1、电路实验指导书电路实验指导书张银河编（2010年9月）实验一 基尔霍夫定律及电位的研究一、实验目的1用实验的方法验证基尔霍夫定律以提高对定理的理解和应用能力。2通过实验加深对电位、电压与参考点之间关系的理解。3通过实验加深对电路参考方向的掌握和运用能力。二、实验原理1基尔霍夫电流、电压定律：在任一时刻，流出（流入）集中参数电路中任一节点电流的代数和等于零；集中参数电路中任一回路上全部组件端对电压代数和等于零。KCL: i=0KVL: u=O2电位与电压：电路中的参考点选择不同，各节点的电位也相应改变，但任意两点的电压（电位差）不变，即任意两点的电压与参考点的选择无关。三、预习要求1复习实验中所
2、用到的相关定理、定律和有关概念，领会其基本要点。2熟悉电路实验装置，预习实验中所用到的实验仪器的使用方法及注意事项。3根据实验电路计算所要求测试的理论数据，填入表中。4写出完整的预习报告。四、实验设备序号名称型号与规格数量备注1直流稳压电源+6V、+12V切换12可调直流稳压电源030V13万用表 14直流数字电压表15直流数字毫安表16实验电路板1DGJ03五、实验内容1.验证基尔霍夫定理1）、实验线路2）、实验步骤（1）、实验前先任意设定三条支路的电流参考方向，如图所示。（2）、分别将两路直流稳压电源接入电路（一路E1为+6V、+12V切换电源，另一路E2为030V可调直流稳压源），令E1
3、=6V，E2=12V。（3）、熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接至直流数字毫安表的“、”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，并记录之。3）、实验记录被测量I1（mA）I2(mA)I3(mA)E1(V)E2(V)UFA(V)UAB(V)UAD(V)UCD(V)UDE(V)计算值测量值相对误差2、电位与电压的测量与验证分别以节点b和d为参考点，测量abcd各节点电位，计算电压值。 不同参考点的电位与电压参考节点测量值/V计算值/VVaVbVcVdUabUbcUcdUdaUacUbdbd六、实验注意
4、事项1、所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准，不以电源表盘指示值为准。2、防止电源两端碰线短路。3、若用指针式电流表进行测量时。要识别电流插头所接电流表的“、”极性。倘若不换接极性，则电表指针可能反偏（电流为负值时），此时必须调换电流表极性，重新测量，此时指针正偏，但读得的电流值必须冠以负号。4、当参考点选定后，节点电压便随之确定，这是节点电压的单值性；当参考点改变时，各节点电压均改变相对量值，这是节点电压的相对性。但各节点间电压的大小和极性应保持不变。七、实验报告1、根据实验数据，选定实验电路中的任一个节点，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
5、KVL的正确性。3、计算理论值，并与实测值比较，计算误差并分析误差原因。4实验报告要整齐、全面，包含全部实验内容。5对实验中出现的一些问题进行讨论。6鼓励同学开动脑筋，自行设计合理的实验电路。实验二 叠加定理及电位的研究一、实验目的1用实验的方法验证叠加定理，以提高对定理的理解和应用能力。2通过实验加深对电位、电压与参考点之间关系的理解。3通过实验加深对电路参考方向的掌握和运用能力。二、实验原理1叠加定理：对于一个具有唯一解的线性电路，由几个独立电源共同作用所形成的各支路电流或电压，等于各个独立电源单独作用时在相应支路中形成的电流或电压的代数和。不作用的电压源所在的支路应（移开电压源后）短路，
6、不作用的电流源所在的支路应开路。线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增加或减少K倍时，电路的响应（即在电路其它各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增加或减少K倍。 2电位与电压：电路中的参考点选择不同，各节点的电位也相应改变，但任意两点的电压（电位差）不变，即任意两点的电压与参考点的选择无关。三、预习要求1复习实验中所用到的相关定理、定律和有关概念，领会其基本要点。2熟悉电路实验装置，预习实验中所用到的实验仪器的使用方法及注意事项。3根据实验电路计算所要求测试的理论数据，填入表中。4、叠加原理中E1、E2分别单独作用时，在实验中应如何操作？可否将不作用的电源（E1或E2）置零（短接
7、）。5、试验电路中，若有一个电阻器改为二极管，试问叠加原理的叠加性和齐次性还成立吗？为什么？6写出完整的预习报告。四、实验设备序号名称型号与规格数量备注1直流稳压电源+6V、+12V切换12可调直流稳压电源030V13万用表 14直流数字电压表15直流数字毫安表16实验电路板1DGJ03五、实验内容1、验证叠加定理1）、实验线路 2）、实验步骤（1）、按图，E1为+6V和+12V的切换电源，取E1=+12V，E2为可调直流稳压电源，调至+6V。（2）、令E1单独作用时（将开关S1投向E1侧，开关S2投向短路侧），用直流数字电压表和毫安表（接电流插头）测量各支路电流及电阻元件两端的电压，数据记入
8、表格中。E1（V）E2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)E1单独作用E2单独作用E1、E2共同作用2E2单独作用（3）、令E1单独作用时（将开关S1投向短路侧开关S2投向E2侧），重复实验步骤2的测量和记录。（4）令E1和E2共同作用（将开关S1投向E1侧，S2投向E2侧），重复上述的测量和记录。（5）将E2的数值调至+12V，重复上述第三项的测量并记录。（6）将R5换成一只二极管IN4007（即将开关S3投向二极管D侧）重复15的测量过程，数据记入表格中。E1（V）E2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)U
9、CD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)E1单独作用E2单独作用E1、E2单独作用2E2单独作用3、电位与电压的测量与验证分别以节点b和d为参考点，测量abcd各节点电位，计算电压值。 不同参考点的电位与电压参考节点测量值/V计算值/VVaVbVcVdUabUbcUcdUdaUacUbdbd六、实验注意事项1、所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准，不以电源表盘指示值为准。2、防止电源两端碰线短路。3、若用指针式电流表进行测量时。要识别电流插头所接电流表的“、”极性。倘若不换接极性，则电表指针可能反偏（电流为负值时），此时必须调换电流表极性，重新测量，此时指针正偏，但读得的电流值
10、必须冠以负号。4、当参考点选定后，节点电压便随之确定，这是节点电压的单值性；当参考点改变时，各节点电压均改变相对量值，这是节点电压的相对性。但各节点间电压的大小和极性应保持不变。七、实验报告1、根据实验数据，进行分析、比较、归纳、总结实验结论，验证线性电路的叠加性和齐次性。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、计算理论值，并与实测值比较，计算误差并分析误差原因。4实验报告要整齐、全面，包含全部实验内容。5对实验中出现的一些问题进行讨论。6鼓励同学开动脑筋，自行设计合理的实验电路。实验三、戴维南定理及负载获得最大功率的条件一、实验目的1、验证戴维
11、南定理的正确性。2、掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法3、验证输出功率获得最大的条件二、实验原理 1、戴维南定理：任何一个线性含源二端网络，总可以用一个等效电压源来代替，等效电压源的电动势E0等于这个有源二端网络的开路电压U0C；其等效电阻R0等于该网络中所有独立源均置零时的等效电阻。所谓等值（等效）是指外部的特性而言，即在上图中a、b两端如果接相同的负载，其负载端的电流和电压也是相同的。 2、开路电压、短路电流法测量有源二端网络等效参数的方法 在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测量其输出端的开路电压U0C，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流ISC，则其内阻为： 3、若要使负
12、载获得最大的功率，必须使R0=RL，此时负载上的电压和电流的乘积最大，即P=UI或P=I2RL，在极个别情况下，RL = 0或RL = 此时，负载上的电压和电流分别为零。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可调数字恒流源0200mA13直流数字电压表1D314直流数字毫安表1D315可调电阻箱099999.91DGJ-056电位器1K/1W1DGJ-057戴维南定理实验电路板1DGJ-05四、实验内容1、用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的参数U0C和R0。按图21（a）接线，将负载断开，用电压表直接测量开路电压U0C；将负载短路，测量短路电流ISC，
13、计算R0。U0C（V）ISC(mA)R0=U0C/ISC（）2、负载实验按图21（a）改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性RL（）0 U（V）I（mA） 3、验证戴维南定理和输出功率获得最大的条件：用一只1K的电位器，将其阻值调整到等于按步骤“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”所测得的开路电压U0C之值）相串联，按图21（b）接线，按步骤“2”测量其外特性。对戴氏定理进行验证。RL（）0 R0 U（V）I（mA）P（mW）4、六、实验报告1、短路电流、开路电压法确定等效电路的方法2、记录整理测量数据，绘出外特性曲线Uf(IL)，验证戴氏定理的正确性，并分析产生
14、误差的原因。3、用坐标纸作Pf(RL)的曲线，说明获得最大功率的条件是什么？4、心得体会及其它 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，零状态响应及全响应。2、学习电路时间常数的测定方法。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测绘图形二、实验原理说明1、动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程，对时间常数较大的电路，可用慢扫描长余辉示波器观察光点移动的轨迹。然而能用一般的双踪示波器观察过渡过程和测量有关参数，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信号，即令方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励
15、信号；方波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，电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的影响和直流电源接通与断开的过渡过程是基本相同的。2、RC一阶电路的零输入响应，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、时间常数的测定用示波器测得零输入响应的波形如图3-1（a）所示，根据一阶微分方程的求解得知 当t=时，此时所对应的时间就等于。 亦可用零状态响应波形增长到0.632E所对应的时间测得，如图4-1（c）所示。图 3-1 5、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
16、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 时（T为方波脉冲的重复周期），且由R端作为响应输出，这就成了一个微分电路，因为此时的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。如图3-2（a）所示。 图3-2若将图3-2（a）中的R和C位置调换一下，即由C端作为响应输出，且电路参数的选择满足条件时，如图3-2(b)所示称为积分电路，因为此时的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。 从输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的作用，请在实验过程中仔细观察与记录。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13一阶、二阶实验电路板DGJ03四、实验内容1、实
17、验电路 图3-3 一阶、二阶实验电路板2、实验步骤【1】选择动态电路板上的R、C元件，令 R=10K，C=3300Pf 组成如图3-1 （b）所示的充放电电路，E为函数信号发生器输出Um=3V，f=1KHZ的方波电压信号，用示波器同时观察激励和响应的波形，并求测时间常数，描绘激励和响应的波形。 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。 令R=10K，C=0.01f, 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。【2】选择动态板上的R、C元件，组成如图3-2(a)所示的微分电路，令R=10K，C=0.01f。 在同样的方波激励信号（Um=3V，f=1
18、KHZ）作用下，观察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，当增至1M时，输入和输出波形有何本质的区别。五、实验注意事项1、示波器的辉度不要过亮。2、调节仪器旋钮时，动作不要过猛。3、调节示波器时，要注意触发开关和电平调节旋钮的配合使用，以使显示的波形稳定。4、作定量测量时，“t/div”和“v/div”的微调旋钮置“标准”位置。5、为防止外界干扰，信号发生器的接地端与示波器的接地端要连接在一起（称共地）。六、预习思考题1、已知RC一阶电路R=10K，C=0.1f，试计算时间常数，并根据值的物理意义，拟定测定的方案2、何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件
19、？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？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、心得体会及其它实验五 二阶动态电路响应的研究一、实验目的1. 测试二阶动态电路的零状态响应和零输入响应， 了解电路元件参数对响应的影响。2. 观察、分析二阶电路响应的三种状态轨迹及其特点， 以加深对二阶电路响应的认识与理解。二、原理说明一个二阶电路在方波正、负阶跃信号的激励下，可获得零状态与零输入响应，其响应的变化轨迹
20、决定于电路的固有频率。当调节电路的元件参数值，使电路的固有频率分别为负实数、共轭复数及虚数时，可获得单调地衰减、衰减振荡和等幅振荡的响应。在实验中可获得过阻尼，欠阻尼和临界阻尼这三种响应图形。简单而典型的二阶电路是一个RLC串联电路和GCL并联电路，这二者之间存在着对偶关系。本实验仅对GCL并联电路进行研究。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1DG032双踪示波器1自备3动态实验电路板1DG07 四、实验内容动态电路实验板与实验十三相同，如图3-3所示。利用动态电路板中的元件与开关的配合作用，组成如图4-1所示的GCL并联电路。令R110K，L4.7mH，C1000PF，
21、R2为10K可调电阻。令脉冲信号发生器的输出为Um1.5V，f1KHz的方波脉冲， 通过同轴电缆接至图中的激励端，同时用同轴电缆将激励端和响应输出接至双踪示波器的YA和YB 两个输入口。 图4-11. 调节可变电阻器R2之值， 观察二阶电路的零输入响应和零状态响应由过阻尼过渡到临界阻尼，最后过渡到欠阻尼的变化过渡过程，分别定性地描绘、记录响应的典型变化波形。2. 调节R2使示波器荧光屏上呈现稳定的欠阻尼响应波形， 定量测定此时电路的衰减常数和振荡频率d。3. 改变一组电路参数，如增、减L或C之值，重复步骤2的测量，并作记录。随后仔细观察，改变电路参数时，d与的变化趋势，并作记录。 电路参数实验
22、次数元 件 参 数测量值R1R2LC110K调至某一欠阻尼状态4.7mH1000PF210K4.7mH0.01F330K4.7mH0.01F410K10mH0.01F五、实验注意事项1. 调节R2时，要细心、缓慢，临界阻尼要找准。2. 观察双踪时，显示要稳定，如不同步， 则可采用外同步法触发（看示波器说明）。六、预习思考题1. 根据二阶电路实验电路元件的参数， 计算出处于临界阻尼状态的R2之值。2. 在示波器荧光屏上， 如何测得二阶电路零输入响应欠阻尼状态的衰减常数和振荡频率d？七、实验报告1. 根据观测结果，在方格纸上描绘二阶电路过阻尼、 临界阻尼和欠尼的响应波形。2. 测算欠阻尼振荡曲线上
23、的与d。3. 归纳、总结电路元件参数的改变对响应变化趋势的影响。4. 心得体会及其他。实验六R、L、C元件阻抗特性的测定一、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9-1所示。 2. 元件阻抗频率特性的测量电路如图9-2所示。 图 9-1 图9-2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
24、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 图9-3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。 用双踪示波器测量阻抗角的方法
25、如图9-3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 三、实验设备 序号名 称型号与规格数量备 注1低频信号发生器1DG032交流毫伏表0600V1D833双踪示波器1自备4频率计1DG035实验线路元件R=1K，C=1F L约1H1DG096电阻301DG09四、实验内容1. 测量R、L、C元件的阻抗频率特性通过电缆线将低频信号发生器输出的正弦信号接至如图15-2的电路，作为激励源u，并用交流毫伏表测量，使激励电压的有效值为U3V，并保持不变。使信号源的输出频率从200Hz逐渐增至5KHz（用频率计测量）， 并使开关S分别接通R、L、C三个元件，用交流毫伏表
26、测量Ur，并计算各频率点时的IR、IL和IC ( 即Ur / r ) 以及R=U/IR、XL=U/IU及XC=U/IC之值。注意：在接通C测试时，信号源的频率应控制在2002500Hz之间。2. 用双踪示波器观察在不同频率下各元件阻抗角的变化情况，按图9-3记录n和m，算出。3. 测量R、L、C元件串联的阻抗角频率特性。五、实验注意事项1. 交流毫伏表属于高阻抗电表,测量前必须先调零。2. 测时，示波器的“V/div”和“t/div” 的微调旋钮应旋置“校准”位置。六、预习思考题测量R、L、C各个元件的阻抗角时，为什么要与它们串联一个小电阻？可否用一个小电感或大电容代替？为什么？七、实验报告1. 根据实验数据，在方格纸上绘制R、L、C三个元件的阻抗频率特性曲线，从中可得出什么结论？2. 根据实验数据,在方格纸上绘制R、L、C 三个元件的阻抗角频率特性曲线，并总结、归纳出结论。3、心得体会及其他。实验七 照明电路的安装一、实验目的1、掌握简单照明电路的工作原理 ，正确进行照明电路的安装2、了解电度表的工作原理，学会使用电度表。二、实验原理图 三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1电源控制屏1DG012三相负载1D
