实验三 基尔霍夫定律

实验三基尔霍夫定律一、实验目的1．验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。

2．学会用电流插头、插座测量各支路电流的方法。

二、原理说明基尔霍夫定律是电路的基本定律。

测量某电路的各支路电流及多个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律和电压定律。

即对电路中的任一个节点而言，应有ΣI=0；对任何一个闭合回路而言，应有ΣU=0。

运用上述定律时必须注意电流的正方向，此方向可预先任意设定。

实验线路如图3-1所示。

图3-11．实验前先任意设定三条支路的电流参考方向，如图中的I1、I2、I3所示。

2．分别将两路直流稳压电源（一路如E1为+6，+12切换电源，另一路，如E2为0～30V可调直流稳压源）接入电路，令E1=6V，E2=12V。

3．熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接到直流数字毫安表的“＋、－”两端。

4．将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，记录电流值。

1．所有需要测量的电压值，均以电压表测量读数为准，不以电源表盘指示值为准。

2．防止电源两端碰线短路。

3．若用指针式电流表进行测量时，要识别电流插头所接电流表“＋、－”极性。

倘若不换接极性，则电表指针可能反偏（电流为负值时），此时必须调换电流表极性，重新测量，此时指针正偏，但读得的电流值必须冠以负号。

六、预习思考题1．根据图3-1的电路参数，计算出待测电流I1、I2、I3和各电阻上电压值，记入表中，以便实验测量时，可正确选定毫安表和电压表的量程。

2．实验中，若用万用电表直流毫安档测各支路电流，什么情况下可能出现毫安表指针反偏，应如何处理，在记录数据时应注意什么？若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示呢？七、实验报告1．根据实验数据，选定实验电路中的任一个节点，验证KCL的正确性。

2．根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证KVL的正确性。

3．误差原因分析。

4．心得体会及其它。

实验四叠加定理一、实验目的1．验证线性电路叠加定理的正确性。

2．加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。

二、实验原理叠加定理适用于线性电路，为了测量方便，我们用直流电路来验证它。

叠加定理可简述如下：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中产生的电流（或电压）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，电路结构也不作改变。

线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增加或减小K倍时，电路的响应（即在电路其他各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增加或减小K倍。

1．按图4-1电路接线，E1为+6、+12V切换电源，取E1=+6V，E2为可调直流稳压电源，调至+12V。

2．令E1电源单独作用时（将开关S1投向E1侧，开关S2投向短路侧），用直流数字电压表和毫安表（接电流插头）测量各支路电流及各电阻元件两端电压，数据记入表格中。

图4-13．令E2电源单独作用时（将开关S1投向短路侧，开关S2投向E2侧），重复实验步骤2的测量和记录。

4．令E1和E2共同作用时（开关S1和S2分别投向E1和E2侧），重复上述的测量和记录。

5．将E1的数值调至+12V，重复上述第3项的测量并记录。

6．将R5换成一只二极管IN4007（即将开关S3投向二极管D侧）重复1～5的测量过程，数据1．根据实验数据验证线性电路的叠加性与齐次性。

2．通过实验步骤6及分析表格中数据你能得出什么样的结论？六、注意事项1．用电流插头测量各支路电流时，应注意仪表的极性，及数据表格中“＋、－”号的记录。

2．注意仪表量程的及时更换。

实验六 戴维南定理一、实验目的1．验证戴维南定理的正确性。

2．掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。

二、原理说明1．任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络（或称为含源一端口网络）。

戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个等效电压源来代替，此电压源的电动势E S 等于这个有源二端网络的开路电压Uoc ，其等效内阻Ro 等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。

Uoc 和Ro 称为有源二端网络的等效参数。

2．有源二端网络等效参数的测量方法 （1）开路电压、短路电流法在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压Uoc ，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流Isc ，则内阻为Ro=SCOCI U （2）伏安法用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性如图6-1所示。

根据外特性曲线求出斜率tg φ，则内阻Ro=tg φ=I U ∆∆=SCOCI U 用伏安法，主要是测量开路电压及电流为额定值I N 时输出端电压值U N ，则内阻为Ro=NNOC I U U -若二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。

图 6-1 图 6-2（3）半电压法如图6-2所示，当负载电压为被测网络开路电压一半时，负载电阻（由电阻箱的读数确定）即为被测二端网络的等效内阻值。

（4）零示法在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表进行直接测量会造成较大的误差，为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示测量法，如图6-3所示。

图6-3零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电源的输出电压与有源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，即为被测有源二端网络的开路电压。

被测有源二端网络如图表6-4（a）所示。

（a）（b）图6-41．用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的Uoc和Ro。

按图6-4Ro。

2．负载实验3．验证戴维南定理用一只1KΩ的电位器，将其阻调整到等于按步骤“1”所得的等效电阻Ro之值，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压Uoc之值）相串联，如图6-4（b）所示，仿照步置零（将电流源I S断开：去掉电压源，并在原电压端所接的两点用一根短路导线相连），然后用伏安法或者直接用万用电表的欧姆档去测定负载R L开路后输出端两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻Ro或称网络的入端电阻R i。

5．用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻Ro及其开路电压Uoc，线路及数据表格自拟。

五、实验注意事项1．注意测量时，电流表量程的更换。

2．步骤“4”中，电源置零时不可将稳压源短接。

3．用万用电表直接测Ro时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表，其次，欧姆档必须经调零后再进行测量。

4．改接线路时，要关掉电源。

六、预习思考题1．在求戴维南等效电路时，作短路实验，测I SC的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？请实验前对线路6-4（a）预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。

2．说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法，并比较其优缺点。

七、实验报告1．根据步骤2和3，分别绘出曲线，验证戴维南定理的正确性，并分析产生误差的原因。

2．根据步骤1、4、5各种方法测得的Uoc与Ro与预习时电路计算的结果作比较，你能得出什么结论。

3．归纳、总结实验结果。

4．心得体会及其他。

实验七 单相交流电路电量的测量及功率因数的提高一、实验目的1．研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。

2．掌握日光灯线路的接线。

3．掌握功率表的接线方法。

4．理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。

二、原理说明1．在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路的电流值，用交流电压表测得回路各元件两端的电压值，它们之间的关系应满足基尔霍夫定律的相量形式，即Σ∙I =0 和 Σ∙U =02．如图6-1所示的RC 串联电路，在正弦稳态信号U 的激励下，R U ∙与C U ∙保持有90°的相位差，即当阻值R 改变时，R U ∙的相量轨迹是一个半圆，∙U 、C U ∙与R U ∙三者形成一个直角形的电压三角形。

R 值改变时，可改变ϕ角的大小，从而达到移相的目的。

图7-13．日光灯电路结构和工作原理日光灯电路简述：图7-2是日光灯电路的接线图，它是由灯管、镇流器和启辉器等主要部件组成的。

(1) 灯管日光灯的灯管是一根玻璃管，在管的内壁均匀地涂有一层薄的荧光粉。

灯管两端各有一个阳极和灯丝，灯丝是用钨丝绕制的，作用是发射电子。

灯丝上焊有两根镍丝作为阳极，与灯丝具有同样电位，它有帮助管子点燃的作用。

但主要的作用是它的电位为正(即交流的正半波)时吸收部分的电子，以减少电子对灯丝的冲击。

管内充有惰性气体和水银蒸气，当管内产生弧光放电时，会放射出紫外线，激励管壁上荧光粉，使它发出像日光的光线。

镇流器图7-2(2) 启辉器其构造是封在玻璃泡(内充惰性气体)内的一条双金属片和静触片，外带一个小电容器，同装在一个铝壳内。

双金属片由两个膨胀系数相差很大的金属片粘合而成。

启辉器的作用是与镇流器配合使日光灯放电和点燃。

(3) 镇流器镇流器是带铁芯的电感线圈。

其作用一是产生足够的自感电动势(即瞬时高压)使灯管放电；二是在正常情况下限制灯管电流(简称限流作用)。

下面具体说明日光灯电路的工作原理。

当日光灯刚接通电源时，灯管尚未放电，启辉器的两个触点是断开的，电路中没有电流，电源电压全部加在启辉器上，使它的两端点间产生辉光放电。

这时，电流通过灯丝、启辉器、镇流器构成电路，灯丝发热，放射出大量电子。

启辉放电时产生大量的热量，使双金属片受热膨胀变曲而使两端点互相接触，导致放电熄灭。

双金属冷却后，使动静触头断开，回路被切断。

在触点被断开的瞬间，镇流器产生了相当高的自感电动势与电源电压一起加在灯管的两端，足以启动管内的水银蒸气放电。

放电时辐射出的紫外线照到灯管内壁的荧光粉上，就发出可见光。

灯管放电后，一半以上的电压降落在镇流器上，灯管两端电压即启辉器两端点之间电压较低，不足以使启辉器辉放电。

因此，它的触点不再闭合。

在灯管内，两端电极交替地起着阳极的作用。

即A端电位为正时，B端发射电子，而A端吸收电子；当B端电位为正时，A端发射电子，而B端吸收电子。

日光灯属感性负载。

它工作时，不仅从电源吸收有功，还要吸收无功，且电路的功率因数较低。

为提高功率因数，可并联电容器，当并联的电容值合适时，可使电路的总功率因数提高到接近1，如果并联电容值过大，将引起过补偿而使整个电路成为容性电路。

1．日光灯线路接线与测量图7-3按图7-3组成实验线路，经指导教师检查后，接通市电220V电源，调节自耦变压器的输出使其达到220V，测量功率P，功率因数cosϕ，电流I，电压U，U L，U A等值，记录于表7-1中，验证电压相量关系。

图7-4按图7-4组成实验线路，经指导教师检查后，接通市电220V电源，将自耦变压器的输出调至220V，记录功率表、电压表、功率因数表的读数，通过一只电流表和三个电流插孔分别测量三条支路的电流，改变电容值，进行重复测量，将据记录于表7-2中。