測值實測值 示波器調(diào)整：V/div開關(guān)調(diào)到1V檔，“微調(diào)”旋鈕至“校準”位； t /div開關(guān)調(diào)到0.2ms檔，“微調(diào)”旋鈕至“校準”位。4、 觀察積分電路波形按圖33接線，輸入不變，改變R、C值，觀察波形，填入表32。表32積分電路CF R=2KCF R=2KCF R=10K=2ms輸出波形5、 觀察微分電路波形按圖34接線，輸入不變，改變R、C值，觀察波形，填入表33。信號發(fā)生

20、器示波器uiuRRC圖34 微分電路實驗線路表33微分電路C=10nF R=1KCF R=1KCF R=1K=1s輸出波形四、 儀器設備信號發(fā)生器一臺；示波器一臺；實驗箱一個。五、 實驗報告要求1、 把觀察測繪出的各充、放電波形，分別畫在坐標紙上，并在曲線上標明值。2、 任選一個電壓的波形，估算時間常數(shù)，并與計算值）相比較。3、 分析R、C的值對響應波形的影響。六、 思考題1、 如何觀察的波形？2、 如果沒有方波發(fā)生器，在上述設備中增設晶體管直流穩(wěn)壓電源和開關(guān)，能否觀察到零狀態(tài)響應和零輸入響應？實驗四 交流參數(shù)的測定一、實驗目的 1、學習用交流電壓表，交流電壓表和功率表測量元件的交流等效參數(shù)。

21、2、學習功率表的使用方法。二、實驗說明1、交流電路中，元件的阻抗值或無源一端口網(wǎng)絡的等效阻抗值，可用交流電壓表、交流電流表和功率表分別測出元件（或網(wǎng)絡）兩端的電壓U、流過的電流I和它所消耗的有功功率P，然后通過計算得出，其關(guān)系式為： 阻抗的模 cos= 功率因數(shù) cos 等效電阻 sin 等效電抗這種測試方法稱為三表法，它是測量交流阻抗的基本方法。2、從三表法測得的U、P、I數(shù)值還不能判別被測阻抗是感性還是容性，一般可以用下列方法加以確定。（1）在被測元件兩端并聯(lián)一個小電容，若電流表的讀數(shù)增大，則被測元件為容性；若電流表的讀數(shù)減小，則被測元件為感性。實驗電容器的容量C可根據(jù)下列不等式選定：式中

22、： 實驗用電容器的容納 被測元件的等效電納。（2）利用示波器測量阻抗元件的電流及端電壓之間的相位關(guān)系，電流超前電壓為容性，電流滯后電壓為感性。（3）電路中接入功率因數(shù)表，從表上可以直接讀出被測阻抗的cos值（超前為容性，滯后為感性）。本實驗利用并聯(lián)實驗電容的方法判別被測元件的性質(zhì)。3、 通常，阻抗元件所消耗的有功功率可以用功率表測量。4、 前述交流參數(shù)的計算公式是在忽略儀表內(nèi)阻的情況下得出的，三表法可有兩種接線方法，如圖41所示。若考慮到儀表的內(nèi)阻，測量結(jié)果中顯然存在方法誤差，必要時需要加以校正。對于圖41（a）電路，校正后的參數(shù)為：被測阻抗VAW*(a)被測阻抗VAW*(b) 圖 41 式中

23、：R、X校正前根據(jù)測量計算出的電阻值和電抗值。Ra、Xa電流表線圈及功率表電流線圈的總電阻值和總電抗值。對于圖41（b）的電路，校正后的參數(shù)為：式中：P功率表測得的功率；Ra電壓表與功率表電壓支路所消耗的功率值；P校正后的功率值；RV電壓表內(nèi)阻；RWV功率表電壓支路內(nèi)阻。被測元件VAW* 圖 42220V 被測元件 A B三、實驗內(nèi)容 1、分別測量電感性元件A和電容性元件B的交流參數(shù)，按照圖42接線，調(diào)節(jié)調(diào)壓器的電壓使電流表讀數(shù)為0.1A，測量數(shù)據(jù)U、I、P，記于表41中。2、分別測量A、B串聯(lián)和并聯(lián)時的等值阻抗。（1）調(diào)節(jié)調(diào)壓器的電壓使電流表讀數(shù)為0.1A，測量數(shù)據(jù)U、I、P記于表41中。

24、（2）用實驗方法判別阻抗的性質(zhì)。3、觀察功率表電壓線圈前接和后接對測量結(jié)果的影響。 表41被測元件測量值計算值U(V)I(A)P(W)Z()cosR()X()Y(S)G(S)B(S)電感性元件A電容性元件BA、B串聯(lián)A、B并聯(lián)四、注意事項1、單相調(diào)壓器使用之前，先把電壓調(diào)節(jié)手輪調(diào)到零位，接通電源后再從零位開始逐漸升壓，做完每一項試驗，都必須把調(diào)壓器調(diào)回零位，然后斷開電源。2、實驗時把所用儀表的內(nèi)阻記錄下來，以便校正讀數(shù)。3、在表中的計算值中，注意X和B的正負號。4、本實驗所用電壓較高，必須嚴格遵守安全操作規(guī)程，身體不要觸及帶電部位，以保證安全。五、儀器設備單相調(diào)壓器一臺；交流電壓表一只；交流電

25、流表一只；低功率因數(shù)功率表一只；實驗箱一個。六、實驗報告要求 1、完成表中要求的各項計算，并用實驗內(nèi)容1的結(jié)果驗證實驗內(nèi)容2的結(jié)果。2、由實測的A、B阻抗作出A、B串聯(lián)時的阻抗三角形和A、B并聯(lián)時的導納三角形。又由測得的A、B串并聯(lián)后的等值阻抗作出其阻抗三角形和導納三角形，對兩者進行比較，注意坐標的比例要選擇適當。3、結(jié)合本實驗分析功率表電壓線圈前后接對測量結(jié)果的影響。4、回答思考題。七、思考題 1、 若用功率因數(shù)表替換三表法中使用的功率表是否也能測出元件的等效阻抗，為什么？2、 用三表法測量交流電路參數(shù)時，為什么在被測元件兩端并接電容可以判斷元件的性質(zhì)？試用相量圖加以說明。附：電動系低功率因

26、數(shù)功率表低功率因數(shù)功率表是用來測量功率因數(shù)比較低的交流電路中的功率，也可以用來測量直流電路中的小功率。普通功率表是按額定電壓Um 、額定電流Im及額定功率因數(shù)cosm=1的情況下進行刻度的，也就是當被測功率P=UmIm時，功率表指針有滿刻度偏轉(zhuǎn)。低功率因數(shù)表的接線和使用方法與普通功率表相同，但設計時，使得它在額定電流Im、額定電壓Um及額定功率因數(shù)cosm下指針能作滿刻度偏轉(zhuǎn)，因此，低功率因數(shù)表的分格常數(shù)為： （瓦/格）式中：P被測功率的瓦數(shù)；C分格常數(shù)；指針偏轉(zhuǎn)的格數(shù)；Um所使用功率表的電壓量程值；Im所使用功率表的電流量程值；功率表標度尺滿刻度的格數(shù)。實驗五 單相交流電路及功率因數(shù)的提高一

27、、實驗目的1、通過RL串聯(lián)電路掌握單相交流電路的電壓、電流、復阻抗之間的相量關(guān)系，有效值關(guān)系。2、熟悉日光燈電路的組成，各元件的作用及日光燈的工作原理，學會日光燈電路的連接，了解線路故障的檢查方法。3、掌握交流電路的電壓、電流和功率的測量方法。4、練習并掌握感性負載提高功率因數(shù)的方法。二、實驗原理鎮(zhèn)流器是一個鐵心線圈，其電感L比較大，而線圈本身具有電阻R1。日光燈在穩(wěn)態(tài)工作時近似認為是一個阻性負載R2。鎮(zhèn)流器和燈管串聯(lián)后接在交流電路中，如圖51所示，可以把這個電路等效為RL串聯(lián)電路，如圖52所示。 圖51 日光燈電路 圖52 日光燈等效電路根據(jù)圖52和圖53，相關(guān)計算如下：鎮(zhèn)流器的等效復阻抗：

28、 電感線圈的電阻：圖53 RL串聯(lián)電路相量圖電感線圈的感抗：電感線圈的電感：日光燈等效電阻：電路消耗的有功率： 或 因鎮(zhèn)流器本身的電感較大，故整個電路的功率因數(shù)較低，為了提高電路的功率因數(shù)，可以采用在日光燈兩端并聯(lián)電容的方法，見圖52。并聯(lián)電容后電路的總電流。由于電容的無功電流抵消了一部分日光燈電流中的感性無功分量，所以總電流將減小，電路的功率因數(shù)被提高。由于電源電壓是固定的，并聯(lián)電容器并不影響感性負載的工作狀態(tài)，即日光燈支路的電流、功率和功率因數(shù)并不隨并聯(lián)電容的大小而改變，僅是電路的總電流及總功率因數(shù)發(fā)生變化。提高電路的功率因數(shù)能夠減小供電線路的損耗及電壓損失，提高電源設備的利用率而又不影響

29、負載的工作。所以并聯(lián)電容器提高電路的功率因數(shù)的方法被供電部門廣泛采用。如果要將功率因數(shù)cos提高到cos，所并聯(lián)電容的大小計算如下： 電路的功率因數(shù)角。提高后的功率因數(shù)角。= 2f 電源的角頻率。 圖54 日光燈并聯(lián)電容相量圖三、實驗內(nèi)容及步驟1、按圖55接好線路。注意電容器要同時接入電路中并斷開電容開關(guān)待用，注意功率表的接線和讀數(shù)方法。圖55 日光燈實驗電路圖2、經(jīng)教師檢查線路無誤后接通電源，注意觀察日光燈的啟動情況。3、測量日光燈電路的端電壓U，燈管電壓UR2，鎮(zhèn)流器電壓URL，電路電流I及有功功率P，把測得的數(shù)據(jù)填入表51中。表51電源電壓U（V）鎮(zhèn)流器電壓URL（V）燈管電壓UR2（V

30、）電流I（A）有功功率P（W）4、在日光燈電路中并聯(lián)不同容量的電容如3F，記錄電源電壓U，總電流I，日光燈支路電流I，電容支路電流IC ，有功功率P的值填入表52中，計算并入電容后的功率因數(shù)填入表該表中。5、當日光燈點燃后，將啟動器取掉，觀察日光燈是否熄滅。6、關(guān)斷電源后重新合閘，觀察日光燈是否啟動。用一根絕緣導線兩端短路啟動器，觀察日光燈狀況，然后斷開導線，觀察日光燈是否點燃。表52并入的電量C（F）電源電壓U（v）電容電流IC（A）燈管電流I（A）總電流I（A）有功功率P（w）功率因數(shù)cos1357四、實驗設備日光燈設備1套；功率表1只；數(shù)字萬用表1只；交流電流表1只電容箱3個；電流插口板

31、1塊；電流表插頭1個。五、實驗報告要求1、計算圖52中不同電容值時的功率因數(shù)，填入表52。2、根據(jù)實測數(shù)據(jù)說明當并入的電容值逐漸增大時，日光燈支路電流，電容支路電流，總電流有無變化，如何變化。3、并聯(lián)電容可以提高電路的功率因數(shù)，是否并聯(lián)的電容越大越好，試分析其原因。4、并聯(lián)電容后日光燈支路的功率因數(shù)是否提高，為什么？5、實驗中若出現(xiàn)故障，試分析其原因，若啟動器損壞，如何點亮日光燈？六、注意事項1、注意電源電壓要與日光燈額定電壓相符，切勿接在380V電源上。2、注意功率表的接線方法，分清電壓線圈和電流線圈的端子，電壓線圈要與被測電路并聯(lián)，電流線圈要與被測電路串聯(lián)，并且兩個線圈的對應端子（同名端）

32、應接在電源的同一點上。3、電流表不接入電路，要接在電流表插頭上，把電流插口板按圖55接入電路。實驗時，根據(jù)需要把電流插頭插入電流插口中，測量電流。4、該實驗用日光燈電路模擬RL串聯(lián)電路，但實際日光燈端電壓波形不為正弦波，所以用萬用表測出的交流電壓是近似值。附錄1、日光燈電路元件及其作用日光燈的電路由燈管，鎮(zhèn)流器，啟動器三個部分組成。（1）燈管：日光燈的燈管是一個玻璃管，在管子的內(nèi)壁均勻地涂有一層熒光粉，燈管兩端各有一個陽極和燈絲，燈絲是用鎢絲繞制而成的，它的作用是發(fā)射電子。在燈絲上焊有兩根鎳絲作為陽極，它和燈絲具有同樣的電位，它的主要作用是當它的電位為正時吸收部份電子，以減少電子對燈絲的沖擊。

33、燈管內(nèi)充有惰性氣體（如氬氣，氪氣）與水銀蒸氣。由于有水銀蒸氣存在，當管內(nèi)產(chǎn)生弧光放電時，會放射出紫外線，紫外線照在熒光粉上就會發(fā)出熒光。日光燈管的結(jié)構(gòu)如圖56所示。 圖56 日光燈管剖面圖 圖 57啟動器（2）鎮(zhèn)流器：鎮(zhèn)流器是與日光燈管相串聯(lián)的一個元件。實際上是一個繞在硅鋼片鐵心上的電感線圈。鎮(zhèn)流器的作用是，一方面限制日光燈管的電流，另一方面在日光燈起燃時由于線路中的電流突然變化而產(chǎn)生一個自感電動勢（即高電壓）加在燈管兩端，使燈管產(chǎn)生弧光。鎮(zhèn)流器必須按電源電壓與日光燈的功率配用，不能互相混用。（3）啟動器；啟動器的構(gòu)造是封在玻璃泡（內(nèi)充惰性氣體）內(nèi)的一個雙金屬片和一個靜觸片，外帶一個小電容器，

34、同裝在一個鋁殼里，如圖57所示。雙金屬片由線膨脹系數(shù)不同的兩種金屬片制成。內(nèi)層金屬的線膨脹系數(shù)大，在雙金屬片和靜觸片之間加上電壓后，管內(nèi)氣體游離產(chǎn)生輝光放電而發(fā)熱。雙金屬片受熱以后趨于伸直，使得它與靜觸片接觸而閉合。這時雙金屬片與靜觸片之間的電壓降為零，于是輝光放電停止，雙金屬片經(jīng)冷卻而恢復原來位置，兩個觸點又斷開。為了避免啟動器中的兩個觸點斷開時產(chǎn)生火花，將觸點燒毀，通常用一只小電容器與啟動器并聯(lián)。2、日光燈的起燃過程：剛接上電源時，啟動器兩端是斷開的，電路中沒有電流。電源電壓全部加在啟動器上，使它產(chǎn)生輝光放電并發(fā)熱。雙金屬片受熱膨脹使之與靜觸片閉合，將電路接通。電流通過燈管兩端的燈絲，燈絲

35、受熱后發(fā)射電子，這時啟動器的輝光放電停止。雙金屬片冷卻后與靜觸片斷開，在觸電斷開的瞬間，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生了相當高的電動勢（800V1000V）。這個電動勢與電源電壓一起加在燈管兩端，使燈管中的氬氣電離放電，氬氣放電后，燈管溫度升高，水銀蒸氣氣壓升高，于是過渡到水銀蒸氣電離放電，產(chǎn)生較大的電弧而導通。燈管中的弧光放電發(fā)出的大量紫外線，照射到管壁所涂的熒光粉上使它產(chǎn)生象日光一樣的光線。燈管放電后，大部分的電壓降落在鎮(zhèn)流器上。燈管兩端的電壓，也就是啟動器兩觸點的電壓較低，不足使啟動器放電，因此它的觸點不再閉合。I實驗六 三相電路一、 實驗目的 1、學習三相電路的連接方法2、驗證三相電路中相電壓與線電壓、相

36、電流與線電流之間的關(guān)系。3、進一步提高分析、判斷和查找故障的能力。二、 實驗說明 1、三相電路中，負載的連接方法有星形連接和三角形連接，星形連接時根據(jù)需要可以采用三相三線制和三相四線制。三角形連接只能用三相三線制。三相電路中的電源和負載有對稱和不對稱兩種情況。2、圖61是星形連接的供電圖，當線路阻抗忽略不計時，負載的線電壓等于電源的線電壓。若負載對稱，則負載中性點和電源中性點O之間的電壓為零，此時負載的相電壓對稱。線電壓與相電壓滿足的關(guān)系。若負載不對稱，負載中性點與電源中性點之間的電壓不為零，負載端的各相電壓也就不對稱了，其數(shù)值可以通過計算得到或者通過實驗測出。A 圖 61 電流插座BCOO/

37、 三相可調(diào)電源A 電流插頭 3、三角形連接的三相負載，當電路對稱時，線電流為相電流的倍。若忽略線路阻抗，三角形連接的一相負載改變時只影響線電流而不影響其余兩相的工作狀態(tài)。如圖62所示。A 圖 62BC 線電流插座相電流插座4、三相電路的實驗線路比較復雜，對實驗中出現(xiàn)的故障要求從分析現(xiàn)象入手，判斷出可能出現(xiàn)故障的位置，然后用交流電壓表有目的地尋找。三、 實驗內(nèi)容1、負載星形接線法（圖61），實驗項目見表61。2、負載三角形連接（圖62），實驗項目見表62。四、 注意事項1、若用額定電壓為220伏的白織燈泡作負載，則負載端線電壓不要超過220伏。2、用插頭測量電流應注意安全，不要接觸電路的帶電部分

38、。五、 儀器設備三相調(diào)壓器一臺：三相負載板一塊；交流電壓表一只；交流電流表一只；電流插頭一只；電流插座一塊。表61 星形接法實驗記錄表待測數(shù)據(jù)實驗內(nèi)容UABUBCUCAIAIBICIO負載對稱有中線無中線負載不對稱有中線無中線A相開路有中線無中線C相短路無中線表62 三角形接法實驗記錄表 待測數(shù)據(jù)實驗內(nèi)容IAIBICIABIBCICAUABUBCUCA對稱負載不對稱負載A相開路六、 實驗報告要求1、整理實驗數(shù)據(jù)，用坐標紙畫出各種情況下電壓和電流相量圖。2、試總結(jié)分析、判斷和查找三相電路故障方面的心得體會。七、 思考題1、采用三相四線制時，為什么中線不允許裝保險絲？3、 對注意事項1進行解釋。實

39、驗七 元件特性的伏安測量法一、實驗目的學習用電壓表、電流表測定獨立電源和電阻元件的伏安特性。二、實驗原理1、 在電路中，電路元件的特性一般用該元件上電壓U和通過元件的電流I之間的函數(shù)關(guān)系U(I)來表示，這種函數(shù)關(guān)系稱為該元件的伏安特性。獨立電源和電阻元件的伏安特性可以用電壓表、電流表測定，稱為伏安測量法，伏安法原理簡單，測量方便，由于儀表內(nèi)阻會影響測量的結(jié)果，因此必須注意儀表的合理接法（參見本實驗思考題1）。2、 理想電壓源的端電壓Us(t)與它向負載提供的電流大小無關(guān)，如果Us(t)不隨時間變化，則該電壓源稱為直流理想電源Us ，其伏安特性曲線如圖71中曲線a所示。實際電壓源的特性曲線如圖7

40、1中曲線b所示，它可以用一個理想電壓源Us和電阻Rs相串聯(lián)的電路模型來表示（圖12）。顯然，Rs越大，圖71中的角也越大，其正切的絕對值代表實際電壓源的內(nèi)阻值Rs。abIUO圖71USURS圖72 3、本實驗中所用電阻元件均為線性電阻和白熾燈泡。其中，線性電阻R的伏安特性是一條經(jīng)過原點的直線（圖73），白熾燈泡在工作時燈絲處于高溫狀態(tài)，其燈絲電阻隨溫度的改變而改變，并且具有一定的慣性，又因為溫度的改變是與流過的電流有關(guān)，所以它的伏安特性為一條曲線（圖74）。圖74UIO圖73UIO 三、實驗內(nèi)容1、 測定線性電阻R的伏安特性曲線。按圖75接好線路。調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源的輸出電壓，使其在05V范圍內(nèi)變化

41、，并讀記相應的電流表和電壓表數(shù)據(jù)。2、 測定白熾燈泡的伏安特性曲線。將內(nèi)容1中的電阻R換接成白熾燈泡，重復上述過程即可測出白熾燈泡兩端的電壓及相應的電流數(shù)值。3、 測定實際電源的伏安特性。在穩(wěn)壓電源的輸出端鈕上串接一電阻Rs=51，則穩(wěn)壓電源與Rs構(gòu)成一電壓源，按圖76接好線路，固定穩(wěn)壓電源輸出電壓US=5伏，調(diào)節(jié)負載電阻r（從開路逐漸減小），測出每一電流下電壓的數(shù)值，即為此實際電壓源的伏安特性。穩(wěn)壓電源 mAVr圖76RS穩(wěn)壓電源 mAVR圖75數(shù)據(jù)表格：測量次數(shù)實驗內(nèi)容測 量 數(shù) 據(jù)1234567線性電阻VCRU(I)I(mA)白熾燈泡VCRU(I)I(mA)實際電壓源VCRU(I)I(m

42、A)四、注意事項1、 穩(wěn)壓電源輸出不要短路。2、 直流毫安表應串聯(lián)于電路中，電壓表與被測元件兩端并聯(lián)，并注意不要將電流表、電壓表極性接錯。3、 在內(nèi)容1調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源時，輸出電壓一定要從小到大逐漸調(diào)節(jié)，并合理選用電流表、電壓表量程。4、 儀表讀數(shù)和實驗數(shù)據(jù)運算要按有效數(shù)字的有關(guān)規(guī)則進行（閱讀附錄）。五、儀器設備 直流穩(wěn)壓電源一臺，直流電壓表一只（萬用表代），直流毫安表一只（萬用表代），電阻（51）一個，滑線變阻器1K一個，白熾燈泡、燈座一套。六、實驗報告要求1、 根據(jù)測量數(shù)據(jù)在坐標紙上按比例繪出各伏安特性曲線，由特性曲線求出各種情況下實際電源的內(nèi)阻值，并與實驗給定的內(nèi)阻值相比較，分析引起誤差的主

43、要原因。2、 回答思考題1，結(jié)合本實驗測量白熾燈泡的實例，討論電壓表采用哪一種方式可使測量誤差較小。七、思考題1、 用伏安表法測量電阻元件的伏安特性曲線時，由于電流表內(nèi)阻不為零，電壓表的讀數(shù)包括了電流表兩端的電壓（如圖77，電壓表外接時），給測量結(jié)果帶來了誤差。為了使被測元件的伏安特性更準確，設已知電流表的內(nèi)阻為55，如何用作圖的方法對測得的伏安特性曲線進行校正？若將實驗電路換為電壓表內(nèi)接，如圖78所示，電流表的讀數(shù)包括了流經(jīng)電壓表支路的電流，設電壓表的內(nèi)阻為5K，對測得的伏安特性又如何進行校正？2、 在內(nèi)容1中，設線性電阻為100，2W，問允許穩(wěn)壓電源輸出的最大電壓是多少？應選用多大量程的毫

44、安表？被測元件mAV圖78UUS被測元件mAV圖77UUS實驗八 元件特性的示波器測量法一、 實驗目的1、 學習用示波器測量元件的特性曲線。2、 加深對元件特性的認識。二、 實驗說明1、 用示波器顯示出兩個互相關(guān)聯(lián)的電信號的平面坐標圖形，如測量元件的特性曲線等。關(guān)于示波器的原理和使用方法詳見實驗一。2、 對于電阻元件的伏安特性曲線，除了可以用實驗七中的伏安測定法外，也可以用示波器法直接在熒光屏上測量出來，其原理見圖81所示。 US(t)R UR(t) Ur(t) r信號發(fā)生器接Y軸輸入接X軸輸入圖81圖中US（t）是信號發(fā)生器提供的輸出電壓，R是被測電阻元件，r為電流取樣電阻。示波器置于XY工

45、作方式，將電阻元件兩端的電壓UR（t）接入示波器Y軸輸入端，取樣電阻r兩端的電壓Ur（t）正比于iR（t）接入X軸輸入端，適當調(diào)節(jié)Y軸和X軸的幅值，熒光屏上就能顯示出電阻R的伏安特性曲線。3、 使用示波器測量電感元件的特性曲線和電容元件的特性曲線時，需要使用積分器。圖82中的電路是一個簡單的積分器。當輸入端加入一個交變電壓信號時，只要這個電壓信號的周期遠小于的乘積，則電容上的電壓就遠小于電阻上的電壓。因此回路電流近似為：電容器兩端的電壓可見，輸出電壓信號為輸入電壓信號對時間的積分。iR0C0圖824、 電感元件的特性可以用下列關(guān)系式來表示：其中，為流過電感器的電流，為由此而產(chǎn)生的磁通鏈，為電感

46、器的端電壓。顯然，用積分器將積分以后就可以得出。測量電感元件特性曲線的原理接線圖示于圖83中，L為待測電感元件。示波器置于XY工作方式，將積分器輸出的接入Y軸輸入端，接入X軸輸入端，適當調(diào)節(jié)Y軸和X軸靈敏度V/cm，就可以在熒光屏上觀察到電感元件特性曲線。接Y軸輸入端R0C0圖83 Lr接X軸輸入端信號發(fā)生器5、 電容元件的特性曲線可以用下列關(guān)系式來表征：當時有其中，為電容器的端電壓，為電容器上積累的電荷，為流過電容器的電流。同樣地，采用圖84所示的原理接線圖，用積分器將積分后正比于接入示波器的X軸輸入端，將接入Y軸輸入端，就可以測出電容元件的特性曲線。接Y軸輸入端R0C0圖84 r接X軸輸入端信號發(fā)生器C積分器三、 實驗內(nèi)容1、 測量線性電阻器的伏安特性曲線（1）選取r，使得。（2）按圖81接線，信號源先不要加上。（3）調(diào)節(jié)信號發(fā)生器，使其輸出為250Hz/5V的正弦信號。（4）示波器置于XY工作方式，調(diào)節(jié)Y軸和X軸位移，使熒光屏上亮點處在正中間位置。將UR（t）和Ur（t）分別接入Y軸和X軸輸入，加上信號源，適當調(diào)節(jié)Y軸和X軸靈敏度 V / c m，觀察和描繪出線性電阻R的特性曲線。2、 測量電感元件的特性曲線（1）選取r 和電感元件L，使得，其中f 為信號發(fā)生器輸出信號頻率。（2）按圖83接線，信號源先不要加上。（3）調(diào)節(jié)信號發(fā)生器