【正文】 20 實驗六 受控源研究 一．實驗目的 1．加深對受控源的理解； 2．熟悉由運算放大器組成受控源電路的分析方法，了解運算 放大器的應用； 3．掌握受控源特性的測量方法。 表 41 ocU （ v） scI （ mA） oR = ocU / scI （Ω） (a) 有源二端網(wǎng)絡實驗線路 （ b）戴維南等效電源電路 圖 44 2．負載實驗 按圖 44（ a）改變 LR 阻值，測量有源二 端網(wǎng)絡的外特性，結果記入表 42 中。 圖 43 中虛線框內(nèi)為補償電路， 39。 二、原理說明 1． 戴維南定理指出，任何一個線性含源一端口電阻網(wǎng)絡，對外電路來說，可以用一條含源支路等效替代。 3． Us1單獨作用時，測量各支路的電流及各電阻元件兩端的電壓。 3．若用指針式電流表進行測量時，要識別電流插頭所接電流表的“＋、－”極性。 運用上述定律時必須注意電流的正方向，此方向可預先任意設定?；鶢柣舴蚨蓛?nèi)容有二：一是基爾霍夫電流定律，即 KCL。 3．測量中，隨時注意電流表讀數(shù)，及時更換電流表量程，勿使儀表超量程。 三．實驗設備 1．直流數(shù)字電壓表、直流數(shù)字電流表 2．恒壓源 3．電工、模擬、數(shù)字三合一實驗臺及組件 (d) (b) (c) U U U I I I (a) U I 0 0 0 0 圖 1－ 1 10 四．實驗內(nèi)容 1．測定線性電阻的伏安特性 按圖 1－ 2接線，圖中的電源 U選用恒壓源的可調(diào)穩(wěn)壓輸出端，通過直流數(shù)字毫安表與1kΩ線性電阻相連，電阻兩端的電壓用直流數(shù)字電壓表測量。 表 13 輸出衰減（ dB） 0 20 40 60 80 輸出電壓（ V） 五、注意事項 1．穩(wěn)壓源的輸出不允許短路，恒流源的輸出不允許開路。測量過程中，凡改變量限均需重新調(diào)整零點。 4．晶體管毫伏表和電子管毫伏表 晶體管毫伏表和電子管毫伏表都是測量正弦交流電壓有效值的電子儀器。 6 （ 2）頻率調(diào)節(jié)：根據(jù)所需頻率，先選擇頻段，再調(diào)節(jié)“頻率調(diào)節(jié)”旋鈕，使指針指在所需頻率位置即可。 直流穩(wěn)壓電源在使用中，要防止過載和短路，若發(fā)現(xiàn)電壓表指示突然下至零，表示電流過大，內(nèi)部的過載保護部分停止輸出電壓，這時要設法減小輸出電流，然后再按一下面板上的復位按鈕，即可使輸出電壓恢復正常。 萬用表使用完畢，應將轉換開關置于交流電壓最高檔。 （ 3）交流電壓的測量 萬用表轉換開關撥至交流電壓檔，將兩表筆跨接在被測電壓的兩端（不必區(qū)分正負端），交流電壓擋的標尺刻度為正弦交流電壓的有效值。 萬用表標度盤內(nèi)有數(shù)條標尺。要求學生在實驗前必須認真預習、在實驗過程中仔細觀察、實事求是的做好記錄。實驗結束后要寫出完整的高水平的實驗報告。它們分別在測量不同電量時使用，根據(jù) 測量種類在相應的標尺上讀取數(shù)據(jù)。 （ 4）直流電阻的測量 將萬用表轉換開關撥至電阻檔，估計被測電阻的大小，選擇電子檔的量限，被測電阻的值應盡量接近這一檔的中心電阻值，讀數(shù)時最為清晰。萬用表若長時間不使用，需要將電池取出。有些直流穩(wěn)壓電源在面板上或儀器內(nèi)部裝有管狀保險 絲塞孔，是作為短路保護用的。 （ 3）電壓輸出：由面板上“電壓輸出”插座引出，可用“輸出調(diào)節(jié)”旋鈕調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。與一般交流電壓 表相比，它們的量限多，測量電壓的頻率寬，靈敏度高，使用范圍更廣；輸出阻抗高，輸入電容小，對被測電路影響小。 （ 4）儀器的輸入端有一端是接地的，它與被測電路的接地端應可靠連接，以減少測量時的外來干擾。 2．切不可誤用萬用表的電阻檔和電流檔去測量電壓以免燒壞表頭。 調(diào)節(jié)恒壓源可調(diào)穩(wěn)壓電源的輸出電壓 U，從 0 伏開始緩慢地增加（不能超過 10V），在表 1－ 1 中記下相應的電壓表和電流表的讀數(shù)。 六．預習與思考題 1．線性電阻與非線性電阻的伏安特性有何區(qū)別？它們的電阻值與通過的電流有無關系 ？ 2．如何計算線性電阻與非線性電阻的電阻值？ 3．請舉例說明哪些元件是線性電阻，哪些元件是非線性電阻，它們的伏安特性曲線是什么形狀？ 4．設某電阻元件的伏安特性函數(shù)式為 I＝ f（ U），如何用逐點測試法繪制出伏安特性曲線。一是基爾霍夫電壓定律，即 KVL。 三、實驗儀器設備 500 型萬用表 1 臺 數(shù)字萬用表 1 臺 電工、模擬、數(shù)字三合一實驗臺及組件 四、實驗內(nèi)容 1．實驗前先任意設定三條支路的電流參考方向，如圖 21中的 I I I3所示，并熟悉線路結構，掌握各開關的操作使用方法。倘若不換接極性，則電表指針可能反偏（電流為負值時），此時必須調(diào)換電流表極性，重新測量，此時指針正偏，但讀得的電流值必須冠以負號。 4． Us2單獨作用時，測量各支路的電流及各電阻元件兩端的電壓。該含源支路的電壓源電壓等于含源一端口網(wǎng)絡的開路電壓，其電阻等于含源一端口網(wǎng)絡化成無源網(wǎng)絡的入端電阻。SU 為另一個直流電壓源，可變電阻器 PR 接成分壓器使用， G 為檢流計。 表 42 LR （Ω） 0 50 100 150 200 250 300 PR ∞ U（ v） I（ mA） 3．按圖 44（ b）接線，圖中 ocU 和 oR 為有源二端網(wǎng)絡的開路電壓和等效電阻， ocU 從直流穩(wěn)壓電源取得， oR 從電阻箱取得。 二．原理說明 1．受控源 受控源向外電路提供的電壓或電流是受其它支路的電壓或電流控制，因而受控源是雙口元件：一個為控制端口，或稱輸入端口，輸入控制量（電壓或電流），另一個為受控端口或稱輸出端口，向外電路提供電壓或電流。 電壓控制電壓源（ VCVS） 電壓 控制電壓源電路如圖 2－ 3 所示。 22 轉移電阻為： Riur ??12 （ 4）電流控制電流源（ CCCS） 電流控 制電流源電路如圖 2－ 6 所示。 （ 1）測試 VCCS 的轉移特性 I2=f（ U1） 調(diào)節(jié)恒壓源輸出電壓 U1（以電壓表讀數(shù)為準），用電流表測量對應的輸出電流 I2，將數(shù)據(jù)記入表 2－ 3 中。 表 2－ 8 CCCV的負載特性數(shù)據(jù) RL/Ω 1K 2K 3K 4K 5K 6K 7K 8K 9K I2/mA 五．實驗注意事項 1 2．運算放大器輸出端不能與地短路，輸入端電壓不宜過高（小于 5V）。下面我們分析圖 51 所示電路的工作原理。 3．功率表用于測量電路的有功功率，應注意正確選用功率表的電壓、電流和功率量限，正確接線和讀數(shù)。 29 實驗八 交流電路參數(shù)的測定 一、實驗目的 1． 學習交流電流表、交流電壓表和功率表測定交流電路元件等值參數(shù)的方法。 表 62 測量值 計算值 U（ v） UR（ v） UL（ v） UC（ v） I（ A） P（ w） R X L C cosφ 五、注意事項 1．單相調(diào)壓器使用之前，先將電壓調(diào)節(jié)手輪調(diào)在零位。 3． 利用示波器觀測串聯(lián)諧振電路中電壓和電流的相互關系。 2．驗證諧振電路特點 保持信號發(fā)生器的輸出電壓不變，測量在諧振頻率 0f 下，RU 、 LU 和 CU 的值填入表 71。 3．毫伏表測量電壓時要防止超過量限，變換檔位后要及時校對指針零點。 （ 2）電路中總電流最小，且與外施電源電壓同相。 表 82 測 量 值 )(HZf U（ v） 36 計 算 值 0/ff 0/ ABAB UU 4．觀測電流和電壓的相位關系 保持信號源輸出電壓不變，分別選取 )( 101 fff ? ， 0f ， )( 022 fff ? 三個實驗點，用示波器觀察并描繪 rU. 和 .U 的波形。 二、原理說明 1．三相負載 Y形接法 （ 1）三相三線制：不論負載對稱與否，線電流等于相電流，即 IL=IP。 圖 92 角接負載實驗電路 五、注意事項 1．本實驗的電源電壓較 高，實驗時要注意人身安全，不可接觸導電部件，防止意外事故的發(fā)生。用示波器觀測并畫出輸入電壓和電容兩端電壓波形，測量出時間常數(shù) 并與理論值比較。 2．三相三線制供電 三相三線制供電系統(tǒng)中，不論三相負載是否對 稱，也不論負載是 ‘Ｙ’接還是‘Δ’接，都可用二瓦特表法測量三相負載的有功功率。 更換三相負載性質(zhì)，圖 (a)中的‘三相對稱負載’分別按圖 (ｃ )、圖 (ｄ )連接，按表 25— 3的內(nèi)容進行測量、計算，并將數(shù)據(jù)記入表中。 六．預習與思考題 1．復習二瓦特表法測量三相電路有功功率的原理。功率表讀數(shù) ?sinW ll IU? ，其中 ? 為負載的阻抗角，則三相負載的無功功率 W3?Q 。 ， T=（滿足 T≥ 10τ） 用一個 R=10KΩ的電阻和電容設計一階微分電路，用示波器觀察畫出輸入、輸出電壓波形，并測量輸入、輸出電壓的幅值 。必須嚴格遵守先接線后通電，先斷電后拆線的實驗操作原則。 （ 2）三相四線制：由于中線起均壓作用，所以不論負載對稱與否， 3LPUU? ，但二者的中線電流不同，負載對稱時， 0NI ? ；不對稱時， 0NI ? 。 2．為了使諧振曲線的頂點繪制精確，可以在諧振頻率附近多選幾組測量數(shù)據(jù)。 3．諧振曲線 在 RL 和 C 并聯(lián)諧振電路中，圖 82 中當輸出電壓一定時， ABU 隨信號源的輸出頻率的改變而發(fā)生變化的曲線稱為電壓諧振 曲線，如圖 83。 2．根據(jù)電路參數(shù)及表 71中數(shù)值，分析是否滿足 RCL UUQUUU ??? ,，為什么？ 34 實驗十 并聯(lián)諧振 一、實驗目的 觀察諧振現(xiàn)象，加深對并聯(lián)諧振電路特點的理解。（注意：每次改變頻率后，都應保持信號源的輸出電壓不變，否則會影響實驗的準確性。此時，電路發(fā) 生串聯(lián)諧振。 2．注意單相功率表的正確接線，電流接線柱及電壓接線柱的星號端的聯(lián)結，不要接錯，否則功率表指針反偏損壞。 3． 掌握功率表的使用方法。 三、實驗儀器設備 500 型萬用表 1 臺 數(shù)字萬用表 1 臺 電工、模擬、數(shù)字三合一實驗臺及組件 四、實驗內(nèi)容 圖 52 日光燈改善功率因數(shù)實驗電路圖 表 51 項目 S 狀態(tài) 測量數(shù)值 計算值 U UL UR I IL IC IST P PR PL Cosφ S 斷開 S 閉合 C=2 C5 C=7 28 1．按圖 52 連接線路，在沒有接入電容器時，即 c=0 的情況下，用電壓表、交流電流表、功率表測量日光燈在額定電壓下的等效參數(shù)，把測量結果記入表 51。啟輝器中雙金屬片因放電受熱膨脹，從而 與靜觸片接觸，于是有電流流過鎮(zhèn)流器、燈絲和啟輝器，燈絲得到預熱。 25 七 ．實驗報告要求 1．根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，在方格紙上分別繪出四種受控源的轉移特性和負載特性曲線，并求出相應的轉移參量μ、 g、 r 和 β； 2．參考表 2－ 1 數(shù)據(jù)，說明轉移參量μ、 g、 r 和 β受電路中哪些參數(shù)的影響？如何改變它們的大？ 3．回答預習與思考題中的 4 4 26 實驗七 日光燈電路及功率因數(shù)的提高 一、實驗目的 1． 了解日光燈的結構及工作原理。 表 2－ 4 VCVS的負載特性數(shù)據(jù) RL/Ω 1K 2K