1、电工电子学实验指导书信息学院实验中心2014 年 3 月- 1 -目 录实验一 电路基本定律 .- 2 -实验二 RC 一阶电路响应测试. - 6 -实验三 三相交流电路 .- 9 -实验四 三相异步电动机的控制 .- 12 -实验五 共射极单管放大电路 .- 15 -实验六 集成运算放大器 .- 19 -实验七 组合逻辑电路设计 .- 22 -实验八 时序逻辑电路的设计与应用 .- 25 -实验九 555 定时器及其应用 .- 29 -实验十 直流稳压电源综合实验 .- 31 - 2 -实验一 电路基本定律一、实验目的1验证基氏定律（KCL、KVL）2验证迭加定理3验证戴维南定理4加深对电流
2、、电压参考方向的理解5正确使用直流稳压电源和万用电表二、仪器设备1TPEDG2 电路分析实验箱 1 台2SA5051 台式万用表 1 台三、预习内容1认真阅读 TPEDG2 电路分析实验箱使用说明（见 PPT）2预习实验内容步骤；写预习报告，设计测量表格并计算理论值3根据 TPEDG2 电路分析实验箱设计好连接线路四、实验原理1基尔霍夫电流、电压定律及叠加定理（1）基尔霍夫电流定律（KCL）在集总电路中，任一瞬时，流向某一结点的电流之和等于由该结点流出的电流之和。图 1-1 验证基尔霍夫电流、电压定律电路原理图电路原理图及电流的参考方向如图 1-1 所示。根据 KCL，当 E1、E 2 共同作
3、用时，流入和流出结点 A 的电流应有：I 1+I2-I3=0 成立。R1 R2R3E1 E2ABI1 I2I3- 3 -（2）基尔霍夫电压定律（KVL）在集总电路中，任一瞬时，沿任一回路所有支路电压的代数和恒等于零。其电路原理图及电流的参考方向如图 1-1 所示。根据 KVL 应有：E 1-UR1-UR3=0；或 E1-UR1+UR2-E2=0；或 E2-UR1-UR2=0 成立。（3）叠加定理在线性电路中，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产生的电流（或电压）的代数和。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
4、，理想电流源所在处用开路代替，但保留它们的内阻，且电路结构不作改变。由于功率是电压或电流的二次函数，因此叠加定理不能用来直接计算功率。 电路原理图及电流的参考方向如图 1-1 所示。分别测量 E1、E 2 共同作用下的电流I1、I 2、I 3；E 1 单独作用下的电流 I1、I 2、I 3 和 E2 单独作用下的电流 I1、I 2、I 3。根据叠加原理应有：I 1=I1+ I1； I 2= I2+ I2； I 3=I3 + I3成立。2戴维南定理任何一个线性有源二端口网络，对于外电路而言，总可以用一个理想电压源和电阻的串联形式来代替。理想电压源的电压等于原二端口网络的开路电压 UOC ，其电阻
5、（又称等效电阻）等于网络中所有电压源短路、电流源开路时的入端等效电阻 Req，见图 1-2。图 1-2 戴维南定理示意图（1）开路电压的测量方法a直接测量法：当有源二端网络的等效电阻 Req 与电压表的内阻相比可以忽略不计时，可以直接用电压表测量开路电压。b零示法：在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表直接测量会造成较大误差。为了消除电压表内阻的影响，采用零示法。即用一个低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压线性有源二端网络ab等效成 +-abUOCReqVUOCReq 稳压电源- 4 -电源的输出电压与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
6、量此时稳压电源的输出电压，即为二端网络的开路电压 UOC。（2）等效电阻的测量方法a短路电流法：用电压表测得开路电压 UOC 后，将开路端短路，测其短路电流 ISC，则等效电阻Req=UOC/ISC。此方法测量简便，但可能因短路电流过大会损坏电路内部的元件，对于等效电阻较小的二端网络，一般不宜采用。b两次电压测量法：先测开路电压 UOC，再在开路端接一个已知负载电阻 RL，测 RL 两端的电压 UL，则等效电阻 。LOCeqR)1(c半电压测量法：调电位器 RL 大小，当其两端的电压等于二端网络开路电压的一半时，R L 的阻值即为等效电阻 Req 的值。d直接测量法：当二端网络的等效电阻与万用
7、表内阻相比可忽略不计时，可用万用表欧姆档直接测量二端网络的等效电阻 Req。五、实验内容与步骤1、验证基尔霍夫电流（KCL ） 、电压（KVL）定律实验线路中取的 E1=3V、E 2=6V，R 1=R2=R3=1k，连接电路，测量各支路电流及各元件两端的电压值，验证结果，自拟表格。2、验证叠加定理测量 E1、E 2 单独作用和共同作用时，各支路的电流值。数据填入表 1-1。表 1-1 验证叠加定理I1（mA） I2（mA） I3（mA）计算 测量 误差 计算 测量 误差 计算 测量 误差E1 作用E2 作用E1、 E2 作用UOCReqVRL- 5 -3、验证戴维南定理用戴维南定理测量 R3
8、支路的电流 I3。按实验原理，选择合适的测量方法测量开路电压 UOC 和等效电阻 Req 的值。然 后用直流电压源和可变电位器分别调出 UOC 和 Req 的值，再串上 R3 支路，测量 R3 支路的电流 I3。注意：1一定要接好线后再开电源，切勿带电接线。2选定参考方向后，按参考方向插入指针式万用表表笔。测量电压或电流时， 如果指针正偏，测量值为正，电压或电流的实际方向与参考方向一致；如指针反偏，则必须调换万用表表笔极性，重新测量，此时，测量值为负正，说明电压或电流的实际方向与参考方向相反。六、实验报告要求1数据分析：用你所测得的实验数据如何验证定律及定理的？2与计算值比较，分析误差原因。3
9、请回答问题：1）你是如何通过电流表的串入，测试并理解参考方向这一概念的？2）在验证戴维南定理的实验中，如果线性二端网络的内阻和你所用的万用电表内阻接近时，应选用实验原理中讲述的哪种方法测量 Req 值？ - 6 -实验二 RC 一阶电路响应测试一、实验目的1. 掌握 RC 暂态电路零状态响应、零输入响应及全响应的概念。2. 了解 RC 暂态电路构成微分电路和积分电路的条件，电路的特点及响应波形。3. 学习电路时间常数的测量方法。4. 学习用示波器观测波形，并掌握用示波器测量电压、时间等参数。二、仪器设备1TPEDG2 电路分析实验箱 1 台2TFG6040 DDS 函数信号发生器 1 台3RI
10、GOL 数字示波器 1 台三、实验原理1 RC 电路的方波响应为了用示波器观察 RC 一阶电路的暂态响应过程，通常用方波信号来代替输入阶跃信号。图 2-1（a）所示为 RC 一阶电路，如在 ui 端加入如图 2-1（b）所示的方波信号，当方波信号的脉宽 tp 满足 tp(45) 时，电容两端的响应波形如图 2-1（c）所示。图 2-1 方波激励下电容两端的响应波形图 2-1（c）中，从 t=0 开始到 t= 时间段，u i 对电容器进行充电（ab 段曲线） 。因为方波信号2T的脉宽 tp 足够宽，则 uC 两端的充电电压能够达到稳态值 Um。这样在 0 范围内 uC（t）即为零状2T态响应；从
11、 t= 开始到 t=T 时间段， ui=0，电容器两端电压 uC 由稳态值 Um 开始通过 R 放电（bc 段2T曲线） ， ui uC+Um-Um +Um-Umt t0 T0tp 2T2T Tui CR ui uCUm Umt0 T T0tp a b c(a) (b) (c) t2T 2T- 7 -图 2-2 输入正负对称方波时电容端的全响应波形在足够宽的 tp 范围内，电容器上的电荷基本全部放完，此过程即为零输入响应。若 ui 为正负对称的方波信号，此时因输入阶跃和电容初始值均不为零，则电路为全响应过程，如图 2-2 所示。2用示波器测量时间常数 在方波信号脉宽 tp 足够宽时，例如 t=
12、5 时， 电容器充电电压 uC（5 ）0.993U m，放电电压 uC（5 ）0.007U m，此时认为暂态过程已结束，电路进入到新的稳定状态，此时可用示波器测量时间常数 的值。如图 2-3 所示，在示波器显示的电容充电段波形上（ab 段） ，从t=0 开始到电容充电电压上升到 uC=0.632Um 点所对应的时间范围即是时间常数 。或者在电容放电段波形上（bc 段） ，从 t= 点电容电压从稳态值 Um 开始，下降到 uC=0.368Um 点所对应的时间范围2T即是时间常数 。3RC 电路的应用在 RC 电路中，如果改变输入方波信号的脉宽 tp 与电路时间常数 （即改变 R 和 C 的参数）
13、的比值，可以实现微分电路和积分电路。（1）微分电路电路如图 2-4（a）所示。当 tP 时，电容器充电很慢，电阻两端电压 uR 与输入电压 ui 的波形很相近， 如图 2-4（b）是所示；随着 和 tP 比值的减小，电阻两端电压 uR 的波形逐渐变成正负尖脉冲， 越小，尖脉冲越陡，如图 2-4（c ）所示。由此看出，当 RC 电路的时间常数 很小时，电阻两端的电压 uR 正比于输入电压 ui 的微分，即 ，因此称为微分电路。构成微分电路dtuRCi的条件是：（1） tP 时，电容器充电缓慢，后又经电阻缓慢放电，电容两端电压 uC 的波形逐渐变成三角波， 越大，充放电越缓慢，三角波的线性度越好，
14、如图 2-4（c）所示。由此看出，当 RC电路时间常数 很大时，电容两端的电压 uC 正比于输入电压 ui 的积分，即 ，因此dtRi1称为积分电路。构成积分电路的条件是：（1）t P（通常 5 tP） ， （2）从电容两端输出。积分电路的特点是：可以把输入的方波转换成三角波。uiCRuCui, uCt0tpuiuCtT0T / 2ui, uC图 2 - 5 （ a ） 积分电路图 2 - 5 （ b ） tP时 uC的波形 图 2 - 5 （ c ） tP时 uC的波形四、实验内容由函数信号发生器输出峰峰值 Upp3V 、频率 f1kHz （t P= =0.5ms）的方波作为 RC 电路的T
15、输入信号。固定输入方波信号的频率不变（即固定 tP= =0.5ms） ，改变电阻 R 或电容 C 的参数值，2即改变时间常数 与方波脉宽 tP 间的比值，完成以下测量。1取 R=1k，C=0.01 F，即 =RC=0.01ms，以满足 tP时 uR的 波 形 图 2-4（ c） tP 的比值，重复步骤 1 的测量过程。4根据以上测量的波形总结：在输入方波频率不变的情况下，当 RC 电路的时间常数 由小逐渐增大的过程中，电阻 uR 和电容 uC 两端波形的变化趋势？是否满足微分电路和积分电路的特点？五、实验注意事项1实验前，仔细阅读函数信号发生器和示波器的使用方法，熟练掌握示波器的测量功能。2信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起“共地” ， 以防外界干扰而影响测量的准确性。六、思考题1当输入方波信号频率升高或降低时，如保持 R、C 值不变，其响应是否改变？通过实验验证。2何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？ 它们在方波序列脉冲的激励下，其输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功用？七、实验报告根据实验观测结果，在方格纸上绘出各种参数下测量的波形曲线并标出幅值。
