1、电路分析实验指导书实验注意事项1.每个实验之前都必须预习实验指导书；2.在电路断电的情况下接线；3.接线完成后，经指导老师检查认可后，方可通电；4.保证人身安全，防止触电；5.保证设备安全，按要求操作；6.实验完成后，将数据经指导老师检查认可后，方可离开实验室。7.实验完成后，要写实验报告，用统一的报告纸，按要求写，实验后的第4天由课代表交实验室。实验报告的格式及撰写要求一、实验目的二、实验仪器三、实验原理四、实验步骤及数据记录和处理五、思考题六、归纳、总结实验结果，心得体会或其他实验一线性与非线性元件伏安特性一、实验目的1. 学会识别常用电路元件的方法。 2. 掌握线性电阻、非线性电阻元件伏
2、安特性的测绘。 3. 掌握实验台上直流电工仪表和设备的使用方法。二、原理说明任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压U 与通过该元件的电流I之间的函数关系If(U)来表示，即用I-U 平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该元件的伏安特性曲线。1. 线性电阻器的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图1-1中a所示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。2. 一般的白炽灯在工作时灯丝处于高温状态， 其灯丝电阻随着温度的升高而增大，通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，一般灯泡的“冷电阻” 与“热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍，所以它的伏安特性如图1-1中b曲线所示。3. 一般的半导体二极
3、管是一个非线性电阻元件，其伏安特性如图1-1中 c所示。 图1-1正向压降很小（一般的锗管约为0.20.3V，硅管约为0.50.7V），正向电流随正向压降的升高而急骤上升，而反向电压从零一直增加到十多至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。可见，二极管具有单向导电性，但反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。注意：流过二极管的电流不能超过管子的极限值，否则管子会被烧坏。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030V12直流数字毫安表0200mA13直流数字电压表0200V14二 极 管IN40071DGJ-055白 炽 灯12V，0.1A1DGJ-
4、056线性电阻器200，1K/8W1DGJ-05四、实验内容1. 测定线性电阻器的伏安特性图 1-2 图 1-3按图1-2接线，调节稳压电源的输出电压U，从0 伏开始缓慢地增加，一直到10V，记下相应的电压表和电流表的读数UR、I。UR（V）0 2 4 6 8 10I（mA）2. 测定非线性白炽灯泡的伏安特性将图1-2中的R换成一只12V，0.1A的灯泡，重复步骤1。UL为灯泡的端电压。UL（V）0.10.512345I（mA）3. 测定半导体二极管的伏安特性按图1-3接线，R为限流电阻器。测二极管的正向特性时，其正向电流不得超过35mA，二极管D的正向施压UD+可在00.75V之间取值。在0
5、.50.75V之间应多取几个测量点。测反向特性时，只需将图1-3 中的二极管D反接，且其反向施压UD可达30V。正向特性实验数据UD+ (V)0.100.300.500.550.600.650.700.75I（mA）反向特性实验数据UD(V)0-5-10-15-20-25-30I（mA）五、实验注意事项1. 测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐渐增加， 应时刻注意电流表读数不得超过35mA。2. 如果要测定2AP9的伏安特性，则正向特性的电压值应取0，0.10，0.13，0.15，0.17，0.19，0.21，0.24，0.30（V），反向特性的电压值取0，2，4，10(V)。3. 进
6、行不同实验时，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量程， 勿使仪表超量程，仪表的极性亦不可接错。六、思考题1. 线性电阻与非线性电阻的概念是什么？ 电阻器与二极管的伏安特性有何区别？2. 设某器件伏安特性曲线的函数式为If(U)，试问在逐点绘制曲线时，其坐标变量应如何放置？3. 在图1-3中，设U=2V，UD+=0.7V，则mA表读数为多少？七、实验报告1. 根据各实验数据， 分别在方格纸上绘制出光滑的伏安特性曲线。（其中二极管的正、反向特性要求画在同一张图中，正、反向电压可取为不同的比例尺）2. 根据实验结果，总结、归纳被测各元件的特性。3. 必要的误差分析。4. 心得体会及其他。实验二基尔
7、霍夫定律和戴维宁定理一、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。3. 验证戴维南定理的正确性，加深对该定理的理解。 4. 掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。二、原理说明1.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I0；对任何一个闭合回路而言，应有U0。运用上述定律时必须注意各支路或闭合回路中电流的正方向，此方向可预先任意设定。2. 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
8、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）。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。Uoc（Us）和R0称为有源二端网络的等效参数。 3. 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 Uoc R0 Isc如果二端网络的内阻很小，
9、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2-1所示。 根据外特性曲线求出斜率tg，则内阻 图2-1U Uoc R0tg 。 I Isc也可以先测量开路电压Uoc，再测量电流为额定值IN时的输出端电压值UN， UocUN 则内阻为 R0 。 IN 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030V12可调直流恒流源0500mA13直流数字电压表0200V14直流数字毫安表0200mA15万用表1自备6可调电阻箱099999.91DGJ-057电位器1K/2W1DGJ-058基尔霍夫定律戴维
10、南定理实验电路板1DGJ-03四、实验内容（一）基尔霍夫定律实验线路如图22，用DGJ-03挂箱的“基尔霍夫定律”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2-2中的I1、I2、I3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。 图2-22. 分别将两路直流稳压源接入电路，令U16V，U212V。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，记录之。被测量I1(mA)I2(mA)I3(m
11、A)U1(V)U2(V)UFA(V)UAB(V)UAD(V)UCD(V)UDE(V)计算值测量值相对误差（二）戴维南定理被测有源二端网络如图2-3(a)。 (a) 图2-3 (b)Uoc(v)Isc(mA)R0=Uoc/Isc()1. 用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的Uoc、R0。按图2-3(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2-3(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R
12、0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2-3(b)所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。 U（v）I（mA）五、实验注意事项1. 本实验线路板系多个实验通用。DG05上的K3应拨向330侧，三个故障按键均不得按下。2所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。 U1、U2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
13、应注意：所读得的电压或电流值的正确正、负号应根据设定的电流参考方向来判断。5. 测量时应注意电流表量程的更换。六、预习思考题1. 根据图2-2的电路参数，计算出待测的电流I1、I2、I3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？3. 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？请实验前对线路2-3(a)预先作好计算，以便调整实验线路及测量时
14、可准确地选取电表的量程。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. 根据步骤2、3，分别绘出曲线，验证戴维南定理的正确性， 并分析产生误差的原因。5. 误差原因分析。6. 心得体会及其他。实验三一阶过渡过程一、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。 2. 学习电路时间常数的测量方法。 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
15、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3-1（b）所示的 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。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3-1(a)所示。 根据一阶
16、微分方程的求解得知ucUme-t/RCUme-t/。当t时，Uc()0.368Um。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3-1(c)所示。 (a) 零输入响应 (b) RC一阶电路 (c) 零状态响应图 3-14. 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， 当满足RC，则该RC电路称为积分电路。因为此时电路的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
17、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12双踪示波器1自备3动态电路实验板1DGJ-03四、实验内容实验线路板的器件组件，如图3-3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3-1(b)所示的RC充放电电路。ui为脉冲信号发生器输出的Um3V、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
18、阻值，定性地观察对响应的影响，记录观察到的现象。2. 令R10K，C0.1F，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C0.01F，R100，组成如图3-2(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3-3 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
19、器的接地端要连在一起（称共地）， 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。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，C0.1F，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
20、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。实验四 日光灯电路一、实验目的1研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。2. 掌握日光灯线路的接线。3. 理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。二、原理说明 图4-11. 在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路的电流值， 用交流电压表测得回路各元件两端的电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律，即 I0和U0 。2. 图4-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信号U的激励下，
21、UR与UC保持有90的相位差，即当 图4-2R阻值改变时，UR的相量轨迹是一个半园。U、UC与UR三者形成一个直角形的电压三角形，如图4-2所示。R值改变时，可改变角的大小，从而达到移相的目的。3. 日光灯线路如图4-3所示，图中 A 是日光灯管，L 是镇流器， S是启辉器， 图4-3C 是补偿电容器，用以改善电路的功率因数（cos值）。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。 三、实验设备 序号名称型号与规格数量备注1交流电压表0500V12交流电流表5A13功率表1（DGJ-07）4自耦调压器15镇流器、启辉器与40W灯管配用各1DGJ-046日光灯灯管40W1屏内7电容器1F,2.2F,
22、4.7F/500V各1DGJ-058白炽灯及灯座220V，15W13DGJ-049电流插座3DGJ-04图 17-3四、实验内容1. 按图4-1 接线。R为220V、15W的白炽灯泡，电容器为4.7F/450V。 经指导教师检查后，接通实验台电源， 将自耦调压器输出( 即U)调至220V。记录U、UR、UC值，验证电压三角形关系。测 量 值计 算 值U（V）UR（V）UC（V）U（与UR，UC组成Rt）（U=）U=UU（V）U/U（%）2. 日光灯线路接线与测量。 图4-4按图4-4接线。经指导教师检查后接通实验台电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止，记下
23、三表的指示值。然后将电压调至220V，测量功率P， 电流I， 电压U，UL，UA等值，验证电压、电流相量关系。测 量 数 值计算值P(W)CosI(A)U(V)UL(V)UA(V)r()Cos启辉值正常工作值3. 并联电路电路功率因数的改善。按图4-5组成实验线路。经指导老师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器的输出调至220V，记录功率表、电压表读数。通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行三次重复测量。数据记入下页表中。五、实验注意事项1. 本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。 2. 功率表要正确接入电路。 3. 线路接线正确，日光灯不能启辉时，
24、应检查启辉器及其接触是否良好。ic 图4-5电容值测 量 数 值计 算 值(F)P(W)COSU(V)I（A）IL(A)IC(A)I(A)Cos012.24.7六、思考题1. 为了改善电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器， 此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？2. 提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法， 而不用串联法？所并的电容器是否越大越好？七、实验报告1. 完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。 2. 根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图， 验证相量形式的基尔霍夫定律。 3. 讨论改善电路功率因数的意义和方法。 4. 装
25、接日光灯线路的心得体会及其他。实验五正弦电路的参数测定一、实验目的1. 验证电阻、感抗、容抗与频率的关系，测定Rf、XLf及Xc f特性曲线。2. 加深理解R、L、C元件端电压与电流间的相位关系。二、原理说明1. 在正弦交变信号作用下，R、L、C电路元件在电路中的抗流作用与信号的频率有关，它们的阻抗频率特性Rf，XLf，Xcf曲线如图5-1所示。2. 元件阻抗频率特性的测量电路如图5-2所示。 图5-1 图5-2图中的r是提供测量回路电流用的标准小电阻，由于r的阻值远小于被测元件的阻抗值，因此可以认为AB之间的电压就是被测元件R、L或C 两端的电压，流过被测元件的电流则可由r两端的电压除以r所
26、得。若用双踪示波器同时观察r与被测元件两端的电压， 亦就展现出被测元件两端的电压和流过该元件电流的波形，从而可在荧光屏上测出电压与电流的幅值及它们之间的相位差。1. 将元件R、L、C串联或并联相接，亦可用同样的方法测得Z串与Z并的阻抗频率特性Zf，根据电压、电流的相位差可判断Z串或Z并是感性还是容性负载。2. 元件的阻抗角（即相位差）随输入信号的频率变化而改变，将各个不同频率下的相位差画在以频率f为横坐标、阻抗角为纵座标的座标纸上，并用光滑的曲线连接这些点，即得到阻抗角的频率特性曲线。 图5-3用双踪示波器测量阻抗角的方法如图5-3所示。从荧光屏上数得一个周期占n格，相位差占m格，则实际的相位差（阻抗角）为m （度）。 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12交流毫伏表0600V13双踪示波器1自备4频率计15实验线路元件R=1K，r=51,C=1F, L约10mH1DGJ-05四、实验内容1. 测量
