电工学实验

指导书

（机械类专业使用）

新疆石河子大学机械电气工程学院

二零二二年三月

前言

电工学实验是学习电工学的重要实践环节，其目的在于通过实验来验证和研究所学理论，增强感性认识以促进认识的深化，培养学生科学的分析能力，使学生掌握电工学实验的操作方法和基本技能。

为了培养学生独立分析问题和解决问题的能力、动手操作能力以及更有效的完成每项实验，要求学生在实验前必须作充分预习。除复习与实验有关的理论，还要认真研究实验指导书，了解实验目的、内容、弄清实验原理、实验接线、操作方法和步骤、应测试记录的数据以及实验过程中要注意的问题，要求学生实验前心中有数。

本指导书由李宏伟、聂晶、岑红蕾编写，由于编者学识有限，时间仓促，书中不妥之处，请读者批评指正。

实验学生守则

实验时应保证人身安全，设备安全，爱护国家财产，培养科学作风。为此，应遵守下列守则：

1、          严守纪律，按时开始实验。做完实验得到教师许可后再离开实验室。

2、          接通电源前必须请指导教师检查电路。

3、          严禁带电拆线、接线。

4、          非本次实验用的设备器材，未经教师许可不得动用。

5、          发生事故要保持镇定，迅速切断电源，并向教师报告。

6、          若自己增加实验内容，须事先征得教师同意。

7、          保持实验室整洁、安静，实验室内不得吸烟、喧哗，乱扔杂物，实验台上严禁放书包，衣物。

8、          实验如未通过，必须补做。

目录

实验一  电压源与电流源的等效变换----------------------

实验二  电路基本定理与常用定理------------------------

实验三  单相交流电路----------------------------------

实验四  三相交流电路---------------------------------

实验五  三相鼠笼式异步电动机的简单控制----------------

实验六  三相电灯组功率测量的继电接触控制--------------

实验七  单管电压放大电路------------------------------

实验八  集成运算放大器基本应用------------------------

实验九  组合逻辑电路------------------------

实验十  时序逻辑电路------------------------------

实验十一 555定时器------------------------------------

实验一 电压源与电流源的等效变换

一、实验目的

1、掌握电源外特性的测试方法。

2、掌握电流源和电压源进行等效变换的条件。

二、原理说明

1、理想电流源的电流与其端电压无关，电流总保持某一恒定值。它具有两个基本性质。

a.理想电流源的电流IS的函数是固定的，不因其联接的外电路不同而改变。

b.理想电流源的端电压不由它本身决定，而由与之相联接的外电路确定，其伏安特性如图1-1所示。实际的电流源可以用一个理想电流源IS和一个内阻RS并联的电路模型来表示。实际的电流源的模型及其伏安特性如图1-2所示。

      图1-1                         图1-2

2、理想电压源的电压与其端电流无关，电压总保持某一恒定值，它具有两个基本性质。

a．理想电压源的电压ES的函数是固定的，不因其联接的外电路的不同而改变。

b．理想电压源的端电流不由它本身决定，而由与之联接的外电路确定，其伏安特性如图1-3所示，实际的电压源可以用一个理想电压源ES和一个内阻RS串联的电路模型来表示，实际的电压源的模型及伏安特性如图1-4所示。

图1－3                         图1－4

3、电源的等效变换

一个实际的电源，就其外部特性而言，既可以看成是一个电压源，又可以看成是一个电流源。若视为电压源，则可用一个理想的电压源ES与一个电阻RS相串联的组合来表示；若视为电流源，则可用一个理想电流源IS与一个电导GS相并联的结合来表示，若它们向同样大小的负载供出同样大小的电流和端电压，则称这两个电源是等效的，即具有相同的外特性。

一个电压源与一个电流源等效变换的条件为

如下图1-5所示

图1－5

三、实验所用仪表和仪器

1、电工技术实验装置   2、万用表

四、实验内容

1、测定电压源的外特性

（1）按图1-6（a）接线，ES为+6V直流稳压电源，视为理想电压源，RL为可调电阻箱，调节RL阻值，记录电压表和电流表读数。

       图1－6（a）                             图1－6（b）

表1-1

（2）按图1-6（b）接线，虚线框可模拟为一个实际的电压源，调节RL阻值，记录两表读数。

表1-2

2、测定电流源的外特性。

按图1-7接线，IS为直流恒流源，视为理想电流源，调节其输出为5mA，令RS分别为1KΩ和∞，调节RL阻值，记录这两种情况下的电压表和电流表的读数。

图1－7

RS=1KΩ

RS=∞

3、电源等效变换的条件

           图1－8（a）                   图1－8（b）

按图1-8（a）线路接线，首先读取图1-8（a）线路两表的读数，然后调节图1-8（b）线路中恒流源IS（取R0=RS），令两表的读数与图1-8（a）的数值相等，记录IS之值，验证等效条件的正确性。

五、实验注意事项

1、在测试电压源外特性时，不要忘记测空载时的电压值，在改变负载时，不容许负载短路。测试电流源外特性时，不要忘记测短路时的电流值，在改变负载时，不容许负载开路。

2、换接线路时，必须关闭电源开关。

3、直流仪表的接入应注意极性与量程。

六、思考题

1、分析理想电压源和电压源（理想电流源和电流源）输出端发生短路（开

路）情况时，对电源的影响。

2、电压源与电流源的外特性为什么呈下降变化趋势，理想电压源和理想电流源的输出在任何负载下是否保持恒值？

七、实验报告

1、列表记录实验数据(附上实验电路图)。

2、根据实验数据绘出电源的四条外特性，并总结，归纳各类电源的特性。

3、从实验结果，验证电源等效变换的条件。

4、完成思考题。

实验二 电路基本定理及常用电路

一、实验目的

1、验证基尔霍夫定律、叠加定理和戴维宁定理的正确性，加深对各定理的理解。

2、掌握万用表的正确使用方法。

二、原理说明

1、基尔霍夫定律：基尔霍夫定律是电路理论最基本也是最重要的定理之一。它概括了电路中电流和电压分别应遵循的规律。基尔霍夫定律的内容有二，即基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。

KCL方程：“在集总电路中，任何时刻对任一节点，所有支路电流的代数和恒等于零。”即∑I=0，基尔霍夫电流定律是电流连续性的体现。

KVL方程：“在集总电路中，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∑V=0，基尔霍夫电压定律实质上是电压与路径无关这一性质的体现。

2、叠加定理：在线性网络中，多个激励同时作用时的总响应等于每个激励单独作用时引起的响应之和。所谓某一激励单独作用，就是除了该激励外，其余激励为零值，为零值的激励若是电压源，则相应的电压源处用短路替代，若为电流源，则在相应的电流源处用开路替代，而它们的内阻或内电导必须保留在原电路中。

3、戴维宁定理：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ES等于这个有源二端网络的开路电压U0C，其等效内阻RS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。

4、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正开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压U0C，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

（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2-1所示，根据外特性曲线求出斜率tgΦ，则内阻

用伏安法，主要是测量开路电压及电流为额定值IN时的输出端电压值UN­，则内阻为

若二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路。

图2-1                          图2-2

（3）半电压法

如图2-2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）即为被测有源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2-3所示。

图2-3

零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测二端网络进行比较，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。

三、实验所用仪表和仪器

1、电工技术实验装置

2、数字万用表

四、实验内容

1.基尔霍夫定律

利用DGJ-03实验挂箱上的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路，按图2-4接线。

（1）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接入电路，令U1＝3V，U2＝6V。（先调准输出电压值再接入实验线路中。）

（3）熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接至直流数字毫伏表的“+”、“—”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,添入

表2-1中。

（5）以图2-4中的E点作为电位的参考点，分别测量各点的电位值V及相邻两点之间的电压值，数据列于表2-2中。以A点作为参考点，重复实验内容5的测量，测得数据列于表2-2中。

                  表2-1

表2-2

2.    叠加定理

利用DGJ-03实验挂箱上的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路，按图2-4接线。

（1）将两路稳压源U1和U2的输出分别调节为3V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投向短路侧开关，K3投向330Ω）。用直流毫安表（接电流插头）测量各支路电流，数据记入表2-3。

　　                            表2-3

（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，开关K3投向330Ω），重复实验步骤2的测量和记录，数据记入表2-3。

（4）根据叠加原理，计算U1和U2共同作用时各支路电流I1、I2、I3数据记入表2-3中。

    3.戴维宁定理

利用DGJ-03实验挂箱上的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路，按图2-4接线。

（1）用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的U0C和RS。

按图2-4电路接入稳压电源，测定U0C和RS。

（2）负载实验

按下图改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性。

五、扩展实验

1.根据以下电路图，利用实验台的元器件，自行连接电路，完成基尔霍夫电流、电压定理的验证。

（1）对B、C点验证KCL；

（2）对中间ABCGA,ABDEA两个回路验证KVL

2.根据以下电路图，利用实验台的元器件，自行连接电路，完成叠加理的验证。

（1） 验证IBC，ICG；

（2） 验证UBC,，UCG。

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

六、实验注意事项

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．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。

3．防止电源两端碰线短路。

4．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，此时指针正编，但读得的电流值必须冠以负号。

七、实验报告

1. 列表记录实验数据(附上实验电路图)。

2. 根据实验数据，选定节点A，验证KCL的正确性。

3. 根据实验数据，选定实验电路中的三条闭合回路，验证KVL的正确性。

4．根据实验数据表格，进行分析、比较，归纳、总结线性电路的叠加性。

5．各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？

6．在叠加原理实验中，要令U1、U2分别单独作用，应如何操作？可否直接将不作用的电源（U1或U2）短接置零？

7. 根据戴维宁定理步骤2，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。

实验三 单相交流电路

一、实验目的

1、了解日光灯电路。

2、加深理解交流电路中电压、电流及功率之间的关系（相位和数量关系）。

3、理解并掌握感性负载并联电容器对提高功率因数的意义。

4、学习功率表的使用方法。

二、原理说明

日光灯电路：日光灯电路由灯管、启动器和镇流器组成，接线如图1-1所示，灯管是光源，它的起辉电压约400V~500V，起辉后灯管两端电压在110V左右，因此，不能直接接到220V电源使用，启动器相当于一个自动开关，通交流220V电压后，启辉器两端发热自动接通，使灯管两端的灯丝通电加热，此时辉光发热停止，启动器自动断开瞬间，由楞决定律可知，电感线圈将产生自感电动势阻碍电流变化，并同电路叠加形成一个高电压（400—600V），使灯管起辉，进入工作状态。日光灯起辉后，镇流器起降压和限流作用。由于电路中有线圈，所以日光灯是感性负载，功率因数在0.5~0.6左右。

功率因数的提高：日光灯电路是感性负载，功率因数在0.5~0.6左右，为了提高功率因数，常用电容补偿法，即在负载两端并联补偿电容器。

图                                           

                             图3-1

三、实验所用仪表和仪器

电工技术实验装置

四、实验内容

1．了解日光灯线路及组成元件。

2．了解交流功率表的接线特点。

3．按图3-2组成实验线路，先不接电容器，检查电路接线无误后，接通电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止，测量有关电量记入下表3-1中。

图3-2

表3-1

4.按图3-2组成实验线路，接上电容器，检查电路接线无误后，接通电源，测量有关电量记入下表3-2，改变电容值进行重复测量。

表3-2

五、实验注意事项

1、本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。

2、在接通电源前，应先将自耦调压器手柄置在零位上。

3、功率表要正确接入电路，读数时要注意量程和实际读数的折算关系。

4、如线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好。

六、实验报告

1、列表记录实验数据(附上实验电路图)，分析实验数据，总结日光灯交流电路中的电压、电流、功率特点，以及感性负载功率因数提高的特点；

2、为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时电感元件上的电流和功率是否改变？

3、提高电路功率因数为什么只采用并联电容器法？用串联法呢？所并联的电容器是否越大越好？

4、在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时，人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮；或用一只启辉器在点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？

实验四  三相交流电路

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、相电压及线、相电流之间的关系。

2. 充分理解三相四线制供电系统中中线的作用。

3.掌握用一瓦特表法，二瓦特法测量三相电路的有功功率及无功功率的方法。

二、测量原理

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的倍。线电流IL等于相电流Ip，即UL＝，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＝Ip，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载，无条件地一律采用Y0接法。

3. 当不对称负载作△接时，IL≠Ip，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。

4.对于三相四线制供电的三相星形联接的负载（即YO接法），可用一只功率表测量各相的有功功率PA、PB、PC，三相功率之和为P=PA+PB+PC即为三相负载的总有功功率（所谓一瓦特表法就是用一只单相功率表去分别测量各相的有功功率）。实验线路如图4-1所示。若三相负载是对称的，则只需测量一相的功率即可，该相功率乘以3即得三相总的有功功率。

            图4－1                         图4－2

     5．三相三线制供电系统中，不论三相负载是否对称，也不论负载是Y接法还是△接法，都可用二瓦特表测量三相负载的总有功功率。测量线路如图4-2所示。

若负载为感性或容性，且当相位差>600时，线路中的一只功率表指针将反偏（对于数字式功率表将出现负读数），这时应将功率表电流线圈的两个端子调换（不能调换电压线圈端子），而读数应记为负值。

图4-2中二瓦特表法中两只功率法的接法是（iA，UAC）与（iB，UBC），此外，还有另外两种连接方法，它们是（iB，UBA）与（iC，UCA）及（iA，UAB）与（iC，UCB）。

6．对于三相三线制供电的三相对称负载，可用一瓦特表法测得三相负载的总无功功率Q，测试原理电路如图3-3所示。

                     图4－3

图示功率表读数的倍，等于对称三相电路总的无功功率。除了上图给出的一种连接法（IA、UBC）外，还有另外两种连接法，即接成（IB，UAC）或（IC，UAB）。

三、实验所用仪表和仪器：电工技术实验装置

四、实验内容

1. 三相负载星形联接（三相四线制供电）

按图34-4线路组接实验电路。即三相灯组负载经三相自耦调压器接通三

相对称电源。经指导教师检查合格后，方可开启实验台电源，然后调节调压器的输出，使输出的三相线电压为220V，并按下述内容设计各项实验，分别测量三相负载的线电压、相电压、线电流、相电流、中线电流、电源与负载中点间的电压。将所测得的数据记入表4-1中。

图4-4

2．负载三角形联接（三相三线制供电）

按图4-5改接线路，经指导教师检查合格后接通三相电源，并调节调压器，使其输出线电压为220V，并按表4-2的内容设计并进行测试。

图4-5

                    表4－1 注：Y0是负载星形联接有中性线，Y是负载星形联接无中线

                         表4-2

3.用一瓦特表法测定三相对称YO接法以及不对称YO接负载的总功率为P。

按图4-6线路接线，线路中的电流表和电压表用以监视三相电流和电压，不得超过功率表电压和电流的量限。

                            图4－6

经指导教师检查后，接通三相电源，调节调压器输出，使输出线电压为220V，测量时首先将三表按图4-6接入某一相（如B相）进行测量，然后分别将三个表换接到A相和C相，再进行测量，记录并进行计算。

表4-3

4．用二瓦特表法测定三相负载的总功率

⑴按图4-7接线，将三相灯组负载接成Y形接法。

                             图4－7

经指导教师检查后，接通三相电源，调节调压器的输出电压为220V，按表格要求进行测量及计算。

⑵将三相灯组负载改接成△形接法，按表格要求进行测量及计算。

表4-4

五、实验注意事项

每次实验完毕，均需将三相调压器旋柄调回零位，每改变线路，均需断开三相电源，确保人身安全。

六、思考题

1、自学二瓦特表法测量三相电路有功功率的原理；

2、画出用二瓦特表法测定三相负载总功率的另外两种连接方法的电路图；

七、实验报告

1、列表记录实验数据(附上实验电路图)，分析实验数据，总结星形三相负载在对称及不对称两种情况下线、相电流以及线、相电压的特点；

2、分析星形三相负载在不对称情况下，中线电流及中点电压的变化情况；

3、分析实验数据，总结三角形三相负载在对称及不对称两种情况下线、相电流以及线、相电压的特点。

4、列表记录实验数据(附上实验电路图)，完成数据表格中的各项测量和计算任务，比较一瓦特表和二瓦特法的测量结果。

5、总结、分析三相电路功率测量的方法和结果。

实验五  三相鼠笼式异步电动机的简单控制

一、实验目的

　　1. 通过对三相鼠笼式异步电动机点动控制、自锁控制线路和正反转控制线路的实际安装接线，掌握由电气原理图变换成安装接线图的知识。

2.通过实验进一步加深对电气控制系统各种保护、自锁、互锁等环节的理解。

3. 学会分析、排除继电--接触控制线路故障的方法。

二、预习要点

1．分析什么叫点动，什么叫自锁；

2．控制电路中各个电器如Q1、FU、KM、FR、SB各起什么作用，已经使用了熔断器为何还要使用热继电器，已经有了开关为何还要使用接触器；

3．考虑如何实现既可点动控制又可自锁控制。

4. 在控制线路中,短路、过载、失、欠压保护等功能是如何实现的；

5.在鼠笼机正反转控制线路中，如何改变电动机的旋转方向；

6.电动机的正反转控制线路中，为什么要保证两个接触器不能同时工作，如何实现；电气互锁以及机械互锁又是如何实现的。

三、实验仪器与仪表

四、实验内容

认识各电器的结构、图形符号、接线方法；抄录电动机及各电器铭牌

数据；鼠笼机接成Y接法；实验线路电源端接三相自耦调压器输出端U、V、

W，供电线电压为380V。

 1．点动控制

按图5-1点动控制线路进行安装接线，接线时，先接主电路，即从220v三相交流电源的输出端U、V、W开始，经接触器KM的主触头，热继电器FR的热元件到电动机M的三个线端A、B、C，用导线按顺序串联起来。主电路连接完整无误后，再连接控制电路，即从380V三相交流电源某输出端(如V)开始，经过常开按钮SB1、接触器KM的线圈、热继电器FR的常闭触头到三相交流电源另

一输出端(如W)。显然这是对接触器KM线圈供电的电路。接好线路，经指导教师检查后，方可进行通电操作。

                           图5-1

2. 自锁控制电路

                                 图5-2

3．既可点动又可自锁控制线路

图5-3

4. 接触器联锁的正反转控制线路

图5-4

按图5-4接线，经指导教师检查后，方可进行通电操作。

(1) 开启控制屏电源总开关，按启动按钮，调节调压器输出，使输出

线电压为380V。

(2) 按正向起动按钮SB1，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。

    (3) 按反向起动按钮SB2，观察并记录电动机和接触器的运行情况。

(4) 按停止按钮SB3，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。

    (5) 再按SB2，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。

(6) 实验完毕，按控制屏停止按钮，切断三相交流电源。

5．接触器和按钮双重联锁的正反转控制线路

按图5-5接线，经指导教师检查后，方可进行通电操作。

(1) 按控制屏启动按钮，接通380V三相交流电源。

(2) 按正向起动按钮SB1，电动机正向起动，观察电动机的转向及接触器的动作情况。按停止按钮SB3，使电动机停转。

    (3) 按反向起动按钮SB2，电动机反向起动，观察电动机的转向及接触器的动作情况。按停止按钮SB3，使电动机停转。

    (4) 按正向(或反向)起动按钮，电动机起动后，再去按反向(或正向)起动按钮，观察有何情况发生？

    (5) 电动机停稳后，同时按正、反向两只起动按钮，观察有何情况发生？

实验完毕，将自耦调压器调回零位，按控制屏停止按钮，切断实验线路电源。

五、故障分析

    1、接通电源后，按起动按钮(SB1或SB2)，接触器吸合，但电动机不转且发出“嗡嗡”声响；或者虽能起动，但转速很慢。这种故障大多是主回路一相断线或电源缺相。

    2、接通电源后，按起动按钮(SB1或SB2), 若接触器通断频繁，且发出连续的劈啪声或吸合不牢，发出颤动声，此类故障原因可能是：

(1)    线路接错，将接触器线圈与自身的动断触头串在一条回路上了。

(2)    自锁触头接触不良，时通时断。

(3)    接触器铁心上的短路环脱落或断裂。

(4) 电源电压过低或与接触器线圈电压等级不匹配。

六、实验报告

1. 画出各控制线路及相应的工作原理流程图。
2. 回答以下问题：

（1）试比较点动控制线路与自锁控制线路从结构上及功能上看主要区别是什么？

（2）自锁控制线路在长期工作后可能出现失去自锁作用。试分析产生的原因是什么？

（3）交流接触器线圈的额定电压为220V，若误接到380V 电源上会产生什么后果？反之，若接触器线圈电压为380V，而电源线电压为220V，其结果又如何？

（4）在主回路中，熔断器和热继电器热元件可否少用一只或两只？熔断器和热继电器两者可否只采用其中一种就可起到短路和过载保护作用？为什么？

（5）图5-4虽然也能实现电动机正反转直接控制，但容易产生什么故障，为什么？图5-5比5-4有什么优点？

(6)接触器和按钮的连锁触点在继电接触中起到什么作用？

实验六   三相电灯组功率测量的继电接触控制

一、实验目的

1．通过对三相电灯组继电接触控制的接线，加深对三相负载继电接触控制线路的了解。

2．进一步加深学生对三相负载功率测量的动手能力和理解能力。

二、预习要点

1. 如何用三相电灯组继电接触控制的星、角控制。

三、实验所用仪表和仪器

四、实验内容

（1） 将U1 V1 W1三相调压电源的线电压调至UL= 220 V；

（2）三相电源UV间的线电压为380V；

（3）按照下图，连接主电路和控制电路，注意主电路和控制电路的电源电压不一致，主电路为线电压220V，控制电路为线电压380V；

（4）按下SB1按钮，使灯泡连接成Y形，测三相总功率，填入表6-1；

（5）按下SB2按钮，使灯泡连接成△形，测三相总功率，填入表6-1。

                                  图6-1

表6-1 实验数据表

五、实验报告

1. 画出图6-1的运行原理流程图。

实验七 单管电压放大电路

一、实验目的

1、熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。

2、学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。

3、掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。

图7-1 共射极单管放大器实验电路

二、实验设备与器件

1、模拟电路实验箱      2、直流稳压电源

3、数字存储示波器      4、函数信号发生器

5、数字万用表

三、实验内容

实验电路如图7-1所示，各电子仪器可按图7-1所示方式连接。注意：为防止干扰，各仪器的公共端必须连在一起，同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应用专用电缆线或屏蔽线，如使用屏蔽线，则屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上。

1、静态工作点调试

接通直流电源前，先将RW调至最大，信号发生器输出旋钮旋至零。接通+12V电源，调节RW，使Vc=6-7V，用直流电压表测量VB、VE、VC，并用万用电表测量RB1值，记入表7-1。

表7-1 静态工作点测量结果

2、电压放大倍数测量

将F点与H点连接，电路中电阻与集电极连接。在放大器输入端加入频率为1KHZ的正弦信号US，调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压Ui5mV，同时用示波器观察放大器输出电压UO波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述六种情况下的UO值，并用双踪示波器观察UO和Ui的相位关系，记入表7-2。

表7-2 电压放大倍数测量结果

同理分别测试F点与GND点连接和F点悬空时ui1、uo1波形,测试相应的有效值Ui1和Uo1，并用示波器观察uo1波形与RL的关系，将以上结果填入表7-3中。

表7-3  放大电路的放大倍数（f=1kHz）

3、观察静态工作点对输出波形失真的影响

将F点与H点连接，负载RL断开。函数信号发生器输出调为正弦波，频率为1KHz，幅值调至1V。函数信号发生器接入us点。

将示波器CH1连接us，CH2连接ui1，CH3连接输出电压uo1波形。

增大RP1，UB1减小，测试波形截止失真，将uo1波形结果填入表2-4中。撤掉输入信号us，测量此时的UB1并记入表7-4中。

减小RP1，UB1增大，测试波形饱和失真，将uo1波形结果填入表2-4中。撤掉输入信号us，测量此时的UB1并记入表7-4中。

加大us的幅值并调整RP1，直到波形正负半周都有削顶，观察波形失真情况并记入表7-4中。

表7-4  静态工作点对输出电压波形的影响

四、实验注意事项

1、要爱护实验设备，不得损坏各种零配件。不要用力拉扯连接线，不要随意插拔元件。

2、实验前应先将稳压电源空载调至所需电压值后，关掉电源再接至电路，实验时再打开电源。改变电路结构前也应将电源断开。应保证电源和信号源不能出现短路。

3、实验过程中保持实验电路与各仪器仪表“共地”。

五、实验思考题

1、测试中，如果将函数信号发生器、示波器中任一仪器的二个测试端子接线换位（即各仪器的接地端不再连在一起），将会出现什么问题？

2、当调节偏置电阻RP1，使放大器输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管的管压降UCE怎样变化？

3、改变静态工作点对放大器的输入电阻ri有否影响？改变外接电阻RL对输出电阻r0有否影响？

4、调试电路的静态工作点时，电阻Rb1为什么需要用一只固定电阻与可调电阻相串联？

5、负载大小对放大倍数有何影响？

6、如果把F点悬空，对放大倍数有何影响？

六、实验总结

1、列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻之值与理论计算值比较（取一组数据进行比较），分析产生误差的原因。

2、总结静态工作点对放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的影响。

3、讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。

4、分析讨论在调试过程中出现的问题。

实验八  集成运算放大器基本应用

--模拟运算电路

一、实验目的

1、研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法、等基本运算放大电路的功能。

2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。

二、实验设备

1、模拟电路实验箱      2、直流稳压电源

3、数字存储示波器      4、函数信号发生器

5、数字万用表

三、实验内容

实验前要看清运放组件各管脚的位置，切忌正负电源极性接反和输出端短路，否则将会损坏集成块。

1、反相比例运算电路

按图8-1连接实验电路，输入端连接直流信号发生器，按表格数据调整输入信号，测量输出信号。   

           表8-1 反相比例运算电路测试

图8-1 反相比例运算电路

2、同相比例运算电路

按图8-2连接实验电路，输入端连接直流信号发生器，按表格数据调整输入信号，测量输出信号。

表8-2 同相比例运算电路测试

图8-2 同相比例运算电路

3、反相加法运算电路

按图8-3连接实验电路，输入端连接直流信号发生器，按表格数据调整输入信号，测量输出信号。

表8-3 反相加法运算电路测试

图8-3 反相加法运算电路

4、减法电路

表8-4 减法运算电路测试

图8-4 减法运算电路

四、实验总结

1、整理实验数据，将理论计算结果与实际测量数据相比较，分析产生误差的原因。

2、分析讨论实验中出现的现象和问题。

实验九 门电路与组合逻辑电路

一、实验目的

1、  掌握TTL门电路逻辑功能的测试方法。

2、  掌握用与非门电路构成其它门电路的方法。

3、  熟悉常用组合逻辑电路功能及正确使用。

二、实验器材

1、ELB-2型课程设计实验箱。

2、74LS20一块，74LS00一块，74LS86一块，74LS283各一块。

三、预习要求

1、  复习材料中TTL与非门电路的内容，熟悉其逻辑功能和工作特点；

2、  了解TTL门电路的各种类型；

3、  认真阅读指导书，了解实验内容；

4、根据实验器材和实验说明，画出实验的电气连接图。

四、实验说明

1、74LS20、74LS00

74LS20、74LS00，分别为双4输入端与非门和四2输入端与非门，它们的引脚排列如图9-1、图9-2所示。由图可见，74LS20内部有两个4输入端的与非门，其引脚排列以左边缺口为标志，从左下角开始按逆时针方向排列，依次为1到14脚；第七脚为接地端（即电源负极），14脚为Vcc端（即电源正极）；3、11脚为空脚。74LS00内部有四个2输入端的与非门。 

        图9-1 74LS00引脚图                        图9-2  74LS20引脚图

做实验前将集成块缺口标志向左插到实验板上中心槽的上、下两侧，然后按电路要求进行插接连线。接通电源前应检查电源电压是否为5V，连线是否有误，以防烧坏集成块，且在后续实验中保持并养成这种良好习惯。

2、半加器                          

        从逻辑图可知：Sn=A⊕B   Cn=AB

         图9-3 半加器的逻辑图

3、74LS86为集成两输入四异或门，四个异或门逻辑功能独立，共用电源和地。引脚图如图9-4所示：

                   图9-4  

4、74LS283为集成四位二进制全加器，可以实现加数A3A2A1A0，被加数B3B2B1B0，以及来自低位的进位Ci-1的相加。输出端有相加之和S3、S2、S1和S0以及向高位的进位Co。引脚图如图9-5所示：

图9-5

五、实验内容

1、  与非门逻辑功能测试

（1）        选择74LS00中的一个与非门，其输入端分别接至逻辑开关的输出插孔，输出端y接至发光二级管的输入插孔。电路如图9-6所示，按表9-1中的要求，测试并记录对应的输出状态。     

       图9-6  与非门符号（两输入）        图9-7 与非门符号（四输入）

表9-1 （两输入）与非门逻辑功能测试

（2）        选择74LS20中的一个与非门，将其A、B、C、D四个输入端分别接至逻辑开关，输出端y接至发光二极管的输入插孔，电路如图9-7，按表9-2中的要求选择输入，测试并记录相应的输出状态。

                   表9-2 （四输入）与非门逻辑功能测试

 2、 其它类型门电路逻辑功能的测试

（1）用与非门实现与门电路

按图9-8所示进行电路连接，按表9-3中的要求测试并记录输出状态。

图9-8 与非门实现与运算                  图9-9  与非门实现或运算

        表9-3  与运算逻辑功能测试               表9-4 或运算逻辑功能测试

（2）用与非门实现的或门电路

按图9-9所示电路连线，按表9-4中的要求测试并记录输出状态。                     

（3）        用与非门实现的与或非门电路

按图9-10所示电路连线，按表9-5中的要求测试并记录输出状态，写出逻辑表达式。

   表9-5

     图9-10 与非门实现与或非运算                            

3、半加器

按图9-11接线，按表9-6要求输入信号，测出相应的输出逻辑电平，并填入表中。

表9-6

4、集成全加器

（1）根据图9-12所给的引脚排列图插接实验线路。输入端A3、A2、A1、A0、和B3、B2、B1、B0、分别接至逻辑开关；输入端S3、S2、S1、S0、及进位端C3分别接至五个发光二极管；低位进位端C-1直接接地，检查无误后，进行如下二进制加法：

（0010）2 +（0011）2=

（1010）2 +（0110）2=

（1110）2 +（0010）2=

（0111）2 +（0110）2=

     将测试结果填入表9-7中，并将结果转换成十进制数。

表9-7

   低位进位端Ci-1接5V电源，重复上面的测试，将测试结果填入表9-8中，并将结果转换成十进制数。

表9-8

六、实验报告

1、说明实验内容，画出实验电路图；

2、用真值表的形式记录每个实验测试结果。

3、总结TTL与非门多余输入端的处理方法有几种？各有何特点？

4、总结半加器，一位全加器以及集成全加器74LS283逻辑功能的区别。

实验十 触发器与时序逻辑电路

一、实验目的

1、  熟悉集成触发器和十进制计数器的使用方法。

2、  了解BCD-7段译码器以及LED数码管的功能和使用方法。

3、  观察时序逻辑电路的工作情况。

二、实验器材

1、  ELB-2型电子课程实验箱

2、  集成电路：74LS74一块、74LS76一块、74LS290一块、 74LS48一块、共阴极LED数码管一块。

三、预习要求

1、  复习触发器、计数器有关章节。

2、  复习译码、显示电路的工作原理。

四、实验说明             

1、74LS74是双D触发器，由两个独立的D触发器组成，触发器的触发方式为边缘脉冲上升沿触发 ，且具有置1和置0功能。其引脚图和逻辑符号如下：

          图10-1                           图10-2  D触发器逻辑

2、74LS76是双JK触发器，由两个独立的JK触发器组成，触发器的触发方式为边缘脉冲下降沿触发 ，且具有置1和置0功能。其引脚图和逻辑符号如下：

             图10- 3                     图10- 4 JK触发器逻辑图

3、D触发器转换成JK触发器             

     图10-5                                       图10-6

4、JK触发器转换成D触发器                                 

5、74LS290是集成十进制计数器，实际上该计数器内部是一个二-五-十进制计数器，是由一个二进制计数器和一个五进制计数器构成的，可单独使用，级连后便是一个十进制计数器，引脚图如下：

6、74LS48是中规模BCD-7段集成译码器，该译码器把输入的8421BCD码译成七线输出a-g，通过驱动电路，再由七段LED共阴数码管显示相应的十进制数。引脚图如下：

7、LED数码管的引脚功能图如右图所示，该数码管为共阴极形式，需将共阴极接地。

五、实验内容

1、测试集成双D触发器74LS74的逻辑功能。

（1）测试异步置位端和异步复位端的逻辑功能按图10-2接线。按表10-1要求输入信号，测出相应的输出逻辑电平，并填入表中。

表10-1

（2）测试D触发器的逻辑功能

改变D的状态，并用和对触发器进行异步置位或复位，按表10-2中的要求，测试其逻辑功能并记录结果。注意在测试过程中，当使用和对触发器进行复位或置位后，应使相应的逻辑开关拨向“1”的位置，否则，触发器将不能实现其功能。

表10-2

2、测试集成双JK触发器74LS76的逻辑功能。

（1）测试异步置位端和异步复位端的逻辑功能按图10-4接线。按表10-3要求输入信号，测出相应的输出逻辑电平，并填入表中。

表10-3

（2）测试JK触发器的逻辑功能

改变D的状态，并用和对触发器进行异步置位或复位，按表10-4中的要求，测试其逻辑功能并记录结果。注意在测试过程中，当使用和对触发器进行复位或置位后，应使相应的逻辑开关拨向“1”的位置，否则，触发器将不能实现其功能。

表10-4

3、D触发器和JK触发器之间的相互转换

（1）将JK触发器转换成D触发器，并验证其逻辑功能按图10-5接线。按表11-6要求输入信号，测出相应的输出逻辑电平，并填入表中。

表10-5      

（2）将JK触发器转换成D触发器，并验证其逻辑功能，按图10-6接线。按表10-6要求输入信号，测出相应的输出电平，并填入表中。

表10-6