《电路基础》实验

实验一 基尔霍夫定律

一、实验目的

1．用实验数据验证基尔霍夫定律的正确性； 2．加深对基尔霍夫定律的理解； 3．熟练掌握仪器仪表的使用方法。 二、实验原理

基尔霍夫定律是电路的基本定律之一，它规定了电路中各支路电流之间和各支路电压之间必须服从的约束关系，即应能分别满足基尔霍夫电流定律和电压定律。

基尔霍夫电流定律（KCL ）：在集总参数电路中，任何时刻，对任一节点，所有各支路电流的代数和恒等于零。即

∑I=0

通常约定：流出节点的支路电流取正号，流入节点的支路电流取负号。

基尔霍夫电压定律（KVL ）：在集中参数电路中，任何时刻，沿任一回路内所有支路或元件电压的代数和恒等于零。即

∑U=0

通常约定：凡支路电压或元件电压的参考方向与回路绕行方向一致者取正号，反之取负号。

三、实验内容

实验线路如图1.1所示。

1． 实验前先任意设定三条支路的电 流参考方向，如图中的I 1、I 2、I 3所示。

2． 分别将两路直流稳压电源接入电 路，令u 1=6V ，u 2 =12V ，实验中调好后保 持不变。

3．用数字万用表测量R 1 ~R 5 电阻元 图 1.1基尔霍夫定律线路图注意图中E 和F 互换一下 件的参数取50~300Ω之间。

4．将直流毫安表分别串入三条支路中，记录电流值填入表中，注意方向。 5．用直流电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，记录电压值填入表中。

四、实验注意事项

1．防止在实验过程中，电源两端碰线造成短路。

2．用指针式电流表进行测量时，要识别电流插头所接电流表的“＋、－”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，

R 4

R 5

u 1

u 2

此时指针正偏，但读得的电流值必须冠以负号。

五、实验报告内容

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。 选定A 点，列式计算利用三个电流值验证KCL 正确性。实验数据！

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。

0=+++=+++DA CD BC AB EA EF DE AD U U U U U U U U

注意电路图中的EF 点互换一下，上面的式子是正确的，不用更改。利用实验数据！代入计算

3、实测值与计算结果进行比较，说明产生误差的原因。

先将实际数据计算出来，填到表格中，然后说明产生误差的原因。（原因一般可以写温度对电阻有影响，实际中导线有一定的电阻等等因素。）

七、实验设备

电子电工实验平台，导线若干。

实验二 叠加原理的验证

一、实验目的

1．通过实验来验证线性电路的叠加原理的正确性； 2．加深对电流、电压参考方向的理解； 3．学习使用仪器仪表的测试方法。 二、实验原理

线性电路中有几个独立电源共同作用时，任一支路的电流（或电压）都可以看成是由各个电源单独作用时在该支路产生的电流（或电压）的代数和，这个原理称为叠加原理。图2.1(a)图由E 1、E 2两个电源共同作用在各支路产生的电流和电压等于(b)、(c)两图各对应支路电流和电压的代数和。

D (c)

D (b)

D (a)

图2.1 叠加原理电路图

图2.1中E 1=20V ， E 2=15V ，R 1=220Ω，R 2=200Ω，R 3=240Ω

表2.1

三、 实验内容

1．调整稳压稳流源使左路电压为E 1=20V ，右路为E 2=15V ，调整好后保持不变，按图2.1 (a)接好线路，当E 1和E 2 共同作用时，分别测量各支路电流和电压填入表2.1中。

2．按图2.1 (b)接好线路，E1 单独作用时，分别测量各支路电流和电压填入表2.1中。

3．按图2.1 (c)接线，E2 单独作用时，分别测量各支路电流和电压填入表2.1中。

四、实验注意事项

1．防止在实验过程中电源两端碰线短路。

2．若用指针式电流表进行测量时，要注意识别电流插头所接电流表时的“+、-”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，这样指针可正偏，但读得电流值必须加以负号。

3．用电流插头测量各支路电流时，应该注意仪表的极性，及数据表格中“+、-”号的记录。

4．注意仪表量程的在实验过程中根据情况及时更换。

五、实验报告内容

1．根据图2.1电路中的参数，计算出待测的各支路电流和各电阻上的电压值，并与实测值进行对照，加以总结和验证叠加原理。

2．如果本实验的E2变为5V，而其他一切参数都不变，叠加原理实验能否进行？为什么？

六、预习思考

1．叠加原理中E1 和E2 分别单独作用，在实验中应如何操作？可否直接将不作用的电源（E1 或E2）置零（短接）？

2．实验电路中，若有一个电阻器改为二极管，试问叠加原理的迭加性还成立么？为什么？

七、仪器设备

实验三 戴维南定理

一、实验目的

1．通过实验来验证戴维南定理，并加深对等效电路的理解； 2．学习用实验方法求含源一端口网络的等效电路； 3．灵活运用等效电源定理来简化复杂线性电路的分析； 4．进一步学习使用常用直流仪器仪表的方法。 二、实验原理

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的二端网络（或称为含源一端口网络）。

根据戴维南定理：对任一线性含源一端口电阻网络（见图 3.1(a)），就其端口而言总可以用一个电压源串联电阻来等效，如图3.1(b)所示，其电压源的电压为原网络端口a 、b 两端的开路电压U oc , 电阻为原网络将内部电源化零以后从端口看进去的等效电阻R i 。

这里所谓的等效是指含源一端口网络被等效电路替代后，对原一端口网络的外电路没有影响，也就是外电路的电流和电压保持替代前后不变。

(a)

(b)

图 3.1 一端口网络及其等效电路

2．含源一端口网络输入电阻R i 的实验测定法

（1）测量含源一端口网络的开路电压U oc 和短路电流I sc ，则输入电阻为

sc

oc

i I U R =

（2）将含源一端口网络内所有电压源的电压和电流源的电流变成零，即含源一端口网络化为无源一端口网络。然后在这无源一端口网络的端口处，外加一个电压U s ，测量端口的电流I ，则入端电阻为

I

U R S

i =

三、实验内容

将原网络改接一根线的等效法。

(1) 用数字万用表测量R1 ~R3 电阻元件的参数取100~300Ω之间，将直流稳压电源接入电路，令u=20V，实验中调好后保持不变。

(2) 按图3.2（a）接线，调节R从0~∞，测量出U AB 和I R 的数值，特别要注意测出R=0及R=∞时的电压、电流值，将电压表和电流表的读数填入表4-1中。

(3) 将图3.2 (b) 的CD连线断开，连接CE，此时由R3与R1并联再与R2串联的电阻值（即AE间的电阻），由实验原理可知即为等效电阻，再将原先20V的电源改为由实验内容（2）测得的等效电压源U OC，也就是内容（2）将电流表断开时的电压表指示值，然后重复内容（2）的测量，并将测得结果填入表3.1中。

（a）

（b）

图3.2 原网络及其改接线后的戴维南等效电路

表3.1

四、实验注意事项

1．在实验测量过程中，电流表的量程注意要及时更换。

2．在做等效网络实验中，要将原先20V的电源注意改为所测的等效电压源U OC 。

3．用数字万用表直接测R AB 时，网络内的独立电源必须先置零，以免损坏数字万用表。

4．在改接等效网络线路时，要及时先关掉电源。

五、实验报告内容

1．在同一坐标平面上画出原网络与等效网络的外部伏安特性曲线，并作分析比较，验证它们的等效性，并分析误差产生的原因。

2．根据实验内容（2）所测的U oc和I sc，计算有源二端网络的等效内阻，与实际测得R AB 进行比较。

六、预习思考

复习戴维南定理及网络等效条件。

七、仪器设备

实验四 三表法测量交流电路的等效参数

一、实验目的

1．学会用交流电流表、交流电压表和功率表测定交流电路元件等值参数的方法； 2．掌握并正确使用调压器和功率表的方法。 二、实验原理

交流电路中，元件的阻抗值或无源一端口网络的等效阻抗值，可用交流电桥直接测量，也可用交流电流表、交流电压表和功率表按图4.1所示电路分别测量出元件或网络两端的电压U 、流过的电流I 和它所消耗的有功功率P ，再通过计算获得出。

图4.1 电路原理图

如果被测元件是一个电感线圈，则由关系式：

阻抗的模 ： I U

Z =

功率因数： UI

P

=?cos

计算出等值参数为 ?cos Z R = ω

?

ω

sin Z X L L

=

=

同理，如果被测元件是一个电容器，则其等值参数为

?c o s Z R = ?

ωωs i n 1

1Z X C C ==

假如被测对象不是一个元件，而是一个无源一端口网络，则

?cos Z R = ?s i n Z X =

这种测量方法简称三表法，它是测量交流阻抗的基本方法。

阻抗性质的判断方法，可以采取并联电容方法来判断阻抗是属于容性阻抗还是属于感性阻抗。在被测元件两端并联一个试验小电容，若电流表的读数增大，则被测元件为容性；若电流表的读数减小，则被测元件为感性。

实验小电容的电容量满足Z

C ω?

sin 20<

条件。 三表法也有两种接线方式，如图4.2（a ）、（b ）所示。若考虑到仪表的内阻，测量结果中显然存在方法误差，必要时需加以校正。

(a)

(b)

图4.2 三表法的两种接法

三、实验内容 1．分立元件参数测定

按图4.1接线，分别测定滑线电阻、电感线圈和电容的等值参数。每个元件测三次，求其平均值。将测试所得数据分别填入表4.1、表4.2、表4.3。

表4.1 电感线圈的测量

表 4.2 电阻的测量

表 4.3 电容的测量

2．一端口网络等值参数测定

把上面所测的三个元件，按图7-2联接成一个

无源一端口网络作为被测元件，再按图7-1接线，

测定该一端口网络的等值参数，用并联一个小电容

的方法，判断其阻抗角?的正负。

图4.2 实验电路图

四、实验注意事项

1．调压器的输入端和输出端绝对不允许接反，在使用之前，必须先把电压调节手轮调到零位，并经老师检查好线路后，接通电源并从零位开始逐渐升压到所需要数值。每做完一项实验之后，随手把调压器回到零位，然后断开电源。

2．电源电压和工作电流不得超过所使用的调压器规定的额定值。

3．功率表的同名端按标准接法接在一起，否则功率表中指针表反偏而数字表无显示。同时必须正确选定电压限量与电流限量，并按下相应的挡键；否则，功率表将有不适当显示。

4．本实验中电源电压较高，必须严格遵守安全操作规程，身体不要触及带电部位，以保证安全。

五、实验报告内容

1．根据测试数据，计算各元件的等值参数。

2．用元件的等值参数，计算图7-2所示的无源一端口网络的等值阻抗，并与实验结果相比较。

六、预习思考

1．复习有关交流参数的测量方法。

2．用并联小电容的方法，判断无源一端口网络是容性或感性的依据是什么？

3．调压变压器的输入端与输出端接反了会发生什么后果？

七、仪器设备

实验五 互感电路的测量

(自拟实验指导书)

一、实验目的

1．学会互感电路同名端、互感系数M 及耦合系数K 的测量方法； 2．培养独立设计实验的能力。 二、实验内容

设计一个简单、易行的测定互感线圈同名端及互感系数M 、耦合系数K 的方案，观察互感现象，并最终得出测量结果，设计时要考虑线圈电阻的影响。

三、实验方法

1．同名端测量方法：

（1）用干电池、万用表和互感线圈组成测试电路，判断两个线圈的同名端。

（2）利用实验室现有的设备，正弦交流电源、互感线圈及交流电流表组成测试电路。保持电压源输出电压固定不变，当两个互感线圈顺向串联时，电流表读数小；当两个互感线圈反向串联时，电流表读数大。

（3）利用正弦交流电源、互感线圈及交流电压表组成测试电路。将两个互感线圈串联，并将其中一个线圈接到电压源U s 上（注意：不得超过线圈的额定电压），然后测量两互感线圈串联的开路电压U oc 。若U oc ＞ U s ，两互感元件为顺向串联；否则为反向串联。

2．互感系数M 测量方法：

（1）将两互感线圈串联，加正弦交流电压U 并保持不变，分别用交流电流表测出顺串与反串时的电流I 1 、I 2 。

顺向串联时：

顺）（L M L L I U

ωω=++=2211

反向串联时：

反）（L M L L I U

ωω=-+=2212

则： )(4

1

反顺L L M -=

（2）给其中一个互感线圈1接上正弦交流电压u 1 ，测出线圈1的电流I 1 及线圈2的开路电压U 21 ，则

1

21

I U M ω=

通过以上二种方法最终都可以计算出互感线圈的耦合系数为

2

1L L M

K =

四、实验注意事项

1. 观察互感现象时，交流电流表必须用

2.5A 量程，随时观察电流表的读数，不得超 过规定值。

2. 作实验前，首先要保证调压变压器手柄置在零位，输入端与输出端切勿接反，避免烧坏。

五、实验报告内容

写出实验方法，画出测试电路，列出数据表格，计算互感系数M和耦合系数K，标出同名端。

六、预习思考

1．设计测试线路时，怎样考虑各个仪表量程的配合？

2．分析用万用表和电压表测量互感电压各有什么不同？

3．判断同名端时，将开关闭合和断开，结果是否一致？

实验六三相交流电路电压、电流的测量

一、实验目的

1．掌握三相负载作星形联接、三角形联接的方法，验证这两种接法下线、相电压，线、相电流之间3的关系；

2．加深并充分理解三相负载作星形联接时的中线作用。

二、实验原理

1. 在三相电路中，三相负载可接成星形（又称“Ｙ”接）或三角形（又称“Δ”接），当三相对称负载作Ｙ形联接时，线电压U线是相电压U相的3倍。线电流I线等于相电流I相

即

U线=3U相I线=I相

当采用三相四线制接法时，流过中线的电流I0=0，所以可以省去中线。

当对称三相负载作Δ形联接时

即

I线=3I相U线=U相

2．不对称三相负载作Ｙ形联接时，必须采用三相四线制接法。因为，不对称三相负载联接星形，又不接中线时，则由于负载端电压中性点的位移移动造成各相电压不对称，严重时会使负载的工作状态不正常。所以中线必须牢固联接，无条件地一律采用三相四线制接法，以保证三相不对称负载的每相相电压维持对称不变。

3．对于不对称负载作Δ形联接时，I线≠3I相，但只要电源的线电压对称，加在三相负载上的电压仍是对称的，对各相负载工作没有影响。

三、实验内容

（一）负载星形联接的三相电路

表9-1 星形接法电压测量数据

1．按图6.1接线，负载对称且无中线，测量各相电压、线电压以及中性点间的电压（N 与N ’间的电压），将数据填入表6.1中。

2．断开A 相负载（三组灯都关掉），重复内容1的测量，结果填入表6.1中。 3．联上中线（即将N 与N 联接），重复内容1和2的测量，结果填入表6.1中。

图6.1 三相负载接成星形

（二） 负载三角形联接的三相电路

B

图6.2 负载三角形联接的三相实验电路

1. 按图6.2 接线，图中有六个插座分别用来测量各线电流和相电流，先将灯泡全接通，将电流表接上插头在各个插座内测量各线电流和相电流。

2．断开AB 相（与A 、B 相联的那一相负载），重复内容1的测量，数据记在表6.2中。

表6.2 三角形接法电流测量数据

四、实验注意事项

1．本实验采用线压为380V，必须穿绝缘鞋进入实验室。在实验过程中要时刻注意人身安全，不可触及导电部件，防止意外事故发生。

2．每次接线完毕，由指导教师检查后，方可接通电源。必须严格遵守先接线后通电，先断电后拆线的实验操作原则，特别注意不使电流表插头线悬空时插入有电插座。

3．在实验过程中，要及时调换仪器仪表的量程。

五、实验报告内容

（一）负载星形联接的三相电路

1．由实验内容1的数据验证相电压、线电压的3关系，并作相量图。

2．由实验内容2的数据作出相电压、线电压及其关系的相量图，此时相电压与线电压间的3关系是否还成立？

3．由实验内容3所得数据验证相电压、线电压的3关系，作相量图。

4．在负载不对称星形三相电路中，为什么采用三相四线制？中线起什么作用？（二）负载三角形联结的三相电路

1．由内容1测得数据验证线电流是相电流的3倍，并画出各相电流、线电流及其关系的相量图。

2．由内容2测得数据判断3关系是否还成立？并画出各相电流、线电流及其关系的相量图。

六、预习思考

1．复习三相电路联接星形时，相电压和线电压的相量关系。

2．复习三相电路联接三角形时，线电流与相电流的相量关系。

3．分析三相星形联接不对称负载在无中线情况下，当有一相负载开路或短路时会出现什么情况？如果接上中线，情况又如何？

七、仪器设备

实验七 功率因数的提高

一、实验目的

1．通过实验进一步验证感性电路并联电容可提高功率因数； 2．理解提高功率因数的意义； 3．掌握仪器仪表的正确使用方法。 二、实验原理

对于一个无源一端口网络，如图7.1所示，其吸收的有功 功率为

?cos UI P =

式中，?cos 为功率因数，功率因数的大小决定于电压和电

流之间的相位差，即一端口网络的等效复阻抗的幅角?。 图 7.1 一端口网络

在工业及日常生活中所用电工产品和电子元器件大部分都是感性负载，例如家庭生活中使用的荧光灯、电风扇、洗衣机等,都是感性负载，其等效电路如图7.2所示。要提高负载的

功率因数，可以用并联电容器的方法，使流过电容器电流的无功分量2

I 与感性负载中的无功电流分量)sin (111?I I ='

互相补偿，以减小电流中总电流的无功分量，使电压U 和电流I 之间的相位差?变小。端口电压U

和电流I 之间的相量图如图7.3所示。其中，流过电容器电流的无功分量2

I 、流过感性负载中的无功电流分量"

1I 、I 、1I 之间的关系为 I

=1I +2I =11cos ?I —j 11sin ?I +j 2I =11cos ?I —j(11sin ?I —2I )

="

'

I I

+ =?∠I

由图可以看出111cos cos ,,""????><

Z L

I I

' 'I

图7.2 感性负载并接电容 图7.3 相量图示功率因数提高

三、实验内容 按图7.4电路接线

1．在S 打开即不接入电容C 的情况下，测各元件的电压、电流和功率填入表10-1，计算电路的功率因数。

2．当S 闭合接入电容，C 从小到大逐步增加，记下相应的各元件的电压、电流和功率，填入表10-1，并计算功率因数的变化。

3．使用功率因数表测量图10-4端口上

功率因数或功率因数角。 图7.4 实验十 接线图

表 7.1 实验数据记录

四、实验注意事项

1．本实验所用正弦交流电220V ，务必注意人身安全。 2．在接通电源前，应先将调压器手柄置在零位上。

3．功率表要正确接入电路，要注意量程和实际读数的换算关系。 五、实验报告内容

1．根据实验填写数据表7.1。

2．绘出)(cos c f =?曲线,并分析讨论。

3．提高功率因数的意义何在？为什么并联电容能提高功率因数？ 六、预习思考 1．功率因数的概念。

L

~

2．提高功率因数的方法。

3．提高电路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？所并的电容是否越大越好？

七、仪器设备