电控技术基础实验0
0 电控技术基础实验
目录常用实验仪器仪表的使用-2伏安特性及基尔霍夫定律.73叠加定理和戴维宁定理.124..17RC一阶电路的响应测试.5..21R—LC元件阻抗特性测定6元件参数测量，.257线性无源二端网络的研究.288三相交流电路.351
1 目 录 1 常用实验仪器仪表的使用.1 2 伏安特性及基尔霍夫定律.7 3 叠加定理和戴维宁定理.12 4 RC 一阶电路的响应测试.17 5 R—L—C 元件阻抗特性测定.21 6 元件参数测量.25 7 线性无源二端网络的研究.28 8 三相交流电路.35
实验一’常用实验仪器仪表的使用一、实验目的1、了解安全用电常识；2、学习直流稳压电源、函数发生器、数字万用表及示波器的使用方法：3、掌握直流电压、电位、电流及电阻的测量方法；4、掌握用示波器测量信号的峰一峰值，周期的方法。二、实验设备电路分析实验箱、直流稳压电源、函数发生器、数字万用表、示波器、电阻和导线等。三、实验原理（一）测量方法：1.直接测量法直接测量法是指被测量与其单位量作比较，被测量的大小可以直接从测量的结果得出。例如用电压表测量电压，读数即为被测电压值，这就是直接测量法。2.间接测量法间接测量法是指先测出与被测量有关的量，然后通过被测量与这些量的关系式，计算得出被测量。例如用伏安法测量电阻，首先测得被测电阻上的电压和电流，再利用欧姆定律求得被测电阻值。间接测量法的测量误差较大，它是各个测量仪表和各次测量中误差的综合。（二）误差分析测量中，无论采用什么样的仪表，仪器和测量方法，都会使测量结果与被测量的真实值（即实际值或简称真值）之间存在着差异，这就是测量误差。测量误差可分为三类，即系统误差，偶然误差和疏忽误差。1.系统误差系统误差的特点是测量结果总是向某一方向偏离，相对于真实值总是偏大或偏小，具有一定的规律性，根据其产生的原因可分为：仪表误差，理论或方法误差，个人误差。仪表误差：仪表在规定的正常工作条件下使用（仪表使用在规定的温度、湿度，规定的安置方式，没有外界电磁场的干扰等），由于仪表本身结构和制造工艺上的不完善所引起的误差，叫做仪表的基本误差。例如仪表偏转轴的磨损，标尺刻度的不准等引起的误差，都是属于基本误差，是仪表本身所固有的。由于仪表在非正常工作条件下使用而引起的误差，叫仪表的附加误差。例如外界电磁场的干扰所引起的误差，就属于附加误差。仪表误差有两种表示方法：2
2 实验一 常用实验仪器仪表的使用 一、实验目的 1、了解安全用电常识； 2、学习直流稳压电源、函数发生器、数字万用表及示波器的使用方法； 3、掌握直流电压、电位、电流及电阻的测量方法； 4、掌握用示波器测量信号的峰—峰值，周期的方法。 二、实验设备 电路分析实验箱、直流稳压电源、函数发生器、数字万用表、示波器、电阻 和导线等。 三、实验原理 （一）测量方法： 1．直接测量法 直接测量法是指被测量与其单位量作比较，被测量的大小可以直接从测量的 结果得出。例如：用电压表测量电压，读数即为被测电压值，这就是直接测量法。 2．间接测量法 间接测量法是指先测出与被测量有关的量，然后通过被测量与这些量的关系 式，计算得出被测量。例如用伏安法测量电阻，首先测得被测电阻上的电压和电 流，再利用欧姆定律求得被测电阻值。间接测量法的测量误差较大，它是各个测 量仪表和各次测量中误差的综合。 （二）误差分析 测量中，无论采用什么样的仪表，仪器和测量方法，都会使测量结果与被测 量的真实值（即实际值或简称真值）之间存在着差异，这就是测量误差。测量误 差可分为三类，即系统误差，偶然误差和疏忽误差。 1．系统误差 系统误差的特点是测量结果总是向某一方向偏离，相对于真实值总是偏大或 偏小，具有一定的规律性，根据其产生的原因可分为：仪表误差，理论或方法误 差，个人误差。 仪表误差： 仪表在规定的正常工作条件下使用（仪表使用在规定的温度、湿度，规定的 安置方式，没有外界电磁场的干扰等），由于仪表本身结构和制造工艺上的不完 善所引起的误差，叫做仪表的基本误差。例如仪表偏转轴的磨损，标尺刻度的不 准等引起的误差，都是属于基本误差，是仪表本身所固有的。 由于仪表在非正常工作条件下使用而引起的误差，叫仪表的附加误差。例如 外界电磁场的干扰所引起的误差，就属于附加误差。 仪表误差有两种表示方法：
绝对误差用仪表测量一个电量时，仪表的指示值Ax与被测量的实际值Ao之差，叫绝对误差，用表示：(1-1)△=Ax-Ao绝对误差的单位与被测量的单位相同。绝对误差在数值上有正负之分。相对误差用绝对误差无法比较两次不同测量结果的准确性，例如用电流表测量100mA的电流时，绝对误差为+1mA，又若测量10mA电流时，绝对误差为+0.25mA，虽然绝对误差是前者大于后者，但并不能说明后者的测量比前者准确，要使两次测量能够进行比较，必须采用相对误差。通常把仪表的绝对误差<与被测量的实际值的比值的百分比，叫相对误差，用表示。=二×100%(1-2)Y:Ao因为测量值Ax与实际值Ao相差不大，故相对误差也可近似表示为：×100%(1-3)y=-Ax用相对误差分析上述两次测量结果：第一次测量中，被测电流的相对误差为：×00%=×100%=+1%Yi=100=Aol第二次测量中被测电流的相对误差为：2×100% =±0.25 ×100% = +2.5%Y2 ==A0210从计算结果看出，第一次测量的绝对误差虽大，但相对误差较小，所以第一次测量比第二次测量的结果准确。理论误差（方法误差）：这是指实验本身所依据的理论和公式的近似性，或者对实验条件及测量方法考虑得不周到带来的系统误差。例如，未考虑仪表内阻对被接入电路的影响而造成的系统误差，就是属于这一类。个人误差：例如测量者反应速度的快慢，分辨能力的高低，个人的固有习惯等，致使读数总是偏大或偏小。2.偶然误差偶然误差是由于某种偶然因素所造成的，其特点是在相同的测量条件下，有时偏大，有时偏小，无规律性。例如，温度、外界电磁场、电源频率的偶然变化，即使采用同一仪表去多次测量同一个量，也会得到不同的结果。（3）疏忽误差疏忽误差是指测量结果出现明显的错误，是由于实验者的疏忽造成读错或记错等所引起的误差。（三）欧姆定律3
3 绝对误差：用仪表测量一个电量时，仪表的指示值 Ax 与被测量的实际值 A0 之差，叫绝对误差，用△表示： △=Ax-A0 （1-1） 绝对误差的单位与被测量的单位相同。绝对误差在数值上有正负之分。 相对误差：用绝对误差无法比较两次不同测量结果的准确性，例如用电流表 测量 100mA 的电流时，绝对误差为+1mA，又若测量 10mA 电流时，绝对误差为 +0.25mA，虽然绝对误差是前者大于后者，但并不能说明后者的测量比前者准确， 要使两次测量能够进行比较，必须采用相对误差。 通常把仪表的绝对误差△与被测量的实际值的比值的百分比，叫相对误差， 用 表示。 ×100% （1-2） A0 因为测量值 Ax 与实际值 A0相差不大，故相对误差也可近似表示为： ×100% （1-3） AX 用相对误差分析上述两次测量结果： 第一次测量中，被测电流的相对误差为： ×100% = ×100% = +1% 01 1 1 A 100 1 第二次测量中被测电流的相对误差为： ×100% = ×100% = +2.5% 02 2 2 A 10 0.25 从计算结果看出，第一次测量的绝对误差虽大，但相对误差较小，所以第一 次测量比第二次测量的结果准确。 理论误差（方法误差）： 这是指实验本身所依据的理论和公式的近似性，或者对实验条件及测量方法 考虑得不周到带来的系统误差。例如，未考虑仪表内阻对被接入电路的影响而造 成的系统误差，就是属于这一类。 个人误差： 例如测量者反应速度的快慢，分辨能力的高低，个人的固有习惯等，致使读 数总是偏大或偏小。 2．偶然误差 偶然误差是由于某种偶然因素所造成的，其特点是在相同的测量条件下，有 时偏大，有时偏小，无规律性。例如，温度、外界电磁场、电源频率的偶然变化， 即使采用同一仪表去多次测量同一个量，也会得到不同的结果。 （3）疏忽误差 疏忽误差是指测量结果出现明显的错误，是由于实验者的疏忽造成读错或记 错等所引起的误差。 （三）欧姆定律
D流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，这就是欧姆定律，即：R=1式中，R为电阻值，U为电阻两端电压，I为流过电阻的电流。利用欧姆定律测量电阻阻值时可以采用内接法或外接法。（四）典型电信号的观察与测量1.示波器作为一种实用的时域仪器，可用来观察电信号的波形并定量测量被测波形的参数，例如幅度、频率、相位和脉宽等。2.信号发生器是一种能提供不同类型时变信号的电压源，电路实验常用的信号发生器是函数信号发生器，它能产生正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等信号。3.毫伏表能对频率范围较宽的正弦电压进行测量，该仪表表面上的标度只是按正弦电压有效值进行刻度的。四、实验步骤（一）电工仪表测量1.按图1-1接线，Us用直流稳压电源，取R=1KQ，R2=15KQ，测量电路中的电流I与Ui，将数据填入表1-1内。RR7J10U1k0+?U.UAA30V-30V"RRU.W15元Q15元0图 1-1图1-22.按图1-2接线，测量电路中电流12与U2，且将数据填入表1-1中。3.重复步骤1，步骤2三次，共测得六组数据，分别填入表1-1中。4.通过计算，分别得出两个接线图中四个电量Ii、Ui、I2、Uz的平均值，填入表1-2中。5.根据式（1-1）和（1-2）计算实验结果的绝对误差，相对误差，并填入表1-2。（二）典型电信号的观察与测量1.典型三种波形的观察与测量将函数发生器的输出分别调为F-200Hz和500KHz，dB=0和20，输出细调电位器调到最大（右转到底）。波形依次选择正弦波、方波、三角波。用示波器和毫伏表分别测出信号发生器输出电压的幅值及有效值，结果记入表1-3和1-4，并进行比较。选取一组数据画出波形图，根据实验数据及有效值与电压幅值Vp-p之间的关系。分别计算出各种波形的有效值将数据填表中相应的空格内。按图1-3接线图连线，根据表格上的要求，进行测量。4
4 流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，这就是欧姆定律，即： 。 I U R 式中，R 为电阻值，U 为电阻两端电压，I 为流过电阻的电流。 利用欧姆定律测量电阻阻值时可以采用内接法或外接法。 （四）典型电信号的观察与测量 1．示波器作为一种实用的时域仪器，可用来观察电信号的波形并定量测量被 测波形的参数，例如幅度、频率、相位和脉宽等。 2．信号发生器是一种能提供不同类型时变信号的电压源，电路实验常用的信 号发生器是函数信号发生器，它能产生正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波 等信号。 3．毫伏表能对频率范围较宽的正弦电压进行测量，该仪表表面上的标度只是 按正弦电压有效值进行刻度的。 四、实验步骤 （一）电工仪表测量 1．按图 1-1 接线，Us 用直流稳压电源，取 R1=1K，R2=15K，测量电路中的 电流 I1与 U1，将数据填入表 1-1 内。 图 1-1 图 1-2 2. 按图 1-2 接线，测量电路中电流 I2与 U2，且将数据填入表 1-1 中。 3. 重复步骤 1，步骤 2 三次，共测得六组数据，分别填入表 1-1 中。 4. 通过计算，分别得出两个接线图中四个电量 I1、U1、I2、U2的平均值，填入 表 1-2 中。 5. 根据式（1-1）和（1-2）计算实验结果的绝对误差，相对误差，并填入表 1-2。 （二）典型电信号的观察与测量 1.典型三种波形的观察与测量 将函数发生器的输出分别调为 f=200Hz 和 500KHz，dB =0 和 20，输出细调 电位器调到最大（右转到底）。波形依次选择正弦波、方波、三角波。用示波器 和毫伏表分别测出信号发生器输出电压的幅值及有效值，结果记入表 1-3 和 1-4， 并进行比较。选取一组数据画出波形图，根据实验数据及有效值与电压幅值 VP-p 之间的关系。分别计算出各种波形的有效值将数据填表中相应的空格内。 按图 1-3 接线图连线，根据表格上的要求，进行测量
示波器毫伏表信号发生器O1O1图 1-3 观测波形实验接线图五、数据记录与处理表1-1测量误差实验数据2345611Ui图 1-1R12U2图1-2R表 1-2实验数据计算值平均值相对误差绝对误差R△1Y1图 1-1R△212图1-2表 1-3三种波形观测实验数据（f=200Hz）有效值（实测）有效值（理论）Vp-p0 dB20dB0 dB20dBOdB20dB正弦波5
5 图 1-3 观测波形实验接线图 五、数据记录与处理 表 1-1 测量误差实验数据 1 2 3 4 5 6 I1 图 1-1 U1 R I2 图 1-2 U2 R 表 1-2 实验数据计算值 平均值 绝对误差 相对误差 R △1 1 图 1-1 R △2 2 图 1-2 表 1-3 三种波形观测实验数据（f = 200Hz） Vp-p 有效值（实测） 有效值（理论） 0 dB 20dB 0 dB 20dB 0dB 20dB 正弦波
方波三角波表1-4三种波形观测实验数据（f=500KHz）有效值（实测）有效值（理论）Vp-p0 dB20dB0 dB20dBOdB20dB正弦波方波三角波六、注意事项1、Vp为峰值，且数值上Vp=.Vp-P，如图1-4所示。2VpVp-p图1-4Vp与Vp-p的关系2、用示波器测试前，示波器首先要自校。毫伏表使用前，应先调零。3、峰值，峰一峰值与有效值的关系：Vp=V2.VVp-p =2/2.V6
6 方 波 三角波 表 1-4 三种波形观测实验数据（f = 500KHz） Vp-p 有效值（实测） 有效值（理论） 0 dB 20dB 0 dB 20dB 0dB 20dB 正弦波 方 波 三角波 六、注意事项 1、VP 为峰值，且数值上 VP = V P-P，如图 1-4 所示。 2 1 Vp Vp-p 图 1-4 Vp 与 Vp-p 的关系 2、用示波器测试前，示波器首先要自校。毫伏表使用前，应先调零。 3、峰值，峰—峰值与有效值的关系： VP 2 V VPP 2 2 V
七、思考题1.测量一个电阻，测量仪器的示值为X，高一级标准仪器测量的示值为A，分别写出测量的绝对误差和相对误差的表达式。2.分别写出1.32×10-2MHz,13.2KHz,0.0132MHz的有效数字位数。7
7 七、思考题 1. 测量一个电阻，测量仪器的示值为 X，高一级标准仪器测量的示值为 A，分 别写出测量的绝对误差和相对误差的表达式。 2. 分别写出 1.32×10-2MHz,13.2KHz,0.0132MHz 的有效数字位数
实验二伏安特性及基尔霍夫定律一、实验目的1、学习线性和非线性电阻元件伏安特性的逐点测试方法，并绘制其特性曲线：2、验证基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）；3、通过电路中各点电位的测量加深对电位、电压及它们之间关系的理解。二、实验设备电路分析实验箱、数字万用表、电阻、白炽灯泡、导线等。三、实验原理（一）伏安特性电路中，电路元件的特性一般用该元件上的电压U与通过元件的电流I之间的函数关系来表示，这种函数关系称为该元件的伏安特性。本实验所用的元件为：线形电阻、白炽灯泡、二极管及稳压二极管。线形电阻：如图2-1(a)所示，其伏安特性为一条通过原点的直线，该直线的斜率等于该电阻的阻值。白炽灯泡：灯丝的电阻随温度的改变而改变，并且具有一定的惯性。白炽灯泡在工作时，灯丝处于高温状态，所以它的伏安特性为一条曲线,如图2-1(b)所示。二极管：半导体二极管是非线性元件，可以用图2-1(c)所示的伏安特性曲线来表征。当二极管的端电压U正向偏置时，电流较大，说明电阻很小，处于导通状态，电压U反向偏置时，电流较小，说明电阻很大，处于截止状态。稳压二极管：一种特殊的半导体器件，其正向伏安特性类似普通二极管。其反向伏安特性则较特别。如图2-1(d)所示，在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当电压增加到某一数值时，电流突然增加，以后它的端电压维持恒定，不再随外加电压升高而增加。图2-1f(c)（二）基尔霍夫定律8
8 实验二 伏安特性及基尔霍夫定律 一、实验目的 1、学习线性和非线性电阻元件伏安特性的逐点测试方法，并绘制其特性曲线； 2、验证基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）； 3、通过电路中各点电位的测量加深对电位、电压及它们之间关系的理解。 二、实验设备 电路分析实验箱、数字万用表、电阻、白炽灯泡、导线等。 三、实验原理 （一）伏安特性 电路中，电路元件的特性一般用该元件上的电压 U 与通过元件的电流 I 之间 的函数关系来表示，这种函数关系称为该元件的伏安特性。 本实验所用的元件为：线形电阻、白炽灯泡、二极管及稳压二极管。 线形电阻：如图 2-1(a)所示，其伏安特性为一条通过原点的直线，该直线的 斜率等于该电阻的阻值。 白炽灯泡：灯丝的电阻随温度的改变而改变，并且具有一定的惯性。白炽灯 泡在工作时，灯丝处于高温状态，所以它的伏安特性为一条曲线,如图 2-1(b)所示。 二极管：半导体二极管是非线性元件，可以用图 2-1(c)所示的伏安特性曲线 来表征。当二极管的端电压 U 正向偏置时，电流较大，说明电阻很小，处于导 通状态，电压 U 反向偏置时，电流较小，说明电阻很大，处于截止状态。 稳压二极管：一种特殊的半导体器件，其正向伏安特性类似普通二极管。其 反向伏安特性则较特别。如图 2-1(d)所示，在反向电压开始增加时，其反向电流 几乎为零，但当电压增加到某一数值时，电流突然增加，以后它的端电压维持恒 定，不再随外加电压升高而增加。 （二）基尔霍夫定律 (d) (b) (c) U U U I I I (a) U I 0 0 0 0 图 2－1
基尔霍夫定律包括：电流定律（KCL）和电压定律（KVL）基尔霍夫电流定律：对于任一集总电路中的任一节点，在任一时刻流出（或流进）该节点的所有支路电流的代数和为零。其数学表达式为-0(2-1)式中i()为流出（或流进）节点的第k条支路的电流，k为节点处的支路数。KCL原是运用于节点的，也可以把它推广运用于电路中的任一假设的闭合面。即：流出（或流进）封闭面电流的代数和为零。基尔霍夫电压定律：表明电路中各支路电压之间必须遵守的规律，对于任一集总电路中的任一回路，在任一时刻，沿着该回路的所有支路电压降的代数和为零，其数学表达式为：Zu(l)=0(2-2)k=lu(t)为回路中的第k条支路电压，k为回路中的支路数，前者反映电路中各支路电流间的约束关系，后者反映电路中各支路电压间的约束关系。（三）电压、电流的实际方向与参考方向的对应关系参考方向是为了分析、计算电路而人为设定的。实验中测量的电压、电流的实际方向，由电压表、电流表的正”端所标明。在测量电压、电流时，若电压表、电流表的“正”端与参考方向的“正”方向一致，则该测量值为正值，否则为负值。ABAL福+产RAB+IV图2-2电压、电流的实际方向和参考方向（四）电位与电位差在电路中，电位的参考点选择不同，各节点的电位也相应改变，但任意两节点间的电位差不变，即任意两点间电压与参考点电位的选择无关。四、实验步骤（一）测量线性电阻元件的伏安特性1.按图2-3接线，取R=100Q，Us由实验箱自带的12V直流电压供电，Ro使用最大量程为1000Q的滑动变阻器（w1），实验开始时，先将滑动变阻器的阻值调至最大。2.接通电源，调节滑动变阻器，使电压表示数U分别为0V、0.5V、1V、1.5V、2V、2.5V、3V、3.5V、4V、4.5V、5V，记录电压实际值，并测量对应的电流值和，9
9 基尔霍夫定律包括：电流定律（KCL）和电压定律（KVL） 基尔霍夫电流定律：对于任一集总电路中的任一节点，在任一时刻流出（或 流进）该节点的所有支路电流的代数和为零。其数学表达式为 (2-1) 1 ( ) 0 n k k i t 式中 为流出（或流进）节点的第 条支路的电流， 为节点处的支路数。 ( ) ki t k k KCL 原是运用于节点的，也可以把它推广运用于电路中的任一假设的闭合 面。即：流出（或流进）封闭面电流的代数和为零。 基尔霍夫电压定律:表明电路中各支路电压之间必须遵守的规律，对于任一集 总电路中的任一回路，在任一时刻，沿着该回路的所有支路电压降的代数和为零， 其数学表达式为： （2-2） 1 ( ) 0 n k k u t uk (t) 为回路中的第 条支路电压， 为回路中的支路数，前者反映电路中各 k k 支路电流间的约束关系，后者反映电路中各支路电压间的约束关系。 （三）电压、电流的实际方向与参考方向的对应关系 参考方向是为了分析、计算电路而人为设定的。实验中测量的电压、电流的 实际方向，由电压表、电流表的“正”端所标明。在测量电压、电流时，若电压表、 电流表的“正”端与参考方向的“正”方向一致，则该测量值为正值，否则为负值。 图 2-2 电压、电流的实际方向和参考方向 （四）电位与电位差 在电路中，电位的参考点选择不同，各节点的电位也相应改变，但任意两节 点间的电位差不变，即任意两点间电压与参考点电位的选择无关。 四、实验步骤 (一) 测量线性电阻元件的伏安特性 1．按图 2-3 接线，取 RL=100，Us 由实验箱自带的 12V 直流电压供电，R0使 用最大量程为 1000Ω 的滑动变阻器（w1），实验开始时，先将滑动变阻器的阻值 调至最大。 2．接通电源，调节滑动变阻器，使电压表示数 U 分别为 0V、0.5V、1V、1.5V、2V、 2.5V、3V、3.5V、4V、4.5V、5V，记录电压实际值，并测量对应的电流值和