电路分析实验指导书

电路分析实验指导书淮北师范大学物理与电子信息学院电子技术实验室实验一基尔霍夫定律和叠加原理的验证一、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．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多个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律和电压定律。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+6,+12V12直流数字电压表0~200V13直流数字毫安表0~200mV1四、实验内容实验线路如图2-1所示。图2-11．以图2-1中的电压和电流标注的方向为参考方向。2.将两路稳压源的输出分别调节为12V和6V，接入E1和E2处。3.令E1电源单独作用时，用直流数字电压表和毫安表测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表。4.令E2电源单独作用时，重复实验步骤2的测量和记录，数据记入表2-1。5.令E1和E2共同作用，重复上述的测量和记录，数据记入表2-1。6.将E2的数值调至＋12V，重复上述第3项的测量并记录，数据记入表2-1。1表2-1测量项目实验内容E1(V)E2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UBC(V)UCD(V)UDA(V)UBD(V)E1单独作用E2单独作用E1、E2共同作用2E2单独作用五、实验注意事项1.所有需要测量的电压值，均以电压表测量读数为准，不以电源表盘指示值为准。2．防止电源两端碰线短路。3．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。4.注意仪表量程的及时更换。六、预习思考题1.根据图2-1的电路参数，计算出待测电流和各电阻上电压值，记入表中，以便实验测量时，可正确选定毫安表和电压表的量程。2．在叠加原理实验中，要令E1、E2分别单独作用，应如何操作？可否直接将不作用的电源（E1或E2）短接置零？3.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.根据表2-1E1和E2共同作用的实验数据，选定实验电路中的任一个节点，验证KCL的正确性。2．根据表2-1E1和E2共同作用的实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证KVL的正确性。3．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。4.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。5.心得体会及其他。2实验二戴维南定理的验证----有源二端网络等效参数的测定---一、实验目的1.验证戴维南定理的正确性。2.掌握测量有源而端网络等效参数的一般方法。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（或称为含源一断口网络）。戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个等效电压源来代替，此电压源的电动势等于Es等于这个有源二端网络的开路电压Uoc,其等效内阻Ro等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短路，理想电流源视为开路）时的等效电阻。Uoc和Ro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,然后再将其输出端电路，用电流表测其短路电流Isc,则内阻为Ro=Uoc∕Isc（2）伏安法用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性如图3-1所示。根据外特性曲线求出斜率tgø,则内阻Ro=tgø=ΔU∕ΔI=Udc∕Isc用伏安法，主要是测量开路电压及电流为额定值IN时的输出电压值UN，则内阻为Ro=(Uoc-UN)∕IN若二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。（3）半电压法如图3-2所示，当负载电压为被测网络开路电压一半时，负载电阻（由电压箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效电阻（4）零示法在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表进行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3-3所示。3零示法测量原理是用一低压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0~10V12可调直流恒流源0~200MA13直流数字电压表14直流数字毫安表15万用电表16电位器1KΩ/1W1四、实验内容被测有源二端网络如图3-4所示。1.用开路电压、短路电流测定戴维南等效电路的Uoc和Ro.按图3-4(a)电路接入稳压电源Es和恒流源Is及可变电阻箱Rl,测定Uoc和Ro．UocIsc(mA)Ro=Uoc／Isc(Ω)2.负载实验按图３－４（a）改变电阻Rl阻值，测量有源二端网络的外特性．4RL(Ω)0∞U(V)I(mA)3.验证戴维南定理用一只１ＫΩ的电位器，将其阻值调整到等于按步骤＂１＂所得的等效电阻Ｒo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３－４（b）所示，仿照步骤＂２＂测其外特性，对戴氏定理进行验证．RL(Ω)0∞U(V)I(mA)4.测定有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的其他方法：将被测有源网络内的所有独立源置零（将电流源Ｉs断开；去掉电压源，并在原电压端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开路后输出端两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻Ｒ或称网络的入端电阻Ｒl.5．用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻Ｒo及开路电压Ｕoc，线路及数据表格自拟．五、实验注意事项１．注意测量时，电流表量程的更换．２．步骤＂４＂中，电源置零时不可将稳压源短接．３．用万用表直接测Ｒ时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表，其次，欧姆挡必须经调零后再进行测量．４．该接电路时，要关掉电源．六、预习思考题１．在求戴维南等效电路时，做短路实验，测Ｉsc的条件是什么？请实验前对线路３－４（a）预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地电表的量程．２．说明测量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和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．２．根据步骤１、４、５各种方法测得的Ｕoc与Ｒo预习时电路计算的结果作比较，你能的出什么结论．３．归纳、总结实验结果．４．心得体会及其它．5实验三典型电信号的观察与测量一、实验目的1．熟悉实验装置上的函数信号发生器的布局，各旋钮、开关的作用及使用方法。2．初步掌握用示波器电信号波形，定量测出正弦信号和脉冲信号的波形参数。二、实验说明1．正弦交流信号和方波脉冲信号是常用的电激励信号，由函数信号发生器提供。正弦信号的波形参数是幅值Um、周期T(或频率f)和初相;方波脉冲信号的波形参数是幅值Um、脉冲重复周期T及脉宽tk。本实验装置能提供频率范围为20Hz~100KHz,幅值可在0~5V之间连续可调的上述信号,并由六位LED数码管显示信号的频率,不同类型的输出信号可由波形选择开关来选取。2．电子示波器是一种信号图形测量仪器，可定量测出电信号的波形参数，从荧光屏的Y轴刻度尺并结合其量程分档选择开关（Y轴输入电压灵敏度V/cm分档选择开关）读得电信号的周期、脉宽、相位差等参数。为了完成对各种不同波形、不同数据的观察与测量，它还有一些其它的调节和控制旋钮，希望在实验中加以摸索和掌握。三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1双踪示波器12函数信号发生器13交流毫伏表14频率计1四、实验内容1．双踪示波器的自检将示波器面板部分的“标准信号”插口，通过示波器专用同轴电缆接至双踪示波器的Y轴输入插口YA和YB端，然后开启示波器电源，指示灯亮，稍后协调地调节示波器面板上的“辉度”、“聚焦”、“辅助聚焦”、“X轴位移”、“Y轴位移”等旋钮，使在荧光屏的中心部分显示出线条细而清晰、亮度适中的方波波形；通过选择幅度和扫描速度灵敏度，并将它们微调旋钮至“校准”位置，从荧光屏上读出该“标准信号”的幅值与频率，并与标称值（1V，1Kz的信号）作比较，如相差较大，请指导教师给予校准。2．正弦波信号的观测（1）将示波器的幅度和扫描速度微调旋钮旋至“标准”位置。（2）将函数信号发生器的波形选择开关置“正弦”位置，通过电缆线将“信号输出”口与示波器的YA插座相连。（3）接通电源，调节信号源的频率旋钮，使输出频率分别为50HZ，1.5KHZ和20KHZ（由频率计读出），输出幅值分别为有效值0.1V，1V，3V（由交流毫伏表读得），调节示波器Y轴和X轴灵敏度至合适的位置，从荧光屏上读得幅值及周期，记入表中。频率计读数项目测定正弦波信号频率的测定50HZ1500HZ20000HZ示波器“t/div”位置一个周期占有的格数信号周期（S）计算所得频率（HZ）6交流毫伏表读数项目测定正弦波信号频率的测定0．1V1V3V示波器“v/div”位置峰—峰值波形格数峰值计算所得有效值3.方波脉冲信号的测定（１）将函数信号发生器的波形选择开关置＂方波＂位置．（２）调节信号源的输出幅度为３．０Ｖ（用示波器测定），分别观测１００Ｈz，３Ｈz和３０Ｈz方波信号的波形参数．（３）是信号频率保持在３ＫＨz，调节幅度和脉宽旋钮，观测波形参数的变化，记录之．４．将方波信号和正弦信号同时分别加到示波器的Ｙ和Ｙ两个输入口，调节有关旋纽，观测两路信号的波形（定性地观察，具体内容自拟）．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．调节仪器时，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．作定量测定时，＂t/div＂和＂v/div＂的微调旋钮应旋置＂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（称工地）．六、预习思考题１．示波器面板上＂t/div＂和＂v/div＂的含义是什么？２．观察本机＂标准信号＂时，要在荧光屏上得到两个周期的稳定波形，而幅度要求为五格，试问Ｙ轴电压灵敏度应置于哪一档位置？３．应用双踪示波器观察到如图７－１所示的两个波形，Ｙ轴的＂t/div＂指示为０．５Ｖ，＂v/div＂指示为２０us,试问这两个波形信号的参数为多少？七、实验报告１．整理实验中显示的各种波形，绘制有代表性的波形．2．总结实验中所用仪器的使用方法及观测电信号的方法。3．如用示波器观察正弦信号时，荧光屏上出现下列情况时，试说明测试系统中哪些旋钮的位置不对？应如何调节？4．心得体会及其它。78实验四RC选频网络特性测试一、实验目的1．熟悉文氏电桥电路的结构特点及其应用。2．学会用高频毫伏表和示波器测定文氏电桥电路的幅频特性和相频特性。二、原理说明文氏电桥电路是一个RC的串、并联电路，如图7-1所示，该电路结构简单，被广泛地用于低频振荡电路中作为选频环节，可以获得很高纯度的正弦波电压。图7-11、用函数信号发生器的正弦输出信号作为图7-1的激励信号Ui,并保持Ui值不变的情况下，改变输入信号的频率f,用交流毫伏表或示波器测出输出端相应于各个频率点下的输出电压UO值，将这些数据画在以频率f为横轴，UO为纵轴的坐标纸上，用一条光滑的曲线连接这些点，该曲线就是上述电路的幅频特性曲线。文氏桥路的一个特点是其输出电压幅度不仅会随输入信号的频率而变，而且还会出现一个与输入电压同相位的最大值，如图7-2所示。图7-2图7-3由电路分析得知，该网