电路分析实验-基尔霍夫定律的验证.doc

1、1电路分析实验目录一、基尔霍夫定律的验证1二、叠加原理的验证2三、戴维南定理和诺顿定理的验证4四、RC 一阶电路的响应测试7五、RLC 串联揩振电路的研究10六、RC 选频网络特性测试 13实验一 基尔霍夫定律的验证一、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。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每个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。即对电路中的任一个节点而言，应有 I 0；对任何一个闭合回路而言，应有 U 0。运用上述定律时必须注意各支路或闭合回路中电流的

2、正方向，此方向可预先任意设定。三、实验设备（同实验二） 四、实验内容实验线路与实验五图 5-1 相同，用 DG05 挂箱的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路。1. 实验前先任意设定三条支路和三个闭合回路的电流正方向。图 5-1 中的 I1、I 2、I 3 的方向已设定。三个闭合回路的电流正方向可设为 ADEFA、BADCB 和 FBCEF。2. 分别将两路直流稳压源接入电路，令 U16V ，U 212V。3. 熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接至数字毫安表的“、”两端。4. 将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，读出并记录电流值。5. 用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值

3、，记录之。被 测 量 I1(mA) I2(mA) I3(mA) U1(V) U2(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. 同实验二的注意 1，但需用到电流插座。22所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。 U1、U 2 也需测量，不应取电源本身的显示值。3. 防止稳压电源两个输出端碰线短路。4. 用指针式电压表或电流表测量电压或电流时， 如果仪表指针反偏，则必须调换仪表极性，重新测量。此时指针正偏，可读得电压或电流值。若用数显电压表或电流表测量，则可直接读出电压或电流值。但应注意：所读得的电压或电

4、流值的正确正、负号应根据设定的电流参考方向来判断。六、预习思考题1. 根据图 5-1 的电路参数，计算出待测的电流 I1、I 2、I 3 和各电阻上的电压值，记入表中，以便实验测量时，可正确地选定毫安表和电压表的量程。2. 实验中，若用指针式万用表直流毫安档测各支路电流，在什么情况下可能出现指针反偏，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，选定节点 A，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. 将支路和闭合回路的电流方向重新设定，重复 1、2 两项验证。4

5、. 误差原因分析。5. 心得体会及其他。实验二 叠加原理的验证一、实验目的验证线性电路叠加原理的正确性，加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。二、原理说明叠加原理指出：在有多个独立源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。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（即在电路中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 030V 可调 二路 DG042 万用表 1 自备3 直流数字电

6、压表 0200V 1 D314 直流数字毫安表 0200mV 1 D315 迭加原理实验电路板 1 DG05四、实验内容实验线路如图 7-1 所示，用 DG05 挂箱的“基尔夫定律/ 叠加原理”线路。图 7-131. 将两路稳压源的输出分别调节为 12V 和 6V，接入 U1 和 U2 处。2. 令 U1 电源单独作用（将开关 K1 投向 U1 侧，开关 K2 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的电压，数据记入表 7-1。 表 7-1测 量 项目实 验 内 容U1(V)U2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(

7、V)UDE(V)UFA(V)U1 单 独 作用U2 单 独 作用U1、 U2共 同作 用2U2单 独 作 用3. 令 U2 电源单独作用（将开关 K1 投向短路侧，开关 K2 投向 U2 侧），重复实验步骤2 的测量和记录，数据记入表 7-1。4. 令 U1 和 U2 共同作用（开关 K1 和 K2 分别投向 U1 和 U2 侧）， 重复上述的测量和记录，数据记入表 7-1。5. 将 U2 的数值调至12V，重复上述第 3 项的测量并记录，数据记入表 7-1。6. 将 R5（330 ）换成二极管 1N4007（即将开关 K3 投向二极管 IN4007 侧），重复1 5 的测量过程，数据记入表

8、7-2。F 1 247. 任意按下某个故障设置按键，重复实验内容 4 的测量和记录，再根据测量结果判断出故障的性质。 表 7-2测 量 项目实 验 内 容U1(V)U2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)U1 单 独 作用U2 单 独 作用U1、 U2共 同作 用2U2单 独 作 用五、实验注意事项1. 用电流插头测量各支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性，正确判断测得值的、号后，记入数据表格。2. 注意仪表量程的及时更换。六、预习思考题1. 在叠加原理实验中，要令 U1、U 2 分别单独作用，应如何操作？可否

9、直接将不作用的电源（U 1 或 U2）短接置零？2. 实验电路中，若有一个电阻器改为二极管， 试问叠加原理的迭加性与齐次性还成立吗？为什么？七、实验报告1. 根据实验数据表格，进行分析、比较，归纳、总结实验结论，即验证线性电路的叠加性与齐次性。2. 各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？ 试用上述实验数据，进行计算并作结论。3. 通过实验步骤 6 及分析表格 7-2 的数据，你能得出什么样的结论？4. 心得体会及其他。实验三 戴维南定理和诺顿定理的验证有源二端网络等效参数的测定一、实验目的1. 验证戴维南定理和诺顿定理的正确性，加深对该定理的理解。2. 掌握测量有源二端网络等效参数的一般

10、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）。5戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替，此电压源的电动势 Us 等于这个有源二端网络的开路电压 Uoc， 其等效内阻 R0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。诺顿定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电流源与一个电阻的并联组合来等效代替，此电流源的电流 Is 等于这个有源二端网络的短路电流 ISC，其等效内阻 R0 定义同戴维南定理。Uoc（Us）

11、和 R0 或者 ISC（I S）和 R0 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、短路电流法测 R0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，则等效内阻为 UocR0 Isc 图 9-1如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口短路 则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。(2) 伏安法测 R0 用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线，如图 9-1 所示。 根据外特性曲线求出斜率 tg，则内阻U U ocR0tg 。I Isc也可以先测量开路电压 Uoc， 图 9-2再 测

12、量 电 流 为 额 定 值 IN 时 的 输 出UocU N 端 电 压 值 UN， 则内阻为 R0 。 IN (3) 半电压法测 R0 如图 9-2 所示，当负载电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。(4) 零示法测 UOC 图 9-3在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表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 9-3 所示.。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

13、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 030V 1 DG04UIABIUOUIscocVUUR0 RL oc/2SRVU0US62 可调直流恒流源 0500mA 1 DG043 直流数字电压表 0200V 1 D314 直流数字毫安表 0200mA 1 D315 万用表 1 自备6 可调电阻箱 099999.9 1 DG097 电位器 1K/2W 1 DG098 戴维南定理实验电路板 1 DG05四、实验内容被测有源二端网络如图 9-4(a)。(a) 图 9-4 (b)1. 用开路电压、短路电流法测定戴

14、维南等效电路的 Uoc、R 0 和诺顿等效电路的 ISC、R 0。按图 9-4(a)接 入 稳 压 电 源 Us=12V 和恒流源 Is=10mA，不 接 入 RL。 测出 UOc 和 Isc,并计算出 R0。（测 UOC时，不接入 mA 表。）2. 负载实验按图 9-4(a)接入 RL。改变 RL 阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。U（v ）I（mA）3. 验证戴维南定理：从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻 R0 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 9-4(b)所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。 Uoc(v

15、)Isc(mA)R0=Uoc/Isc()7U（v）I（mA ）4. 验证诺顿定理：从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻 R0 之值， 然后令其与直流恒流源（调到步骤“1 ”时所测得的短路电流 ISC 之值）相并联，如图 9-5 所示，仿照步骤“2 ”测其外特性，对诺顿定理进行验证。 U（v）I（mA ）5. 有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的直接测量法。见图 9-4（a）。将被测有源网络内的所有独立源置零（去掉电流源 IS 和电压源 US，并在原电压源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表的欧姆档去测定负载 RL 开路时 A、B 两点间的电阻，此即为被测网络的等效

16、内阻 R0，或称网络的入端电阻 Ri 。6. 用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻 R0 及其开路电压 Uoc。线路及数据表格自拟。五、实验注意事项1. 测量时应注意电流表量程的更换。2. 步骤“5”中，电压源置零时不可将稳压源短接。3. 用万表直接测 R0 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。 图 9-54. 用零示法测量 UOC 时，应先将稳压电源的输出调至接近于 UOC，再按图 9-3 测量。5. 改接线路时，要关掉电源。六、预习思考题1. 在求戴维南或诺顿等效电路时，作短路试验，测 ISC 的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验

17、？请实验前对线路 9-4(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、3、4 ，分别绘出曲线，验证戴维南定理和诺顿定理的正确性， 并分析产生误差的原因。2. 根据步骤 1、5、6 的几种方法测得的 Uoc 与 R0 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。实验四 RC 一阶电路的响应测试一、实验目的1. 测定 RC 一阶电路的零输入响应、零状态响应及完全响应。 I S mA R V R 0 L 82. 学习电路时间

18、常数的测量方法。3. 掌握有关微分电路和积分电路的概念。4. 进一步学会用示波器观测波形。二、原理说明1. 动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程。要用普通示波器观察过渡过程和测量有关的参数，就必须使这种单次变化的过程重复出现。为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；利用方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号。只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数 ，那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的。2.图 13-1（b）所示的 RC 一阶电路的零输入响应和零状态响应分别

19、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 。3. 时间常数 的测定方法:用示波器测量零输入响应的波形如图 13-1(a)所示。根据一阶微分方程的求解得知 ucU me-t/RCU me-t/ 。当 t 时，Uc( )0.368U m。此时所对应的时间就等于 。亦可用零状态响应波形增加到 0.632Um 所对应的时间测得，如图 13-1(c)所示。a) 零输入响应 (b) RC 一阶电路 (c) 零状态响应图 13-14. 微分电路和积分电路是 RC 一阶电路中较典型的电路， 它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。一个简单的 RC 串联电路， 在方波序列脉冲的重复激励下，

20、 当满足 RCT/2i c R c cuu uiu 0.368 ttRCtt0.6320000+ cuuUm cucuuuUmUmUm9图 13-2若将图 13-2(a)中的 R 与 C 位置调换一下，如图 13-2(b)所示，由 C 两端的电压作为响应输出，且当电路的参数满足 RC ，则该 RC 电路称为积分电路。因为此时电路的2T输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。利用积分电路可以将方波转变成三角波。从输入输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的作用，请在实验过程仔细观察与记录。三、实验设备序号 名 称 型号与规格 数量 备注1 函数信号发生器 1 DG032 双踪示波器 1 自备3

21、 动态电路实验板 1 DG07四、实验内容实验线路板的器件组件，如图 13-3 所示，请认清 R、C 元件的布局及其标称值，各开关的通断位置等。1. 从电路板上选 R10K ，C6800pF 组成如图 13-1(b)所示的 RC 充放电电路。u i 为脉冲信号发生器输出的 Um 3V、f1KHz 的方波电压信号，并通过两根同轴电缆线，将激励源 ui 和响应 uC 的信号分别连至示波器的两个输入口 YA 和 YB。这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律，请测算出时间常数 ，并用方格纸按 1:1 的比例描绘波形。少量地改变电容值或电阻值，定性地观察对响应的影响，记录观察到的现象。2. 令

22、 R10K，C0.1 F，观察并描绘响应的波形，继续增大 C 之值，定性地观察对响应的影响。3. 令 C0.01 F ，R 100，组成如图 13-2(a)所示的微分电路。在同样的方波激励信号（Um3V，f1KHz）作用下，观测并描绘激励与响应的波形。增减 R 之值，定性地观察对响应的影响，并作记录。当 R 增至 1M 时，输入输出波形有何本质上的区别？五、实验注意事项1. 调节电子仪器各旋钮时，动作不要过快、过猛。实验前，需熟读双踪示波器的使用说明 书。观察双踪时，要特别注意相应开关、旋钮 图 13-3 动态电路、选频电路实验板的操作与调节。2. 信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起（称

23、共地）， 以防外界干扰而影响测量的准确性。3. 示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时，应将辉度调暗，以延长示波管的使用寿命。0.01u1000p 30K 10K100 1K 10K 1M1000p 6800p 0.01u 0.1u 10K10mH 4.7mH 0.1u10六、预习思考题1. 什么样的电信号可作为 RC 一阶电路零输入响应、 零状态响应和完全响应的激励源？2. 已知 RC 一阶电路 R10K ，C0.1 F，试计算时间常数 ，并根据 值的物理意义，拟定测量 的方案。3. 何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？ 它们在方波序列脉冲的激励下，其输出信号波形

24、的变化规律如何？这两种电路有何功用？4. 预习要求：熟读仪器使用说明，回答上述问题，准备方格纸。七、实验报告1. 根据实验观测结果，在方格纸上绘出 RC 一阶电路充放电时 uC 的变 化曲线，由曲线测得 值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。2. 根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的特征。3. 心得体会及其他。实验五 R、L、C 串联谐振电路的研究一、实验目的1. 学习用实验方法绘制 R、L、C 串联电路的幅频特性曲线。2. 加深理解电路发生谐振的条件、特点，掌握电路品质因数（电路 Q 值）的物理意义及其测定方法。二、原理说明1. 在图 19-1 所示的 R、L、C 串联电路中，当正弦交流信号源的频率 f 改变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随 f 而变。 取电阻 R 上的电压 uo作为响应，当输入电压 ui的幅值维持不变时， 在不同频率的信号激励下，测出 UO 之值，然后以 f 为横坐标，以 UO/Ui 为纵坐标（因 Ui 不变，故也可直接以 UO 为纵坐标），绘出光滑的曲线，此即为幅频特性曲线，亦称谐振曲线，如图 19-2 所示。图 19-2 Umax02Umax0U0f1Ff0Ff2图 19-1RCouLiu