电路实验思考题

电路实验思考题

虚拟实验

1. 在EWB5.0中，如何使读数及其波形定格？

答：是读数及其波形定格有两种方法。一是在接通电源进行仿真前进行一下设置：“analysis ”→“Analysis Options ”→“Instruments ”→选定“Pause after each screen ”；另一是在接通电源进行仿真后按下“Pause ”按钮。

2. 在EWB5.0中，如何使示波器中已经定格的波形上下左右移动？

答：在示波器界面上调整“X position ”的数值即可使已定格的波形左右移动，调整“Y position ”的数值即可使已定格的波形上下移动。

伏安特性的测绘

1. 图2中，R 的作用是什么？如果取消R ，会有什么后果？

答：图2中，电阻R 为限流电阻，其作用是保护二极管。二极管加正向电压超过其导通电压时相当于导线，如果取消电阻Ｒ，接通电源时当加在二极管两端的正向电压超过二极管的导通电压时，流过二极管的电流就会很大，可能会击穿二极管。

２．记下二极管、稳压二极管的型号、符号，理解其含义。

答：本实验中使用的半导体二极管型号为2CP15。“２”表示二极管、“Ｃ”表

示二极管为硅材料二极管、“Ｐ”表示二极管为普通二极管、“１５”是二极管的出厂编号。其符号如右图所示。

本实验使用的稳压二极管型号为2CW51。“２”表示二极管、“Ｃ”表示二极

管为硅材料二极管、“Ｗ”表示二极管为稳压二极管、“５１”是二极管的出厂编号。其符号如右图所示。

3．试说明磁电系测量机构的转动力矩是如何产生的？磁电系测量机构的偏转角与被测电流是否成正比？

答：磁电系测量机构是机械电表的一部分。固定部分的永久磁铁和放于磁极间的圆柱形铁芯可在空间形成辐射的匀强磁场。产生力矩的线圈置于匀强磁场中，当无电流通过线圈时，线圈由于弹力的作用可使机械表的指针置于最左端处。当有电流通过线圈时，通电线圈在磁场中受到安培力的作用，从而产生转动力矩。

通电导体在磁场中受到的安培力大小与流过导体的电流成正比，故磁电系测量机构的通电线圈在磁场中产生的转动力矩与流过线圈的电流成正比，即磁电系测量机构的偏转角与被测电流成正比。

叠加定理和戴维南定理

1．举例说明测量一个线性有源二端网络的开路电压oc U 和

等效入端电阻0R 的两种方法。

答：测开路电压oc U ：

方法一：直接测量

半导体二极管稳压二极管

在有源二端网络输出端开路时，直接用电压表接开路两端，即可测其输出端的开路电压oc U 。 方法二：零示法 （如右图所示）

在有源二端网络输出端外加一个与oc U 反向的可调的稳压源U 。慢慢调节稳压源U ，使被测电路中的电流表示数为零。根据补偿法可知oc U 等于稳压电源电压U 。（如右图所示）

测等效入端电阻0R

方法一：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oc U ，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流SC I ，则等效阻为： SC

oc I U R =0 因此，只要测出有源二端网络的开路电压oc U 和短路电流SC I ,0R 就可得出，这种方法最简便。但是，对于不允许将外部电路直接短路的网络（例如有可能因短路电流过大而损坏网络部的器件时），不能采用此法。

方法二：外加电源法

令含源一端口网络中的所有独立电源置零，然后在端

口处加一给定电压U ，测得流入端口的电流I （如右图）,

则： I

U R =0 也可以在端口处接入电流源I ＇，测得端口电源U ＇（如

右图），则：''

0I

U R =

2．试说明电磁系测量机构的转动力矩是如何产生的？电

磁系测量机构的偏转角与被测电流成何比例？

答：电磁系测量机构是利用载流线圈的磁场使可动软磁铁

片磁化而产生转动力矩的。这种测量机构主要用于构成工

频或稍高于工频的交流电流表和电压表，并具有很强的电流过载能力，准确度一般在0.5 级以下，最高可达0.1级。

电磁系电表的转动力矩M 与通过线圈的电流I 的平方成比例，即M ＝f (α)I 2

，系数f (α)与偏转角α有关。对于交流电，转动力矩是脉动的，测量机构可动部分的偏转角取决于转动力矩的平均值M а，M а＝f (α) I e ，I e 为线圈中电流的有效值。因此,当用于测量交流电时，测量的基本量是电流的有效值，并且电表的刻度是不均匀的。改变铁片形状可以调整系数f (α)，从而在一定围改变电表的刻度特性，使之均匀化或局部扩展。

按可动铁片的受力情况，电磁系电表可分为吸引式和推斥式两种。吸引式电磁系电表中，被磁化的动片受线圈磁场作用而吸入线圈，带动指针偏转，其吸引力的方向不受电流方向的影响。反抗力矩由游丝(或丝)供给，游丝中无电流流过。推斥式电磁系电表除具有带动转轴偏转的动片外，在线圈中还安放了称为静片的静止软磁铁片。两铁片同时被线圈磁场磁化，相互间将产生以推斥力为主的电磁力，此力方向不受电流方向的影响。

受控源的实验研究

1．受控源与独立源相比有何异同点？

答：相同点：受控源与独立源都分为电压源与电流源。受控电压源具有电压源的特性，受控电流源具有电流源的特性，受控源的电路符号及特性与独立源有相似之处，它们都能提供电流或电压。

不同点：受控源又称“非独立”电源；

独立电压源的电压或独立电流源的电流是独立量，而受控源的的电压或受控源的电流受电路中某部分电压或电流控制；

受控电压源或受控电流源因控制量是电压或电流可分为电压控制电压源（VCVS ）、电压控制电流源（VCCS ）、电流控制电压源（CCVS ）和电流控制电流源（CCCS ）。

2．四种受控源中的μ、m g 、m r 和α的意义是什么？如何测得？

答：μ：对于压控电压源（VCVS ），转移特性曲线为)(12U f U =。 而12/U U =μ称为压控电压源（VCVS ）的转移电压比（或电压增益）；

如实验4，固定压控电压源的输出端的负载，调节输入电压1U （控制量），测量输入电压1U （控制量）及相应的输出电压2U 的值，绘制)(12U f U =曲线，其线性部分的斜率即为压控电压源（VCVS ）的转移电压比μ。 m g ：对于压控电流源（VCCS ），转移特性曲线为)(12U f I =。而 12/U I g m =称为压控电流源的转移电导。

如实验2，固定压控电流源的输出端的负载，调节输入电压1U （控制量），测量输入电压1U （控制量）及相应的输出电流L I 的值，绘制)(1U f I L =曲线，其线性部分的斜率即为压控电流源（VCCS ）的转移电导m g 。 m r ：对于流控电压源（CCVS ），转移特性曲线为)(12I f U =。而12/I U r m = 称为流控电

压源（CCVS ）的转移电阻。 如实验1，固定流控电压源的输出端的负载，调节输入电流S I （控制量），测量输入电流S I （控制量）及相应的输出电压2U 的值，绘制)(2S I f U =曲线，其线性部分的斜率即为流控电压源（CCVS ）的转移电阻m r 。

α：对于流控电流源（CCCS ），转移特性曲线为)(12I f I =。而12/I I =α称为流控电流源的转移电流比（或电流增益）。

如实验3，固定流控电流源的输出端的负载，调节输入电流S I （控制量），测量输入电流S I （控制量）及相应的输出电流L I 的值，绘制)(S L I f I =曲线，其线性部分的斜率即为流控电流源的转移电流比α。

3．受控源的输出特性是否适于交流信号？

答：控源的输出特性适用于交流信号。受控源与信号种类无关。受控源对外提供的能量，既非取自控制量又非受控源部产生的，而是由电子器件所需的电源供给。所以受控源实际上是一种能量转换装置。受控源的电流或电压由控制支路的电流或电压控制，当对受控源输入交流信号时，则受控源的电压、电流受交流信号控制，此时受控源的输出特性同样适用于交流信号。

交流参数的测量

1．阅读理解电动系仪表的工作原理。试说明电动系测量机构的转动力矩是如何产生的？答：将磁电式仪表中固定的永久磁铁改为固定的线圈，使其磁场与活动线圈中的电流同时改变，利用这种原理制成的仪表就是电动系仪表。

其工作原理—根据通电固定线圈的磁场与通电活动线圈相互作用产生转动力矩的原理制成的。

I以后，可动线圈活动的空间便产生了一个均匀的磁场。磁感应强当固定线圈通过直流

1

I，则与均匀磁场相互作用后，可动线圈受到一度设为B。如果可动线圈中也引入直流

2

对力F，他们的方向按左手定则确定。这对力使可动部分受到一作用力矩而转动。

2．有一只电动系功率表，电压量程为300V，电流量程为2.5A，满刻度为150格。问如果把此表的两电压端钮并联到220V电源上去测量该电源电压，问此时功率表的指针有什么反应？

答：单相电动系功率表的接线原理见图5。

图5 单相电动系功率表的接线原理

这种电表测量机构的转动力矩M 与1I 2I cos θ有关，1I 为静圈电流，2I 为动圈电流，

θ为两电流相量间夹角。使负载电流I 通过静圈，即1I =I 。将负载电压U ?加于动圈及与动

圈串联的大电阻R 上，则动圈中电流2I R U ?

=。这样θφ=，而转动力矩M=k 1I 2I cos φ，这反映了功率P 的大小。

当把功率表的两电压端钮并联到220V 电源上时，流过静线圈的电流为零，即1I =0，测量机构转动力矩M 为零。所以，当把此表的两电压端钮并联到220V 电源上时，功率表的指针不发生偏转。

实际上，将功率表的两电压端钮并联到220V 电源上时，并没有测量任何负载的功率。而功率表的示数是测量的是某负载的功率，对于负载：P=UI ，而此时I=0，故P=0。即功率表的示数为零，功率表的指针不发生偏转。

功率因数的改善

1．为提高电路功率因数所并联的电容器的电容值是否越大越好？

答：不是。

功率因数由1cos ?提高到2cos ?，并联电容、无功容量的确定：

U &L

由上述向量图，有：

21sin sin ??I I I L C -= 代入上式，得将 cos , cos

1

2??U P I U P I L == )tg tg (21CU U P I C ω??=-= )tg tg ( 212??ω-=U

P C )tg tg (212φP CU Q C -==φω

综上所述可知，补偿容量不同功率因素提高也不一样：

欠补偿 —功率因素提高适合。全补偿—电容设备投资增加,经济效果不明显。

过补偿—使功率因数又由高变低（性质不同）。

综合考虑，功率因素提高到适当值为宜（0.95左右）。

2．阅读理解电动系仪表、感应系仪表的工作原理。

答：电动系仪表：

将磁电式仪表中固定的永久磁铁改为固定的线圈，使其磁场与活动线圈中的电流同时改变，利用这种原理制成的仪表就是电动系仪表。

其工作原理—根据通电固定线圈的磁场与通电活动线圈相互作用产生转动力矩的原理制成的。

当固定线圈通过直流1I 以后，可动线圈活动的空间便产生了一个均匀的磁场。磁感应强度设为B 。如果可动线圈中也引入直流2I ，则与均匀磁场相互作用后，可动线圈受到一对力F ，他们的方向按左手定则确定。这对力使可动部分受到一作用力矩而转动。

感应系仪表：

感应系仪表是利用电磁感应原理制作的。感应系机构目前主要用作交流电度表。

交流电度表工作原理——将电度表接入线路，电压线圈两端通过交流电压（负载电压），线圈产生交流电流；同时电流线圈也流入交流电流（负载电流），由这两个交流电流产生响

应的交变磁通。穿过铝盘的磁通为一个电压主磁通和两个电流主磁通，这三个磁通在铝盘中分别感应出3个涡流，这3个涡流和3个交变磁通相互作用产生转动力矩，驱使铝盘转动。经分析，转动力矩的大小是正比于负载的有功功率的。

铝盘转动切割制动磁铁的磁力线，在铝盘中产生感应电流，它和制动磁铁的磁场相互作用，产生制动力矩。经分析，电度表的转数正比于被测电能，因此利用计数器记录其转数便可以确定电能。

感应系仪表只能测量固定频率的交流电；抗外磁场的干扰能力较强；准确度较低；易受温度影响。

三相电路

1. 采用三相四线制时，为什么中线上不允许装保险丝？

答：会增加"断零"的可能性，如开关拉开。开关接触不良"断零"后接在三相四线上的220V

负载相当于星形联接接在380V 上,然而三相负载不可能是平衡的,负载轻的一相电压最高,使这一相上的220V 设备大量烧坏，而对单相负荷则不可能有回路。“断零”后

会造成中性线对地电压升高,增加触电的可能性。因此，规定在中线上不允许安装熔断器和开关设备，并选择机械强度高的导线。

2. 本实验中为什么要通过三相调压器将380V 的市电线电压降为220V 使用？

答：本实验室的实验设备上配备的负载(白炽灯泡)是220V 规格的，而实验时，我们需要测量接负载时的线电压，线电压即为市电线电压，若接上380V 则会导致负载烧毁，所以要将380V 的市电压将为220V 使用。另外，实验测量也是为了学生的安全才进行降压的。

3. 用实验数据验证对称三相电路中的3关系。

答：用实验数据证明如下

在三相电路的星形连接中，在电源和负载都对称情况下，线电压与相电压的数值关系为线电压是相电压的3倍，即 ：P l U U 3 。

在三相电路的三角形联接中，线电压恒等于相电压。两线电流则为两个相电流的矢量差，当电源和负载都对称时，线电流在数值上为相电流的3倍，即

I 3由上述所示实验数据验证了对称三相电路中的3关系。

4. 用实验结果分析，三相对称星形负载一相开路时各相电压的变化情况（设B 相负载开

路）。

答：实验数据表明当三相对称星形负载B 相开路时，在有中线的情况下，即使负载不对称，各相负载都可以得到对称的电压。在无中线的情况下，负载不对称则导致各相负载获得的电压不对称。阻抗小的负载获得的电压很低，导致负载无法工作；而阻抗大的负载获得的电压与线电压相同，可能会导致负载烧毁。

由此可推出中线的作用：无论负载对称与否，只要有中线，就可以保证各相负载获得对称的相电压，安全供电。如果没有的话，在三相负载不对称时会造成三相负载获得的电压不相等，导致有的负载相电压高（甚至高过额定电压），有的负载的相电压降低，导致负载无常工作。

5. 用实验结果分析，三相对称星形负载一相短路时各相电压的变化情况（设B 相负载短

路）。

答： 实验数据表明B 相负载短路后，相电压220AO U V =，0BO U V =，220CO U V =。相电压提高到了220V ，若线电压是380V ，则B 相短路后A 相电压和C 相电压会升高到380V ，两相负载获得的电压将会高于负载的耳钉工作电压，甚至会烧坏负载设备。

三相电路的功率测量

1．阅读理解功率表的工作原理。

答：功率表作为感应系仪表，是利用电磁感应原理制作的。

工作原理：电压线圈两端通过交流电压，线圈产生交流电流，同时电流线圈也流入交流电流，由这两个交流产生的交变磁通，在铝盘中分别感应出一个电压主磁通和两个电流主磁通。这三个磁通在铝盘中分别感应出三个涡旋，这三个涡旋和三个交变磁通相互作用产生转动力矩，驱使铝盘转动。而转动力矩的大小是正比于负载的有功功率的。 若这段时间负载的功率不变，得到公式：P C ω=。P 为功率，C 为比例常数，ω为转动的角速度。

2．在图2中，如何根据两只功率表的读数的大小判别负载的性质

答：在负载对称情况下：

(1) 当负载为纯电阻时，两功率表的读数相同。

(2) 当负载的功率因数为0.5时，将有一个功率表的读数为零。

(3) 当负载的功率因数小于0.5时，将有一个功率表的读数为负值。

(4) 当负载的功率因数大于0.5时，两个功率表的读数均为正值。

3．用二功率表测量三相三线制电路中的总功率。设所用的两个功率表均为1.0级，电压量

限为300V ，电流量限为5A ，它们的读书分别为1P =1455W 和2P =178.5W,试求测量总功率的相对误差为多少？

4．某一低功率瓦特表的准确度为0.5级，电压量限为300V ，电流量程为5A ，cos 0.2?=，

共150格。问：该表的最大可能误差是多少分格；读数为50分格，相对误差为多少；读数为130格时，相对误差又为多少；用该表去测量某一负载功率，瓦特表指针偏转50分格，负载消耗的功率为多少瓦。已知该负载的电压为220V ，负载电流为2.6A ，求该负载的功率因素。

信号的观察与测量

1. 示波器面板上“s/div ”和“v/div ”的含义是什么？

答：①、示波器面板上“s/div ”(SEG/DIV)是扫描速度的调节开关，用于调节扫描速度。即示

波器上水平方向每大格所占的扫描时间(也叫扫描时间因数)。扫描围从0.2μS/DIV~0.2S/DIV 进位分为19档，微调提供至少2.5倍合理连续调节，根据被测信号频率的高低，选择合适的档级，在微调顺时针旋转至校正位置时，可根据开关的示值和波形在水平轴方向上的距离读出被测信号的时间参数，当需要观察波形某一个细节时，可以进行水平扩展×10倍，此时原波形在水平轴方向上被扩展10倍。

②、示波器面板上“v/div ” (VOLTS/DIV)为信号垂直偏转灵敏度衰减开关，用于调节垂

直偏转灵敏度。即示波器上垂直方向每大格所占的电压幅值(也叫垂直偏转因数)。

2. 观察本机“标准信号”是，要在荧光屏上得到两个周期的稳定波形，而幅度要求为五格，

试问Y 轴电压灵敏度应置于哪一档位置？“s/div ”又应置于哪一档位置？

答：1Y (实验被测标准信号输入通道，可自行选择。)通道的Y 轴电压灵敏度(VOLTS/DIV)

应置于“0.1V ”档位置；“s/div ”又应置于“0.2ms ”档位置。

3. 用示波器观察正弦信号，荧光屏上出现下图所示情况时，试说明测试系统中那些旋钮的

位置不对？应如何调节？

A B C

D E F

答：

A ：此情况出现的原因是选择了1Y 通道作为信号输入通道，而垂直触发方式却选择了2Y 的触

发方式。另外，信号输入端置地了也会出现这种情况。应检查信号输入通道与触发通道是否一致，不一致应调节为一致；检查信号输入端是否置地，置地应调节为不置地。 B ：此情况出现的原因是Y 轴位移（垂直方向位移或水平方向位移）调节不当，使得整个波

形超出了示波器的显示屏。应调节Y 轴位移使信号波形显示在是示波器的显示屏幕上。 C ：此情况出现的原因是扫描方式扫描不对或者电平调节不对。应重新调节。

D ：此情况出现的原因是示波器面板上“v/div ” (VOLTS/DIV)信号垂直偏转灵敏度衰减开关调

得过小，即示波器上垂直方向每大格所占的电压幅值(也叫垂直偏转因数)调得过小。应把此值调大。

E ：此情况出现的原因是示波器面板上“s/div ”(SEG/DIV)扫描速度的调节开关，调节扫描速度

调节的过大，即示波器上水平方向每大格所占的扫描时间(也叫扫描时间因数)调得过大。应把此值调小。

F ：此情况出现的原因是选择了1Y 通道作为信号输入通道，而垂直触发方式却选择了2Y 的触

发方式。并且示波器面板上“s/div ”(SEG/DIV)扫描速度的调节开关，调节扫描速度调节的

过大，即示波器上水平方向每大格所占的扫描时间(也叫扫描时间因数)调得过大。此情况即是A 和E 情况的叠加结果。此时应按A 和E 情况的调节方法调节示波器。

R 、L 、C 串联谐振电路

1. 改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振？

答：由公式)(210C L X X LC f f ==

=π可知，改变电路的电容C 、电感L 或激励频率f 参数可以使电路发生谐振。

2. 如果信号源给出1V 的电压，电路谐振时，用交流毫伏表测量L U 和C U ，应该选择多大

的量限？

答：应用10V 的限量。R 、L 、C 串联电路发生谐振时，电感与电容两端的电压相等，一

般情况下，其数值高于电源电压许多倍。

3. 谐振时，输出电压0R U 与输入电压i U 是否相等，对应的0C U 和0L U 是否相等，如果不

等，原因何在？

答：R 、L 、C 串联电路发生谐振时，输出电压0R U 与输入电压i U 相等，电路的阻抗最小，

电流最大。对应的0C U 和0L U 不相等，因为电感线圈的线阻是不可忽略的。

4. 要提高R 、L 、C 串联电路的品质因数，电路参数应如何改变？

答：R 、L 、C 串联电路的品质因数计算公式为

Q = 故要提高R 、L 、C 串联电路的品质因数，可以增大电路的电感L 的值或减少电容C 的值或者减少电阻R 的值。

5. 某收音机的输入回路（调谐电路），可以简化为一个线圈和一个可变电容器串联的电路，

线圈的电感0.233L mH =，可变电容器的变化围是142.5C pF =，1360C pF =。试求此串联电路谐振频率的围。

答：RLC 串联电路的谐振频率为

0f =

011600f Hz kHz ==≈

02550f kHz ==≈ 即此串联电路谐振频率的围为：550kHz-1600kHz

RC 一阶电路的响应

1. 已知RC 一阶电路的10,0.1R k C F μ=Ω=，试计算充放电时间常数τ，并根据τ值

的物理意义，拟定测定τ的方案。

答：根据时间常数的计算公式可得

3610100.1101RC s ms τ-==???=

RC 一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数τ，这就是时间常数τ的物理意义。

时间常数τ的测定方法。如图1所示电路，对于零输入响应：

//t RC t C u E e E e τ--=?=?

当τ=t 时，E u c 368.0)(=τ，此时所对应的时间就等于τ。

对于零状态响应，亦可用其响应波形增长到0.632E 所对应的时间测得，如图5所示。

2. 什么叫微分电路？什么叫积分电路？这两种电路有何功用？

答：输出电压在数学上与输入电压有导数关系的电路叫微分电路，且其时间常数2RC T τ=<<，其中T 为电路激励的信号的周期。微分电路输出电压在数学上与输入电压的关系是：c i R du du u iR RC RC dt dt

==≈； 输出电压在数学上与输入电压有积分关系的电路叫积分电路，且其时间常数2RC T τ=>>，其中T 为电路激励的信号的周期。积分电路输出电压在数学上与输入电压的关系是：11C i U idt u dt C RC =≈??

。 这两种电路都可以用于实现波形的变换。

二端口网络参数的测定

1. 本实验方法可否用于交流双口网络的测定？

答： 可以。