实验一电子仪器仪表使用一【实验目的】1. 学习正确使用数字万用表和直流稳压电源；2.验证叠加原理及基尔霍夫定律；3. 加深对线性电路中参考方向和实际方向以及电压、电流正负的认识。

【相关知识要点】1.叠加原理：在任一线性网络中，多个激励同时作用的总响应等于每个激励单独作用时引起的响应之和。

叠加定理是线性电路普遍适用的基本定理，它是线性电路的重要性质之一。

应用叠加定理可以把一个复杂电路分解成几个简单电路来研究，如图1.4.1所示，然后将这些简单电路的研究结果叠加，便可求得原来电路中的电流或电压。

图1.4.1叠加定理示意图2. 基尔霍夫定律：基尔荷夫电流定律(KCL):对任一节点,在任一时刻,所有各支路电流的代数和恒等于零。

即:∑I＝0 (若流入节点为正，则流出节点为负)基尔荷夫电压定律(KVL):沿任一绕行回路,在任一时刻,所有支路或元件电压的代数和恒等于零。

即:∑U＝0 （若与绕行方向相同为正，则与绕行方向相反为负）【预习与思考】1. 掌握叠加原理、基尔霍夫定律等理论。

2. 计算图1.4.1中负载支路的电压U L、电流I L，将所得值记入表1.4.1中。

3. 叠加原理中，两个电源同时作用时在电路中所消耗的功率是否也等于两个电源单独作用时所消耗的功率之和？为什么？【注意事项】1.在使用万用表测量时，注意电压、电流、欧姆等档次的选择，切忌用电流档测电压（即与被测元件并联）。

2.一定要在电源断开的情况下，才能用万用表测电阻。

3. 在使用稳压电源时，只允许按下一个琴键按钮，切勿将几个选择按钮同时压下，使几组互相独立的电源并联在同一个电压表上，而将几个电源相互短路造成仪器的损坏。

4. 通电后，如U L等于零，可用电压表逐点测量电压的方法，找到故障点，分析判断是导线还是器件发生了故障，断电后，仔细检查、排除故障。

【实验设计及测试】用数字万用表欧姆挡测试R1、R2、R3、R L，测试结果记人表1.4.1中，与标称值对照。

表1.4.1R1R2R3R L 标称值100 200 200 300测量值调节稳压电源，使其一路电压源输出E1=6V，另一路电压源输出E2=9V，待用。

1. 叠加原理实验（1）先将开关S I、S II拨向“2”侧，再按实验原理电路图1.4.2接线。

（2）测量下列三种情况下负载电阻的电压值U L，并将数据记入表1.4.1中电源E1单独作用于电路（S I拨“1”，S II拨“2”），电源E2单独作用于电路的情况（S I 拨“2”，S II拨“1”），电源E1和E2同时作用于电路的情况（S I、S II都拨“1”）。

（3）测负载电流值I L：将万用表置于直流电流档“20mA”处并串入R L支路中（注意极性），分别在a、b、c步骤情况下，测得电流值I L，并将数据记入表1.4.2中。

图1.4.2叠加原理实验电路图表1.4.2U L/V I L/mA计算值测量值误差计算值测量值误差E1单独作用E2单独作用E1E2共同作用2. 基尔霍夫定律实验（1）开关S I、S II拨向“2”侧,将实验原理电路图1.4.2中的R L支路去掉, S I、S II拨向“1”侧。

（2）KCL的验证:用万用表直流电流200mA 档分别测量I1、I2、I3,将数据记入表1.4.3中。

（3）KVL的验证:用万用表直流电压20V档测量U ec、E1、E2、U de,将数据记入表1.4.3中(注意绕行方向与电压极性)。

表1.4.3I1/mA I2/mA I3/mA ∑I U ec/V E1/V E2/V U de/V ∑U测量值计算值误差/％【实验报告要求】1. 完成表中测量值，根据图中参数计算各理论值。

2. 分析误差，并指出产生误差的因素？3. 为什么电流表不能与电路并联？电压表不能与电路串联？【扩展实验内容】戴维南定理实验对图1.4.2电路中a、b两点左侧电路进行戴维南等效变换。

（1）测量开路电压U o：将S I、S II置“1”，测R L断开时的U ab＝U o，记入表1.4.4中。

（2）测量等效电阻R o：将S I、S II置于“2”，用万用表测R ab＝R o，记入表1.4.4中。

（3）用测得的U o和R o，按图1.4.3组成戴维南等效电路，测出I L和U L并填入表1.4.4中。

开路电U0= V 负载电流I L= mA等效内阻R0= Ω负载电压U L= V与表1.4.2中U L、I L测量值比较ΔU= ΔI=图1.4.3戴维南等效电路图实验二荧光灯功率因数的提高【实验目的】1.了解荧光灯电路的工作原理，掌握荧光灯电路的安装方法;2. 学习有功功率的测量方法;3. 观察电感性负载并联电容器对提高电路功率因数的作用。

【相关知识要点】1. 荧光灯电路简介大多数荧光灯电路包括灯管、镇流器和启辉器三个器件，如图2.1.2所示。

灯管内壁涂有荧光粉,管内抽真空后充有惰性气体氩和少量汞蒸气,灯管两端各有一根灯丝。

镇流器是一个具有铁芯的电感线圈,它的作用是帮助灯管启动并在灯管启燃后起降压、限流作用。

电感线圈具有一定的电阻,铁芯也有一定的铁耗, 故镇流器要消耗一部分有功功率。

启辉器是一个小型氖气泡,有一个固定电极和一双层金属片构成的可动电极。

两电极与一个小电容并联。

电路启动之初，220V交流电压全部加在启辉器两个电极之上,使其产生辉光放电，可动电极受热膨涨，与固定电极接触，从而接通灯丝电路，使灯丝通过较大电流，迅速加热并发射大量热电子。

启辉器两电极接通后电压降为零，辉光放电停止，双金属片因温度下降而复原,电路断开。

此时，加到灯管两端的电压使灯管内的电子形成高速电子流，撞击气体分子，使之电离而产生弧光放电并射出紫外线，管壁内所涂荧光粉因受紫外线激发而发出荧光灯特有的可见光。

灯管启燃后，灯管上的电压降低于启辉器辉光放电电压，启辉器不能再发生辉光放电，因而失去作用。

研究证明，产生气体放电时的荧光灯是一个非线性电阻,其电流、电压基本同相,电流波形近似为正弦波,电压波形近似为矩形波，它含有50Hz基波和3、5、7等高次谐波, 故用电压表(在50Hz正弦波下校准)测量荧光灯电路的电压时,有一定误差。

2. 功率因数的提高由于镇流器具有较大电感,故荧光灯电路是一个感性负载电路。

对于这样的感性负载电路,常采用并联电容器的方法来提高电路的功率因数。

以流过电容器的容性电流，补偿负载中的感性电流，提高负载电路的功率因数。

此时虽然负载消耗的有功功率不变，但输电线路上的总电流减小，线路损耗减小，因此提高了电源设备的利用率和减少了线路的能量损耗。

由于荧光灯电路的非线性，其电流中含有高次谐波，并联电容器不能对其感性无功电流进行全补偿，即功率因数不能提高到1。

3. 功率测量方法功率表具有电流线圈和电压线圈，功率表所测得的功率P=UI cos，U为功率表电压所跨接电压的有效值；I为流过功率表电流线圈的电流有效值；为此电压和电流之间的相位差。

功率表接入电路的方法如图2.1.1所示，图中R V为电压线圈支路的分压电阻。

功率表的电流线圈必须串入线路中，且电流线圈的非“*”号端应接至负载端。

电压线圈必须并联接入电路，其“*”端必须与该功率表电流线圈所在的相线相接，而非“*”号端应接至负载的另一端(否则电网的全电压基本上作用在这两个线圈之间，会引起线圈相互作用而产生较大的静电误差，并且可能导致线圈间绝缘击穿) 。

如果接线方式正确，而读数为负（或指针反偏），说明实际功率输送的方向与预测的相反。

这时，只要把电流线圈两端位置交换即可。

为了减少测量误差，必须正确选择功率表的联接方法。

图2.1.1(a)所示的联接，功率读数中包括了电流线圈的功率损耗，适用于负载阻抗远大于电流线圈阻抗的情况，这种接法称为电压线圈前接法；图2.1.1(b)所示的连接，功率读数中包括了电压线圈支路的功率损耗，适用于负载阻抗远小于功率表电压线圈支路阻抗的情况，这种接法称为电压线圈后接法。

（a）(b)图2.1.1 功率表的接线方式【预习与思考】1. 熟悉荧光灯电路的工作原理，明确电路中各电流、电压的情况。

2. 复习有关交流并联电路及提高功率因数的内容。

3. 在实验中，并入电容之后, 灯管中流过的电流和消耗的功率变不变？总功率因数变不变？【注意事项】1. 由于电压较高，接拆线路必须断电，线路接好后，必须经教师检查后才可接通电源，在操作过程中，要注意人身和设备安全。

2. 镇流器必须与灯管串联接入电路，以免烧坏灯管。

3. 通电后，如荧光灯不亮，可用电压表逐点测量电压的方法，找到故障点，分析判断是导线还是器件发生了故障，断电后，仔细检查、更换故障器件。

【实验内容】1. 按原理图2.1.2组成实验电路，经老师检查后才能合上交流220V开关Q，电容箱的全部开关置于“断”，测出U、Ｕ灯、Ｕ镇、Ｉ、Ｉ灯、ＩC、电路总功率Ｐ、镇流器消耗的功率Ｐ镇，数据记入表2.1.1中。

图 2.1.2 荧光灯电路原理图2. 将并联电容由零逐渐增大，测出相应的电流值，数据记入表2.1.2中。

3. 测出电流Ｉ最小时的Ｕ、Ｕ灯、Ｕ镇、Ｉ、Ｉ灯、ＩC、Ｐ、Ｐ镇, 数据记入表2.1.1中。

表 2.1.1U/V U镇/V U灯/V I/A I灯/A I C/A P/w P镇/W COSф未并电容并入电容电流最小时表 2.1.2C/μF 1 2 3 4 5 6 7 8 9I/AI C/A【实验报告要求】1. 利用所测数据，计算功率因数，并说明改善功率因数的意义。

2. 荧光灯并联电容器后电路总电流减小，但电容超过某一数值后，总电流为什么又会增大?实验三三相负载电路研究【实验目的】1. 掌握对称三相电路线电压与相电压、线电流与相电流的关系；2. 观察不对称星形电路中的中点移位现象，了解中线的作用；3. 学习测量三相电路的有功功率。

【相关知识要点】1. 不对称三相负载作Y联接时,必须采用三相四线制接法，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。

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，无条件地一律采用三相四线制接法。

2. 当不对称负载作△接时，I L≠I p，但只要电源的线电压U L 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。

3. 三相有功功率测量⑴三相负载消耗的总功率应等于各相负载消耗功率之和。

因此用瓦特表按图2.2.1所示分别测量三相负载的功率相加，这种方法称为三瓦计法测量三相功率。

⑵三相三线制供电系统中，无论三相负载是否对称，也无论负载是Y接还是△接，都可用瓦特表按图2.2.2所示分别测量三相负载的功率相加，这种方法称为二瓦计法测量三相功率。

图2.2.1 三瓦计法测量三相功率图2.2.2 二瓦计法测量三相功率【预习与思考】1. 复习三相电路的有关内容；2. 三相电路有功功率的测量方法；3. 中线能接保险丝吗？【注意事项】1. 接拆线路必须断电，线路接好后，必须经教师检查后才可接通电源；2. 在操作过程中，要注意人身和设备安全。