第二章电路实验-实验8
实验八-日光灯电路的连接及功率因数的提高
实验八 日光灯电路的连接及功率因数的提高一、实验目的1.学习功率表的使用；2.学会通过U 、I 、P 的测量计算交流电路的参数；3.掌握提高电感性电路功率因数的方法。
二、原理说明日光灯结构图如图8-1所示，K 闭合时，日光灯管不导电，全部电压加在启辉器两触片之间，使启辉器中氖气击穿，产生气体放电，此放电产生的一定热量使双金属片受热膨胀与固定片接通，于是有电流通过日光灯管两端的灯丝和镇流器。
短时间后双金属片冷却收缩与固定片断开，电路中电流突然减小；根据电磁感应定律，这时镇流器两端产生一定的感应电动势，使日光灯管两端电压产生400至500V 高压，灯管气体电离，产生放电，日光灯点燃发亮。
日光灯点燃后，灯管两端电压降为100V 左右，这时由于镇流器的限流作用，灯管中电流不会过大。
同时并联在灯管两端的启辉器，也因电压降低而不能放电，其触片保持断开状态。
图8-1日光灯结构图 图8-2工作原理图日光灯工作后，启辉器断开，灯管相当于一电阻R ，镇流器可等效为电阻R L和电感X L 的串联，所以整个电路可等效为一R 、L 串联电路，其电路模型如图8-2所示。
在电路中日光灯管与镇流器串联构成一个电感性负载电路，由于镇流器本身电感较大，故整个电路功率因数很低。
整个电路消耗的功率P 包括日光灯管消耗功率（P R =U 2I L ）以及镇流器所消耗的有功功率（P L =P-P R ），用功率表直接可以测量。
也可以用交流电压表，电流表及功率表，测出电路的总电压U 、电流I 和总功率P ，则电路的功率因数可用下式计算：UI PCOS =ϕ为了提高电路的功率因数，可以用并联电容器的办法，使流过电容器的无功电流分量与感性负载中的无功电流分量互相补偿，减少电压和电流之间的相位差，从而提高了功率因数。
由于电源的电压是固定的，所以并联电容器并不影响感性负载的正常工作，即感性负载支路的电流、功率和功率因数并不随并联电容量的多少而改变，仅仅是电路总电流及总功率因数发生变化。
实验8 幅频相频特性测试及RLC串联谐振电路实验
2.RLC串联谐振电路的测量
激励信号(1V)频率改变时,测量幅频特性相频特性 曲线
f
100 1k
U1
50k
100 k
U2(UR)
0.70 7UR max
URm ax
0.707 URma x
UC
UL
(U1U2)
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实验8 幅频相频特性测试及RLC串 联谐振电路实验
一、实验目的
1、熟练RC电路相频、幅频特性的测试方法，根据 测量数据画出特性曲线。 2、通过实验掌握串联谐振的条件和特点，测绘 RLC串联谐振曲线。 3、掌握电路参数对谐振特性的影响。
1
二、实验内容
1、测量 R 、 L 、 C 元件的阻抗频率特性。 2. 测量 RC串联电路频率特性曲线 3. RLC串联谐振电路测量
相等时，电路的阻抗有最小值（Z=R），电流有最大值I0
US Z
,US
R
电路为纯电阻，这种现象称为RLC串联谐振。Βιβλιοθήκη 谐振频率f02
1 LC
品质因数
Q 0L R
通频带
2f0.7 f2 f1 f0 Q
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四、实验步骤
1 、测量 R 、 L 、 C 元件的阻抗频率特性。 信号发生器输出的正弦信号并保持幅度不变， 频率 200H z 逐渐增至 10kHz，使开关 S 分别接通三个 R 、 L 、 C 元件， 测量 Ur ，并计算各频率点时 R 、 X L 与 X C 的值。
9
10
用李沙育法测量相位差角，
sinΦ a b
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扫频法测量电路频率特性
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3、RLC串联电路
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R改为100,测量电路谐振频率和品质因数
实验八 互感电路的测量
实验八 互感电路的测量一．实验目的1.学会互感电路同名端、互感系数以及耦合系数的测定方法。
2.通过两个耦合线圈顺向串联和反向串联实验，加深理解互感对电路等效参数以及电压、电流的影响。
二．实验基本知识1.判断互感线圈同名端的方法 （1）直流法为了正确判断互感电动势的方向，必须首先判断两个具有互感耦合线圈的同名端，判断互感电路同名端的方法是：用一直流电源开关瞬间与互感1接通（图8-1）在线圈2回路中接一直流毫安表，在开关K 闭合的瞬间，线圈1回路中的电流I 1通过互感耦合将在线圈2中产生一互感电势并在线圈2回路中产生一电流I 2使所接毫安表发生偏转，根据愣次定律及图示所假定的电流方向，当毫安表正向偏转时，线圈1与电源正极相接的端点1与线圈2直流毫安表正极相接的端点2′和线圈1与电源正极相接的端1为同名端，(注意上述判定同名端的方法在开关K 闭合的瞬间才成立)。
图8-1 图8-2（2）交流法互感电路同名端也可利用交流法来测定，将线圈1的一个端子1`与线圈2的一个端子2′用导线连接（如图8-2中虚线所示）在线圈1两端加以交流电压，用电压表分别测1及1′两端与２、2′两端的电压，设分别为U 11′与U 12，如果U 12>U 11′`,则用导线连接的两个端点（1′与2′）应为异名端（也即1′与2′以及1与2′为同名端），因为如果假定正方向为U 11′，当1与2′为同名端时，线圈2中互2′21感电压的正方向为U 2′2,所以U 12=U 11′+U 2′`2,U 12(因1′与2′相联)必然大于电源电压U 11′,同理，如果1，2两端电压的读数U 12小于电源电压（即U 12<U 11′）此时1′与2′即为同名端。
2.系数的测定方法在互感电路的分析计算时，除了需要考虑线圈电阻、电感等参数的影响外，还应分别注意互感电势（或互感电压降）的大小及方向的正确判定，为了测定互感电势的大小，可将两个具有互感耦合的线圈中的一个线圈（例如线圈2）开路而在另一线圈（线圈1）上加以一定电压，用电流表测出这一线圈中的电流I 1，同时用电压表测出线圈2的端电压U 1，如果所用的电压表内阻很大，可近似的认为I 2=0（即线圈可看作开路），这时电压表的读数就近似的等于线圈2中互感电动势E 2M ，即U 2≈E 2M =ωMI 1。
电路实验8路抢答器的实训报告
电路实验8路抢答器的实训报告一、实验目的1.了解8路抢答器的组成和原理2.掌握8路抢答器的电路制作和调试技能3.实践运用起来熟练掌握了8路抢答器的使用方法。
二、实验器材和器件1. 电磁继电器8只2. 开关按键8个3. 蜂鸣器1只4. 电源模块1个5. 电子万用表6. 面包板和导线等三、实验原理8路抢答器的原理和电路结构如下图：如图所示，由8个电磁继电器K1-K8、8个普通开关按键S1-S8组成，当按下某一个开关按键时，相应的电磁继电器就会被触发，它的一个常闭触点被切换为常开触点。
此时旁边的普通开关按键的功能就失效了，而它的常闭触点得到电源的正电压为其继电器线圈提供持续的电流，使得它一直有效，直到驱动相应的蜂鸣器响起为止。
四、实验步骤1. 根据上面的原理图，在面包板上搭起8路抢答器电路的原理图，把8个开关按键和一个蜂鸣器接在对应的接口上，并连好电源。
2. 按下某一个开关按键，如S1，触发继电器K1，并把常开触点切换为常闭触点接通继电器K1的电流，此时蜂鸣器关闭。
4. 依次按下其它的开关按键，相应的继电器触发，而前面的继电器也随之失效，直到最后一个开关按键全部按下，最后的蜂鸣器响起，此时整个电路工作正常。
五、实验结论通过对8路抢答器的实验，可得出以下结论：1. 8路抢答器采用电磁继电器控制开关触点实现抢答功能，效果较稳定可靠。
3. 实际应用中可以根据具体需求再进一步改进电路，在电路中增加判断优先级的功能，实现更加多样化的使用效果。
六、实验感想本次实验中，我通过学习和制作8路抢答器电路，不仅对电磁继电器控制开关的工作原理有了更深入的理解，而且还对实践操作中常见的错误很快找到解决办法，感觉到自己又提高了一步。
在今后的学习和工作中，我将不断探索和实践，更加熟练地应用电路知识，为自己的未来事业奠定一个坚实的基础。
实验八 整流、滤波与稳压电路
实验八整流、滤波与稳压电路一、画出本次实验的电路
二、实验数据记录
1．画出示波器测得的各波形。
表8-1 观察所得波形图表
2．测量整流、电容滤波电源的外特性
表8-2 整流、电容滤波电源的外特性（接3．测量整流、CRC 滤波、稳压电源的外特性
表8-3 整流、CRC 滤波、稳压电源的外特性（接
4．根据表8-2和8-3的数据，在方格纸上画出以上两种电路的外特性曲线。
三、分析与思考
1． 根据表8-3说明稳压管的稳压范围。
（注：稳压范围是指电压基本不变时的电流变化范围。
）
2． 若实验电路中的Z D 极性接反，O U 等于多少（设稳压管正向导通电压为0.7V ）？
3．稳压二极管起稳压作用的条件是什么？ （1） （2） （3）
4．为什么本次实验中所用的整流、滤波与稳压电路又叫并联型稳压电路？
5．试分析该稳压电路在负载发生变化时，输出电压在一定范围内保持稳定的原理。
西工大数电实验八-数码管显示控制电路设计
实验八：数码管显示控制电路设计一、设计任务与要求：能自动循环显示数字0、1、2、3、4、0、3、0、3、4。
二、实验设备：1、数字电路实验箱；2、函数信号发生器；3、8421数码管；4、74LS00、74LS90。
三、实验原理图和实验结果：1、逻辑电路设计及实验原理推导：将0、1、2、3、4、0、3、0、3、4用8421码表示出来，如下表：表一用8421码表示设想用5421码来实现8421码表示的0、1、2、3、4、0、3、0、3、4，故将0、1、2、3、4、5、6、7、8、9用5421码表示出来以与上表做对比：表二 用5421码表示：观察表一，首先可得到最高位全为0，故译码器的“8”直接接低电平即可；对比表一和表二得，“4”位上的数字两表表示的数字是一样的，故“4”直接与5421码的“4”输出相连即可，即译码器的“4”连74LS90的“Q 3”端；数码管的“2”对应的无明显规律，列卡诺图如下:可得F2=1020Q Q Q Q ;最后一位与5421的“1”相同，故74LS90的Q1直接接数码管的“1”。
至此，实验原理图即可画出了.2、实验原理图：3、实验结果：编码器上依次显示0、1、2、3、4、0、3、0、3、4。
四、实验结果分析：实验结果为编码器上依次显示0、1、2、3、4、0、3、0、3、4，满足实验设计要求。
五、实验心得：在实验之前我用仿真软件，使用同样的实验器件仿真了序列0、1、2、3、4、1、3、0、2、4，已经把利用74LS90产生序列的原理掌握了，所以在实验时老师布置了本次的实验目的之后，我很快的设计出了如何连接电路，但是实验过程却没有想象的那么简单，实验电路板和仿真软件毕竟不同，实验中可能出现插线不紧或者松动的现象，函数发生器的相关参数的设置，偏移量的设置等等问题都会出现。
这就给实验的进行造成了很大的麻烦，查了几遍连线完全没有错误，但就是出不来想要的序列，最后重新安了一遍线，保证插线完好，并用了输出比较稳定的函数发生器产生序列，终于调出来了。
电路实验8.三相电路
Z
N
z n
3、Δ 接线
A
a
X 通过电流 插座，转 接到电源
B
x b
Y C
y c
线 别 搭 在 灯 上
Z 无中线
z
4、电流插座转接，用于测Δ形负载的线电流
A
1
3 电流插棒
5 2 4
5、自耦调压器的输出： U l 220V (Y形负载)
U l 150V (形负载)
6、表28-1，Y形接法时负载的相电压火线和负载中 点之间的电压，不能取和电源中点之间的电压。
1、功率表、电流表接在电流插棒上
A *U W *I 红线表示 电流接线； 黄线表示电 压接线。
电流插棒
N
线电流。
三相四线制：N接到中线，电流分别取A、B、C 三相三线制：N接到C相，电流分别取A、B
线电流。
2、Y接线
A
a 开关控制 每个灯泡
X
接 电 源
B
x b
Y C
y c
线 别 搭 在 灯 上
Y0有中线 Y无中线
*
三相 负载
* * *
W2
W1
三相 负载
三表法：用于三相四线制电路
二表法：用于三相三线制电路
三.实验内容和步骤
1.实验内容
1、表28-1（最后三行不做）。
2、表28-2 3、表29-1 4、表29-2
2.实验步骤
Y接线：记录28-1、29-1、29-2 Y Δ接线：记录28-2、29-2 Δ
四.注意事项
实验八 三相电路
一.实验目的 1、掌握负载星形、三角形连接的方法。 2、不同接法时线/相电压、线/相电流的关系。 3、理解低压供电系统中线的作用。 4、掌握三相有功功率的测量。
电路实验资料
电路实验
实验目的
本实验旨在帮助学生加深对电路原理的理解，掌握基本电路的搭建和测量方法，培养学生的动手能力和实验技能。
实验器材
1.电源：直流电源、交流电源
2.电阻：不同阻值的电阻器
3.电容：不同容值的电容器
4.电感：不同电感值的电感器
5.示波器：用于观察电路波形
6.万用表：用于测量电路元件参数
实验内容
实验一：串联电路的搭建与测量
1.将几个电阻串联连接起来，接入直流电源，测量总电阻值。
2.测量每个电阻的电压和电流值，分析串联电路中各元件的关系。
实验二：并联电路的搭建与测量
1.将几个电阻并联连接起来，接入直流电源，测量总电阻值。
2.测量每个电阻的电压和电流值，分析并联电路中各元件的关系。
实验三：RC 串联电路的时序响应研究
1.搭建RC串联电路，接入脉冲信号源，通过示波器观察电压波形。
2.调节不同的电容和电阻数值，分析不同参数对电路响应的影响。
实验四：RL 并联电路的频率响应研究
1.搭建RL并联电路，接入正弦信号源，通过示波器观察电压波形。
2.调节不同的电感和电阻数值，分析不同频率对电路响应的影响。
实验总结
通过本次电路实验，我们深入理解了串联电路和并联电路的特点及其应用，掌
握了基本的电路搭建方法和测量技巧。
同时，通过对RC串联电路和RL并联电路
的研究，加深了对电路时序响应和频率响应的认识，为今后的电路设计和分析奠定了基础。
参考资料
1.《电路原理与技术》
2.《电路分析基础》
3.《电路实验指导书》。
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2.8 实验八正弦交流电路中元器件参数测量
一、实验目的
（1）学会交流电流表，相位表和功率表的正确使用方法。
（2）学会用实验方法测量交流电路中的元器件参数，学会根据测量数据计算出元件参数。
（3）加深对阻抗、阻抗角和相位角等概念的理解。
二、实验仪器
三、实验原理
交流电路中常用的无源元件有电阻器、电感器和电容器。
R，因此电感线圈的模型可用电感电感线圈是由导线绕制成的，必然存在一定的电阻
L
R来表示。
电容器则因其介质在交变电场作用下有能量损耗或有漏电，可用电容L和电阻
L
R作为电容器的电路模型。
线绕电阻器是用导线绕制而成的,存在一定的电感L'，C和电阻
C
可用电阻R和电感L'作为电阻器的电路模型。
图2.8.1是它们的串联电路模型。
图 2.8.1电阻器、电感器和电容器的串联电路模拟
根据阻抗与导纳的等效变换关系可知，电阻与电抗串联的阻抗，可以用电导G和电纳B 并联的等效电路代替，由此可知电阻器、电感线圈和电容器的并联电路模型如图2.8.2所示。
图 2.8.2 电阻器、电感器和电容器的并联电路模拟
值得指出的是：在直流电路的实验中，用台式数字万用表的欧姆挡可测电阻值，那么是否可以用万用电表的欧姆挡来直接测出各元件(R 、L 、C )的电阻值呢？我们说，对电阻器和电感线圈可用万用电表的欧姆挡测得某值，但这值是直流电阻而不是交流电阻(且频率越高两者差别越大)；而在电容器模型中，C R 也不是用万用电表欧姆挡测出的电阻，它是用来反映交流电通过电容器时的损耗，需要通过交流测量得出。
在工频交流电路中的电阻器、电感线圈、电容器的参数，可用下列方法测量。
1、元件参数的测量
（1）相位表法测量元件参数
图2.8.3为相位表法测量元件参数的电路图：
图 2.8.3 相位表法测量元件参数
在相位表法中，电压超前电流的角度ϕ可以直接从相位表中读出，再分别读出电压值U 和电流值I ，同理可得元件的阻抗模
I
U
Z =
等效电阻为
ϕcos Z R =
等效电抗为
ϕϕ2cos 1sin -==Z Z X
（2）三表法测量元件参数
在交流电路中，可以利用交流电流表、交流电压表和功率表分别测量出元件两端的电压
U ，流过元件的电流I ，以及元件所消耗的有功功率P 。
如图2.8.4所示：
图2.8.4 三表法测量元件参数
电流表读数为I ，电压表读数为U ，功率表读出的有功功率为P 。
在电路中，待测阻抗Z 为
Z =
U I =U
∠ φ=R +jX 有功功率为
R I UI P 2cos ==ϕ
因此得出功率因数
UI
P
=
=ϕλcos 待测阻抗的模
I
U Z =
故有，等效电阻
2
cos I P Z R =
=ϕ 等效电抗X
ϕϕ2cos 1sin -==Z Z X
对于电感元件：L X ω=，对于电容元件：C X ω1-=。
这种通过测量U 、I 和P 计算元件参数的测量方法简称为三表法。
在测量“黑盒”内的未知元件时，三表法无法确定被测元件是感性还是容性，这时可以通过用示波器观察元件的电压与电流的相位关系确定，如图2.8.5所示，
图2.8.5 用示波器判断元件属性
电流相位可通过串联一小电阻r ，转化为电压输入示波器CH2端。
如果电压超前电流，则元件为感性；否则，元件为容性。
同时可以读出电压、电流之间相位差在水平轴上所占格数m ，计算出电压、电流之间的相位角
T n
m
=
ϕ
图2.8.6 元件的i u 、相位关系
其中，n 为电压（或电流）波形一个周期在水平轴上所占格数，T 为电压（或电流）波形的周期。
2、元件阻抗与频率的关系
（1）在较低频率下，可忽略电阻元件的电感与电容效应，将其看作纯电阻。
其电压与
电流的关系为I R U &&=，电阻R 不随频率改变而改变。
（2）电容元件在低频情况下，可忽略其附加电感和电容极间介质的功率损耗，认为只有电容C ，其电抗为C X ω1=。
可见随频率升高，容抗的绝对值会下降。
（3）电感元件在忽略其导线电阻的情况下，可认为是纯电感L ，其电抗L X ω=。
可见，随着频率升高，感抗会变大，如图2.8.7所示
图 2.8.7元件阻抗与频率的关系
四、任务与步骤
1、元件参数的测量
步骤1：相位表测量元件参数
将交流稳压电源的输出调为零，按图2.8.3连接电路，Z分别使用电阻元件，电感元件和电容元件，调整交流稳压电源的电压输出，使I=0.5A，分别测量U和ϕ填入表2.8.1中。
表 2.8.1
步骤2：三表法测量元件参数
将交流稳压电源的输出调为零，按图2.8.4连接电路，Z分别使用电阻元件，电感元件和电容元件，调整交流稳压电源，使I=0.5A，分别测量U和P填入表2.8.2中。
表 2.8.2
2、研究元件阻抗与频率的关系
步骤3：研究元件阻抗与频率的关系
如图2.8.8连接电路，调节函数发生器，使电流表保持0.1A，调节不同的输出频率，测出电流值填入表2.8.3中。
Z分别使用电感线圈、电容器、电阻器。
图 2.8.8
表 2.8.3（a）
表 2.8.3（b）
表 2.8.3（c）
五、预测与仿真
（1）根据已给出的实验元件的参考数据，预测相位表法中电压表与功率表的示数，预测三表法中电压表与相位表的示数，将得到的理论数据填入相应的表中。
（2）根据不同的频率值，预测交流电流表的示数。
猜测对于不同元件， 与Z的关系有何不同。
（3）Multisim2001仿真实验
利用Multisim2001 仿真软件，分别仿真实验的三个步骤。
以下给出步骤一的仿真电路
图以作参考。
图 2.8.7
六、预习
（1）复习元件参数相关知识。
（2）预习附录中关于相位表与功率表的仪器简介，掌握两表的用法。
（3）完成“五、预测与仿真”中的内容。
（4）设已知有损耗电容器的端电压V U 100=，电流A I 2=及相位差角︒=80ϕ，其相量图如图 2.8.8所示，计算电流有功分量R I 和无功分量C I 。
若用G 、C B 模型表示，问
??==C B G 若用R 、C 并联模型表示，问??==C R
图 图 2.8.9
七、实验报告要求
（1）整理数据，分别计算出两种方法测量出的元件参数，填入表2.8.4，并进行对比。
（2）用相位表法的数据，大致画出元件的I U -相量图。
（3）算出不同频率下元件的阻抗模，以表格形式整理出ω和Z 的关系。
在坐标纸上，在三个不同的坐标系下坐标系以ω为横轴，以Z 为纵轴作出不同元件的ω－Z 曲线。
总结
不同元件阻抗模与角频率的关系。
表 2.8.4
（4）根据相位表法的实验数据，计算单个元件自身的并联模型参数，并作图、标注参数值（参数使用要统一）。
八、思考与体会
（1）欲测元件A所消耗的有功功率，试判断图中功率表的指针是正偏还是反偏？接法是正确还是错误？将你的判断填入图2.8.10中的空栏处。
偏，接法偏，接法
偏，接法偏，接法
偏，接法 偏，接法
图2.8.10
（2）实验心得与体会。