Журнал лабораторных работ по курсу «Электротехника и электроника» (раздел «Линейные электрические цепи»)

Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана

Журнал лабораторных работ по курсу
«Электротехника и электроника»
(раздел «Линейные электрические цепи»)

Выполнил студент
Группа
Дата

Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2010

УДК 621.3
ББК 31.2
Ж92

Ж92

Рецензент А. В. Смирнов

Журнал лабораторных работ по курсу «Электротехника
и электроника» (раздел «Линейные электрические цепи»)
/ Л. А. Сперанская, В. В. Лаврентьев, В. И. Волченсков и др.
– М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2010. – 16, [4] с. : ил.

Журнал содержит задания и порядок выполнения лабораторных
работ № 1 и 3 по разделу «Линейные электрические цепи», электрические 
схемы исследуемых устройств, таблицы для записи экспериментальных 
и расчетных данных, размерные сетки и свободное
место для построения необходимых графиков зависимостей и векторных 
диаграмм соответственно.
Для студентов 2-го и 3-го курсов машиностроительных специальностей 
факультетов МТ, РК, СМ, Э, АК, ФН, ИБМ, РКТ.
УДК 621.3
ББК 31.2

c⃝ МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010

Лабораторная работа № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы:
• исследовать режимы работы линейной электрической цепи
постоянного тока;
• экспериментально определить внешнюю характеристику источника 
электрической энергии и рассчитать параметры его схемы
замещения;
• оценить влияние параметров элементов цепи на энергетические 
соотношения при различных режимах работы электрической
цепи;
• ознакомиться с электроизмерительными приборами в цепях
постоянного тока.

Описание лабораторного стенда

Лабораторная работа выполняется на универсальном лабораторном 
стенде.
Электрическая схема содержит:
Е1 — нерегулируемый источник напряжения с ЭДС E1;
Е2, Е3 — регулируемые источники напряжения с ЭДС E2 и E3,
значения которых изменяют лабораторным автотрансформатором
(ЛАТРом) Т1;
Т1 — лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), расположенный 
на стенде слева внизу. Напряжение регулируют двумя галетными 
переключателями (расположены на стенде справа внизу):
левый переключатель позволяет регулировать напряжение от 0 до
210 В с шагом ΔU = 10 В, правый — от 0 до 10 В с шагом ΔU = 1 В;

3

S42 — выключатель ЛАТРа, обеспечивающий регулирование
напряжения левым галетным переключателем в нижнем положении — 
от 0 до 100 В против хода часовой стрелки (синяя шкала), в
верхнем положении — от 110 В до 210 В по ходу часовой стрелки
(красная шкала);
S45 — выключатель ЛАТРа (включен — вверх, выключен —
вниз);
S2 — выключатель источника Е1 (включен — влево, выключен —
вправо);
S3 — выключатель источника
Е2 (включен — вправо, выключен — 
влево);
S4 — выключатель источника
Е3 (включен — вверх, выключен — 
вниз);
«+»/«–» — переключатель полярности амперметров А1 и А2;
А1, А2 — амперметры магнитоэлектрической системы;
V1, V2 — вольтметры магнитоэлектрической системы, имеющие 
шкалу с номинальным напряжением 100 В (под ними имеются
переключатели, позволяющие выбирать номинальное напряжение
100 или 50 В, соответственно изменяется цена деления шкалы
прибора);
R1. . . R7 — резисторы;
R17 — резистор, регулируемый двумя галетными переключателями (
в работе использовать левый переключатель с диапазоном
от 100 Ом до нуля с шагом ΔR = 10 Ом);
S1 — общий выключатель электропитания стенда (включен —
вверх, выключен — вниз).

Задания и порядок выполнения работы

Задание 1. Исследовать неразветвленную электрическую цепь
с одним источником энергии (рис. 1).
Для выполнения задания необходимо следующее.
1. Выбрать на стенде схему с одним источником постоянного
напряжения Е3.
2. Убедиться, что стенд обесточен (S1 выключен) и все выключатели (
S2, S3, S4, S45) находятся в положении «выключено».
3. Присоединить вольтметр V1 параллельно источнику Е3.
4. Установить выключатель S42 в положение, при котором напряжение 
на выходе ЛАТРа регулируется от 0 до 100 В (вниз), и

4

Рис. 1

убедиться, что ручки галетных переключателей находятся в нулевом 
положении.
5. Включить S1 (перевести его в верхнее положение).
6. Включить S45 и S4 и установить на источнике Е3 напряжение
U = 20 В.
7. Выключить S4.
8. Собрать электрическую схему (см. рис. 1) и предъявить для
проверки преподавателю.
9. Для вольтметров V1 и V2 установить диапазон измерений
50 В, сопротивление резистора R17 установить равным 100 Ом.
10. Включить S4 и снять экспериментально внешнюю характеристику 
источника E3, дискретно изменяя сопротивление на резисторе 
R17 в сторону уменьшения, начиная со 100 Ом, что будет
сопровождаться увеличением тока. При этом показания амперметра 
A1 не должны превышать 0,3 А! Результаты измерений занести
в табл. 1.
Закончив измерения, стенд обесточить (все выключатели вернуть 
в исходное положение).
11. По результатам опытов (см. табл. 1) рассчитать мощность
Р, выделяемую на резисторе R17, для каждого значения тока. Полученное 
записать в табл. 1. Зафиксировать наличие экстремума
мощности при определенном значении тока, что указывает на достижение 
согласованного режима работы источника питания с нагрузкой.

Построить внешнюю характеристику источника Е3 U1 = f(I)
с внутренним сопротивлением R03 и характеристику U2 = f(I)

5

Таблица 1

R17, Ом
A1, А
V 1, В
V 2, В
P = IU2, Вт

–
0

100

80

60

40

20

с искусственно увеличенным внутренним сопротивлением R0 =
= R03 + R6 + R7, а также график зависимости Р = f(I) в одних
осях координат (рис. 2).

Рис. 2
12. Определить по результатам проведенных исследований:
а) параметры Е3 и R03;
б) суммарное значение сопротивлений резисторов R6 + R7;
в) значение сопротивления резистора R17, при котором на нем
выделяется максимальная мощность Рmax (согласованный режим);
г) значение КПД источника η при согласованном режиме работы, 
приняв за внутреннее сопротивление источника R0 = R03 +
+ R6 + R7, а за нагрузку — резистор R17.
13. Занести результаты вычислений п. 12 в табл. 2.
14. Записать уравнение баланса мощностей.

6

15. Рассчитать мощность источника Pи и сумму мощностей
потребителей Pп. Результаты вычислений занести в табл. 2.

Таблица 2

E3, В
R03, Ом
(R6 + R7), Ом R17, Ом
η
Pи, Вт
Pп, Вт

Примечание. Для выполнения расчетов использовать закон
Ома, Первый и Второй законы Кирхгофа, а также уравнение баланса 
мощности в общем виде
Е
→ ∙ I
→ +
U
→ ∙ I
← =
I2
i ∙ Ri +
E
→ ∙ I
← +
U
→ ∙ I
→ .

Задание 2. Исследовать разветвленную электрическую цепь с
двумя источниками энергии Е1 и Е2.
Порядок выполнения задания.
1. Выбрать на стенде электрическую схему с двумя источниками 
Е1 и Е2.
2. Измерить величину ЭДС источника Е1. Для этого: подключить 
вольтметр V1 параллельно источнику Е1, включить питание 
стенда переключателем S1, переключатель S2 поставить в
положение 1. Результаты измерения занести в табл. 3. Установить
ручки галетных переключателей ЛАТРа в нулевое положение.
Выключить S1.
Таблица 3

Измерено
Вычислено

E1, В
E2, В
U3, В
I1, А
I3, А
I2, А

3. Установить на источнике E2 напряжение, равное E1. Для этого: 
а) подключить вольтметр V1 параллельно E2; б) установить S3 в
положение 1; в) включить S1 и S45 и галетными переключателями
установить на источнике E2 напряжение, равное E1; г) выключить
S1; д) отсоединить вольтметр V1 от источника E2.
4. Собрать электрическую схему рис. 3 и обязательно предъявить 
ее для проверки преподавателю.
5. Подключить вольтметр V1 параллельно ветви с резистором
R3 и поставить S2 и S3 в положение 1.

7

Рис. 3

6. Включить S1 и записать показания приборов, измеряющих
токи I1 и I3, а также напряжение U3 в табл. 3.
7. Выключить S1.
8. Рассчитать значение тока I2 и занести его в табл. 3.
9. Рассчитать по данным табл. 3 значения сопротивлений, указанных 
в табл. 4.
Таблица 4

R01 + R1 + R2, Ом
R3, Ом
R02 + R4 + R5, Ом
Pи, Вт
Pп, Вт

10. Составить уравнение баланса мощности для исследованной
цепи, используя данные измерений и вычислений из табл. 3 и 4.
Рассчитать мощность источников Pи и потребителей Pп. Результаты 
занести в табл. 4.
После выполнения всех расчетов результаты показать преподавателю 
и, получив его разрешение, разобрать схему.
Задание 3. Записать в табл. 5 данные электроизмерительных
приборов A1, V1 и рассчитать их абсолютные погрешности измерений 
ΔА.

Таблица 5

Прибор

Обозначение

прибора
в схеме

Номинальное

значение

Цена
деления
шкалы

Система
прибора
Класс
точности

Абсолютная

погрешность


8

Лабораторная работа № 3
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ЦЕПЕЙ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

Цель работы:
• изучение основных свойств, законов и режимов работы линейных 
электрических цепей синусоидального тока;
• экспериментальное определение значений параметров элементов 
электрической цепи, изучение их влияния на режим ее работы;
• 
экспериментальное исследование режимов резонанса напряжений 
и токов;
• изучение методов построения векторных диаграмм напряжений 
и токов;
• изучение электроизмерительных приборов электромагнитной
и электродинамической систем.

Описание лабораторной установки

Стенд содержит нижеперечисленные элементы:
ЛАТР, Т1 — регулируемый источник синусоидального напряжения 
от 0 до 210 В частотой 50 Гц;
S42 — выключатель источника Т1:
а) при положении вниз позволяет регулировать напряжение от
0 до 100 В поворотом левого галетного переключателя против хода
часовой стрелки;
б) при положении вверх — от 110 до 210 В поворотом левого
галетного переключателя по ходу часовой стрелки.
Правый переключатель позволяет плавно регулировать напряжение 
от 0 до 10 В;
S45 — выключатель источника Т1, обеспечивающий его включение (
вверх) и выключение (вниз).
ВНИМАНИЕ! Включение источника производить, убедившись, 
что переключатели напряжения находятся в положении «0»;
С1 — батарея конденсаторов, соединенных параллельно. Емкость 
конденсаторов указана в мкФ;
S17. . . S27 — выключатели в батарее конденсаторов (ВКЛ —
вверх);

9

А3, А4, А5, А6 — амперметры электромагнитной системы, номинальные 
величины которых зависят от положения переключателей
под приборами (0,1 А; 0,5 А; 1 А);
V3, V4, V5 — вольтметры электромагнитной системы, номинальные 
величины которых зависят от положения переключателей
под приборами (75 В, 250 В);
W1/W2 — ваттметр электродинамической системы, номинальная 
величина прибора при нажатой кнопке 75 Вт, при отжатой
кнопке — 150 Вт;
L2 — катушка индуктивности (переключатель под катушкой индуктивности 
должен находиться в положении 2 — катушка с сердечником 
с зазором);
S12 — выключатель, обеспечивающий подачу напряжения от
источника Т1.

Задания и порядок выполнения работы

Задание 1. Исследовать свойства линейной электрической цепи 
синусоидального тока при последовательном соединении катушки 
индуктивности L2 и батареи конденсаторов С1. Исследовать
резонанс напряжений.
Для выполнения задания необходимо следующее.
1. Cобрать с помощью проводов электрическую схему (рис. 1).
Предъявить схему для проверки преподавателю.
2. Поставить выключатель S42 в положение, при котором напряжение 
регулируется от 0 до 100 В (вниз). Регуляторы напряжения 
установить в нулевое положение. Выключатели батареи конденсаторов 
С1 поставить в положение «выключено» (вниз).
3. Переключатели под амперметрами включить на 0,5 А, переключатели 
под вольтметрами — на 250 В. Определить цену деления
приборов. Если измеряемые величины меньше значения первого
оцифрованного деления, воспользоваться более точной шкалой измерения, 
цену деления пересчитать.
4. Включить выключатели S1, S45 и S12, плавно увеличивать
напряжение галетными переключателями ЛАТРа от 0 до 24 В.
5. Изменяя емкость батареи конденсаторов С1, установить в
цепи резонанс напряжений, которому соответствует максимальное
значение общего тока I, измеряемое амперметром А6, но не более

10