2011电路分析基础实验指导书要点

电路分析基础实验指导书杨杰编写东莞理工学院电子系二00五年八月电路分析基础实验指导书目录实验一基尔霍夫定律的验证┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈2 实验二叠加定理的验证┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈5 实验三电压源与电流源的等效变换┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈8 实验四戴维宁定理和诺顿定理的验证┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈13 实验五一阶RC电路的动态响应┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈18 实验六正弦稳态交流电路相量的研究┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈22 实验七设计性实验——电阻变化量线性输出电路设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈25实验一 基尔霍夫定律的验证一、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. 掌握使用直流电工仪表测量电流、电压的方法。

3. 学会应用电路的基本定律，分析、查找电路故障的一般方法。

二、实验原理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。

即： 对电路中任何一个节点而言，应满足ΣI ＝0； 对电路中任何一个闭合回路而言，应满足ΣU ＝0。

运用上述定律时，必须注意电流、电压的实际方向和参考方向的关系。

2. 依据基尔霍夫定律和欧姆定律可对电路的故障现象进行分析，准确定位故障点。

若在一个接有电源的闭合回路中，电路的电流为零，则可能存在开路故障；若某元件上有电压而无电流，则说明该元件开路；若某元件上有电流而无电压，说明该元件出现了短路故障。

三、实验内容1. 先任意设定三条支路的电流参考方向，如图1-2所示。

三个回路的正方向可设为ADEFA 、BADCB 、FBCEF 。

图1-1 实验电路2. 分别将两路直流稳压源接入电路，令E 1＝6V ，E 2＝12V 。

3. 将电流插头的两端接至数字毫安表的“＋、－”两端, 将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，读出并记录各电流值。

图1－2是电流插头插座的用法示意。

U U 2F14. 用直流数字电压表分别测量、并记录两路电源及电阻元件上的电压值。

5. 分别按下故障开关A 、B 、C ，借助电压表、电流表，找出电路的故障性质和故障点。

图1-2 使用插头插座测量电流表1－1 测量数据及计算值电流单位： mA 电压单位：V表1－2 故障分析记录四、实验设备电流插座五、注意事项1. 测量验证基尔霍夫定律的数据时，三个故障开关均不按下，即不设人为故障。

2. 实验电路中的开关K3应向上，拨向330Ω侧。

3. 测量电压时应注意表棒的使用。

测U AB，应该用数字直流电压表的正表棒（红色）接A点，负表棒（黑色）接B点，否则记录测出的数值时，必须添加一负号。

4. 电源电压也以电压表实际测量的读数为准。

六、实验思考1. 根据图示的电路参数，计算出待测的各支路电流和各电阻上的电压值，记入表1-1中，以便实际测量时，正确地选定毫安表和电压表的量程。

2. 本实验中判断电路的简单故障时，是否需要记录具体的电流、电压数据？七、实验报告要求1. 根据实验数据验证基尔霍夫定律的正确性。

2. 完成数据表格中的计算，对误差作必要的分析。

3. 分析故障现象，说明定位故障点的理由。

实验二 叠加定理的验证一、实验目的1. 验证线性电路中叠加定理的正确性，加深对线性电路的叠加性和齐次性的理解。

2. 掌握叠加定理的适用范围。

二、实验原理叠加定理指出：在有几个独立电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（即在电路其他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、实验内容1. 实验线路如图2－1。

分别将两路直流稳压电源接入电路，令 E 1＝12V ，E 2＝6V 。

2. 将实验电路中的开关K 3向上，即拨向330Ω侧。

进行步骤3－6的测量。

图2－1 叠加定理实验电路3. 令E1电源单独作用（E 1＝12V ，E 2＝0V ），即将开关S 1投向E 1侧，开关S 2投向短路侧，用直流数字电压表和直流数字毫安表（接电流插头）测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表格2－1。

4. 令E 2电源单独作用（E 1＝0V ，E 2＝6V ），即将开关S 2投向E 2侧，开关S 1投向短路侧，用直流数字电压表和直流数字毫安表测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表格2－1。

5. 令E 1、E 2电源共同作用（E 1＝12V ，E 2＝6V ），即将开关S 1投向E 1侧，开关S 2投向E 2侧，用直流数字电压表和直流数字毫安表测量各支路电流及各电U U 2F1阻元件两端的电压，数据记入表格2－1。

6. 令E2电源为原先的两倍并令其单独作用（E1＝0V，E2＝12V），即将开关S2投向E2侧，开关S1投向短路侧，用直流数字电压表和直流数字毫安表测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表格2－1。

表2－1 无非线性元件时的测量数据电流单位：mA 电压单位：V7. 将实验电路中的K3向下，拨向IN4007侧，即电路中接入非线性元件（二极管，型号为1N4007），重复第三步至第六步的测量过程，数据记入表格2－2，验证叠加定理或齐次性原理是否成立。

表2－2 含非线性元件时的测量数据电流单位：mA 电压单位：V四、实验设备五、注意事项1. 测量各电流、电压时，应注意仪表的极性及数据表格中“+、－”号的记录。

2. 注意仪表量程的选择。

六、实验思考1. 叠加定理中E1 、E2分别单独作用，在实验中应如何实现？可否直接将不作用的电源（E1或E2）短接？2. 实验电路中，若将一个电阻器改为二极管（非线性元件），电路的叠加性和齐次性还成立吗？为什么？七、实验报告要求1. 根据实验数据验证叠加定理的正确性和适用范围。

2. 根据实验数据验证齐次性原理的正确性和适用范围。

3. 根据实验数据,检验电阻所消耗的功率是否符合叠加定理。

实验三 电压源与电流源的等效变换一、实验目的1. 掌握电源外特性的测试方法。

2. 验证电压源与电流源等效变换的条件。

二、实验原理1. 一个直流稳压电源在一定的电流范围内，其内阻很小。

故在实用中，常将它视为一个理想的电压源，即认为输出电压不随负载电流而变，其伏安特性V ＝f ( I ) 是一条平行于I 轴的直线。

同样，一个实际的恒流源在实用中，在一定的电压范围内，可视为一个理想的电流源。

2. 一个实际的电压源（或电流源），其端电压（或输出电流）不可能不随负载而变，因它具有一定的内阻值。

故在实验中，用一个小阻值的电阻与稳压源相串联来摸拟一个实际的电压源，用一个大电阻与恒流源并联来模拟实际的电流源。

3. 一个实际的电源，就其外部特性而言，即可以看成是一个电压源，又可以看成是一个电流源。

若视为电压源，则可用一个理想的电压源E S 与一个电阻R 0相串联的组合来表示；若视为电流源，则可用一个理想电流源I S 与一电导g 0相并联的组合来表示。

若它们能向同样的负载提供出同样大小的电流和端电压，则称这两个电源是等效的，它们具有相同的外特性。

一个电压源与一个电流源等效变换的条件为：图3－1 电压源与电流源的等效变换000001,,1,g R R I U R g R U I S S SS ====或IR LR LI S =U S /R 0,g 0＝1/R 0U S =I S R 0,R 0＝1/g 0三、实验内容1. 测定直流稳压电源与电压源的外特性(1) 按图3－2接线，U S 为＋6V 直流稳压电源，R 1=200Ω，R 2=470Ω。

调节R 2，令其阻值由大至小变化，记录两表的读数于表3－1。

图3－2 直流稳压电源的外特性测量表3－1 直流稳压电源的外特性测量数据电流单位： mA 电压单位： V 电阻单位： Ω(2) 按图3－3接线，虚线框可模拟为一个实际的电压源，调节电位器R 2，令其阻值由大至小变化，记录两表的数据于3－2。

图3－3 实际的电压源的外特性测量ΩΩΩΩ表3－2 实际的电压源的外特性测量数据电流单位：mA 电压单位：V 电阻单位：Ω2. 测定电流源的外特性按图3－4接线，I S为直流恒流源，调节其输出为10mA，令R S分别为1KΩ和∞，（即接入或断开），调节电位器R L（从0至470Ω），测出这两种情况下的电压表和电流表的读数,记录实验数据于表3－3和表3－4。

图3－4 电流源的外特性测量表3－3 电流源内阻R S=∞时的外特性表3－4 电流源内阻R S= 1KΩ时的外特性3. 测定电源等效变换的条件首先按图3－5a线路接线，读取其中两表的读数。

然后按图3-5b线路接线，调节其中恒流源I S（取R'S＝R S），直至两表的读数与左边线路的数值相等，记录I S等数值于表3－5，验证电源等效变换条件的正确性。

图3－5a 图3－5b表3－5 电压源与电流源等效条件的验证四、实验设备五、注意事项1. 实验中使用的恒压源的输出需要在负载开路时实际测出，恒流源的输出也同样需在负载短路时把数据测出。

注意恒流源负载电压不可超过20伏，负载更不可开路。

2. 改接线路时，必须关闭电源开关。

3. 直流仪表的接入应注意量程与极性，以保证数据的正确性。

六、实验思考1. 直流稳压电源的输出端为什么不允许短路？直流恒流源的输出端为什么不允许开路？2. 电压源与电流源的外特性为什么呈下降变化趋势，稳压源和恒流源的输出在任何负载下是否保持恒值？七、实验报告要求1. 根据实验数据，验证电源等效变换的条件。

2. 根据实验数据，绘出实际电源的外特性曲线，并与理想电源的特性曲线作比较。

实验四 戴维宁定理和诺顿定理的验证一、实验目的1. 验证戴维宁定理和诺顿定理的正确性，加深对该定理的理解。

2. 掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。

二、实验原理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（或称为含源一端口网络）。

戴维宁定理指出：任何一个线性有源网络，就其对外效果而言，总可以用一个等效电压源来代替，此电压源的电动势E S 等于这个有源二端网络的开路电压U 0C ，其等效内阻R 0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）时的等效入端电阻。

诺顿定理指出：任何一个线性有源网络，就其对外效果而言，总可以用一个等效电流源来代替，此电流源的电流I S 等于这个有源二端网络的短路电流I SC ，其等效内阻R 0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）时的等效入端电阻。