电路分析基础实验

实验一：基尔霍夫定理与电阻串并联一、实验目的学习使用workbench软件，学习组建简单直流电路并使用仿真测量仪表测量电压、电流。二、实验原理1、基尔霍夫电流、电压定理的验证。解决方案：自己设计一个电路，要求至少包括两个回路和两个节点，测量节点的电流代数和与回路电压代数和，验证基尔霍夫电流和电压定理并与理论计算值相比较。2、电阻串并联分压和分流关系验证。解决方案：自己设计一个电路，要求包括三个以上的电阻，有串联电阻和并联电阻，测量电阻上的电压和电流，验证电阻串并联分压和分流关系，并与理论计算值相比较。三、实验数据分析1、基尔霍夫电流、电压定理的验证。测量值验证(1)对于最左边的外围网孔，取逆时针为参考方向得：011.111V-8.889V-20VU-U-U321故满足KVL。(2)对于最大的外围网孔，取逆时针为参考方向得：0V889.8-V100111.0-V20U-RIU2351）（故满足KVL。(3)对于节点4，取流进节点的电流方向为正得：0A222.0-A222.0-A444.0--III-321）（）（）（故满足KCL(4)对于节点7，取流进节点的电流方向为正得：0A111.0-A111.0-A222.0--III-543）（）（）（故满足KCL理论计算值V9100V9250IRUV980V9420IRUA91A9221IRRRIIA92A92-94I-IIA92A9421IR//RRR//RIA94A4520R//R//RRUIR//R//RRIU2231123433542131432432432111432111）（）（）（）（）（）（）（用同样的方式计算也可得：(1)0V9100-V980-V20U-U-U321(2)0V9100-V10091-V20U-RIU2351）（(3)0A92-A92-A94I-I-I321(4)0A91-A91-A92I-I-I543理论计算值与实验测量值同样满足基尔霍夫定律。2、电阻串并联分压和分流关系验证。与基尔霍夫定律的验证同一电路图V889.0V980V20252020UR//R//RRRUA111.0A91A9221IRRRII3A222.0A92A92-94I-II2A222.0A92A9421IR//RRR//RI1A444.0A94A4520R//R//RRUIR//R//RRIU14321123433542131432432432111432111）（由串联分压可得：）（）（）（）（）（）（由串联分流得：由欧姆定律可得：）（得：由电阻的串并联关系可在误差允许的范围内，计算值与实测值相等。四、实验感想本次实验借助Multisim10.0软件完成，通过这次实验进一步熟悉和掌握了基尔霍夫定律，电阻的串并联知识。同时也掌握了一种新的软件。由于对新软件的不熟悉也犯了许多错误，需要多加了解。实验二叠加定理一、实验目的通过实验加深对叠加定理的理解；学习使用受控源；进一步学习使用仿真测量仪表测量电压、电流等变量。二、实验原理解决方案：自己设计一个电路，要求包括至少两个以上的独立源（一个电压源和一个电流源）和一个受控源，分别测量每个独立源单独作用时的响应，并测量所有独立源一起作用时的响应，验证叠加定理。并与理论计算值比较。三、实验数据分析1、电流源单独作用，电路如下图所示：0RI-RI40RI-RI3II20I-I-I-I-I12R1R4R1R2R3R4R3R2RR21411）（）（）（）（由基尔霍夫定律可得：由（1）、（2）、（3）、（4）式可解得：等理论计算值与实测值相在误差允许的范围内，、、A111.0A91IA222.0A92IIA444.0A94I41R3R2RR2、电压源单独作用，电路如下图所示：0RIRIU40RIRIU3II20I-I-I-I12R1R4R1R2R3R4R3R2RR21411）（）（）（）（由基尔霍夫定律可得：由（1）、（2）、（3）、（4）式可解得：等理论计算值与实测值相在误差允许的范围内，、、A053.0A22512IA106.0A22524IIA67.2A4512I41R3R2RR3、电压源与电流源同时作用，电路如下图所示：实测值：根据叠加定理应有：0.444A-0.267A=0.177A，在误差允许范围内0.177A0.178A理论计算值：根据叠加定理应有：178.0A458A4512-A94，在误差允许范围内理论计算值与实测值相等。四、实验结论通过这次实验更加熟悉了Multisim10.0软件，熟练掌握了基尔霍夫定律和叠加定理，基本掌握了受控源的使用方法。由于对受控源的不熟悉导致实验过程中频繁出错，以后需要多次使用受控源加深理解。实验三等效电源定理一、实验目的通过实验加深对戴维南、诺顿定理的理解；学习使用受控源。二、实验原理自己设计一个有源二端网络，要求至少含有一个独立源和一个受控源，通过仪表测量其开路电压和短路电流，将其用戴维南或诺顿等效电路代替，并与理论计算值相比较。实验过程应包括四个电路：1）自己设计的有源二端网络电路，接负载RL，测量RL上的电流或电压；2）有源二端网络开路电压测量电路；3）有源二端网络短路电流测量电路；4）原有源二端网络的戴维南（或诺顿）等效电路，接（1）中的负载RL，测量RL上的电压或电流。三、实验数据分析1、有源二端网络电路，接负载RL，测量RL上的电流电压2、有源二端网络开路电压测量电路断开电阻LR，另原LR两端的电压为SU，则：2222S21RIU30U-gUU2RRUI1）（）由基尔霍夫定律得：（）由欧姆定律得：（联立（1）、（2）、（3）式解得V60RRRUg-1U212S）（对照上图可知，理论计算值与实测值相等。3、有源二端网络短路电流测量电路0I-I-I30RI-RgI-RIU20RI-RI-U1IRS211R223S1R2RSL112）（）（）（得：，则由基尔霍夫定律可短路，短路电流为将电阻联立（1）、（2）、（3）式解得SI1.25A对照上图可知，理论计算值与实测值相等。4、原有源二端网络的戴维南等效电路戴维南等效电阻48IURSS0由欧姆定律得：A405.0RRUILoS1V54.40IRU1L1结论：由图一和图四可知，在误差允许的范围内原电路与戴维南等效电路LR上的电压和电流相等。四、实验结论通过这次实验是我掌握了如何利用Multisim10软件测量和验证戴维南等效电路，同时也加深了我对等效电源原理的了解。实验四一阶RC电路特性的EWB仿真一、实验目的（1）学习使用示波器。（2）通过模拟仪器测试RC电路的充放电特性,观察电容器充放电过程中电压与电流的变化规律。二、实验原理RC电路充放电如实验图所示。实验图RC电路充放电电容具有充放电功能，充放电时间与电路时间常数RC＝有关。三、实验数据分析1、12VV-VV/Div51.0stF100CK10R、充放电幅值、单位格幅值为、单位格时间、s1s101101RC4-4）（由上图读得：放电时间s3.5t1、充电时间s27.5t22、12VV-VV/Div50.2stF100CK1R、充放电幅值、单位格幅值为、单位格时间、s1.0s101101RC4-3）（由上图读得：放电时间s54.0t1、充电时间s535.0t23、12VV-VV/Div50.02stF1CK10R、充放电幅值、单位格幅值为、单位格时间、ms10s101101RC6-4）（由上图读得：放电时间ms3.55t1、充电时间ms6.52t2由以上三组数据可以得出，同一RC电路电容的充放电时间大致相等，大约为5左右。四、实验感想通过这次实验第一次接触并学习使用了示波器的模拟方法，了解了电容的充放电时间与的关系。由于对示波器的不熟悉，在实验过程中也走了不少弯路。坚持就是胜利！实验五交流电路一、实验目的通过实验加深对交流电路中幅值、有效值、相位的理解；学习使用交流信号源和仿真仪表测量交流电压、电流，学习使用示波器。二、实验原理（1）电路如下图所示，改变RLC的数值，用电压表测量各元件上的电压，电源电压和各元件上电压值满足什么关系？（2）改变RLC的数值，用电流表测量各元件上的电流，电源电流和各元件上电流值满足什么关系？（3）用示波器测量电阻R的电压、电流相位差。(提示：此图示波器A通道测量的是电源两端电压，B通道测量的是10ohm两端电压，B通道测量值除以10即为回路电流。而两个电阻数值相差较大，A通道可近似看成测量R两端的电压。)（4）用示波器测量电容C的电压、电流相位差。（提示：电容阻抗Zc与电阻阻抗ZR相差较大，因此A通道测量值可近似等于电容两端电压；B通道测量值是电容电流的10倍。）提示：用示波器测两通道波形：示波器读数如图所示，则两波形相位差近似为(因f=1000hz，则T=10-3s)；（5）用示波器测量电感L的电压、电流相位差。三、实验数据分析1.改变RCL验证电源电压与各元件上电压的关系（注：查看数据请放大）以电源电压相位角为参考o0oooo3.88-98.99044.93j-61.3684.95j-796.2j61.3690-84.9590796.2061.36路有：对于上图中的第一个电oooo7.73-98.998.2381j-3.9875.25j-512.7j3.9890-75.2590512.703.98电路有：对于上图中的最后一个（已知电阻电压与电流无相位差，电感电压超前电流90度，电容电压滞后电流90度）结论：以上四个电路用同样的方法均可得出KVL在交流电路中依然成立，用相量形式计算出的电压源电压的有效值近似相等于理论值。2.改变RCL验证电源电流与各元件上电压流的关系（注：查看数据请放大）以电流源两端电压相位角为参考o0oooo9.84-99.996.357j-58.6425.82j6.158j-58.649025.8290-6.158058.64路有：对于上图中的第一个电oooo6.796-01.1001.8949j-47.39026.5j92.96j-47.3990026.590-92.96047.39电路有：对于上图中的最后一个（已知电阻电压与电流无相位差，电感电压超前电流90度，电容电压滞后电流90度）结论：以上四个电路用同样的方法均可计算出KCL在交流电路中依然成立，用相量形式计算出的电压源电流的有效值近似相等于理论值3.求电阻两端的电压与电流的相位差。（注：查看数据请放大）由上图可以看出：电阻的电压与电流相位差0（纯电阻电路中不存在感抗和容抗，故电压与电流不存在相位差）4.求电容两端的电压与电流的相位差。（注：查看数据请放大）由上图可以看出：oo4.86360Ttms24.0tms1T差故，电压与电流的相位邻峰值间的时间差、电容的电压与电流相电流源的周期（由于电容的电压滞后电流，故电容的电压与电流存在相位差，近似为90度）5.求电感两端的电压与电流的相位差。由上图可以看出：oo6.84360Ttms235.0tms0.1T差故，电压与电流的相位邻峰值间的时间差、电容的电压与电流相电流源的周期（由于电感的电流滞后电压，故电感的电压与电流存在相位差，约为90度）四、实验感想本次实验我了解了交流电路中电压（电流）幅值、有效值的关系，以及相位差的概念。学会了使用交流电表、用示波器测元件的电流电压以及相位差。经过前几次实验我已经基本熟练掌握了ElectronicsWorkbench的使用方法