电工电子综合实践报告

实验报告一 L、C元件上电流电压的相位关系

一、实验线路、实验原理和操作步骤

操作步骤：

1、调节ZH-12实验

台上的交流电源，使其输出交流电源电压值为220V。

2、按电路图接线，先自行检查接线是否正确，并经教师检查无误

后通电

3、用示波器观察电感两端电压uL和电阻两端uR的波形,由于电

阻上电压与电流同相位，因此从观察相位的角度出发，电阻上电压的波形与电流的波形是相同的，而在数值上要除以“R”。仔细调节示波器，观察屏幕上显示的波形，并将结果记录

操作步骤：

1、调节ZH-12实验台上的交流电源，使其输出交流电源电压值为24V。

2、按图电路图接线，先自行检查接线是否正确，并经教师检查无误后通电。

3、用示波器的观察电容两端电压uC和电阻两端电压uR的波形，（原理同上）。仔细调节示波器，观察屏幕上显示的波形

二、实验结果：

1、在电感电路中，电感元件电流强度跟电压成正比，即I∝U.用 1/（XL）作为比例恒量，写成等式，就得到I=U/（XL）这就是纯电感电路中欧姆定律的表达式。电压超前电路90°。

分析：当交流电通过线圈时，在线圈中产生感应电动势。根据电磁感

应定律，感应电动势为

di

e L

dt

=-

（负号说明自感电动势的实际方向总

是阻碍电流的变化）。

当电感两端有自感电动势，则在电感两端必有电压，且电压u与自感电动势e相平衡。在电动势、电压、电流三者参考方向一致的情况下，

则

di u e L

dt =-=

设图所示的电感中，有正弦电流Imsin i t ω=通过，则电感两端电压为：

(Imsin )

sin(90)o di d t u L

L Um t dt dt ωω===+

波形与相量图如下：

2、在交流电容电路中

对电容器来说，其两端极板上电荷随时间的变化率，就是流过连接于电容导线中的电流，而极板上储存的电荷由公式q=Cu 决定，于是就有：

dq du

i C dt dt =

=

也可写成：

1u idt C =

?

设：电容器两端电压sin u

Um t ω=

(sin )cos Imsin(90)o du d Um t i C

C CUm t t dt dt ωωωω====+

由上式可知：

Im CUm ω=，即1

Im Um U I C ω==

实验和理论均可证明，电容器的电容C 越大，交流电频率越高，则1

C ω越小，也就是对电流的阻碍作用越小，电容对电流的“阻力”称做容抗，用Xc 代表。

112Xc C fC ωπ=

=

波形与相量图如下：

结论：电压与电流的关系为：

实验报告二电路功率因素的提高

一、实验原理:

供电系统由电源通过输电线路向负载供电。负载通常有电阻负载，也有电感性负载。由于电感性负载有较大的感抗，因而功率较低。

若电源向负载传送的功率，当功率P和供电电压U一定时，功率因数越低，线路电流I就越大，从而增加了线路电压降和线路功率损耗，若线路总电阻为R，则线路电压降和线路功率损

耗分别为U ；负载电感进行能量交换，电源向负载提供

有功功率的能力必然下降，从而降低了电源容量的利用率。因此，从提高供电系统的经济效益和供电质量，必须采取措施提高电感性负载额功率因数。

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 减小，在传送的有功功率P 不变时，使得功率因数提高，线路电流减小。当并联电容器Q

时，总无功功率为Q 为0，此时功率因数

co =1，线路电流I 最小。

若继续并联电容器，将导致功率因数下降，线路电流增大，这种现象称为过补偿。

负载功率因数可以用三表法测量电源电压U 、负载电流I 和功率P ，用公式

计算。

（a ）

(b)

图2-12-1 日光灯电路原理图

二、实验内容

1．按实验电路图2-12-2联接线路。

2．将开关K1闭合，电容支路开关K2断开 ，通电并观察日光灯的起辉过程，待灯管点亮后，将开关K1断开，测出实验数据表中C=0时的各项测量数据，记入表2-12-1内。

3．合上开关K2，改变电容C的数值，将测量的数据均记入表2-12-1内。（注：每次改变电容之前，应先将开关K1闭合，待改变电容之后，再将开关K1断开）

图2-12-2 日光灯电路实验电路图

按照书上电路图组成实验电路，按下按钮开关，调节自耦变压器的输出电压为220V，记录功率表、功率因数表、电压表、电流表的读数，接入电容，从小到大增加电容容值，记录不同电容值时的功率表、功率因数表、电压表和电流表的读数，记入表中。

三、实验数据及处理

结论

在日光灯电路中，在一定范围内，电容值越大，视在功率越少，有电源电压且电路的有功功率一定时，随电路的功率因素提高，它占用电源的容量S就降低，负载电流明显降低。

实验报告三虚拟一阶RC电路

一、实验原理:

1. 动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程。要用普通示波器观察过渡过程和测量有关的参数，就必须使这种单次变化的过程重复出现。为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；利用方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号。只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ，那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的。

2.图3-1（b）所示的 RC 一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数τ。

3. 时间常数τ的测定方法

用示波器测量零输入响应的波形如图3-1(a)所示。

根据一阶微分方程的求解得知uc ＝Ume-t/RC ＝Ume-t/τ。当t ＝τ时，Uc(τ)＝0.368Um 。此时所对应的时间就等于τ。亦可用零状态响应波形增加到0.632 Um 所对应的时间测得，如图3-1(c)所示。

(a) 零输入响应 (b) RC 一阶电路

(c) 零状态响应

图 3-1

4. 微分电路和积分电路是RC 一阶电路中较典型的电路， 它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。一个简单的 RC 串联电

路， 在方波序列脉冲的重复激励下， 当满足τ＝RC<<2T

时（T 为方

波脉冲的重复周期），且由R 两端的电压作为响应输出，这就是一个微分电路。因为此时

电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。如图3-2(a)所

示。利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。

(a) 微分电路 (b)

积分电路

图3-2

若将图3-2(a)中的R 与C 位置调换一下，如图3-2(b)所示，由 C 两

端的电压作为响应输出。当电路的参数满足τ＝RC>>2T

条件时，即称

为积分电路。因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。利用积分电路可以将方波转变成三角波。

从输入输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的作用，请在实验过程仔细观察与记录。

实验线路板采用HE-14实验挂箱的“一阶、二阶动态电路”，如图3-3所示，请认清R 、C 元件的布局及其标称值，各开关的通断位置等等。 二、实验内容

1. 从电路板上选R ＝10K Ω，C ＝6800pF 组成如图3-2(b)所示的

RC 充放电电路。ui 为脉冲信号发生器输出的Um ＝3V 、f ＝1KHz 的方波电压信号，并通过两根同轴电缆线，将激励源ui 和响应uc 的信号分别连至虚拟示波器接口箱的两个输入口CH1和CH2。这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律，请测算出时间常数τ，并用方格纸按1:1 的比例描绘波形。

少量地改变电容值或电阻值，定性地观察对响应的影响，记录观察到的现象。

2. 令R ＝10K Ω，C ＝0.01μF ，观察并描绘响应的波形。继续增大C 之值，定性地观察对响应的影响。

3. 令C ＝0.01μF ，R ＝100Ω，组成如图3-2(a)所示的微分电路。在同样的方波激励信号（Um ＝3V ，f ＝1KHz ）作用下，观测并描绘激励与响应的波形。

图3-3 动态电路、选频电路实验板

100

10K

三、实验结论

输入为频率为50Hz的方波，经过微分电路后，输出为变化很陡峭的曲线。当第一个方波电压加在微分电路的两端（输入端）时，电容C 上的电压开始因充电而增加。而流过电容C的电流则随着充电电压的上升而下降。电流经过微分电路（R、C）的规律可用下面的公式来表达

i = (V/R)e-(t/CR)

i-充电电流（A）；

v-输入信号电压（V）；

R-电路电阻值（欧姆）；

C-电路电容值（F）；

e-自然对数常数（2.71828）；

t-信号电压作用时间（秒）；

CR-R、C常数（R*C）

由此我们可以看出输出部分即电阻上的电压为i*R，结合上面的计算，我们可以得出输出电压曲线计算公式为：iR = V[e-(t/CR)] 积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波，还可将锯齿波转换为抛物波。电路原理很简单，都是基于电容的冲放电原理，这里就不详细说了，这里要提的是电路的时间常数R*C，构成积分电路的条件是电路的时间常数必须要大于或等于10倍于输入波形的宽度。

输出信号与输入信号的积分成正比的电路，称为积分电路。

原理：Uo=Uc=(1/C)∫icdt,因Ui=UR+Uo,当t=to时，Uc=Oo.随后C充电，由于RC≥Tk,充电很慢，所以认为Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,

Uo=(1/c)∫icdt=(1/RC)∫icdt

这就是输出Uo正比于输入Ui的积分（∫icdt）

RC电路的积分条件：RC≥Tk

实验报告四用数字电桥测交流参数

一、实验原理

图1是交流电桥的原理线路，它与直流单臂电桥原理相似。在交流电桥中，四个桥臂一般是由交流电路元件如电阻、电感、电容组成；电桥的电源通常是正弦交流电源；交流平衡指示仪的种类很多，适用于不同频率范围。频率为200Hz以下时可采用谐振式检流计；音频范围内可采用耳机作为平衡指示器；音频或更高的频率时也可采用电子指零仪器；也有用电子示波器或交流毫伏表作为平衡指示器的。本实验采用高灵敏度的交流检流计，检流计指针指零（或达到最小）时，电桥达到平衡。

图1

一、交流电桥的平衡条件

本实验在正弦稳态的条件下讨论交流电桥的基本原理。在交流电桥中，四个桥臂由阻抗元件组成，在电桥的一个对角线CD 上接入交流检流计，另一对角线AB 上接入交流电源。

当调节电桥参数，使交流检流计中无电流通过时（即0=G I ），CD 两点的电位相等，电桥达到平衡，这时有：

??

?==DB

AD U U U U CB AC （1）

即：

?????==33224411Z I Z I Z I Z I （2）

两式相除有：

334

42211Z I Z I Z I Z I =（3）

当电桥平衡时，0=G I ，由此可得：

??

?==3421I I I I （4）

所以

4

231Z Z Z Z = （5）

上式就是交流电桥的平衡条件，它说明：当交流电桥达到平衡时，相

对桥臂的阻抗的乘积相等。

由图1可知，若第二桥臂由被测阻抗x Z

构成，则：

341Z Z Z Z x ?=（6）

当其它桥臂的参数已知时，就可决定被测阻抗Zx 的值。 二、实验结论

交流电桥的平衡条件

我们在正弦稳态的条件下讨论交流电桥的基本原理。在交流电桥中，四个桥臂由阻抗元件组成，在电桥的一个对角线cd 上接入交流指零仪，另一对角线ab 上接入交流电源。

当调节电桥参数，使交流指零仪中无电流通过时（即I0=0），cd 两点的电位相等，电桥达到平衡，这时有

Uac=Uad Ucb=Udb

即： I1Z1=I4Z4 I2Z2=I3Z3

两式相除有： 334

42211Z I Z I Z I Z I =

当电桥平衡时，I0=0，由此可得： I1=I2， I3=I4

所以 Z1Z3=Z2Z4

上式就是交流电桥的平衡条件，它说明：当交流电桥达到平衡时，相对桥臂的阻抗的乘积相等。

由图4-13-1可知，若第一桥臂由被测阻抗Zx 构成，则：

432

Z Z Z Z x ?=

当其他桥臂的参数已知时，就可决定被测阻抗Zx 的值。

实验报告五 差动放大电路

一、实验原理

图5—1是差动放大器的基本结构。它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。当K 接入左边时，构成典型的差动放大器。调零电位器RP 用来调节V1、V2管的静态工作点，使得输入信号Ui=0时，双端输出电压Uo=0。RE 为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。

-U i

+V CC +12V

-V EE -12V

图5—1

当K 接入右边时，构成具有恒流源的差动放大器，用晶体管恒流源代替发射极电阻RE ，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。

1．静态工作点的估算 典型电路

)

0(||21≈=-=

B B E

BE

EE E U U R U V I 认为

E

C C I I I 2121==

恒流源电路

()3

2

1

2

33||E BE

BE CC E C R U U V R R R I I -++≈≈

E

C C I I I 2121==

2．差模电压放大倍数和共模电压放大倍数

当差动放大器的射极电阻RE 足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数Ad 由输出端方式决定，而与输入方式无关。 双端输出 RE= ，RP 在中心位置

单端输出 当输入共模信号时，若为单端输出，则有

若为双端输出，在理想情况下

实际上由于元件不可能完全对称，因此AC 也不绝对等于零。 3．共模抑制比CMRR

为了表征差动放大器对有用信号(差模信号)的放大作用和对共模信号的抑制能力，通常用一个综合指标来衡量，即共模抑制比 Ac

Ad CMRR =

或)

(20dB Log CMRR Ac Ad =

差动放大器的输入信号可采用直流信号也可用交流信号。本实验由信号源提供频率f=1KHz 的正弦信号为输入信号。 二、实验内容

1、测量静态工作点 按计划连接电路

调零：将Vi1和Vi2接地，接通直流电源，调节Rp 使双端输出电压Vo=0

测量V1,V2,V3的对地电压

A d = =

?U o －βR C

?U i R B1＋r Bo ＋ (1＋β)R P

1 2

A d1 = = A d A d2 = =－ A d

?U o 1 ?U C2 1

?U i 2 ?U i 2

A C1 = A C2 = = ≈－

?U C1 －βR c R c

?U 1 R B1＋r be ＋(1＋β)( R P ＋2R E ) 2R E 1 2

A C = =0

?U o

?U i