电路实训.ppt

电路实训,实训1 直流电压、电流表的安装与实验 实训2 荧光灯实验 实训3 简易电子门铃的制作与电路测试,实训1 直流电压、电流表的安装与实验,1. 实训目的 (1) 了解电路的基本概念； (2) 了解电路基本变量的相互关系； (3) 学会电路连接与测试的基本方法； (4) 学会电压表、电流表的校准与使用。,2 实训设备、器件与实训电路 (1) 实训设备与器件：直流稳压电源1台、数字万用表2块、0.1 mA表头1只、单刀双掷开关2只、电阻若干。 (2) 实训电路与说明：实训电路如实训图1.1所示。其中图(a)为电压表电路，电路中虚框内部的作用是将100 A的表头改装为量程10 V的电压表; 图(b)为电流表电路，电路中虚框内部的作用是将100 A的表头改装为量程100 mA的电流表。图中，E为电压可调的直流稳压电源； B1为数字万用表; B2为0.1 mA表头; r为表头内部线圈的直流电阻，称为表头内阻。,实训图1.1 实训电路图 (a) 电压表实训电路； (b) 电流表实训电路,3.实训步骤与要求 1) 电路连接 按实训图1.1(a)连接电路。注意电源与电表的极性不要接反。电路接好后不要打开稳压电源的电源开关。 2) 通电前准备 将数字万用表置于直流电压20 V挡。将开关S的中心头指向“2”。调节可变电阻Rp3的可变触点，使其电阻为最大。调节稳压电源的输出控制旋钮，将其输出调到最小位置。本步骤的目的是防止打开稳压电源开关时，流过B 2的电流超过其量程。,3) 标准电压产生 打开稳压电源的电源开关。缓慢调节输出旋钮，改变稳压电源的输出，使数字万用表的读数为10 V。 至此得到了一个10 V的标准电压输出，其准确度由数字万用表的精度决定。 4) 电压表调节 调节Rp3，使电流表B2的读数至满刻度。观察Rp3的变化与表头指针偏转的关系。至此，通过调节并确定串接在表头上的电阻，将0.1 mA的表头改装为满度值为10 V的电压表。 可以看出，电压表实际上是由一个高灵敏度的电流表与电阻串接而成的。改变串接的电阻，即改变了电压表的量程。,5) 刻度校准 调节稳压电源输出，使数字万用表的读数依次为2.5V、5V、7.5V，在此过程中，电流表的读数应依次为25A、50A、75A。如果读数准确，将电流表的表盘改成电压表表盘，则电压表的安装与调试成功。 6) 测量表头内阻 从电路中取下数字万用表。调节稳压电源输出，使电压表读数为10 V(100 A)。将万用表置于直流200 mV挡，测量表头两端电压UAB。万用表的读数乘以10(除以0.1)，即为表头内阻r。,7) 验证欧姆定律 将万用表置于直流电压20V挡，用万用表测量电阻Rp3+R3两端的电压，记下读数，设读数为U。将电阻R3右端从电路中取下，用万用表欧姆挡测量Rp3+R3的电阻，记下读数，设读数为R。可以发现，U与R的比值恰等于电流表B2的读数I(100 A)。 4. 实训总结与分析 (1) 按照实训图1.1，可以将各种设备与器件连接起来。在实训图1.1中，稳压电源用一内阻为0的电压源来表示，表头用一内阻为0的电流表与一内阻r表示，导线的电阻为0，开关闭合时电阻为0，断开时电阻无穷大。其实，导线都有电阻，表头的线圈具有电感，但在给出的电路中都忽略了。,(2) 在以上实训中，我们学会了将一个读数较小的电流表改装为一个电压表或电流表。电压表是将一电阻与表头串联，与之串联的电阻越大，其测量的量程也越大。电流表是将一个较小的电阻与表头并联，并联的电阻越小，其测量的量程越大。其定量的关系，是必须掌握的。 (3) 如果将R1视为电源的负载，则测量R1两端的电压时，电压表与R1并联； 测量流过R1的电流时，电流表与R1串联。测电压并联、测电流串联，是电路测试必须遵守的基本原则。在今后的学习或工作中，必须严格遵守这一原则，违反这个原则将会产生严重后果。,(4) 表头内阻r是表头的重要参数，如果事先知道了表头内阻，那么在改装电表时，可以直接计算出与之并联或串联的电阻。实训步骤6中测量表头内阻r是通过测量其上的电压而间接得到的，测试原理依据的是中学就学过的欧姆定律。步骤7通过测量电阻Rp3+R3的阻值、两端的电压、流过其间的电流并找出它们之间的关系，验证了欧姆定律。 5 思考与讨论 (1) 如要利用电流表来测量电阻的阻值，则电路应如何连接? (2) 要将电压表、电流表、欧姆表组合成一个三用表，应考虑哪些问题? ,实训2 荧光灯实验,1. 实训目的 (1) 通过荧光灯实验加深对一般正弦交流电路的认识； (2) 学习使用功率表； (3) 了解提高功率因数的意义和方法。 2. 实训原理 1） 荧光灯电路的构成 荧光灯电路主要由荧光灯管、镇流器和起辉器三部分构成，如实训图2.1所示。 ,实训图 2.1 荧光灯电路示意图,2） 荧光灯工作原理 电源刚接通时，灯管尚未导通，起辉器的两极因承受全部电压而产生辉光放电，起辉器的U型电极触片受热弯曲与固定触片接触，电流流过镇流器、灯管两端灯丝及起辉器构成回路。同时，起辉器的两极接触后，辉光放电结束，双金属片变冷，起辉器两极重新断开，使在两极断开瞬间镇流器产生的较高感应电动势与电源电压一起(共约400600 V)加在灯管两极之间，使灯管中气体电离而放电，产生紫外线，激发管壁上的荧光粉。灯管点燃后，由于镇流器的限流作用，使得灯管两端的电压较低(约为90 V)，而起辉器与荧光灯并联，较低的电压不能使起辉器再次起动。此时，起辉器处于断开状态，即使将其拿掉也并不影响灯管正常工作。,荧光灯电路导通时，其灯管相当于一个纯电阻。镇流器是具有一定内阻r的电感线圈。 所以整个电路为一RL串联交流电路。此时，若在灯管与镇流器串联后的两端，并联一适当值的电容C，则电路为RL与C并联的交流电路，这时电路的功率因数cos将比未并联C时高。 3） 功率的测量 功率表属于电动式仪表，既可测直流功率，也可测交流有功功率。使用功率表，应根据功率表上所注明的电压、电流限量，将电流线圈(固定线圈)串联在被测电路中，电压线圈(可动线圈)并联在被测电路两端。,3. 实验内容及步骤 警告： (1) 认真检查接线，确认无误。通电前将与测量无关的导线、工具、器件从电路中全部清理干净，确保人身安全后方可通电。 (2) 实验过程中需要改线时，一定要先断开电源开关S后再操作。 (3) 实验过程中若要断开导线，一定要将该导线两端全部断开，并将导线从电路中移出，以确保安全。,1） 用功率表测荧光灯和镇流器的总功率 (1) 按实训图2.2接好线路，检查无误。闭合开关S，S1断开，调整调压器输出为220 V。观察起辉器有闪烁，然后荧光灯点亮，功率表有指示。 (2) 闭合S1, 将电容并联，分别调整电容值为1F、2F、5 F、10F、15F、20F，依次测量电源电压U、电路总电流I、并联电容支路电流IC、灯管电流ID、镇流器和荧光灯管总功率P(用功率表测量)、镇流器端电压UL、灯管端电压UD，计算功率因数cos。 (3) 断开S1, 将电容断开，测量I、IC、ID、UL、UD、P。,实训图 2.2 用功率表测量荧光灯和镇流器总功率,2） 用功率表测量荧光灯管的功率 (1) 按实训图2.3接好线路，检查无误。闭合开关S，S1断开，调整调压器输出为220 V。荧光灯点亮，功率表有指示。,实训图 2.3 用功率表测量荧光灯管功率的电路图,(2) 断开S1，用功率表测量荧光灯管功率PD，计算功率因数cos。闭合S1，并入5 F电容，重测PD ，并计算cos。 3） 注意事项 (1) 测量功率时若功率表表针反偏，则表明被测负载不是消耗功率，而是发出功率，应对换电流端钮上的接线或转换极性开关，使表针正向偏转。 (2) 为保护功率表的电压线圈和电流线圈，流过电流线圈的电流和加到电压线圈的电压均不可超过其额定值。 (3) 为保护功率表表头的安全，使用前应先将测量挡位置放于最大挡。,4. 实训设备与器件 交流电压表1块，交流电流表1块，功率表1块，40 W日光灯管、座一套，电容箱1只，镇流器1个，起辉器1只，导线若干。 5. 实训报告 回答下列问题： (1) UD与UL的和为什么大于U? (2) 并联电容后，为什么总功率不变，而总电流减少? (3) 提高功率因数的意义何在?,实训3 简易电子门铃的制作与电路测试 1. 实训目的 (1) 熟悉电子电路的连接方法； (2) 基本掌握示波器的使用方法； (3) 认识RC动态电路的主要特点； (4) 了解555集成电路的基本功能。,2. 实训设备、器件与实训电路 (1) 实训设备与器件：直流稳压电源1台，双通道示波器1台，万能板1块，8扬声器1个，按键开关1个，电阻、电容、导线若干。 (2) 实训电路与说明：实训电路如实训图3.1所示。图中555为集成定时器电路。555定时器具有如下特点：当它按实训图3.1的方式将2、6脚连到一起时，如果连接点的电位高于电源电压的2/3，则3脚的输出电压等于0 V，7脚对地短路；如果连接点的电位低于电源电压的1/3时，则3脚的输出电压等于电源电压，7脚对地开路。,实训图 3.1 电子门铃电路图,3. 实训步骤与要求 1) 连接电路 按图在万能板上将电路连接好，注意IC的引脚及电容C1、C3的极性不要接错。 2) 通电试听 接通电源(5V)，按下按键S，此时,可以听到扬声器发出的单一频率的声音。松开按键，声音停止。 3) 测试输出波形 打开示波器，把通道1输入探头的“地”与电路的“地”相连，中心头接至扬声器的上端。注意，如果事先不会使用示波器，请仔细阅读示波器的说明书直至能正确使用为止。,如果操作正确，则当按下按键喇叭发声时，可以在荧光屏上看到如实训图3.2(a)所示的脉冲波形。要求用示波器读出输出波形的周期T及脉冲的宽度T1，并记录在实训报告上(为减少声音干扰，可以将扬声器从电路中断开)。,实训图 3.2 电路中对应点的波形,4) 测试555第2、6脚的波形 把示波器通道2输入探头的中心头接555第2、6脚，“地”与“地”相接。按下按键，此时，可以观测到如实训图3.2(b)所示的锯齿状波形。如将示波器的输入状态设置为直流，则可以读出其幅度最小值约为电源电压的1/3，其最大值约为电源电压的2/3。 在荧光屏上比较通道1与通道2的波形可以发现，锯齿波的最小值与输出波形从低电平向高电平的过渡对应，锯齿波的最大值与输出波形从高电平向低电平的过渡对应。,5) 试验电容C1对输出信号周期的影响 将电容C1由10F替换为20F，再次测试步骤3与步骤4中测试到的波形，并记录周期T与脉冲宽度T1。在这一步骤中可以发现，波形的形状基本没有改变，但波形的周期与脉冲宽度却变大了。 6) 试验电阻R1对输出信号周期的影响 在步骤5的基础上，将电阻R1由10 k替换为20 k，再次测试两处的波形，同时记录T与T1。可以发现，T与T1又变大了。,4 实训总结与分析 1) 音频信号产生的原理 上面的实训中，在扬声器测得如实训图3.2(a)所示的输出波形，它的频率恰落在音频范围内，因此可以推动扬声器发出声音。电路中并没有音频信号源，显然，加至扬声器的音频信号是电路自己产生的。音频信号产生的过程，涉及到电路的过渡过程，可以按如下过程来定性地理解电路的工作原理。,(1) 从接通电源到C1两端电压升高至2E/3。接通电源后的瞬间，由于电容C1内部原先没有储存电荷，因此其两端电压为0。根据555的性质，其3脚电压等于电源电压，7脚对地开路。然后，电源E通过电阻R1与R2对电容C1充电，使C1两端电压升高。,(2) 电容C1两端电压从2E/3降到E/3。 C1两端电压升至2E/3后无法再升高，同时也无法维持这一电压值。由于R2上端通过555第7脚接地，因此C1通过R2对地放电，电流从C1流出，其两端电压随着放电过程慢慢降低。当C1两端电压降至E/3时，555输出电压立即从0V跳变至E，7脚对地开路。由于7脚开路，电容C1不可能再通过R2对地放电，C1两端电压不可能再降低。 这一过程，与实训图3.2中t1t2时间段对应。从实训图3.2(b)中，可以看到在放电过程中，电容器两端电压逐渐降低的情况。,(3) 充电放电的不断循环。显然，电路跳变后，电源E又通过R1与R2对C1充电，完成t2t3的过程，引起电路又一次跳变。然后， C1又通过R2放电。如此循环往复，形成了输出波形如实训图3.2(a)所示的振荡。如果图3.2(a)波形的频率为f，则它可以分解成许多频率为nf(n=0, 1，2，)的正弦电压，nf称为f的谐波。所以，这种振荡器称为多谐振荡器。,实训3 简易电子门铃的制作与电路测试,1. 实训目的 (1) 熟悉电子电路的连接方法； (2) 基本掌握示波器的使用方法； (3) 认识RC动态电路的主要特点； (4) 了解555集成电路的基本功能。,2. 实训设备、器件与实训电路 (1) 实训设备与器件：直流稳压电源1台，双通道示波器1台，万能板1块，8 扬声器1个，按键开关1个，电阻、电容、导线若干。 (2) 实训电路与说明：实训电路如实训图3.1所示。图中555为集成定时器电路。555定时器具有如下特点：当它按实训图3.1的方式将2、6脚连到一起时，如果连接点的电位高于电源电压的2/3， 则3脚的输出电压等于0 V，7脚对地短路； 如果连接点的电位低于电源电压的1/3时，则3脚的输出电压等于电源电压，7脚对地开路。,实训图 3.1 电子门铃电路图,3. 实训步骤与要求 1) 连接电路 按图在万能板上将电路连接好，注意IC的引脚及电容C1、C3的极性不要接错。 2) 通电试听 接通电源(5 V)，按下按键S，此时,可以听到扬声器发出的单一频率的声音。松开按键，声音停止。,3) 测试输出波形 打开示波器，把通道1输入探头的“地”与电路的“地”相连，中心头接至扬声器的上端。注意，如果事先不会使用示波器，请仔细阅读示波器的说明书直至能正确使用为止。 如果操作正确，则当按下按键喇叭发声时，可以在荧光屏上看到如实训图3.2(a)所示的脉冲波形。要求用示波器读出输出波形的周期T及脉冲的宽度T1，并记录在实训报告上(为减少声音干扰，可以将扬声器从电路中断开)。,实训图3.2 电路中对应点的波形,4) 测试555第2、6脚的波形 5) 试验电容C1对输出信号周期的影响 6) 试验电阻R1对输出信号周期的影响 4 实训总结与分析 1) 音频信号产生的原理 上面的实训中，在扬声器测得如实训图3.2(a)所示的输出波形，它的频率恰落在音频范围内，因此可以推动扬声器发出声音。,按如下过程来定性地理解电路的工作原理。 (1) 从接通电源到C1两端电压升高至2E/3。接通电源后的瞬间，由于电容C1内部原先没有储存电荷，因此其两端电压为0。根据555的性质，其3脚电压等于电源电压，7脚对地开路。然后，电源E通过电阻R1与R2对电容C1充电，使C1两端电压升高。 当C1两端电压高于2E/3时，根据555的性质，其输出电压立即跳变至0V，7脚对地短路由于7脚对地短路，电源E无法再通过R2对C1充电，C1两端电压不可能再升高。 这一段时间，与实训图3.2中0t1时间段对应。从实训图3.2(b)中，可以看到在充电过程中，电容器两端电压逐渐升高的情况。,(2) 电容C1两端电压从2E/3降到E/3。C1两端电压升至2E/3后无法再升高，同时也无法维持这一电压值。由于R2上端通过555第7脚接地，因此C1通过R2对地放电，电流从C1流出，其两端电压随着放电过程慢慢降低。当C1两端电压降至E/3时，555输出电压立即从0 V跳变至E，7脚对地开路。由于7脚开路，电容C1不可能再通过R2对地放电， C1两端电压不可能再降低。 这一过程，与实训图3.2中t1t2时间段对应。从实训图3.2(b)中，可以看到在放电过程中，电容器两端电压逐渐降低的情况。,(3) 充电放电的不断循环。显然，电路跳变后，电源E又通过R1与R2对C1充电，完成t2t3的过程，引起电路又一次跳变。然后， C1又通过R2放电。如此循环往复，形成了输出波形如实训图3.2(a)所示的振荡。如果图3.2(a)波形的频率为f，则它可以分解成许多频率为nf(n=0, 1，2，)的正弦电压，nf称为f的谐波。所以，这种振荡器称为多谐振荡器。 2) 决定振荡周期的因素 在实训步骤5与步骤6中，改变C1或R1的值，引起了输出波形的周期的变化。 ,