电路分析基础实验指导书(简-19页)

实验一  元件伏安特性的测定

一、实验目的

1、测定线性电阻和非线性元件及电压源的伏安特性曲线。

2、学习直流稳压电源及常用电工仪表的使用方法。

二、原理及说明

元件伏安特性是指被测元件两端电压U与通过该元件电流I之间的关系曲线。

线性电阻元件的阻值不随加在它两端的电压或电流的变化而变化，而且与元件电压或电流的方向无关（具有双向特性），其伏安特性是一条对称坐标原点的直线。如图1-1（a）所示。

非线性元件的阻值随加在它两端的电压或通过它的电流的大小变化而变化，其伏安特性通过坐标原点的一条弯曲的曲线。如图1-1（b）图所示。

直流电压源的伏安特性是一条平行于坐标的直线，如图1-1（c）所示。

图1-1

三、仪器设备

双路直流稳压电源              HT-1712G型            一台

四、实验步骤

1、测定线性电阻R的伏安特性

（1）按图1-2接线，定值电阻R1（约51Ω），电阻箱为被测线性电阻元件（约150Ω）。

（2）调节电源电压，约5-20V，测量线性电阻元件两端的电压和电流。

（3）改变电阻箱的方向，重复（2）。

2、测非线性元件（二极管N4007）伏安特性

正向伏安特性的测定，按图1-3接线，使直流稳压电源输出可调，电压表约为0-1V，测量非线性元件两端的电压和电流。

3、测电压源的伏安特性

按图1-4接线，使直流稳压电源输出电压为10V，改变外接电阻，测量电压源两端的电压和电流。

直流稳压电 源

R

51Ω

＋

电压表

－

图1-4

五、思考题

1．分析电阻、二极管及电压源的伏安特性。

实验二  验证基尔霍夫定律

一、实验目的

1、加深理解KCL、KVL定律。

2、掌握基本电子工具的使用（万用表、电阻箱、直流稳压电源、毫安表）。

二、实验原理

1.KCL原理：

2.KVL原理：

三、实验设备

1.直流稳压电源       HT-1712G型           0――30V双路         一台

2.直流毫安表         C31-mA型            100mA――1000mA      一台

3.数字万用表         DT9202型             31/2位                一块

4.交流/直流电阻箱    ZX38A/10型            0――11111.1型        一台

5.通用实验板        附：电阻150Ω、51Ω、82Ω、91Ω （1W）        各一个

四、实验步骤

1.如图所示，接线。在每个支路（测量），选择好，接入电流表（毫安表），再打开电源。读取电流表的数值，填入对应的表1中（请注意电流的方向）。

2.如图2-1所示，在通电的情况下，用万用表测量对应元器件的电压，填入对应的表1中（请注意电压的方向）。

3.如图2-2所示，接线，重复1、2操作，将测试数据填入表2中。

4.将实测值和理论值相比较。

150Ω

图2-1

100Ω

图2-2

五、注意事项

1.不能带电操作，所有同学，接线完毕后，经老师检查后，方可通电。

2.电压源不能短路。

六、思考题

1．电路中两个电动势均增大一倍，各支路的电流、电压如何变化？如果电路中只有一个电动势增大一倍，而另一个不变，各支路的电流、电压如何又如何变化？

实验三  叠加定理

一、实验目的

1.通过实验，加深对叠加定理的理解；

2.进一步熟悉稳压电源、直流电流表和数字万用表的使用方法。

二、实验原理

本实验是验证叠加定理。叠加定理是线性电路的一个基本定理。它表述如下：在线性电路中，当有两个或两个以上的电源（电压源或电流源）作用时，则任意支路的电压或电流，都可以认为是电路中各个电源单独作用而其它电源不起作用，在该支路中产生的各电流分量或电压分量的代数和。

三、实验设备和器材

1.直流稳压电源    HT-1712G型     0――30V双路         一台

2.直流毫安表      C31-mA型      100mA――1000mA      一台

3.数字万用表      DT9202型      31/2位                 一块

4.通用实验板     附：电阻150Ω、51Ω、82Ω               各一个

四、实验电路和实验步骤

1.实验电路

实验电路如图3-1所示，要求测量R2支路中的电流和R2上的电压。

I

2.实验步骤

（1）测量US1和US2同时作用时的电压和电流

I.按图1.1连接好电路，将US1调整到10V，US2调整到6V（注：电压源要先调整好，断电后再接入电路）；

II.经教师检查后，接通电源；如果电路正常，可接入电流表和电压表（注：接入电表时，注意极性！），测量R2支路中的电流I和R2的电压U。记录所测数据。

（2）测量US1单独作用时的电压和电流

I.将US1调整到10V，US2断开后，再用导线短路（注：电压源要先调整好，断电后再接入电路）；

II.经教师检查后，接通电源；如果电路正常，可接入电流表和电压表（注：接入电表时，注意极性！），测量R2支路中的电流Iˊ和R2的电压Uˊ。记录所测数据。

（3）测量US2单独作用时的电压和电流

I.将US1调整到10V，US2断开后，再用导线短路（注：电压源要先调整好，断电后再接入电路）；

II.经教师检查后，接通电源；如果电路正常，可接入电流表和电压表（注：接入电表时，注意极性！），测量R2支路中的电流I〞和R2的电压U〞。记录所测数据。

五、实验结果和数据处理

1.将每次测量结果，用表格列出：

表1  US1和US2同时作用时R2的电压和电流

1.实验前认真阅读本实验指导；

2.复习叠加定理的有关资料，用叠加定理计算R2支路中的电流I和R2上的电压U。

七、思考题

1.将（2）、（3）的实验结果与（1）的实验结果进行比较，可得出什么结论？与理论计算结果比较。

实验四    验证戴维南定理

一、目的

1.验证戴维南定理

2.学习直流稳压电源和万用表的使用

二、设备、仪表

1.直流稳压电源      HT-1712G型        0――30V双路         一 台     

2.直流毫安表       C31-mA型         100mA――1000mA     一台

3.数字万用表        DT9202型          31/2位                一块

4.交流/直流电阻箱    ZX38A/10型        0――11111.1型        一台

5.通用实验板        附：电阻150Ω、51Ω、82Ω                各一个

三、原理电路图

U

Uab

图4-1

（b）

（a）

四、步骤

1.连接电路、测量电压和电流。

（1）用万用表测定实验板上各电阻大小。

（2）将电源电压E1调至10V，E2调至5V切断电源（即关闭直流稳压电源）。

（3）按原理电路图4-1(a)连接电路，在支路a、b端串入毫安表。

（4）经教师检查无误后，将电源开关接通。

（5）测量电压Uab和电流IL的大小。

2.测定开路电压U0

断开RL支路，测量断开处的电压，它就是U0的大小。

3.测定等效电阻R0

切断电源，即E1=0，E2=0：再将连接电源处短路，经教师检查无误后，用万用表测量a、b两端的等效电阻，它就是R0的大小。

注：也可在切断电源，并将E1、E2处短路后，于a、b间加以外部电压（设它是U=8V），测定这时流经电路的电流，二者相除即为R0（＝U/I）。

4.拆除所连电路。

5.连接由U0（＝E）和R0组成的等效电路，如图2.1（b）所示，E由直流稳压电源任一路供给。R0由电阻箱调节获得，再将RL连接到它的两端。

6.经教师检查后，测量此时电路中的电流I和电压U。

7.比较步骤“1”和“6”所测数据，正确时便切断电压拆线路。

五、注意事项

1.万用表切不可在带电情况下测量电阻，本次实验在测定R1、R2、R3及RL后，随即调至直流电压的位置。

2.直流稳压电源的使用，一般应先调好电压数值，随后切断电源接入电路，再到电路供电时闭合电源。

3.每次接换电路都要经教师检查方可通电。

六、预习要求

1.复习教材中的戴维南定理。

2.由电路图4-1所给数据，计算出U0和R0。

3.列出待测数据的表格，将计算值列进表格中。

4.回答所提问题，连同“2”和“3”均写入预习报告。

注：预习报告是实验报告的组成部分，内容包含进行实验时需要明确的各个问题，达到心中有数，但它不是照抄原说明书，应当用自己的思路和语言简练写出。

七、总结报告

1.将所测数据填入所列表格。

2.分析数据得出它们所包含的结论。

注：实验报告是在预习报告基础上的补充和完善一个实验的全面总结。

八、思考题

1．测定等效电阻R0时，RL是否保留？

2．改变外电路电阻RL的大小，对E和R0有何影响？

实验五   RC电路的响应

一、目的

1.深化对RC电路响应的理解。

2.了解R，C数值不同对电容器上电压变化的影响。

3.学习和初步了解通用示波器的使用方法。

4.初步了解低频信号发生器的使用方法。

二、设备和元件

1.通用示波器        COS5020CH型      20MHZ               一台

2.直流稳压电源       HT-1712G型        0――30V双路         一台

3.交流/直流电阻箱    ZX38A/10型        0――11111.1型        一台

     4.低频信号发生器    XD22型           1HZ――1MHZ         一台

5.通用实验板        附：电解电容2200μF、50V               一个

                          电解电容1000μF、25V                一个

                                       电解电容22μF、450V                 一个

                          单刀双掷微动开关                     一个

三、实验电路图

k

3

3

低频信号发生器

示 波 器

四、内容和步骤

1.按图5-1连接电路、电源电压U调至10V。

2.由R、C的数值或时间常数的大小等，初步选定示波器VOLTS/DIV及TIME/DIV两个旋钮的位置，大约为2V、0.5sec（为什么？）

3.用示波器测量电源电压U的大小（应调至10V）

4.观测零状态响应－观测电容电压uC和电阻电压uR的变化曲线。

（1）先将开关K放置“3”的位置。

（2）在示波器屏幕上调好时间基线的位置。（以便于观测曲线）。

（3）光点出现后，随即“按动”开关K，使其合向位置“1”，也即接通电源电压U。同时密切观察亮点的移动轨迹，它就是电容电压uC的变化规律。

注：可操作观察数次，使光点轨迹清晰明确，每次变换都应当在换路前电路的工作状态稳定后进行。

（4）测定uC由0上升到电源电压U（＝10V）的63.2%时，所需的时间t（应当＝？）。

（5）将电阻R分别调至500Ω和2KΩ，电容C不变的情况下，再分别进行以上步骤（3）、（4）的观测。

（6）再将R、C调换到500Ω、1000μF，重复以上观测。

（7）按图5-2连接电路，按照以上步骤（1）――（6）观察电阻R上电压uR的变化。

5.观测零输入响应。－－观测电压uC和uR的变化曲线。

（1）按图5-1连接电路。

（2）将开关置于“1”的位置。

（3）屏幕上亮点出现后，随即“按动”开关K，使其合向位置“3”，即电容器C只与电阻R构成闭合回路，同时密切观察亮点移动的轨迹，它就是电压uC的变化规律。

注：①观察前，时间基线的位置应调到什么部位教宜？

②可操作观察数次，使亮点轨迹清晰明确。

（4）测定电感容电压uC由初始值U0下降到它的36.5%时所需要的时间t（应当＝？为什么？）

（5）参照步骤（4）中的（5）和（6）改变电路参数，观察这时对uC变化的影响。

（6）按图3.2连接电路，观察电阻R上的电压uR。

6.按图5-3连接电路。

（1）将方波发生器的输出电压频率调至（大约）30HZ。（为什么？）

（2）示波器用通道CH2输入方波电压。用通道CH1输入电容器电压uC。选VOLIS/DIV 1-2V，TIME/DIV 5-10ms。

（3）按下CHOP按键观测：

1方波电压的峰值和周期。

2电压uC的峰值和周期。

3两个电压间有何关系。

注：示波器与线路连接时与方波源之间一定要共地。

五、预习要求

1.复习《电工学》中有关RC电路响应的理论。了解电容电压和电阻电压变化的规律。

2.RC参数大小对电容电压的变化有何影响（为什么？）。

3.初步（在草稿纸上）画出在不同电路参数下，电容电压uC的变化曲线。

4.回答在实验步骤中所提出的各种问题。

六、注意事项

1.连接好电路都要经教师检查后方可通电。

2.连接图5-3电路时，示波器、方波发生器和电路板三者要共地。

3.变换电路时应关闭电源后进行。

4.示波器屏幕上的波型不可过亮。

5.操作示波器的旋钮，按键和电路板上的开关都应动作轻、慢。

七、实验报告

1.画出全部观测的曲线，标注出幅（峰）值的大小和周期。

2.回答“四――4”的问题

八、思考题

1.什么样的电信号可以作为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R=1K，C=5μF，试计算时间常数，并根据时间常数的物理意义，拟定测量时间常数的方案。

3.什么是微分电路和积分电路，它们必须具备什么条件？在方波序列脉冲的激励下，其输出波形的变化规律如何？这两种电路有什么功能？

实验六   单相交流电路

（日光灯电路）

一、目的

1.加深对单相交流电路概念的理解。

2.了解感性负载电路并联电容器提高功率因素的作用。

3.了解日光灯电路和它的工作原理。

4.学会使用功率表。

二、设备、仪表

1.交流电流表        D26-A型       0.5A/1A                    一台

2.直流稳压电源       D26-V型       150/300/600                 一台

3.瓦特表            D26-W型       0.5A/1A150/300/600型       一台

4.接触调压器        TDGC1-0.5      0.5KVA型                 一台

5.日光灯管、管座    20W、50V                                一套

6.通用实验板           附：整流器、开关

                          电容器3μF、400V                

                                       测电流插孔板、单相开关板                        各一个

三、实验电路图

220v

~

起辉器

四、内容和步骤

1.6-1连接电路。

注：仪表都不直接插入电路中，在电流表AL、AC和A的位置，接入电流插座，各表接好电流插头和表笔。

2.经教师检查后方可通电实验。

3.先闭合开关K1，待日光灯点燃后，以分别测量电源电压，镇流器及灯管两端电压，分析三个电压的关系，电源电压是指电相调压器输出电压，应调节器至日关灯额定电压22V。（三个电压的数值，应当是什么关系，为什么？）

4.测量日光灯电流i、功率W、灯管功率WR及镇流器的功率WL（三个功率的数值应当有什么关系？）

5.接通开关K2，再分别测量电流i、iL和iC以及上述三个功率。（三个电流的数值间应当有什么关系？）

6.分析这两次所测数据，哪些量不变，哪些量改变，哪些量微变？（为什么？）再请老师检查后方可拆电路。

注：在实验的全过程，应始终保持电源电压220V不变。（为什么？）

五、注意事项

1.电路电压较高，请注意安全切不可触摸带电部分。拆除电路时，应首先切断电源。

2.实验中先测量电压，再测电流，最后测功率（为什么？）

3.设备、仪器较多，相互间位置安排，长、短导线使用合理，以避免混乱，影响测量和操作，甚至造成事故。

4.功率表的电流插头和电压表笔，切不可接措。

六、预习要求

1.复习单相交流电路的有关理论。

2.列好测量数据表格，否则不得进行实验。

3.学习本实验说明书中有关日光灯的原理。

七、总结要求

1.将所测数据填入表格，简要回答“步骤”中所提出的每个问题。

2.由所测数据计算日光灯的功率因素提高后电路的功率因素，并说明为什么，并说明电容可以提高功率因素的原因。

八、思考题

1．实验第3步，测量电源电压，镇流器及灯管两端电压时，电压的数值应当是什么关系，为什么？

2. 实验第4步，测量日光灯电流i、功率W、灯管功率WR及镇流器的功率WL时，三个功率的数值应当有什么关系？

3．实验第5步，测量电流i、iL和iC以及上述三个功率时三个电流的数值间应当有什么关系？ 

附：日光灯的构造及电路原理简介

一、构造：日光灯主要由灯管、镇流器和起辉器组成。日光灯管

灯管是一根内壁均匀涂有荧光粉的玻璃管，管内充有惰性气体及少量水银，灯管两端装有灯丝，灯丝通电预热后产生电子发射，同时使管内温度升高，水银蒸发，当水银气化游离发生弧光放电时，发射紫外线，激发管内荧光粉从面产生可见光。

镇流器是一个带有铁芯的电感线圈，用来

（1）产生足够大的自感电势，产生强大电场以激发灯管起燃。

（2）灯管电流

起辉器是一个小型辉灯管，管内充有氖气，装有静板和一个用金属片制成的U形动触发板，形成两个极，冷态时两极分离，受热时金属片弯曲使两极闭合。其两端并联一个小电容器，用来消除两极断开时的电火花。

二、电路的工作原理

接通电源后，电源电压同时加到灯管和起辉器两端电极上，使起辉器开始辉光放电（形成通路），灯管由于电压不足以使它放电，暂时不通。此时构成电源、镇流器、灯丝和起辉器的电流通路，使灯丝加热，同时起辉器的U型金属片因两极板放电受热而伸张，并与静极板接触。使两极间电压立即变为零，从而放电停止。双金属片随即冷却分离恢复原状，使电路中断，于是在镇流器两端产生一瞬时高压电。此电压于电源电压迭加后作用于灯管两端，将管内气体分离而产生弧光放电，随着灯管起燃，两端电压下降，电源电压大部分降落在镇流器上，起辉器由于电压低，不足以再次辉光放电，其触片仍然分离。

日光灯实质是镇流器和灯管串联电路，由于镇流器具有较大的电感量，电路的功率因素很低，为了节能，要求用户在电路两端并联适当的电容提高功率因素。