河南理工大学电路上实验教材

实验一 电路元件的伏安特性测定

一、实验目的

1、 掌握几种元件的伏安特性测定方法。 2、 学习常用电工仪表的使用方法。 二、实验仪器与设备

GDDS-1型电工实验装置。 三、原理说明

任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系U=f(I)来表示，这种函数关系称为该元件的伏安特性。

1、 线性电阻元件的伏安特性曲线是通过坐标原点的直线，该直线的斜率等于该电阻器的电

阻值。

2、 非线性电阻元件的伏安特性，不服从欧姆定律，画在U-I图上是一条曲线，如二极管等

属于这一类。

mAU100V

100mAUUV1

图1 图2

四、实验内容

1、 测定线性电阻的伏安特性

按图1接线，调节直流稳压电源的输出电压，测量电流并记录。 U(V) I(mA) 0 1 2 3 4 5 6 2、 测定硅二极管的争相伏安特性 按图2接线，调节电源电压U(V) I(mA) 0 U1，记录电路、电流。注意：U≤0.7V 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.1 五、注意事项 1、 实验室，电流表要串联入电路，合理选择量程，极性不要接反。 2、 直流稳压电源输出应从小到大逐渐增加。 六、实验报告

1、根据各实验数据，在坐标轴上分别画出各个元件的伏安特性曲线。 2、分析测量误差原因。

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实验二 CCVS及VCCS受控源特性测试研究

一、实验目的

1、熟悉受控电源的基本特性

2、掌握受控源转移参数的测试方法 二、实验仪器与设备 GDDS-1型电工实验装置。

三、原理说明

1、受控源也是电源，源可以地对外电路提供能量，而受控源提供的电压或电流受其它支路电压或电流的控制。受控源一般分为四种形式：VCVS、CCVS、VCCS、CCCS。

受控源的控制端与受控端的关系式称转移函数，四种受控源的转移函数参量分别用α、gm、μ、rm表示，它们的定义如下：

（1）CCCS：α=i2/i1 转移电流比（或电流增益） （2）VCCS：gm=i2/u1 转移电导 （3）VCVS：μ=u2/u1 转移电压比（或电压增益） （4）CCVS：rm=u2/i1 转移电阻 四、实验内容与步骤

1．CCVS的伏安特性及转移电阻rm的测试

（1） 按图1接线。调节电流源输出电流I1=5mA,改变R为表1中的值，分别测量U2,I2。 mAI

图1 R(kΩ) U2(V) I2（mA） 1 2 3 4 I21UrI2mR1表1 5 6 7 8 9 ∞ （2）固定R=1kΩ，改变电流源输出为表2中的不同值，分别测出U2并计算rm。 表2 I1（mA） U2(V) 计算rm 1 2 3 4 5 2、VCCS的伏安特性及转移电导gm的测试

(1)按图2接线。调节稳压源输出电压U1=5V,改变R为表3中的值，分别测量U2,I2。

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1k

IgU2m1U 1mAUR2图2 表3 R(Ω) U2(V) I2（mA） 1k 900 800 600 400 200

(2)固定R=1kΩ,改变稳压电源输出为表4中的不同值，分别测出I2。并计算gm。

表4 U1(V) I2（mA） 计算gm 1 2 3 4 5

五、实验报告

1、用实验数据验证受控源的基本特性； 2、总结对受控源的认识。

实验三 基尔霍夫定律的研究

一、实验目的

1、加深对基尔霍夫定律的理解；

2、用实验数据验证基尔霍夫定律；加深对参考方向和实际方向以及电压、电流正负的认识。 二、实验仪器与设备 GDDS-1型电工实验装置。

三、原理说明

1、基尔霍夫电流定律（简称KCL）是：在任一时刻，流入到电路任一节点的电流总和等于从该节点流出的电流总和，换句话说就是在任一时刻，流入到电路任一节点的电流的代数和为零，即∑I=0。

2、基尔霍夫电压定律（简称KVL）：在任一时刻，沿闭合回路电压降的代数和总等于零。把这一定律写成一般形式即为∑U=0。 四、实验内容与步骤

1KΩ

300Ω b

I

c I2 I1 I3 a

+

E=10V 100Ω -

a＇ IS IA c＇

d 200Ω 300Ω - 3 -

1、按图接线，验证基尔霍夫电流定律 支路电流 测量值（mA） 计算值(mA) I1 I2 I3 对于节点b：∑I= 对于节点d：∑I= 2、验证电压定律 电压 测量值（V） 计算值（V） Uab Ubc Ucd Uda＇ Ubd E 对于回路abcc＇da＇a：∑U= 对于回路abda＇a：∑U= 五、注意事项

参考方向和实际方向的区别；电压、电流正负的不同。 六、实验报告

1、根据基尔霍夫定律及电路参数计算出各支路电流及电压； 2、计算结果与实验测量结果进行比较，说明误差原因。

实验四 电压源与电流源的等效转换

一、实验目的

1、了解理想电流源与理想电压源的外特性；

2、验证电压源与电流源互相进行等效转换的条件。 二、实验仪器与设备 GDDS-1型电工实验装置。

三、原理说明

1、在电工理论中，理想电源有理想电压源和理想电流源，理想电流源在接上负载后，当负载电阻变化时，该电源供出的电流能维持不变，理想电压源接上负载后，当负载变化时其输出电压保持不变，它们的电路图符号及其特性见图4-1。

IS 0 R

R

US - IS + 图4-1 （a）理想电流源 （b）理想电压源

在工程实际上，绝对的理想电源是不存在的，但有一些电源其外特性与理想电源极为接近，因此，可以近似地将其视为理想电源。理想电压源与理想电流源是不能互相转换的。

ES

R0 U I R

IS R0 U R

图4-2

- 4 -

图4-3

2、实际电压源用一个理想电压源ES与一电阻R0串联组合来表示，如图4-2所示；实际电流源用一个理想电流源IS与一电阻R0并联的组合来表示，如图4-3所示；它们向同样大小的负载供出同样大小的电流，而电源的端电压也相等，即实际电压源与其等效电流源有相同的外特性。

一个实际电压源与实际一个电流源相互进行等效转换的条件为：

IS=ES/R0 或ES=ISR0 四、实验内容与步骤

mAImAIVUISVURUSR

图 4.4 图4.5

mAImAIVUIRVUSR00RUSR

图 4.6 图 4.7

1、测量理想电流源的外特性

本实验采用的电流源，当负载电阻在一定的范围内变化时（即保持电流源两端电压不超出额定值），电流基本不变，即可将其视为理想电流源。

按图4-4接线。改变电阻值，测出“输出”两端钮间电压，即得到外特性曲线。 调节电流源输出电流至10mA，然后改变R测I、U。 电阻R(Ω) 电流I(mA) 电压U(V) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 2、测量理想电压源的外特性

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当外接负载电阻在一定范围内变化时电源输出电压基本不变，可将其视为理想电压源。按图4-5接线。实验时不能使R=0（短路），否则电流过大。调节U至10V，然后改变R测I、U。 电阻R(Ω) 电压U(V) 电流I(mA) 100 200 300 400 500 600 700 800 900 3、 验证实际电压源与电流源等效转换的条件

按图4-6接线.。在理想电流源（IS=10mA） “输出”端钮间并联一电阻R0，例如，200欧，从而构成一个实际电流源，将该电流源接至负载R（电阻箱），改变电阻值，即可测出该电流源的外特性。

按图4-7接线.。根据等效转换的条件，将电压源的输出电压调至ES=IS R0，并串接一个电阻R0，从而构成一个实际电压源，将该电压源接到负载R一电阻箱，改变电阻箱的电阻值即可测出该电压源的外特性。在两种情况下负载电阻R相同值时可比较是否具有相同的电压与电流。

实际电流源 IS= 10mA R0=200 电阻R(Ω) 电流I(mA) 电压U(V) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 等效电压源 ES= R0= 电阻R(Ω) 电流I(mA) 电压U(V) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 五、实验报告

1、绘出所测电流源及电压源的外特性曲线； 2、从实验结果，验证电压源和电流源是否等效。

实验五 叠加定理

一、实验目的

1、通过实验来验证线性电路中的迭加原理以及其适用范围； 2、学习直流仪器仪表的测试方法。 二、实验仪器与设备 GDDS-1型电工实验装置。

三、原理说明

叠加原理指出：在有多个源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。 四、实验内容与步骤

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RF2 R1I1I3AI2 500B 300U1+-K1K2+-U2 100 R RE34 RD5 200 300C

实验线路如图所示。

1. 将两路稳压源的输出分别调节为12V和6V，接入U1和U2处。 2. 令U1电源单独作用（将开关K1投向U1侧，开关K2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的电压，数据记入表中。 测量项目 实验内容 U1单独作用 U2单独作用 U1、U2共同作用 U1 (V) 0 U2 (V) 0 I1 (mA) I2 (mA) I3 (mA) UAB (V) UCD (V) UAD (V) UDE (V) UFA (V) 3. 令U2电源单独作用（将开关K1投向短路侧，开关K2投向U2侧），重复实验步骤2的测量和记录，数据记入表中。

4. 令U1和U2共同作用（开关K1和K2分别投向U1和U2侧）， 重复上述的测量和记录，数据记入表中。

五、实验注意事项

1. 用电流插头测量各支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性，正确判断测得值的＋、－号后，记入数据表格。 2. 注意仪表量程的及时更换。 六、实验报告

1. 根据实验数据表格，进行分析、比较，归纳、总结实验结论，即验证线性电路的叠加性。

2. 各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？ 试用上述实验数据，进行计算并作结论。

3.心得体会及其他。

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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，加深对该定理的理解。 2、掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。 3、熟悉负载获得最大功率传输的条件与应用。 二、实验仪器与设备 GDDS-1型电工实验装置。

三、原理说明

任何一个线性网络，如果只研究其中的一个支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作一个含源一端口网络，而任何一个线性含源一端口网络对外部电路的作用，可用一个等效电压源来代替，该电压源的电动势ES等于这个含源一端口网络的开路电压UK，其等效内阻RS等于这个含源一端口网络中各电源均为零时（电压源短接，电流源断开）无源一端口网络的入端电阻R，这个结论就是戴维南定理。

四、实验内容与步骤

实验线路如图所示。

1. 用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的Uoc、R0。按图 (a)接入稳压电源Us=10V和恒流源Is=5mA，不接入RL。测出UOc和Isc,并计算出RS。（测UOC时，不接入mA表。）

UOC(V) ISC(mA) RS=UOC/ISC(Ω) 2. 负载实验 按图 (a)接入R，改变R阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。 R(kΩ) I(mA) U(V) 0 0.2 0.3 0.4 0.6 0.8 1.0 ∞ 五、实验报告

1. 根据步骤2、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所测得的开路电压UOC和短路电流ISC，计算有源二端网络的等效内阻，与用电路分析的方法计算所得二端网络内阻进行比较。并分析产生误差的原因。 3.心得体会及其他。

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五、实验报告

1、完成实验测试和计算数据列表；

实验七 三表法测量交流线圈参数

一、实验目的

（1）学习用功率表、电压表、电流表测定交流电路元件等效参数的方法 （2）掌握功率表的使用方法 二、实验线路图1

图1

220V 50HZ * W * A V 被测Z 元件 由功率表W测量一端口网络Z的功率P，电压表、电流表分别测量Z的电压与电流，如果Z的阻抗为感性，则有：

Z=

UP cosφ= IUI 由上式可计算等值参数

R'=|Z|cosφ L'=XL/ω=|Z|sinφ/ω

三、实验注意事项

（1）按图1接好线路，功率表同名端连在一起，电流量限可选0.4A，电压量选50V。 （3）输出电压逐渐增加，增加过程中随时观察电流表与电压表，显示值不超过功率表量限。

四、实验数据 直 接 测 量 值 U（V）

五、注意事项

（1）功率表的同名端按标准接法联连在一起，否则功率表中指针表反偏而数字表无显

示。

（2）使用功率表测量时必须正确选定电压量限与电流量限，否则功率表将有不适当显

示。

中 间 计 算 量 Z（Ω） cosφ φ 参数 R（Ω） L I（A） P（W） - 9 -

实验八 日光灯电路及功率因数的提高

一、实验目的

1、了解日光灯电路的工作原理。 2、了解提高功率因数的方法和意义。 二、实验仪器与设备

GDDS-1型电工实验装置。 三、原理说明

1、日光灯的工作原理

日光灯电路由灯管、启辉器和镇流器三个元件组成。当接通电源后，启动器内发生辉光放电，双金属片受热弯曲，触点接通，将灯丝预热使它发射电子，启动器接通后辉光放电停止，双金属片冷却，又把触点断开，这时镇流器感应出高电压加在灯管两端使荧光灯管放电，产生大量紫外线，灯管内壁的荧光粉吸收后辐射出可见的光，荧光灯就开始正常工作，启动器相当一只自动开关，能自动接通电路（加热灯丝）和开断电路（使镇流器产生高压，将灯管击穿放电）。镇流器的作用除了感应高压使灯管放电外，在荧光灯正常工作时，起电流的作用，镇流器的名称也由此而来，

2、提高功率因数的方法和意义

在电力系统中，当负載的有功功率一定，电源电压一定时，功率因数越低，线路中的电流就越大，使线路压降、功率损耗增大，也使电源设备得不到充分利用。提高功率因数的方法是在负载两端并联电容器，让电容器的无功功率来补偿感性负载消耗的无功功率以减小线路总的无功功率，来达到提高功率因数的目的。 + UL - * IG * W L C3 IGL+ II3 IC S 220V UA I2 = IGR IC2 A C C1 +II1 U I Ic1 Ic2 Ic3 ~ (a)

- 10 - 图1

(b)

四、实验内容与步骤

按图1接好线路，改变电容箱的电容值为表中各值，分别测电压UL、UA和电流I、Ic、IG、功率P及功率因数cosφ各值。 电容 0 1(μF) 2(μF) 3(μF) 4(μF) 5(μF) 6(μF) 总电压 220 220 220 220 220 220 220 UL(V) UA(V) 总电流(mA) Ic(mA) IG(mA) 功率P cosφ 五、实验报告 1、完成上述实验数据测试，并列表记录； 2、绘出总电流I=f(c)曲线，并分析讨论； 3、说明功率因数提高的意义。

实验九 三相交流电路的研究

一、实验目的

1、学会三相负载星形和三角形的连接方法，掌握两种接法的线电压和相电压、线电流和相电流的测量方法。

2、观察分析三相四线制中，当负载不对称时中线的作用。 二、实验仪器与设备

GDDS-1型电工实验装置。 三、原理说明

1、三相负载可接成星形（又称“Ｙ”接）或三角形(又称\"△\"接)。当三相对称负载作Y形联接时，线电压UL是相电压Up的3倍。线电流IL等于相电流Ip，即 UL＝3UP， IL＝Ip

在这种情况下，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△形联接时，有IL＝3Ip， UL＝Up。

2、不对称三相负载作Y联接时,必须采用三相四线制接法，即Yo接法。而且中线必须牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压维持对称不变。

倘若中线断开，会导致三相负载电压的不对称，致使负载轻的那一相的相电压过高，使负载遭受损坏；负载重的一相相电压又过低，使负载不能正常工作。尤其是对于三相照明负

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载，无条件地一律采用Y0接法。

3、当不对称负载作△接时，IL≠3Ip，但只要电源的线电压UL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。 四、实验内容与步骤

1、三相负载星形联接（三相四线制供电）

按图3-1接线，将三相负载连成星形接法，接至三相电源，调压器调到别测线电压、相电压、线电流、相电流和中线电压、电流并记入表中。

110V,分

测量数据 实验内容 （负载情况） Y0接平衡负载 Y接平衡负载 Y0接不平衡负载 Y接不平衡负载 开灯盏数 线电流（A） IB IC A B C IA 相 相 相 3 3 1 1 3 3 2 2 3 3 3 3 中线电流UAB UBC UCA UA0 UB0 UC0 I0 (A) 线电压（V） 相电压（V） 中点电压UN0 (V) 2、三相负载三角形联接（三相三线制供电）

按图3-2接线，将三相负载连成三角形接法，接至三相电源，调压器调到测线电压、相电压、线电流和相电流并记入表中。 测量数据 负载情况 三相平衡 三相不平衡 A-B相 B-C相 C-A相 110V,分别

开 灯 盏 数 线电压=相电压（V） 线电流（A） 相电流（A） UAB UBC UCA IA IB IC IAB IBC ICA 3 1 3 2 3 3 五、实验报告

1、完成上述实验数据测试，用实测数据验证对称三相电路中的3关系； 2、用实验数据和观察到的现象， 总结三相四线供电系统中中线的作用。

3、不对称三角形联接的负载，能否正常工作？ 实验是否能证明这一点？

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