《电工电子学》实验指导书
《电工电子学》实验指导书
机电学院实验中心
2011年9月
目录
实验一电路基本定律.......................................................................................................................... - 2 -实验二RC一阶电路响应测试............................................................................................................ - 6 -实验三三相交流电路.......................................................................................................................... - 9 -实验四三相异步电动机的控制........................................................................................................ - 12 -实验五共射极单管放大电路............................................................................................................ - 15 -实验六集成运算放大器.................................................................................................................... - 19 -实验七门电路与触发器.................................................................................................................... - 22 -实验八集成计数器与寄存器的应用................................................................................................ - 25 -实验九555定时器及其应用............................................................................................................. - 29 -实验十直流稳压电源综合实验........................................................................................................ - 31 -
实验一 电路基本定律
一、实验目的
1．验证基氏定律（KCL 、KVL ） 2．验证迭加定理 3．验证戴维南定理
4．加深对电流、电压参考方向的理解 5．正确使用直流稳压电源和万用电表
二、仪器设备
1．TPE —DG 2电路分析实验箱 1台 2．MF －10 型万用表及数字万用表 各1台
三、预习内容
1．认真阅读TPE —DG 2电路分析实验箱使用说明（见附录） 2．预习实验内容步骤；写预习报告，设计测量表格并计算理论值 3．根据TPE —DG 2电路分析实验箱设计好连接线路
四、实验原理
1．基尔霍夫电流、电压定律及叠加定理 （1）基尔霍夫电流定律（KCL ）
在集总电路中，任一瞬时，流向某一结点的电流之和等于由该结点流出的电流之和。
图1-1 验证基尔霍夫电流、电压定律电路原理图
电路原理图及电流的参考方向如图1-1所示。根据KCL ，当E 1、E 2共同作用时，流入和流出结点
A 的电流应有：I 1+I 2-I 3=0成立。
R 1
E 1
B
I 3
（2）基尔霍夫电压定律（KVL ）
在集总电路中，任一瞬时，沿任一回路所有支路电压的代数和恒等于零。
其电路原理图及电流的参考方向如图1-1所示。根据KVL 应有：E 1-U R1-U R3=0；或E 1-U R1+U R2-E 2=0；或E 2-U R1-U R2=0成立。 （3）叠加定理
在线性电路中，任一支路中的电流（或电压）等于电路中各个独立源分别单独作用时在该支路产生的电流（或电压）的代数和。所谓一个电源单独作用是指除了该电源外其他所有电源的作用都去掉，即理想电压源所在处用短路代替，理想电流源所在处用开路代替，但保留它们的内阻，且电
路结构不作改变。由于功率是电压或电流的二次函数，因此叠加定理不能用来直接计算功率。
电路原理图及电流的参考方向如图1-1所示。分别测量E 1、E 2共同作用下的电流I 1、I 2、I 3；E 1
单独作用下的电流I 1、I 2、I 3′
和E 2单独作用下的电流I 1
、I 2、I 3。根据叠加原理应有：I 1=I 1+
I 1； I 2= I 2+ I 2； I 3=I 3′+ I 3成立。
2．戴维南定理
任何一个线性有源二端口网络，对于外电路而言，总可以用一个理想电压源和电阻的串联形式来代替。理想电压源的电压等于原二端口网络的开路电压U OC ，其电阻（又称等效电阻）等于网络中所有电压源短路、电流源开路时的入端等效电阻R eq ，见图1-2。
图1-2 戴维南定理示意图
（1）开路电压的测量方法 a ．直接测量法：
当有源二端网络的等效电阻R eq 与电压表的内阻相比可以忽略不计时，可以直接用电压表测量开路电压。
b ．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较大误差。为了消除电压表内阻的影响，采用零示法。即用一个低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压
线性有
源二端网络
a b
等效成 + -
a
b
U OC R eq
V
U OC R eq
稳压电源
电源的输出电压与二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为0。然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压，即为二端网络的开路电压
U OC 。
（2）等效电阻的测量方法 a ．短路电流法：
用电压表测得开路电压U OC 后，将开路端短路，测其短路电流I SC ，则等效电阻R eq =U OC /I SC 。此方法测量简便，但可能因短路电流过大会损坏电路内部的元件，对于等效电阻较小的二端网络，一般不宜采用。
b ．两次电压测量法：
先测开路电压U OC ，再在开路端接一个已知负载电阻R L ，测R L 两端的电压U L ，则等效电阻
L L
OC
eq R U U R )1(
-=。 c ．半电压测量法：
调电位器R L 大小，当其两端的电压等于二端网络开路电压的一半时，R L 的阻值即为等效电阻R eq 的值。
五、实验内容与步骤
1、验证基尔霍夫电流（KCL ）、电压（KVL ）定律
实验线路中取的E 1=3V 、E 2=6V ，R 1=R 2=R 3=1k Ω，连接电路，测量各支路电流及各元件两端的电压值，验证结果，自拟表格。
2、验证叠加定理
测量E 1、E 2单独作用和共同作用时，各支路的电流值。数据填入表1-1。
3、验证戴维南定理
用戴维南定理测量R 3支路的电流I 3。按实验原理，选择合适的测量方法测量开路电压U OC 和等效电阻R eq 的值。然后用直流电压源和可变电位器分别调出U OC 和R eq 的值，再串上R 3
支路，测量
R3支路的电流I3。
注意：
1．一定要接好线后再开电源，切勿带电接线。
2．选定参考方向后，按参考方向插入指针式万用表表笔。测量电压或电流时，如果指针正偏，测量值为正，电压或电流的实际方向与参考方向一致；如指针反偏，则必须调换万用表表笔极性，重新测量，此时，测量值为负正，说明电压或电流的实际方向与参考方向相反。
六、实验报告要求
1．数据分析：用你所测得的实验数据如何验证定律及定理的？
2．与计算值比较，分析误差原因。
3．请回答问题：
1）你是如何通过电流表的串入，测试并理解参考方向这一概念的？
2）在验证戴维南定理的实验中，如果线性二端网络的内阻和你所用的万用电表内阻接近，还能用实验原理中讲述的方法测量R eq吗？又应该如何得到R eq的测量值？
实验二RC一阶电路响应测试
一、实验目的
1. 掌握RC 一阶动态电路零状态响应和零输入响应的概念。
2. 学习电路时间常数的测量方法。
3. 掌握有关微分电路和积分电路的概念。
4. 进一步学会用示波器观测波形。
二、仪器设备
1．TPE —A 3模拟电路实验箱 1台
2．YB 1602P 系列功率函数信号发生器 或EM1652 系列数字信号源 1台 3．KENWOOD CS -4125A 20MHz 2通道示波器 1台
三、实验原理
1． RC 电路的方波响应
图2-1（a ）所示为RC 串联电路。为了用示波器观察电路的过渡过程，用方波来代替输入阶跃激励信号。当输入为正负对称的方波信号时（如图2-1（b ）所示），电路是一个输入激励和电容初始值均不为零的全响应过程。图2-1（c ）所示为电容两端的响应波形。
图2-1 方波激励下的响应波形
图（c ）中，0 ~
2T
时间段是电容器的充电过程，2
T ~T 时间段是电容器的放电过程。它们分别按指数规律增长和衰减，其变化的快慢决定于电路的时间常数τ（τ=RC ）。当输入方波的脉宽t p ≥
τ，即电容充电较快，能够达到稳态值时，便可利用示波器测量时间常数τ。
用示波器测量时间常数τ的方法：
在电容充电响应波形上，读出电容器从充电起始值到稳态值之间的值U m ，然后在纵轴上找到0.632×U m 值对应的点，通过该点做水平线与响应波形相交，再通过该点做垂线与横轴交于a 点，读出电容起始值与a 点之间的格数（即oa 段的格数），
则时间常数τ= oa 段的格数×扫描时间s/div 。 也可以通过放电响应波形，按图示方法测量，即
τ= bc 段的格数×扫描时间s/div 。
2．微分电路和积分电路
C
u u +U -U +
U m
-U m
t
t
（a ）RC 一阶电路
（b ）输入阶跃激励
（c ）电容响应波形
m
微分电路和积分电路是电容
器充放电现象的一种应用，电路如图2-2所示。微分电路中，当时间常数很小时，输出电压u R
正比于输入电压u i 的微分，即dt
du RC u i
R =；积分电路中，当时间常数很大时，输出电压u C 正比于输入电压u i 的积分，即dt u RC
u i R ?
=1
。
(a)微分电路 (b) 积分电路
图2-2 微分电路与积分电路
当输入电压u i 的波形为正负对称的方波时，微、积分电路输入、输出电压波形如图2-3所示。如改变时间常数τ与方波脉冲宽度t P 的比值，电容器充放电的快慢就不同，因此输出电压的波形就不同。
u i ,u R
t
u i ,u C
t
(a) 微分电路u R 波形 (b) 积分电路u C 波形
图2-3 微分、积分电路输出波形
在微分电路中，当τ>>t P 时，电容器充电很慢，输出电压u R 与输入电压u i 的波形很相近。随着
τ和t P 比值的减小，电阻两端电压u R 的波形逐渐变成正负尖脉冲，如图2-3（a ）所示。τ越小，
尖脉冲越陡。因此，构成微分电路的条件是：（1）τ< 在积分电路中，当τ≤t P 时，电容器充放电较快，电容两端的波形如图2-1（c ）所示。当τ>>t P 时，电容器充电缓慢，后又经电阻缓慢放电，电容两端电压u C 的波形逐渐变成三角波，τ越大，充放电越缓慢，输出三角波的线性度越好，如图2-3（b ）所示。因此，构成积分电路的条件是：（1） τ>>t P （通常τ>5 t P ），（2）从电容阻两端输出。 四、实验内容 调节信号发生器，输出U pp ＝3V 、f ＝1kHz （t P =T /2=0.5ms ）的方波电压作为阶跃激励信号。 1．按图2-2（a ）连接电路，将方波信号加在u i 端， 改变电阻或电容的参数，分别观察τ<< t P、τ=t P和τ>>t P时u i和u R的波形。要求：自选元件参数，并测出u R波形的峰峰值。 2．按图2-2（b）连接电路，输入方波不变，改变电阻或电容的参数，分别观察τ>>t P、τ=t P 和τ<< t P时u i和u C的波形。要求：1）自选元件参数，并测出u C波形的峰峰值。2）在τ=t P的输出波形上测量时间常数τ。 五、实验注意事项 1．实验前，需熟读双踪示波器的使用说明书。观察双踪时，要特别注意相应开关、旋钮的操作与调节。 2．信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起（称共地），以防外界干扰而影响测量的准确性。 3．示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时，应将辉度调暗，以延长示波管的使用寿命。 六、思考题 1．什么样的电信号可作为RC一阶电路零输入响应、零状态响应和完全响应的激励源？ 2．已知RC一阶电路R＝10kΩ，C＝0.1μF，试计算时间常数τ，并根据τ值的物理意义，拟定测量τ的方案。 3．何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？它们在方波序列脉冲的激励下，其输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功用？ 七、实验报告 1．根据实验观测结果，在方格纸上绘出RC一阶电路充放电时u C的变化曲线，由曲线测得τ值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。 2．根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的特征。 实验三 三相交流电路 一、实验目的 1．验证三相电路中线量与相量的关系； 2．学习三相负载的星形和三角形联接方法，观察中线的作用； 3．学习用二瓦表测量有功功率。 二、实验仪器 电机与电力控制实验装置 一台 数字万用表 一块 A 3380系列钳型表 一台 三、预习要求 1）复习三相交流电路的内容，熟悉实验步骤，写预习报告。 2）预习A 3380系列钳型表的使用（见附录Ⅱ）。 3）根据负载（灯泡25w ，230V ）的参数估算电路中负载电流的大小。 4）复习三功率表的使用。 四、实验内容及步骤 1．电灯负载作Y 形联接，如图3-1：（负载为25w ，230V 灯泡） 图3-1 负载作Y 形联接 （1）每相开3盏灯构成对称负载，当电源电压为线电压380V 时，分别在有中线和无中线两种情况下测量各负载上的相电压、相电流及中线电流I 0、填入下表。 （2）每相分别开1、2、3盏灯构成不对称负载，分别在下面两种情况下测量各负载上的相电 压、相电流及中线电流I 0，填入下表，比较两种情况下，每相之间灯的亮度有无变化。 U V 2．电灯负载作△形联接，如图3-2：（负载为25w ，230V 灯泡） 电源电压为线电压220V ，负载作三角形联接，分别在对称负载（每相3盏灯）及不对称负载（1．2．3盏灯）两种情况下，测量每相的线电流及相电流，并观察两种情况下，每相之间灯的亮度变化。 图3-2 负载作△形联接 3．用二瓦表法测三相有功功率 三相三线制供电系统中，无论三相负载是否对称，也无论负载是Y 接还是△接，都可用二瓦表法测量三相负载的总有功功率。 实验电路如图3-3所示。分别测量Y 接和△接对称负载时的功率，数据填入下表。连线时注意功率表的电流线圈要串联在电路中，电压线圈要并联在电路中。 V U1 V1 W 图3-3 测量时如功率表显示负值，应将功率表电流线圈两个端子对调（不能调换电压线圈端子），同时读数应记为负值。 五、实验报告要求 1．用实验数据说明在什么情况下电压、电流的线、相量间有3关系？ 2．在什么情况下才能取消中线？ 3．如何用一瓦表测量负载对称及不对称时的三相有功功率。