电路分析基础实验讲义完稿.doc

实验一 基本电工仪表的使用与测量误差的计算

一、实验目的
1．熟悉实验装置上各类测量仪表的布局。
2．熟悉实验装置上各类电源的布局及使用方法。
3．掌握电压表、电流表内电阻的测量方法。
4．熟悉电工仪表测量误差的计算方法。
二、原理说明
1．为了准确地测量电路中实际的电压和电流，必须保证仪表接入电路后不会改变被测电路的工作状态，这就要求电压表的内阻为无穷大；电流表的内阻为零。而实际使用的电工仪表都不能满足上述要求。因此，当测量仪表一旦接入电路，就会改变电路原有的工作状态，这就导致仪表的读数值与电路原有的实际值之间出现误差，这种测量误差值的大小与仪表本身内阻值的大小密切相关。
2．本实验测量电流表的内阻采用“分流法”，如图1-1所示。
A为被测内阻（RA）R的直流电流表，测量时先断开开关S，调节直流恒流源的输出电流I使A表指针满偏转，然后合上开关S，并保持I值不变，调节电阻箱RB的阻值，使电流表的指针在1/2满偏转位置，此时有IA=IS=
∴RA=RB∥R1
R1为固定电阻器之值，RB由可调电阻箱的刻度盘上读得。R1与RB并联，且R1选用小阻值电阻，RB选用较大电阻，则阻值
调节可比单只电阻箱更为细微、平滑。 图1-1
3．测量电压表的内阻采用“分压法”，如图1-2所示。

图1-2 图1-3
V为被测内阻（RV）的电压表，测量时先将开关S闭合，调节直流稳压电源的输出电压，使电压表V的指针为满偏转。然后断开开关S，调节RB阻值使电压表V的指示值减半。此时有
RV=RB+R1
电压表的灵敏度为
S=RV/U（Ω/V）
4．仪表内阻引入的测量误差（通常称为方法误差，而仪表本身构造上引起的误差称为仪表基本误差）的计算。
以图1-3所示电路为例，R1上的电压为
UK1=U，若R1=R2，则UK1=U
现用一内阻为RV的电压表来测量UR1值，当RV与R1并联后，RAB=，以此来替代上式中的R1，则得
U，R1=
绝对误差为△U=U，R1－UR1=U（－）
化简后得△U=
若R1=R2=RV，则得
△U=－
相对误差△U％=100％=×100％=－33.3
三、实验设备
序号
名 称
型号与规格
数 量
备 注
1
可调直流稳压电源
0～30V
1

2
可调直流恒流源
0～200mA
1

3
万用电表
FM-47或其他
1

4
可调电阻箱
0～99999.9Ω
1
PEE-04
5
电 阻 器

若干
PEE-04
四、实验内容
1．根据“分流法”原理测定FM-47型（或其它型号）万用电表直流毫安0.5mA和5mA档量限的内阻，线路如图1-1所示。
被测量电流表量限
S断开时表读数
（mA）
S闭合时表读数（mA）
RS
（Ω）
R1（Ω）
计算内阻RA
0.5mA

5mA

2．根据“分压法”原理按图书馆1-2接线，测定万用电表直流电压2.5V和10V档量限的内阻。
被测量电流表量限
S断开时表读数（V）
S闭合时表读数（V）
RS
（KΩ）
R1
（KΩ）
计算内阻RA
（KΩ）
S
（Ω/V）
2.5mA

10mA

3．用万用电表直流电压10V档量限测量图1-3电路中R1上的电压UR1之值，并计算测量的绝对误差与相对误差。
U
R2
R1
R10V
（KΩ）
计算值UR1
（V）
实测值U＇R1（V）
绝对误差
相对误差
10V
10KΩ
20KΩ

五、实验注意事项
1．控制屏提供所有实验的电源，直流稳压源和直流恒流源均可通过粗调（分段调）旋钮和细调（连续调）旋钮调节其输出量，并由数字式电压表和毫安表显示其输出量的大小，启动实验装置电源之前，应使其输出旋钮置于零位，实验时再缓慢地增、减输出。
2．稳压源的输出不允许短路，恒流源的输出不允许开路。
3．电压表应与电路并联使用，电流表与电路串联使用，并且都要注意极性与量限的合理选择。
六、预习思考题
1．根据实验内容1和2，若已求出0.5mA档和2.5V档的内阻，可否直接计算得出5mA档和10V档的内阻？
2．用量限为10A的电流表测实际值为8的电流时，实际读数为8.1A，求测量的绝对误差和相对误差。
3．如图1-4（a）、（b）为伏安法测量电阻的两种电路，被测电阻的实际阻值为RX，电压表的内阻为RV，电流表的内阻为RA，求两种电路测量电阻RX的相对误差。

（a） （b）
图1-4
七、实验报告
1．列表记录实验数据，并计算各被测仪表的内阻值。
2．计算实验内容3的绝对误差与相对误差。
3．对思考题的计算。
4．心得体会及其它。

实验二 电路元件伏安特性的测绘
一、实验目的
1．学会识别常用电路元件的方法。
2．掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法。
3．掌握实验装置上直流电工仪表和设备的使用方法。
二、实验原理
任一个二端元件，它的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系，称为该元件的伏安特性。如果将这种关系表示在I－U平面上，则称为伏安特性曲线。通过一定的测量电路，用电压表、电流表可测定元件的伏安特性，由测得的伏安特性可了解该元件的性质。通过测量得到元件伏安特性的方法称为伏安测量法，简称伏安法。
1．线性电阻元件的伏安特性满足欧姆定律，阻值是一个常数，其伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图2-1中a曲线所示。电阻值可由直线的斜率的倒数来确定，即。

图 2-1
2．一般的白炽灯在工作时灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的升高而增大，通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”的阻值可相差几倍，所以它的伏安特性如图2-1中b曲线所示。
3．一般的半导体二极管是一个不满足欧姆定律的非线性电阻元件，阻值不是一个常数，其伏安特性是一条过坐标原点的曲线，如图2-1中c曲线所示。由图可见，半导体二极管的正向电压很小，正向电流随正向电压的升高而急聚上升，因而电阻值很小；反之，电阻值很大。 可见，二极管具有单向导电性，但反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。
4．稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，但其反向特性特别，如图2-1中d曲线。在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当反向电压增加到某一数值时（称为管子的稳压值，有各种不同稳压值的稳压管）电流将突然增加，以后它的端电压将维持恒定，不再随外加的反向电压升高而增大。
三、实验设备
序号
名 称
型号与规格
数量
备注
1
可调直流稳压电源
0～30V
1

2
直流数字毫安表

1

3
直流数字电压表

1

4
二 极 管
2CP15
1
PEE-04
5
稳 压 管
2CW51
1
PEE-04
6
白炽灯泡
12V/0.1A
1
PEE-04
7
线性电阻
200Ω，1KΩ
1
PEE-04
四、实验内容及步骤
1．测定线性电阻器的伏安特性
按图2-2接线，经检查无误后，调节直流稳压电源的输出电压Us，使电压表读数分别为表格中所列数值，并将测量所得对应的电流值记录于表格中。
U（v）
0
2
4
6
8
10
I（mA）

`

图 2-2 图 2-3
2．测定非线性白炽灯泡的伏安特性
将图2-2中的RL换成一只12V的小灯泡，重复1的步骤。
U（v）
0
2
4
6
8
10
I（mA）

3．测定半导体二极管的伏安特性
1） 正向特性
按图2-3接线，二极管D的正向电流不得超过25mA，R为限流电阻，用以保护二极管。经检查无误后，调节直流稳压电源的输出电压US，使电压表读数分别为表格中所列数值，特别是在0.5V～0.75V之间应多取几个测量点。对于每一个电压值测量出对应的电流值，记入表格中。
测二极管D的正向特性时，其正向电流不得超过25mA，正向压降可在0～0.75V之间取值。特别是在0.5～0.75之间更应多取几个测量点。作反向特性实验时，只需将图2-3中的二极管D反接，且其反向电压可加到30V左右。
正向特性实验数据
U（v）
0
0.2
0.4
0.5
0.55
……0.75
I（mA）

2） 反向特性
将图2-3中的二极管D反接连线即可。经检查无误后，调节直流稳压电源的输出电压US，使电压表读数分别为表格中所列数值，并将测量所得相应的电流值记入表格中。
反向特性实验数据
U（v）
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
I（mA）

4．测定稳压二极管的伏安特性
只要将图2-3中的二极管换成稳压二极管，重复实验内容3的测量。
正向特性实验数据
U（v）
0
0.2
0.4
0.5
0.55
……0.75
I（mA）

反向特性实验数据
U（v）
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
I（mA）

五、实验报告要求
1、根据各实验结果数据，分别在坐标纸上绘制出光滑的伏安特性曲线。（其中二极管和稳压管的正、反向特性性均要求画在同一张图中，正反向电压可取为不同的比例尺）
2、根据实验结果，总结、归纳被测各元件的特性。
六、注意事项
1、具体实验前，应先估算电压和电流值，合理选择仪表量程，勿使仪表超量程或正负极性接错。
2、测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐渐增加，应时刻注意电流表读数不得超过25mA，稳压源输出端切勿碰线短路。

实验三 基尔霍夫定律
一、实验目的
1．验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。
2．学会用电流插头、插座测量各支路电流的方法。
二、原理说明
基尔霍夫定律是电路的基本定律。测量某电路的各支路电流及多个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律和电压定律。即对电路中的任一个节点而言，应有ΣI=0；对任何一个闭合回路而言，应有ΣU=0。
运用上述定律时必须注意电流的正方向，此方向可预先任意设定。
三、实验设备
序号
名 称
型号与规格
数量
备 注
1
直流稳压电源
+6V、+12V切换
1

2
可调直流稳压电源
0～30V
1

3
万用电表

1

4
直流数字电压表

1

5
直流数字毫安表

1

6
电位、电压测定实验线路板

1
PEE-02
四、实验内容
实验线路如图3-1所示。

图 3-1
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（一路如E1为+6，+12切换电源，另一路，如E2为0～30V可调直流稳压源）接入电路，令E1=6V，E2=12V。
3．熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接到直流数字毫安表的“＋、－”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。
5．用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上电压值，记录之。
被测量
I1（mA）
I2（mA）
I3（mA）
E1（v）
E2（v）
UFA（v）
UAB（v）
UAD（v）
UCD（v）
UDE（v）
计算值

测量值

相对误差

五、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．防止电源两端碰线短路。
3．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“＋、－”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，此时指针正偏，但读得的电流值必须冠以负号。
六、预习思考题
1．根据图3-1的电路参数，计算出待测电流I1、I2、I3和各电阻上电压值，记入表中，以便实验测量时，可正确选定毫安表和电压表的量程。
2．实验中，若用万用电表直流毫安档测各支路电流，什么情况下可能出现毫安表指针反偏，应如何处理，在记录数据时应注意什么？若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示呢？
七、实验报告
1．根据实验数据，选定实验电路中的任一个节点，验证KCL的正确性。
2．根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证KVL的正确性。
3．误差原因分析。
4．心得体会及其它。

实验四 叠加定理
一、实验目的
1．验证线性电路叠加定理的正确性。
2．加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。
二、实验原理
叠加定理适用于线性电路，为了测量方便，我们用直流电路来验证它。叠加定理可简述如下：
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中产生的电流（或电压）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，理想电流源所在处用开路代替，但保留它们的内阻，电路结构也不作改变。
线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增加或减小K倍时，电路的响应（即在电路其他各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增加或减小K倍。
三、实验设备
序号
名 称
型号与规格
数 量
备 注
1
直流稳压电源
+6V、+12V切换
1

2
可调直流稳压电源
0～30V
1

3
直流数字电压表

1

4
直流数字毫安表

1

5
迭加原理实验线路板

1
PEE-02
四、实验内容及步骤
1．按图4-1电路接线，E1为+6、+12V切换电源，取E1=+6V，E2为可调直流稳压电源，调至+12V。
2．令E1电源单独作用时（将开关S1投向E1侧，开关S2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电压，数据记入表格中。

图 4-1
测量项目
实验内容
E1
（v）
E2
（v）
I1
（mA）
I2
（mA）
I3
（mA）
UAB
（v）
UCD（v）
UAD
（v）
UDE
（v）
UFA
（v）
E1单独作用

E2单独作用

E1、E2共同
作用

2E2单独作用

3．令E2电源单独作用时（将开关S1投向短路侧，开关S2投向E2侧），重复实验步骤2的测量和记录。
4．令E1和E2共同作用时（开关S1和S2分别投向E1和E2侧），重复上述的测量和记录。
5．将E1的数值调至+12V，重复上述第3项的测量并记录。
6．将R5换成一只二极管IN4007（即将开关S3投向二极管D侧）重复1～5的测量过程，数据记入表格中。
测量项目
实验内容
E1
（v）
E2
（v）
I1
（mA）
I2
（mA）
I3
（mA）
UAB
（v）
UCD（v）
UAD
（v）
UDE
（v）
UFA
（v）
E1单独作用

E2单独作用

E1、E2共同
作用

2E2单独作用

五、实验报告要求
1．根据实验数据验证线性电路的叠加性与齐次性。
2．通过实验步骤6及分析表格中数据你能得出什么样的结论？
六、注意事项
1．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。
2．注意仪表量程的及时更换。

实验五 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．验证电压源与电流源等效变换的条件。
二、原理说明
1．一个直流稳压电源在一定的电流范围内，具有很小的内阻，故在实用中，常将它视为一个理想的电压源，即其输出电压不随负载电流而变，其外特性，即其伏安特性U=f（I）是一条平行于I轴的直线。
一个恒流源在实用中，在一定的电压范围内，可视为一个理想的电流源，即其输出电流不随负载的改变而变。
图7-1为理想电压源、理想电流源电路图。

图 5-1
2．一个实际的电压源（或电流源），其端电压（或输出电流）不可能不随负载而变，因为它具有一定的内阻值。故在实验中，用一个小阻值的电阻（或大电阻）与理想电压源（或理想电流源）相串联（或并联）来摸拟一个电压源（或电流源）的情况。
3．一个实际的电源，就其外部特性而言，即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Ro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与一电导go相并联的组合来表示，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
IS= go=
或
ES= Ro=
如图5-2所示。

图 5-2
三、实验设备
序号
名 称
型号与规格
数量
备 注
1
直流稳压电源
+6、12V切换
1

2
可调直流恒流源
0～200mA
1

3
直流数字电压表

1

4
直流数字毫安表电阻器

1

5
电阻器
51Ω、1KΩ、200Ω

PEE-04
6
可调电阻箱
0～99999.9Ω
1
PEE-04
四、实验内容
1．测定电压源的外特性
（1）按图5-3（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。
RL（Ω）
∞
2000
1500
1000
800
500
300
200
U（v）

I（mA）

（2）按图5-3（b）接线，虚线框可模拟为一个实验的电压源，调节RL阻值，记录两表读数。

（a） （b）
图 5-3
RL（Ω）
∞
2000
1500
1000
800
500
300
200
U（v）

I（mA）

2．测定电流源的外特性
按图5-4接线，IS为直流恒流源，视为理想电流源，调节其输出为5mA，令Ro分别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 5-4
Ro=1KΩ
RL（Ω）
0
200

600
800
1000
2000
5000
I（mA）

U（v）

Ro=∞
RL（Ω）
0
200
400
600
800
1000
2000
5000
I（mA）

U（v）

3．测定电源等效变换的条件

（a） （b）
图 5-5
按图5-5线路接线，首先读取7-5（a）线路两表的读数，然后调节5-5（b）线路中恒流源IS（取R=Ro），令两表的读数与5-5（a）的数值相等，记录IS之值，验证等效变换条件的正确性。
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、预习思考题
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．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。
2．从实验结果，验证电源等效变换的条件。
3．心得体会及其他。

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。
2．掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。
二、原理说明
1．任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络（或称为含源一端口网络）。
戴维南定理指出：任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Uoc，其等效内阻Ro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。
Uoc和Ro称为有源二端网络的等效参数。
2．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开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压Uoc，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
Ro=
（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6-1所示。根据外特性曲线求出斜率tgφ，则内阻
Ro=tgφ==
用伏安法，主要是测量开路电压及电流为额定值IN时输出端电压值UN，则内阻为
Ro=
若二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。
图 6-1 图 6-2
（3）半电压法
如图6-2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6-3所示。

图 6-3
零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，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、实验设备
序号
名 称
型号与规格
数量
备 注
1
可调直流稳压电源
0～30V
1

2
可调直流恒流源
0～200mA
1

3
直流数字电压表

1

4
直流数字毫安表

1

5
万用电表

1

6
可调电阻箱
0～99999.9Ω
1
PEE-04
7
电 位 器
1KΩ/1W
1
PEE-04
8
戴维南定理实验线路板

1
PEE-02
四、实验内容
被测有源二端网络如图表6-4（a）所示。
（a） （b）
图 6-4
1．用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的Uoc和Ro。
按图6-4（a）电路接入稳压电源ES和恒流源IS及可变电阻箱RL，测定Uoc和Ro。
Uoc（v）
ISC（mA）
Ro=Uoc/ ISC（Ω）

2．负载实验
按图6-4（a）改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性。
RL（Ω）
0 ∞
U（v）

I（mA）

3．验证戴维南定理
用一只1KΩ的电位器，将其阻调整到等于按步骤“1”所得的等效电阻Ro之值，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压Uoc之值）相串联，如图6-4（b）所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。
RL（Ω）
0 ∞
U（v）

I（mA）

4．测定有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的其它方法：将被测有源网络内的所有独立源置零（将电流源IS断开：去掉电压源，并在原电压端所接的两点用一根短路导线相连），然后用伏安法或者直接用万用电表的欧姆档去测定负载RL开路后输出端两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻Ro或称网络的入端电阻Ri。
5．用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻Ro及其开路电压Uoc，线路及数据表格自拟。
五、实验注意事项
1．注意测量时，电流表量程的更换。
2．步骤“4”中，电源置零时不可将稳压源短接。
3．用万用电表直接测Ro时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表，其次，欧姆档必须经调零后再进行测量。
4．改接线路时，要关掉电源。
六、预习思考题
1．在求戴维南等效电路时，作短路实验，测ISC的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？请实验前对线路6-4（a）预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。
2．说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法，并比较其优缺点。
七、实验报告
1．根据步骤2和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、4、5各种方法测得的Uoc与Ro与预习时电路计算的结果作比较，你能得出什么结论。
3．归纳、总结实验结果。
4．心得体会及其他。

实验七 单相交流电路电量的测量及功率因数的提高
一、实验目的
1．研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。
2．掌握日光灯线路的接线。
3．掌握功率表的接线方法。
4．理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。
二、原理说明
1．在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路的电流值，用交流电压表测得回路各元件两端的电压值，它们之间的关系应满足基尔霍夫定律的相量形式，即
Σ=0 和 Σ=0
2．如图6-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信号U的激励下，与保持有90°的相位差，即当阻值R改变时，的相量轨迹是一个半圆，、与三者形成一个直角形的电压三角形。R值改变时，可改变角的大小，从而达到移相的目的。
图7-1
3．日光灯电路结构和工作原理
日光灯电路简述：图7-2是日光灯电路的接线图，它是由灯管、镇流器和启辉器等主要部件组成的。
(1) 灯管
日光灯的灯管是一根玻璃管，在管的内壁均匀地涂有一层薄的荧光粉。灯管两端各有一个阳极和灯丝，灯丝是用钨丝绕制的，作用是发射电子。灯丝上焊有两根镍丝作为阳极，与灯丝具有同样电位，它有帮助管子点燃的作用。但主要的作用是它的电位为正(即交流的正半波)时吸收部分的电子，以减少电子对灯丝的冲击。管内充有惰性气体和水银蒸气，当管内产生弧光放电时，会放射出紫外线，激励管壁上荧光粉，使它发出像日光的光线。

图7-2
(2) 启辉器
其构造是封在玻璃泡(内充惰性气体)内的一条双金属片和静触片，外带一个小电容器，同装在一个铝壳内。双金属片由两个膨胀系数相差很大的金属片粘合而成。启辉器的作用是与镇流器配合使日光灯放电和点燃。
(3) 镇流器
镇流器是带铁芯的电感线圈。其作用一是产生足够的自感电动势(即瞬时高压)使灯管放电；二是在正常情况下限制灯管电流(简称限流作用)。
下面具体说明日光灯电路的工作原理。当日光灯刚接通电源时，灯管尚未放电，启辉器的两个触点是断开的，电路中没有电流，电源电压全部加在启辉器上，使它的两端点间产生辉光放电。这时，电流通过灯丝、启辉器、镇流器构成电路，灯丝发热，放射出大量电子。启辉放电时产生大量的热量，使双金属片受热膨胀变曲而使两端点互相接触，导致放电熄灭。双金属冷却后，使动静触头断开，回路被切断。在触点被断开的瞬间，镇流器产生了相当高的自感电动势与电源电压一起加在灯管的两端，足以启动管内的水银蒸气放电。放电时辐射出的紫外线照到灯管内壁的荧光粉上，就发出可见光。
灯管放电后，一半以上的电压降落在镇流器上，灯管两端电压即启辉器两端点之间电压较低，不足以使启辉器辉放电。因此，它的触点不再闭合。
在灯管内，两端电极交替地起着阳极的作用。即A端电位为正时，B端发射电子，而A端吸收电子；当B端电位为正时，A端发射电子，而B端吸收电子。
日光灯属感性负载。它工作时，不仅从电源吸收有功，还要吸收无功，且电路的功率因数较低。为提高功率因数，可并联电容器，当并联的电容值合适时，可使电路的总功率因数提高到接近1，如果并联电容值过大，将引起过补偿而使整个电路成为容性电路。
三、实验设备
序号
名 称
型号与规格
数量
备 注
1
单相交流电源
0～220V
1

2
三相自耦调压器

1

3
交流电压表

1

4
交流电流表

1

5
功率表

1

6
镇流器
与30W灯管配用
1
PEE-03
7
电容器
1μf、2.2μf、
4.7μf/450V

PEE-04
8
启辉器
与30W灯管配用
1
PEE-03
9
日光灯灯管
30W
1

10
电门插座

3
PEE-03
四、实验内容
1．日光灯线路接线与测量
图7-3
按图7-3组成实验线路，经指导教师检查后，接通市电220V电源，调节自耦变压器的输出使其达到220V，测量功率P，功率因数cos，电流I，电压U，UL，UA等值，记录于表7-1中，验证电压相量关系。
表7-1 数据记录表

测量数据
计算值

P（W）
cos
I（A）
U（V）
UL（V）
UA（V）
r()
正常工作值

2．并联电容——电路功率因数的改善
图7-4
按图7-4组成实验线路，经指导教师检查后，接通市电220V电源，将自耦变压器的输出调至220V，记录功率表、电压表、功率因数表的读数，通过一只电流表和三个电流插孔分别测量三条支路的电流，改变电容值，进行重复测量，将据记录于表7-2中。
表7-2 数据记录表
电容值
测 量 数 据
（μf）
P（W）
U（V）
I（A）
IL（A）
IC（A）
cosφ
1

2.2

3.2

4.7

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，应先将自耦变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验读数的折算关系。
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、预习思考题
1．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；或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？
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，此时感性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，而不用串联法？所并的电容器是否越大越好？
七、实验报告
1．完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。
2．根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式的基尔霍夫定律。
3．讨论改善电路功率因数的意义和方法。
4．装接日光灯的心得体会及其他。

实验八 RC选频网络特性测试
一、实验目的
1．熟悉文氏电桥电路的结构特点及其应用。
2．学会用交流毫伏表和示波器测定文氏电桥的幅频特性和相频特性。
二、实验原理
文氏电桥电路是一个的串、并联电路，如图8-1所示，该电路结构简单，被广泛应用于低频振荡电路中作为选频环节，可以获得高纯度的正弦波电压。在输入端输入幅值恒定的正弦电压，在输出端得到输出电压，分别表示为：，

图8-1
当正弦电压的频率变化时，的变化可以从两方面来看。在频率较低的情况下，即当时，图8-1可以近似成图8-2所示的低频等效电路。越低，的幅值越低，其相位越超前于。当趋近于时，趋近于0，接近。而当频率较高时，即当时，图8-1可以近似成如图16-3所示的高频等效电路。越高，的幅值越小，其相位越滞后于。当趋近于时，趋近于，接近。由此可见，当频率为某一中间值时，不为零，且与同相。

图8-2 图8-3
由电路分析可知，该网络的传递函数为

其中幅频特性为：
相频特性为：
它们的特性曲线如图8-4所示。

图8-4
当角频率时，，，与同相，即电路发生谐振，谐振频率为。也就是说，当信号频率为时，串、并联电路的输出电压与输入电压同相，其大小是输入电压的三分之一，串、并联电路具有带通特性，这一特性称为串、并联电路的选频特性。
测量频率特性一般采用“逐点描绘法”。测量幅频特性时保持信号源输出电压（即网络输入电压）恒定，改变频率，用交流毫伏表监视，并测量对应的网络输出电压，计算出他们的比值，然后逐点描绘出幅频特性；测量相频特性时保持信号源输出电压（即网络输入电压）恒定，改变频率，用交流毫伏表监视，用双踪示波器观察与波形，若两个波形的延时为，信号周期为，则它们的相位差（输出相位与输入相位之差），将各个不同频率下的相位差画在以为横轴，为纵轴的坐标纸上，用光滑的曲线将这些点连接起来，即是被测电