電路分析基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)書

1、.電路分析基礎(chǔ)實驗教學(xué)指導(dǎo)書課程編號：1038171002湘 潭 大 學(xué)信息工程學(xué)院2011年03月20日.;前 言一、實驗總體目標(biāo)初步具備電壓表、電流表、萬用表等電工實驗設(shè)備的操作使用能力和電路仿真軟件的應(yīng)用能力，根據(jù)實驗任務(wù)確定實驗方案、設(shè)計實驗線路和選擇儀器設(shè)備，正確測量參數(shù)和處理數(shù)據(jù)。二、適用專業(yè)年級電子信息工程、通信工程專業(yè)一年級本科學(xué)生。三、先修課程高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理。四、實驗項目及課時分配實驗項目實驗要求實驗類型每組人數(shù)實驗學(xué)時實驗一電阻電路測量與分析綜合實驗必須綜合性14實驗二電源等效電路綜合實驗必須綜合性14實驗三動態(tài)電路仿真實驗必須綜合性14實驗四RC頻率特性和RLC諧振仿

2、真實驗必須綜合性14五、實驗環(huán)境電工綜合實驗臺：40套。主要配置：直流電路模塊實驗板、動態(tài)電路模塊實驗板、多路直流電壓源、多路直流電流源、信號源、直流電壓表、直流電流表、示波器等。Multisim電路仿真分析軟件。六、實驗總體要求1、正確使用電壓表、電流表、萬用表、功率表以及一些電工實驗設(shè)備；2、按電路圖聯(lián)接實驗線路和合理布線，能初步分析并排除故障；3、認(rèn)真觀察實驗現(xiàn)象，正確讀取實驗數(shù)據(jù)和記錄實驗波形并加以檢查和判斷，正確書寫實驗報告和分析實驗結(jié)果；4、正確運用實驗手段來驗證一些定理和結(jié)論。5、具有根據(jù)實驗任務(wù)確定實驗方案、設(shè)計實驗線路和選擇儀器設(shè)備的初步能力。6、按每次實驗的具體要求認(rèn)真填寫

3、實驗報告。七、本課程實驗的重點、難點及教學(xué)方法建議本課程實驗的重點是儀表的正確使用、電路的正確連接、數(shù)據(jù)測試和分析；本課程實驗的難點是動態(tài)電路參數(shù)測試和分析。在教學(xué)方法上，本課程實驗應(yīng)提前預(yù)習(xí)，使學(xué)生能夠利用原理指導(dǎo)實驗，利用實驗加深對電路原理的理解，掌握分析電路、測試電路的基本方法。目 錄實驗一 電阻電路測量與分析綜合實驗1實驗二 電源等效電路綜合實驗11實驗三 動態(tài)電路仿真實驗18實驗四 RC頻率特性和RLC諧振仿真實驗24實驗一 電阻電路測量與分析綜合實驗一、實驗?zāi)康?、熟悉并掌握直流電壓表、電流表、恒壓源等使用；2、學(xué)會電阻元件的伏安特性的逐點測試法；3、學(xué)會電路中電位、電壓的測量方法

4、，掌握電路電位圖的測量、繪制方法；4、驗證基爾霍夫定律，學(xué)會檢查、分析電路簡單故障；5、驗證疊加原理，學(xué)會疊加原理的應(yīng)用。二、實驗原理1、電阻元件的伏安特性任一二端電阻元件的特性可用該元件上的端電壓U與通過該元件的電流I之間的函數(shù)關(guān)系Uf(I)來表示，即用UI平面上的一條曲線來表征，這條曲線稱為該電阻元件的伏安特性曲線。根據(jù)伏安特性的不同，電阻元件分兩大類：線性電阻和非線性電阻。線性電阻元件的伏安特性曲線是一條通過坐標(biāo)原點的直線，如圖11中(a)所示，該直線的斜率只由電阻元件的電阻值R決定，其阻值為常數(shù)，與元件兩端的電壓U和通過該元件的電流I無關(guān)；非線性電阻元件的伏安特性是一條經(jīng)過坐標(biāo)原點的曲

5、線，其阻值R不是常數(shù)，即在不同的電壓作用下，電阻值是不同的，常見的非線性電阻如白熾燈絲、普通二極管、穩(wěn)壓二極管等，它們的伏安特性如圖11中（b）、（c）、（d）。在圖11中，U >0的部分為正向特性，U<0的部分為反向特性。繪制伏安特性曲線通常采用逐點測試法，即在不同的端電壓作用下，測量出相應(yīng)的電流，然后逐點繪制出伏安特性曲線，根據(jù)伏安特性曲線便可計算其電阻值。2、電路中的電壓、電位測量在一個確定的閉合電路中，各點電位的大小視所選的電位參考點的不同而異，但任意兩點之間的電壓(即兩點之間的電位差)則是不變的，這一性質(zhì)稱為電位的相對性和電壓的絕對性。據(jù)此性質(zhì)，我們可用一只電壓表來測量出

6、電路中各點的電位及任意兩點間的電壓。若以電路中的電位值作縱坐標(biāo)，電路中各點位置（電阻或電源）作橫坐標(biāo)，將測量到的各點電位在該坐標(biāo)平面中標(biāo)出，并把標(biāo)出點按順序用直線條相連接，就可得到電路的電位圖，每一段直線段即表示該兩點電位的變化情況。而且，任意兩點的電位變化，即為該兩點之間的電壓。在電路中，電位參考點可任意選定，對于不同的參考點，所繪出的電位圖形是不同，但其各點電位變化的規(guī)律卻是一樣的。3、基爾霍夫定律基爾霍夫電流定律和電壓定律是電路的基本定律，它們分別用來描述結(jié)點電流和回路電壓，即對電路中的任一結(jié)點而言，在設(shè)定電流的參考方向下，應(yīng)有I0，一般流出結(jié)點的電流取負(fù)號，流入結(jié)點的電流取正號；對任何

7、一個閉合回路而言，在設(shè)定電壓的參考方向下，繞行一周，應(yīng)有U0，一般電壓方向與繞行方向一致的電壓取正號，電壓方向與繞行方向相反的電壓取負(fù)號。在實驗前，必須設(shè)定電路中所有電流、電壓的參考方向，其中電阻上的電壓方向應(yīng)與電流方向一致，即關(guān)聯(lián)參考方向，見圖14所示。4、疊加原理在有幾個電源共同作用下的線性電路中，通過每一個元件的電流或其兩端的電壓，可以看成是由每一個電源單獨作用時在該元件上所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。具體方法是：一個電源單獨作用時，其它的電源必須去掉（電壓源短路，電流源開路）；在求電流或電壓的代數(shù)和時，當(dāng)電源單獨作用時電流或電壓的參考方向與共同作用時的參考方向一致時，符號取正，否則取負(fù)。

8、在圖12中：疊加原理反映了線性電路的疊加性，線性電路的齊次性是指當(dāng)激勵信號（如電源作用）增加或減小K倍時，電路的響應(yīng)（即在電路其它各電阻元件上所產(chǎn)生的電流和電壓值）也將增加或減小K倍。疊加性和齊次性都只適用于求解線性電路中的電流、電壓。對于非線性電路，疊加性和齊次性都不適用。三實驗設(shè)備1直流數(shù)字電壓表、直流數(shù)字電流表；2恒壓源(雙路030V可調(diào))；3NEEL11B 電工原理（一）、MEEL-04電工原理（二）模塊板。 四實驗內(nèi)容（一）測定線性電阻的伏安特性按圖13接線，圖中的電源U選用恒壓源的可調(diào)穩(wěn)壓輸出端，通過直流數(shù)字毫安表與1k（8W）線性電阻相連，電阻兩端的電壓用直流數(shù)字電壓表測量。恒壓

9、源必須置10V檔位上，調(diào)節(jié)恒壓源可調(diào)穩(wěn)壓電源的輸出電壓U，從0伏開始緩慢地增加（不能超過10V），在表11中記下相應(yīng)的電壓表和電流表的讀數(shù)。表11 線性電阻伏安特性數(shù)據(jù) U(V) 0 2 4 6 8 10 I(mA)（二）電路中電位、電壓的測量實驗電路如圖14所示，圖中的電源US1用恒壓源I路030V可調(diào)電源輸出端（置10V檔位），并將輸出電壓調(diào)到6V，US2用II路030V可調(diào)電源輸出端（置20V檔位），并將輸出電壓調(diào)到12V。開關(guān)S1 、S2、S3均朝上打。1測量電路中各點電位以圖14中的A點作為電位參考點，分別測量B、C、D、E、F各點的電位。用電壓表的負(fù)端（黑色接線柱）與A點相連，正端

10、（紅色接線柱）分別對B、C、D、E、F各點進行測量，數(shù)據(jù)記入表12中。以D點作為電位參考點，重復(fù)上述步驟，測得數(shù)據(jù)記入表21中。2測量電路中相鄰兩點之間的電壓值在圖14中，測量電壓UAB：將電壓表的正端（紅色接線柱）與A點相連負(fù)端（黑色接線柱）與B點相連，讀電壓表讀數(shù)，記入表12中。按同樣方法測量UBC、UCD、UDE、UEF及UFA，測量數(shù)據(jù)記入表12中。表12 電路中各點電位和電壓數(shù)據(jù) 單位：V電位參考點VAVBVCVDVEVFUABUBCUCDUDEUEFUFAA0D0（三）節(jié)點電流、回路電壓定律實驗電路如圖1-4所示，圖中的電源US1用恒壓源I路030V可調(diào)電壓輸出端，并將輸出電壓調(diào)到

11、6V，US2用恒壓源II路030V可調(diào)電壓輸出端，并將輸出電壓調(diào)到12V（以直流數(shù)字電壓表讀數(shù)為準(zhǔn)）。開關(guān)S1 撥向上方，開關(guān)S2 撥向上方，開關(guān)S3撥向上方。實驗前先設(shè)定三條支路的電流參考方向，如圖1-4中的I1、I2、I3所示，并熟悉線路結(jié)構(gòu)，掌握各開關(guān)的操作使用方法。1熟悉電流插頭的結(jié)構(gòu)，將電流插頭的紅接線端插入數(shù)字電流表的紅（正）接線端，電流插頭的黑接線端插入數(shù)字電流表的黑（負(fù)）接線端。2測量支路電流將電流插頭分別插入三條支路的三個電流插座中，讀出各個電流值。按規(guī)定：在結(jié)點A，電流表讀數(shù)為，表示電流流入結(jié)點，讀數(shù)為，表示電流流出結(jié)點，然后根據(jù)圖31中的電流參考方向，確定各支路電流的正、

12、負(fù)號，并記入表13中。表13 支路電流數(shù)據(jù)支路電流(mA)I1I2I3計算值測量值相對誤差3測量元件電壓用直流數(shù)字電壓表分別測量兩個電源及電阻元件上的電壓值，將數(shù)據(jù)記入表14中。測量時電壓表的紅（正）接線端應(yīng)插入被測電壓參考方向的高電位端，黑（負(fù)）接線端插入被測電壓參考方向的低電位端。表14 各元件電壓數(shù)據(jù)各元件電壓（V）US1US2UR1UR2UR3UR4UR5計算值（V）測量值（V）相對誤差（四）疊加原理的應(yīng)用實驗電路如圖1-4所示，圖中：,，圖中的電源US1用恒壓源I路030V可調(diào)電壓輸出端，并將輸出電壓調(diào)到12V，US2用恒壓源II路030V可調(diào)電壓輸出端，并將輸出電壓調(diào)到6V（以直流

13、數(shù)字電壓表讀數(shù)為準(zhǔn)），開關(guān)S3 撥向上方R3側(cè)。1US1電源單獨作用（將開關(guān)S1撥向上方，開關(guān)S2撥向下方），參考圖12(b)，畫出電路圖，標(biāo)明各電流、電壓的參考方向。用直流數(shù)字毫安表接電流插頭測量各支路電流：將電流插頭的紅接線端插入數(shù)字電流表的紅（正）接線端，電流插頭的黑接線端插入數(shù)字電流表的黑（負(fù)）接線端，測量各支路電流，按規(guī)定：在結(jié)點A，電流表讀數(shù)為，表示電流流入結(jié)點，讀數(shù)為，表示電流流出結(jié)點，然后根據(jù)電路中的電流參考方向，確定各支路電流的正、負(fù)號，并將數(shù)據(jù)記入表15中。用直流數(shù)字電壓表測量各電阻元件兩端電壓：電壓表的紅（正）接線端應(yīng)插入被測電阻元件電壓參考方向的正端，電壓表的黑（負(fù)）接

14、線端插入電阻元件的另一端（電阻元件電壓參考方向與電流參考方向一致），測量各電阻元件兩端電壓，數(shù)據(jù)記入表15中。表15實驗數(shù)據(jù)表 測量項目實驗內(nèi)容US1(V)US2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD (V)UAD (V)UDE (V)UFA (V)US1單獨作用120US2單獨作用06US1, US2共同作用126US2單獨作用0122US2電源單獨作用（將開關(guān)S1撥向下方，開關(guān)S2撥向上方），參考圖12(c)，畫出電路圖，標(biāo)明各電流、電壓的參考方向。重復(fù)步驟1的測量并將數(shù)據(jù)記錄記入表格15中。3US1和US2共同作用時（開關(guān)S1和S2全部撥向上方），各電流、電壓的參考

15、方向見圖14。完成上述電流、電壓的測量并將數(shù)據(jù)記錄記入表格15中。4將US2的數(shù)值調(diào)至12V，重復(fù)第2步的測量，并將數(shù)據(jù)記錄在表15中。5將開關(guān)S3撥向下方二極管VD側(cè)，即電阻R3換成一只二極管1N4007，重復(fù)步驟4的測量過程，并將數(shù)據(jù)記入表16中。表16 實驗數(shù)據(jù)表 測量項目實驗內(nèi)容US1(V)US2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)US1單獨作用120US2單獨作用06US1, US2共同作用126US2單獨作用012五實驗注意事項1測量時，可調(diào)穩(wěn)壓電源的輸出電壓由0緩慢逐漸增加，應(yīng)時刻注意電壓表和電流表，不能超過規(guī)定值

16、。2穩(wěn)壓電源輸出端切勿碰線短路。3測量中，隨時注意電流表讀數(shù)，及時更換電流表量程，勿使儀表超量程，注意儀表的正負(fù)極性及數(shù)據(jù)表格中“、”號的記錄。4實驗電路中使用的電源US1和US2用030V可調(diào)電源輸出端，應(yīng)分別將輸出電壓調(diào)到6V和12V后，再接入電路中。并防止電源輸出端短路。5使用數(shù)字直流電壓表測量電位時，用黑筆端插入?yún)⒖茧娢稽c，紅筆端插入被測各點，若顯示正值，則表明該點電位為正（即高于參考點電位）；若顯示負(fù)值，表明該點電位為負(fù)（即該點電位低于參考點電位）。6使用數(shù)字直流電壓表測量電壓時，紅筆端插入被測電壓參考方向的正（）端，黑筆端插入被測電壓參考方向的負(fù)（）端，若顯示正值，則表明電壓參考方

17、向與實際方向一致；若顯示負(fù)值，表明電壓參考方向與實際方向相反。7所有需要測量的電壓值，均以電壓表測量的讀數(shù)為準(zhǔn)，不以電源表盤指示值為準(zhǔn)。8若用指針式電流表進行測量時，要識別電流插頭所接電流表的“、”極性，倘若不換接極性，則電表指針可能反偏而損壞設(shè)備（電流為負(fù)值時），此時必須調(diào)換電流表極性，重新測量，此時指針正偏，但讀得的電流值必須冠以負(fù)號。9電壓源單獨作用時，去掉另一個電源，只能在實驗板上用開關(guān)S或S操作，而不能直接將電壓源短路。六預(yù)習(xí)與思考題1線性電阻與非線性電阻的伏安特性有何區(qū)別？它們的電阻值與通過的電流有無關(guān)系？如何用逐點測試法繪制出伏安特性曲線。2電位參考點不同，各點電位是否相同？相同

18、兩點的電壓是否相同，為什么？3在測量電位、電壓時，為何數(shù)據(jù)前會出現(xiàn)±號，它們各表示什么意義？4什么是電位圖形？不同的電位參考點電位圖形是否相同？如何利用電位圖形求出各點的電位和任意兩點之間的電壓。5根據(jù)圖14的電路參數(shù)，計算出待測的電流I1、I2、I3和各電阻上的電壓值，記入表32中，以便實驗測量時，可正確地選定毫安表和電壓表的量程；6在圖14的電路中，A、D兩結(jié)點的電流方程是否相同？為什么？7在圖14的電路中可以列幾個電壓方程？它們與繞行方向有無關(guān)系？8實驗中，若用指針萬用表直流毫安檔測各支路電流，什么情況下可能出現(xiàn)毫安表指針反偏，應(yīng)如何處理，在記錄數(shù)據(jù)時應(yīng)注意什么？若用直流數(shù)字毫

19、安表進行測量時，則會有什么顯示呢？9疊加原理中US1, US2分別單獨作用，在實驗中應(yīng)如何操作？可否將要去掉的電源（US1或US2）直接短接？10實驗電路中，若有一個電阻元件改為二極管，試問疊加性與齊次性還成立嗎？為什么？七實驗報告要求1根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，分別在方格紙上繪制出各個電阻的伏安特性曲線。2根據(jù)伏安特性曲線，計算線性電阻的電阻值，并與實際電阻值比較。3根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，分別繪制出電位參考點為A點和D點的兩個電位圖形。4根據(jù)電路參數(shù)計算出各點電位和相鄰兩點之間的電壓值，與實驗數(shù)據(jù)相比較，對誤差作必要的分析。5根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，選定實驗電路中的任一個結(jié)點，驗證基爾霍夫電流定律（KVL）的正確性。6根

20、據(jù)實驗數(shù)據(jù)，選定實驗電路中的任一個閉合回路，驗證基爾霍夫電壓定律（KCL）的正確性。7列出求解電壓UEA和UCA的電壓方程，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)求出它們的數(shù)值。8寫出實驗中檢查、分析電路故障的方法，總結(jié)查找故障的體會。9根據(jù)表15實驗數(shù)據(jù)表，通過求各支路電流和各電阻元件兩端電壓，驗證線性電路的疊加性與齊次性。10各電阻元件所消耗的功率能否用疊加原理計算得出？試用上述實驗數(shù)據(jù)計算、說明；11根據(jù)表表15實驗數(shù)據(jù)表，當(dāng)US1US212V時，用疊加原理計算各支路電流和各電阻元件兩端電壓。12根據(jù)表16實驗數(shù)據(jù)表，說明疊加性與齊次性是否適用該實驗電路。13回答思考題。實驗二 電源等效電路綜合實驗一、實驗?zāi)康?/p>

21、1、掌握建立電源模型、電源外特性的測試方法。2、研究電源模型等效變換的條件，加深對電壓源和電流源特性的理解。3、驗證戴維南定理、諾頓定理，掌握測量有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的一般方法。4、理解阻抗匹配，掌握最大功率傳輸?shù)臈l件。5、掌握根據(jù)電源外特性設(shè)計實際電源模型的方法。二、實驗原理1、實際電壓源和實際電流源的等效互換理想電壓源具有端電壓保持恒定不變，而輸出電流的大小由負(fù)載決定的特性。實驗中使用的恒壓源在規(guī)定的電流范圍內(nèi)，具有很小的內(nèi)阻，可以將它視為一個電壓源。理想電流源具有輸出電流保持恒定不變，而端電壓的大小由負(fù)載決定的特性。實驗中使用的恒流源在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，具有極大的內(nèi)阻，可以將它視為一個電

22、流源。實際電壓源可以用一個內(nèi)阻RS和電壓源US串聯(lián)表示，其端電壓U隨輸出電流I增大而降低。在實驗中，可以用一個小阻值的電阻與恒壓源相串聯(lián)來模擬一個實際電壓源。實際電流源是用一個內(nèi)阻RS和電流源IS并聯(lián)表示，其輸出電流I隨端電壓U增大而減小。在實驗中，可以用一個大阻值的電阻與恒流源相并聯(lián)來模擬一個實際電流源。一個實際的電源，就其外部特性而言，既可以看成是一個電壓源，又可以看成是一個電流源。若視為電壓源，則可用一個電壓源Us與一個電阻RS相串聯(lián)表示；若視為電流源，則可用一個電流源IS與一個電阻RS相并聯(lián)來表示。若它們向同樣大小的負(fù)載供出同樣大小的電流和端電壓，則稱這兩個電源是等效的，即具有相同的外

23、特性。實際電壓源與實際電流源等效變換的條件為：（1）取實際電壓源與實際電流源的內(nèi)阻均為RS；（2）已知實際電壓源的參數(shù)為Us和RS，則實際電流源的參數(shù)為和RS，若已知實際電流源的參數(shù)為Is和RS，則實際電壓源的參數(shù)為和RS。2、戴維南定理和諾頓定理戴維南定理指出：任何一個有源二端網(wǎng)絡(luò)，總可以用一個電壓源US和一個電阻RS串聯(lián)組成的實際電壓源來代替，其中：電壓源US等于這個有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC, 內(nèi)阻RS等于該網(wǎng)絡(luò)中所有獨立電源均置零(電壓源短接，電流源開路)后的等效電阻RO。 諾頓定理指出：任何一個有源二端網(wǎng)絡(luò)，總可以用一個電流源IS和一個電阻RS并聯(lián)組成的實際電流源來代替，其中：電流

24、源IS等于這個有源二端網(wǎng)絡(luò)的短路電源ISC, 內(nèi)阻RS等于該網(wǎng)絡(luò)中所有獨立電源均置零(電壓源短接，電流源開路)后的等效電阻RO。US、RS和IS、RS稱為有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效參數(shù)。3、有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測量方法(1)開路電壓、短路電流法在有源二端網(wǎng)絡(luò)輸出端開路時，用電壓表直接測其輸出端的開路電壓UOC, 然后再將其輸出端短路，測其短路電流ISC，且內(nèi)阻為：若有源二端網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)阻值很低時，則不宜測其短路電流。(2)伏安法一種方法是用電壓表、電流表測出有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性曲線，如圖21所示。開路電壓為UOC，根據(jù)外特性曲線求出斜率tgf，則內(nèi)阻為：另一種方法是測量有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC，以及

25、額定電流IN和對應(yīng)的輸出端額定電壓UN，如圖21所示，則內(nèi)阻為：(3)半電壓法如圖22所示，當(dāng)負(fù)載電壓為被測網(wǎng)絡(luò)開路電壓UOC一半時，負(fù)載電阻RL的大小（由電阻箱的讀數(shù)確定）即為被測有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻RS數(shù)值。(4)零示法在測量具有高內(nèi)阻有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓時，用電壓表進行直接測量會造成較大的誤差，為了消除電壓表內(nèi)阻的影響，往往采用零示測量法，如圖23所示。零示法測量原理是用一低內(nèi)阻的恒壓源與被測有源二端網(wǎng)絡(luò)進行比較，當(dāng)恒壓源的輸出電壓與有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓相等時，電壓表的讀數(shù)將為“0”，然后將電路斷開，測量此時恒壓源的輸出電壓U，即為被測有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓。4、最大輸出功率電源向

26、負(fù)載供電的電路如圖24所示，圖中RS為電源內(nèi)阻，RL為負(fù)載電阻。當(dāng)電路電流為I時，負(fù)載RL得到的功率為：可見，當(dāng)電源US和RS確定后，負(fù)載得到的功率大小只與負(fù)載電阻RL有關(guān)。令，解得：RL= RS時，負(fù)載得到最大功率：。RL=RS 稱為阻抗匹配，即電源的內(nèi)阻抗（或內(nèi)電阻）與負(fù)載阻抗（或負(fù)載電阻）相等時，負(fù)載可以得到最大功率。也就是說，最大功率傳輸?shù)臈l件是供電電路必須滿足阻抗匹配。負(fù)載得到最大功率時電路的效率：50% 。實驗中，負(fù)載得到的功率用電壓表、電流表測量。三、實驗設(shè)備1、直流數(shù)字電壓表、直流數(shù)字電流表2、恒壓源（雙路030V可調(diào)。）3、恒源流（0200mA可調(diào)）4、NEEL11B電工原理

27、（一）、MEEL-04電工原理（二）模塊板。四、實驗內(nèi)容1、測定電壓源（恒壓源）與實際電壓源的外特性實驗電路如圖25所示，圖中的電源US用恒壓源10V檔可調(diào)電壓輸出端，并將輸出電壓調(diào)到6V，R1取51的固定電阻，R2取470的電位器。調(diào)節(jié)電位器R2，令其阻值由大至小變化，將電流表、電壓表的讀數(shù)記入表21中。表21 電壓源（恒壓源）外特性數(shù)據(jù)I (mA)12182225304050U (V)在圖25 電路中，將電壓源改成實際電壓源，如圖26所示，圖中內(nèi)阻RS取51的固定電阻，調(diào)節(jié)電位器R2，令其阻值由大至小變化，將電流表、電壓表的讀數(shù)記入表22中。表22 實際電壓源外特性數(shù)據(jù)I (mA)1218

28、2225304050U (V)2、測定電流源（恒流源）與實際電流源的外特性按圖27接線，圖中IS為恒流源，調(diào)節(jié)其輸出為10mA（用毫安表測量），R2取470的電位器，在RS分別為1k和兩種情況下，調(diào)節(jié)電位器R2，令其阻值由大至小變化，將電流表、電壓表的讀數(shù)記入自擬的數(shù)據(jù)表格中。3、研究電源等效變換的條件按圖28電路接線，其中(a)、(b)圖中的內(nèi)阻RS均為51，負(fù)載電阻R均為200。在圖28 (a)電路中，US用恒壓源030V可調(diào)電壓輸出端，并將輸出電壓調(diào)到6V，記錄電流表、電壓表的讀數(shù)。然后調(diào)節(jié)圖28 (b)電路中恒流源IS，令兩表的讀數(shù)與圖28(a)的數(shù)值相等，記錄IS之值，驗證等效變換條

29、件的正確性。4、有源二端電阻網(wǎng)絡(luò)的等效電源定理被測有源二端網(wǎng)絡(luò)如圖2-9所示.（1）圖2-9線路接入恒壓源US12V和恒流源IS15mA及可變電阻RL。測開路電壓UOC：在圖24電路中，斷開負(fù)載RL，用電壓表測量開路電壓UOC，將數(shù)據(jù)記入表23中。測短路電流ISc：在圖29電路中，將負(fù)載RL短路，用電流表測量短路電流ISc，將數(shù)據(jù)記入表23中。表2-3Uoc(V)Isc(mA)Rs=Uoc/Isc（2）負(fù)載實驗測量有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性：在圖29電路中，改變負(fù)載電阻RL的阻值，逐點測量對應(yīng)的電壓、電流，將數(shù)據(jù)記入表24中。并計算有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效參數(shù)US和RS表2-4RL(W)900800700

30、600500400300200100U(V)I(mA)（3）驗證戴維南定理測量有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電壓源的外特性：圖210(a)電路是圖29的等效電壓源電路，圖中，電壓源US用恒壓源的可調(diào)穩(wěn)壓輸出端，調(diào)整到表23中的UOC數(shù)值，內(nèi)阻RS按表23中計算出來的RS（取整）選取固定電阻。然后，用電阻箱改變負(fù)載電阻RL 的阻值，逐點測量對應(yīng)的電壓、電流，將數(shù)據(jù)記入表25中。表2-5有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電流源的外特性數(shù)據(jù)RL(W)900800700600500400300200100U(V)I(mA)測量有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電流源的外特性：圖210(b)電路是圖29的等效電流源電路，圖中，電流源IS用恒流源，并調(diào)整

31、到表23中的ISC數(shù)值，內(nèi)阻RS按表23中計算出來的RS（取整）選取固定電阻。然后，用電阻箱改變負(fù)載電阻RL 的阻值，逐點測量對應(yīng)的電壓、電流，將數(shù)據(jù)記入表26中。 表26有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電流源的外特性數(shù)據(jù)RL(W)900800700600500400300200100UAB(V)I(mA)（4）用半電壓法和零示法測量被測網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻RS及其開路電壓Uoc。5、電路最大輸出功率研究已知電源外特性曲線如圖211所示，根據(jù)圖中給出的開路電壓和短路電流數(shù)值，計算出實際電壓源模型中的電壓源US和內(nèi)阻RS。實驗中，電壓源US選用恒壓源的可調(diào)穩(wěn)壓輸出端，內(nèi)阻RS選用固定電阻。用上述設(shè)計的實際電壓源與負(fù)載

32、電阻RL相連，電路如圖212所示，圖中RL選用電阻箱，從0600改變負(fù)載電阻RL的數(shù)值，測量對應(yīng)的電壓、電流，將數(shù)據(jù)記入表27中。表27 電路傳輸功率數(shù)據(jù)RL（）0100200300400500600U（V）I（mA）PL（mW）%五、實驗注意事項1、在測電壓源外特性時，不要忘記測空載(I0)時的電壓值；測電流源外特性時，不要忘記測短路(U0)時的電流值，注意恒流源負(fù)載電壓不可超過20伏，負(fù)載更不可開路。2、換接線路時，必須關(guān)閉電源開關(guān)。3、直流儀表的接入應(yīng)注意極性與量程。六、預(yù)習(xí)與思考題1、電壓源的輸出端為什么不允許短路？電流源的輸出端為什么不允許開路？2、說明電壓源和電流源的特性，其輸出是

33、否在任何負(fù)載下能保持恒值？3、實際電壓源與實際電流源的外特性為什么呈下降變化趨勢，下降的快慢受哪個參數(shù)影響？4、實際電壓源與實際電流源等效變換的條件是什么？所謂等效是對誰而言？電壓源與電流源能否等效變換？5、如何測量有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓和短路電流，在什么情況下不能直接測量開路電壓和短路電流？ 6、說明測量有源二端網(wǎng)絡(luò)開路電壓及等效內(nèi)阻的幾種方法，并比較其優(yōu)缺點。7、電源用恒壓源的可調(diào)電壓輸出端，其輸出電壓根據(jù)計算的電壓源US數(shù)值進行調(diào)整，防止電源短路。8、什么是阻抗匹配？電路傳輸最大功率的條件是什么？9、電路傳輸?shù)墓β屎托嗜绾斡嬎悖?0、根據(jù)圖211給出的電源外特性曲線，計算出實際電壓源模

34、型中的電壓源US和內(nèi)阻RS，作為實驗電路中的電源。11、電壓表、電流表前后位置對換，對電壓表、電流表的讀數(shù)有無影響？為什么？七、實驗報告要求1、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出電源的四條外特性，并總結(jié)、歸納兩類電源的特性。2、從實驗結(jié)果，驗證電源等效變換的條件。3、根據(jù)表23和表24的數(shù)據(jù)，計算有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效參數(shù)US和RS。4、根據(jù)半電壓法和零示法測量的數(shù)據(jù)，計算有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效參數(shù)US和RS。5、實驗中用各種方法測得的UOC和RS是否相等？試分析其原因。6、根據(jù)表24、表25和表26的數(shù)據(jù)，繪出有源二端網(wǎng)絡(luò)和有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電路的外特性曲線, 驗證戴維南定理和諾頓定理的正確性。7、說明戴維南定理和諾頓

35、定理的應(yīng)用場合。8、根據(jù)表27的實驗數(shù)據(jù)，計算出對應(yīng)的負(fù)載功率PL，并畫出負(fù)載功率PL隨負(fù)載電阻RL變化的曲線，找出傳輸最大功率的條件。9、根據(jù)表27的實驗數(shù)據(jù)，計算出對應(yīng)的效率，指明：(1)傳輸最大功率時的效率；(2)什么時候出現(xiàn)最大效率？由此說明電路在什么情況下，傳輸最大功率才比較經(jīng)濟、合理。10、回答思考題1、2、3、4、8。實驗三 動態(tài)電路仿真實驗一、實驗?zāi)康?、實驗研究RC一階電路和RLC二階電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)的規(guī)律和特點。2、掌握一階電路時間常數(shù)、二階電路衰減系數(shù)和振蕩頻率的測量方法，了解電路參數(shù)對時間常數(shù)的影響。3、觀察、分析二階電路響應(yīng)的三種變化曲線及其特點，

36、加深對二階電路響應(yīng)的認(rèn)識與理解。二、實驗原理1、RC一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)RC一階電路如圖31所示，開關(guān)S在1的位置，C0，處于零狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)S合向2的位置時，電源通過R向電容C充電，C(t)稱為零狀態(tài)響應(yīng) 變化曲線如圖32所示，當(dāng)C上升到所需要的時間稱為時間常數(shù)，。2、RC一階電路的零輸入響應(yīng)在圖31中，開關(guān)S在2的位置電路穩(wěn)定后，再合向1的位置時，電容C通過R放電，C(t)稱為零輸入響應(yīng)，變化曲線如圖33所示，當(dāng)uC下降到所需要的時間稱為時間常數(shù)，。3、測量RC一階電路時間常數(shù)圖31電路的上述暫態(tài)過程很難觀察，為了用普通示波器觀察電路的暫態(tài)過程，需采用圖34所示的周期性方波S作為電路的激勵信

37、號，方波信號的周期為T，只要滿足，便可在示波器的熒光屏上形成穩(wěn)定的響應(yīng)波形。電阻R、電容C串聯(lián)與方波發(fā)生器的輸出端連接，用雙蹤示波器觀察電容電壓uC，便可觀察到穩(wěn)定的指數(shù)曲線，如圖35所示，在熒光屏上測得電容電壓最大值取，與指數(shù)曲線交點對應(yīng)時間t軸的x點，則根據(jù)時間t軸比例尺（掃描時間），該電路的時間常數(shù)。4、微分電路和積分電路a) 在方波信號u作用在電阻R、電容C串聯(lián)電路中，當(dāng)滿足電路時間常數(shù)遠遠小于方波周期T的條件時，電阻兩端（輸出）的電壓uR與方波輸入信號us呈微分關(guān)系，該電路稱為微分電路。b) 當(dāng)滿足電路時間常數(shù)遠遠大于方波周期T的條件時，電容C兩端（輸出）的電壓uC與方波輸入信號u呈

38、積分關(guān)系，該電路稱為積分電路。微分電路和積分電路的輸出、輸入關(guān)系如圖36(a)、(b)所示。5、二階RLC串聯(lián)電路的零狀態(tài)響應(yīng)在圖37所示R、L、C電路中，C(0)0，在t0時開關(guān)S閉合，電壓方程為：這是一個二階常系數(shù)非齊次微分方程，該電路稱為二 階電路，電源電壓U為激勵信號，電容兩端電壓uC為響應(yīng)信號。根據(jù)微分方程理論，uc包含兩個分量：暫態(tài)分量和穩(wěn)態(tài)分量，即,具體解與電路參數(shù)R、L、C有關(guān)。當(dāng)滿足時： 其中，衰減系數(shù)，振蕩頻率，振蕩周期變化曲線如圖38(a)所示，uC的變化處在衰減振蕩狀態(tài)，由于電阻R比較小，又稱為欠阻尼狀態(tài)。當(dāng)滿足時，uC的變化處在過阻尼狀態(tài)，由于電阻R比較大，電路中的能

39、量被電阻很快消耗掉，uc無法振蕩，變化曲線如圖38(b)所示。當(dāng)滿足時，uc的變化處在臨界阻尼狀態(tài)，變化曲線如圖38(c)所示。6、二階RLC串聯(lián)電路的零輸入響應(yīng)在圖39電路中，開關(guān)S與1端閉合，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，uc(0)U，在t0時開關(guān)S與2閉合，輸入激勵為零，電壓方程為：這是一個二階常系數(shù)齊次微分方程，根據(jù)微分方程理論，uc只包含暫態(tài)分量，穩(wěn)態(tài)分量為零。和零狀態(tài)響應(yīng)一樣，根據(jù)R與的大小關(guān)系，uc的變化規(guī)律分為衰減振蕩（欠阻尼）、過阻尼和臨界阻尼三種狀態(tài)，它們的變化曲線與圖37中的暫態(tài)分量類似,衰減系數(shù)、衰減時間常數(shù)、振蕩頻率與零狀態(tài)響應(yīng)完全一樣。本實驗對R、C、L并聯(lián)電路進行研究，激勵采

40、用方波脈沖，二階電路在方波正、負(fù)階躍信號的激勵下，可獲得零狀態(tài)與零輸入響應(yīng)，響應(yīng)的規(guī)律與R、L、C串聯(lián)電路相同。測量C衰減振蕩的參數(shù)，如圖38(a)所示，用示波器測出振蕩周期T，測量相鄰兩個峰值U1和U2，便可計算出振蕩頻率和衰減系數(shù)。三、實驗設(shè)備Multisim電路仿真分析軟件，PC機四、實驗內(nèi)容實驗電路如圖310所示，圖中電阻R從MEEL-03 電工原理（三）模塊上選?。ㄕ埧炊€路板的走線，認(rèn)清激勵與響應(yīng)端口所在的位置；電容C從MEEL-05A 元件箱（一）模塊組件上選取×0.01F/63V可調(diào)電容，認(rèn)清R、C元件的布局及其標(biāo)稱值；各開關(guān)的通斷位置等），用雙蹤示波器觀察電路激勵（

41、方波）信號和響應(yīng)信號。S為方波輸出信號，將信號源的波形選擇開關(guān)置方波信號位置上，將信號源的信號輸出端與示波器探頭連接，接通信號源電源，調(diào)節(jié)信號源的頻率旋鈕（包括頻段選擇開關(guān)、頻率粗調(diào)和頻率細(xì)調(diào)旋鈕），使輸出信號的頻率為1kHz（由頻率計讀出），調(diào)節(jié)輸出信號的幅值調(diào)節(jié)旋鈕，使方波的峰峰值Vp-p2V，固定信號源的頻率和幅值不變。1、RC一階電路的充、放電過程（1）測量時間常數(shù)：選擇EEL51組件上的R、C元件，令R=1k，C0.01F，用示波器觀察激勵uS與響應(yīng)uC的變化規(guī)律，測量并記錄時間常數(shù)。（2）觀察時間常數(shù)(即電路參數(shù)R、C)對暫態(tài)過程的影響：令R10k，C=0.01F，觀察并描繪響應(yīng)的

42、波形，繼續(xù)增大C(取0.01F0.1F)或增大R(取10k、30k)，定性地觀察對響應(yīng)的影響。表3-1 RC一階電路的充、放電時間常數(shù)的測量（其中R1k不變）C（F）0.010.020.030.040.050.060.070.080.09充電（S）放電2、微分電路和積分電路（1）積分電路：選擇EEL-52上的R、C元件，令R=100k，C0.01F，用示波器觀察激勵uS與響應(yīng)uC的變化規(guī)律。（2）微分電路：將實驗電路中的R、C元件位置互換，令R=100，C0.01F，用示波器觀察激勵uS與響應(yīng)uR的變化規(guī)律。3、二階電路暫態(tài)過程實驗實驗電路如圖311所示RLC二階串聯(lián)動態(tài)電路、如圖311所示R

43、LC二階并聯(lián)動態(tài)電路，其中： R110k，L15mH，C0.01F，R和R2為10k電位器（可調(diào)電阻），信號源的輸出為最大值Um2V，頻率f=1kHz的方波脈沖，通過插頭接至實驗電路的激勵端，同時用同軸電纜將激勵端和響應(yīng)輸出端接至雙蹤示波器的YA和YB兩個輸入口。如圖311的二階串聯(lián)動態(tài)電路實驗：（1）調(diào)節(jié)電阻器R，觀察二階電路的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)由過阻尼過渡到臨界阻尼，最后過渡到欠阻尼的變化過渡過程，分別定性地描繪響應(yīng)的典型變化波形。（2）分別調(diào)節(jié)R使示波器熒光屏上呈現(xiàn)穩(wěn)定的欠阻尼響應(yīng)波形，定量測定此時電路的衰減常數(shù)和振蕩頻率，并記入表3-2中。（3）改變電路參數(shù)，分別按表32中的數(shù)據(jù)重

44、復(fù)步驟的測量，仔細(xì)觀察改變電路參數(shù)時和的變化趨勢，并將數(shù)據(jù)記入表3-2中。表3-2 RLC二階串聯(lián)電路暫態(tài)過程實驗數(shù)據(jù)電路參數(shù)實驗次數(shù)元件參數(shù)測量值RL（mH）C（F）TU1U21調(diào)至欠阻尼狀態(tài)151000 pF2153300 pF3150.014150.1如圖312的二階并聯(lián)動態(tài)電路實驗：重復(fù)上述（1）、（2）、（3）過程，調(diào)節(jié)電阻器R2，將測量數(shù)據(jù)記入表3-3中。表3-3 RLC二階并聯(lián)電路暫態(tài)過程實驗數(shù)據(jù)電路參數(shù)實驗次數(shù)元件參數(shù)測量值R1（k）R2L（mH）C（F）TU1U2110調(diào)至欠阻尼狀態(tài)151000 pF210153300 pF310150.01430150.01五、實驗報告要求

45、1、根據(jù)實驗1(1)觀測結(jié)果，繪出RC階電路充、放電時C與激勵信號對應(yīng)的變化曲線，由曲線測得值，并與參數(shù)值的理論計算結(jié)果作比較，分析誤差原因。2、根據(jù)實驗2觀測結(jié)果，繪出積分電路、微分電路輸出信號與輸入信號對應(yīng)的波形。3、根據(jù)觀測結(jié)果，描繪二階電路過阻尼、臨界阻尼和欠阻尼的響應(yīng)波形；4、測算欠阻尼振蕩曲線上的衰減系數(shù)、振蕩周期T和振蕩頻率；5、歸納、總結(jié)電路元件參數(shù)的改變，對響應(yīng)變化趨勢的影響；6、回答思考題3、4、6。六、預(yù)習(xí)與思考題1、用示波器觀察RC一階電路零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)時，為什么激勵必須是方波信號？2、已知RC一階電路的R=10k，C0.01F，試計算時間常數(shù)，并根據(jù)值的物理意

46、義，擬定測量的方案。3、在RC一階電路中，當(dāng)R、C的大小變化時，對電路的響應(yīng)有何影響？4、何謂積分電路和微分電路，它們必須具備什么條件？它們在方波激勵下，其輸出信號波形的變化規(guī)律如何？這兩種電路有何功能？5、什么是二階電路的零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng)？它們的變化規(guī)律和哪些因素有關(guān)？6、根據(jù)二階電路實驗電路元件的參數(shù)，計算出處于臨界阻尼狀態(tài)的R2之值；7、在示波器熒光屏上，如何測得二階電路零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng)欠阻尼狀態(tài)的衰減系數(shù)和振蕩頻率？實驗四 RC頻率特性和RLC諧振仿真實驗一、實驗?zāi)康?、研究RC串、并聯(lián)電路及RC雙電路的頻率特性。2、學(xué)會用交流毫伏表和示波器測定RC網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性和相頻特性

47、。3、熟悉文氏電橋電路的結(jié)構(gòu)特點及選頻特性。4、加深理解電路發(fā)生諧振的條件、特點，掌握電路品質(zhì)因數(shù)（電路Q值）、通頻帶的物理意義及其測定方法。圖4-1二、實驗原理1、RC串并聯(lián)電路頻率特性圖41所示RC串、并聯(lián)電路的頻率特性：圖4-2其中幅頻特性為：相頻特性為：幅頻特性和相頻特性曲線如圖42所示，幅頻特性呈帶通特性。當(dāng)角頻率時，uO與uI同相，即電路發(fā)生諧振，諧振頻率。也就是說，當(dāng)信號頻率為f0時，RC串、并聯(lián)電路的輸出電壓O與輸入電壓uI同相，其大小是輸入電壓的三分之一，這一特性稱為RC串、并聯(lián)電路的選頻特性，該電路又稱為文氏電橋。測量頻率特性用逐點描繪法，圖43表明用交流毫伏表和雙蹤示波器

48、測量RC網(wǎng)絡(luò)頻率特性的測試圖。測量幅頻特性：保持信號源輸出電壓（即RC網(wǎng)絡(luò)輸入電壓）UI恒定，改變頻率f，用交流毫伏表監(jiān)視UI，并測量對應(yīng)的RC網(wǎng)絡(luò)輸出電壓UO，計算出它們的比值A(chǔ)UOUI，然后逐點描繪出幅頻特性；圖4-3圖4-4測量相頻特性：保持信號源輸出電壓（即RC網(wǎng)絡(luò)輸入電壓）UI恒定，改變頻率f，用交流毫伏表監(jiān)視UI，用雙蹤示波器觀察uO與uI波形，如圖44所示，若兩個波形的延時為t，周期為T，則它們的相位差，然后逐點描繪出相頻特性。 2、RC雙T網(wǎng)絡(luò)頻率特性用同樣方法可以測量RC雙T電路的幅頻特性，RC雙電路見圖4-5，其幅頻特性具有帶阻特性，如圖4-6所示。3、RLC串聯(lián)諧振電路圖4-7圖4-8在圖4-7所示的R、L、C串聯(lián)電路中，電路復(fù)阻抗，當(dāng)時，ZR ，與同相，電路發(fā)生串聯(lián)諧振，諧振角頻率，諧振頻率。圖4-9在圖4-7電路中，若為激勵信號，為響應(yīng)信號，其幅頻特性曲線如圖4-8所示，在ff時，A1，URU ，ff時，URU ，呈帶通特性。A0.707，即UR0.707U 所對應(yīng)的兩個頻率L和為下限頻率和上限頻率，fHfL為通頻帶。通頻帶的寬窄與電阻R有關(guān)，不同電阻值的幅頻特性曲線如圖4-9所示。電路發(fā)生串聯(lián)諧振時，URU，