电路分析实验讲义7个实验.docx

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1、电路分析实验讲义实验要求： 1、按时上课，不迟到、早退，不无故旷课，有事有病要请假； 2、课前按实验讲义认真预习，将实验目的，实验原理按要求写在实验报告上。 3、按要求设计实验方案，连接，线路，让指导教师检查后方可打开电源进行实验。 4、认真如实地将实验数据记录在原始数据纸上，不得抄袭别人的实验数据。 5、认真完成实验报告，按时交实验报告。 6、实验成绩以预习，实验操作，实验报告综合构成，缺实验请在规定的时间上补做，过期不补，缺两次实验成绩不及格。 7、实验严格按课表，不得随意交换，因故交换请提前说明，同意后方可。指导教师：彭光含（15211300156） 2016年4月8日实验一：受控源VC

2、VS、VCCS、CCVS、CCCS的实验研究一、实验目的1 了解用运算放大器组成四种类型受控源的线路原理2 测试受控源转移特性及负载特性二、实验器材KHDL1电路原理实验箱、DY2105数字万用表三、实验原理1 运算放大器（简称运放）的电路符号及其等效电路图运算放大器是一个有源三端器件,它有两个输入端和一个输出端,若信号从“+”端输入，则输出信号及输入信号相位相同，故称为同相输入端；若信号从“-”端输入，则输出信号及输入信号相位相反，故称为反相输入端。运算放大器的输出电压为U0=A0(UP- Un)其中A0是运放的开环电压放大倍数，在理想情况下，A0及运放的输入电阻Ri均为无穷大，因此有UP

3、=Un，ip= UP/Rip=0 in= Un /Rin=0这说明理想运放具有下列三大特征：（1）运放的“+”端及“”端电位相等，通常称为“虚短路”。（2）运放输入端电流为零，及其输入电阻为无穷大。（3）运放的输出电阻为零。2运放的电路模型是一个受控源-电压控制电压源（VCVS），如图（b）所示，在它的外部接入不同的电路元件，可以构成四种基本受控源电路，以实现对输入信号的各种模拟运算或模拟变换。3.所谓受控源，是指其电源的输出电压或电流是受电路另一支路的电压或电流所控制的。当受控源的电压（或电压）及控制支路的电压（或电流）成正比时，则该受控源为线性的。根据控制变量的不同可分为四类受控源：电压控

4、制电压源（VCVS）、电压控制电流源（VCCS）、电流控制电压源（CCVS）、电流控制电流源（CCCS）。电路符号如图8-2所示。理想受控源的控制支路中只有一个独立变量（电压或电流），另一个变量为零，即从输入口看理想受控源或是短路（即输入电阻Ri=0，因而Ui=0）或是开路（即输入电导为零，因而输入电流i1=0），从输出口看，理想受控源或是一个理想电压源或是一个理想电流源。4.受控源的控制端及受控端的关系称为转移函数四种受控源转移函数参量的定义如下（1） 电压控制电压源（VCVS）U2=f（U1）=U2/U1称为转移电压比（或电压增益）（2） 电压控制电流源（VCVS） I2=f（U1）gm=

5、I2/u2称为转移电导。（3） 电流控制电压源（CCVS）U2=f（I1）rm=U2/I1称为转移电阻。（4） 电流控制电流源（CCCS）I2=f（I1） =I2/I1称为转移电流比（或电流增益）。5用运放构成四种类型基本受控源的线路原理分析。（1） VCVS如图所示转移电压比: =U2/U1=1+R1/R2（2） VCCS 如图所示,运放的输出电流il =iR=Un/R=U1/R即运放的输出电流只受输入电压的控制,及负载的大小无关。转移电导gm=il/ U1=1/R （S）up1kiRRRlLiLU2unU1U1upiLU2RLun10k10kVCVS VCCS（3） CCVS如图所示,运放

6、的输出电压U2=-i1R=-isR，即输出电压只受输入电流的控制，及负载的大小无关。转移电rm= U2/is（4） CCCS如图所示转移电流比:=il/is=1+R1/R2R1iLRL1kunU2upisi1R2i21kU2upuniLRLi1 R1kis CCVS CCCS四、实验内容 本实验中受控源全部采用直流电源激励，对于交流电源或其他电源激励，实验结果是一样的。1、测量受控源VCCS的转移特性IL=f（U1）及负载特性IL=f（U2）.（1）固定RL=2K，调节直流稳压电源输出电压U1，使其在0-5V范围内取值。测量U1及相应的IL，测量值U1（V）00.51.01.52.02.53.

7、03.54.04.55.0IL（mA）实验计算值gm(S)理论计算值gm(S)绘制IL=f（U1）曲线，并由其线性部分求出转移电导gm。(2)保持U1=2V,令RL从0增至5 K,测量相应的IL和U2,绘制IL=f(U2)曲线.RL(K)012345IL(mA)U2(V)2、测量受控源CCVS的转移特性U2=f（IS）及负载特性U2=f（IL）。(IS为可调直流恒流源，RL为可调电阻箱。)（1）固定RL=2K，调节直流恒流源输出电流IS，使其在0-0.8mA内取值，测量IS及相应的U2值，绘制U2=f（IS）曲线，并由其线性部分求出转移电阻rm。测量值IS（mA）00.10.20.30.40.

8、50.60.70.8U2（V）实验计算值rm（K）理论计算值rm（K）（2）保持IS=0.3mA，令RL从1 K增至，测量U2及IL值，绘制负载特性曲线U2=f（IL）。RL(K)012345678910U2(V)IL(mA)五、实验报告1、 根据实验数据，在方格纸上分别绘出VCCS CCVS的转移特性和负载特性曲线，并求出相应的转移参量2、 对实验的结果作出合理的分析和结论，总结四类受控源的认识和理解。六、实验注意事项1、 实验中，注意运放的输出端不能及地短接，输入电压不得超过10V。2、 运放的工作电源方向不能接错，否则会烧毁运放。实验二：叠加原理的验证实验目的: 验证线性电路的叠加原理的

9、正确性,从而加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解.实验原理: 叠加原理:在有几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是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(及独立源的值)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.实验器材: KHDL-1型电路原理实验箱(含直流稳压电源+6、+12，直流数字毫安表), 数字万用表DY2105。实验内容：、 按实验电路图接线，取1，2。、 令1电源单独作用时，用数字万用表的电压档和毫安表测量各支路电流及各电阻元件

10、两端电压，数据记入表格中。、 令2电源单独作用时，重复实验步骤的测量和记录。、 令1和2共同作用时，重复上述的测量和记录。、 将2的数值调到，重复上述第项的测量并记录。BAC112312vE2图2-16V 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12/E2单独作用/6E1E2共同作用1262E2单独作用/12(表格1)实验注意事项：、 测量各支路电流时，应注意仪表的极性，在数据表中用、号记录。、 注意仪表的量程和及时换挡。实验报告：、 根据实验数据验证线性电路的叠加性和齐次性。、 各电阻器所

11、消耗的功率能否用叠加原理计算得出？试用上述数据进行计算并作结论。实验预习思考：、 叠加原理中1、2分别单独作用，在实验中应如何操作？可否直接将不作用的电源（1或2）置零（短接）？为什么？、 实验电路中，若有一个电阻器改为二极管，叠加原理的叠加性及齐次性还成立吗？为什么？实验三：戴维南定理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，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设备 直流电压表（数字万用电表）、电流表（数字毫安表）恒压源 恒流源三实验原理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

12、为含源一端口网络）。 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，该电压源的电动势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(理想电压源视为短接，理想电流源视为开路)时的等效电阻，ES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UO，然后再将其输出端短路，测其短路电流IS，则内阻为 (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tg，则内阻用伏安法，主要是测量开路电压及电流为额

13、定值IN时的输出端电压值Un，则内阻为 若二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。 如图3-1 (3)半电压法 当负载电压为被测网络开路电压一半时，负载电阻（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。 (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。 零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源及被测有源二端网络进行比较，当稳压电源的输出电压及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。四实验内容被测有源二端网

14、络如图3-2(a)所示.mA510200RLUocR0RL300510 等效电路12v10 (a) (b)1图3-2(a)线路接入稳压源ES12V及可变电阻RL.先断开RL测UAB即Uoc，再短接RL测Isc，则RoUOCIsc，填入下表表8-1Uoc(V)Isc(mA)Ro=Uoc/Isc2负载实验按图3-2(a)改变R阻值，测量有源二端网络的外特性。表8-2 RL(W)1000900800700600500400300200100 U(V) I(mA)五注意事项1注意测量时，电流表量程的更换2用万用表直接测等效电阻时，网络内的独立源必须先置零（置零不能直接将电源短接），以免损坏万用表，其次

15、，欧姆档必须经调零后再进行测量。 3改接线路时，要关掉电源。 六预习思考题1在求戴维南等效电路时，作短路试验，测Isc条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？请实验前对线路3-2(a)预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。Uoc(V)Isc(mA)Ro=Uoc/Isc2说明测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绘出曲线,计算出等效电压和等效电阻，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测得的Uoc及R0及预习时电路计算的结果作比较，你能得出什么结论。3归纳、总结实验结果。4心得体会及其他。实验四：RC一

16、阶电路的响应测试实验目的:1、测定一阶电路的零输入响应，零状态响应及完全响应。 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。实验器材：KHDL-1电路原理实验箱 函数信号发生器 双踪示波器 实验原理：1、动态网络的过渡过程是十分短暂过程，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的参数，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激励信号，即令方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃信号；方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号，只要选

17、择的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及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和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、时间常数的测定方法如图1-a所示电路，用示波器测得零输入响应的波形如图1-b所示。根据一阶微分方程的求解得知当t=时，Uc（）=0.368E，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1-c所示。图14、微分电路和积分电路是RC一阶电路较典型的电路，它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。一个简单的RC串联电路，在

18、方波序列脉冲的重复激励下，当满足=RCT/2条件时,如图2-b所示即构成积分电路,因为此时电路的输出信号电压及输入信号电压的积分成正比.tCUi twa图2tUiRUctCb 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及记录.实验内容:实验线路板的结构如图3所示,认清R、C元件的布局及其标称值，各开关的通断位置等。1、 选择线路板上R、C元件，令（1） R=10K， C=1000Pf组成如图所示的RC冲放电电路，E为函数发生器输出，取Um=3V，f=1KHZ的方波电压信号，并通过两根同轴电缆线，将激励源U和响应Uc的信号分别连至示波器的两个输入口CH1和CH2，这

19、时可在示波器的屏幕上观察到激励及响应的变化规律，求时间常数，并描绘U和Uc波形。（2） 令R=10K，C=3300pF，观察并描绘响应波形，继续增大C之值，定性观察对响应的影响。2、 选择线路板上R、C元件，组成如图所示的微分电路，令C=3300pF，R=30K。在同样的方波激励信号（Um=3V，f=1KHZ）作用下，观测并描绘激励及响应的波形。实验注意事项：1 示波器的辉度不过亮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 作定量测定时，“t/div”，“t/div”的微调旋钮位置“校准”位置。5 为防止外界干扰，函数信号

20、发生器的接地端及示波器的接地端要连接在一起（称共地）。实验报告：1、 根据实验观测的结果，在坐标纸上绘出RC一阶电路充放电时Uc的变化曲线，由曲线测得值，并及参数值的计算结果作比较，分析误差的原因。2、 根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的特征。3、 心得体会及其他。实验五：二阶动态电路响应的研究一、实验目的 1、学习用实验的方法来研究二阶动态电路的响应，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及理解。二、实验设备双踪示波器函数信号发生器 KHDL-1型电路原理实验箱三、原理说明一个二阶电路在

21、方波正、负阶跃信号的激砺下，可获得零状态及零输入响应，其响应的变化轨迹决定了电路的固有频率，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串联电路和并联电路，这二者之间存在着对偶关系。本实验仅对并联电路进行研究。四、实验内容及步骤1、利用动态电路板中的元件及开关的配合作用，组成如图111所示的GCL并联电路。图111令R110k，L10m，C1000pF，R2为10k可调电阻，令脉冲信号发生器的输出为Vp-p2V，f=1kHz的方波脉冲，通过插头

22、接至上图的激励端，同时用同轴电缆将激励端和响应输出接至双踪示波器的CH1和CH2两个输入口。1调节可变电阻器2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2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及的变化趋势，并作记录。电路参数实验次数元件参数测量值10k调至某一欠阻尼态10mH1000 pF10k10mH 0.0130k10mH0.0110k15mH0.

23、01五、实验注意事项调节2时，要细心、缓慢，临界阻尼要找准。观察双踪时，显示要稳定，如不同步，则可采用外同步法（看示波器说明）触发。六、预习思考题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之值。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、临界阻尼和欠阻尼的响应波形。测算欠阻尼振荡曲线上的及d。归纳、总结电路元件参数的改变，对响应变化趋势的影响。心得体会及其他。实验六：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学会用交流毫伏表和示波器测定文氏电桥电路的幅频特性和相频特

24、性。 3了解串并联电路的带通特性及双电路的带阻特性。二、实验器材1双踪示波器2交流毫伏表3函数信号发生器 4KHDL-1电路原理实验箱三、实验原理 文氏电桥电路是一个的串、并联电路，如图71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。1用信号发生器的正弦输出信号作为图71的激励信号Ui，并保持Ui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U值，将这些数据画在以频率f为横轴，U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

25、输入信号的频率而变，而且还会出现一个及输入电压同相位的最大值，如图72所示。由电路分析得知，该网络的传递函数为:当角频率 时则 ，此时U及Ui 同相，由图72可见RC串并联电路具有带通特性。2将上述电路的输入和输出分别接到双踪示波器的ch1和ch2两个输入端，改变输入正弦信号的频率，观测相应的输入和输出波形间的延时及信号的周期，则两波形间的相位差为 （输出相位及输入相位之差）将各个不同频率下的相位差画在以f为横轴，为纵轴的坐标纸上，用光滑的曲线将这些点连接起来，即是被测电路的相频特性曲线，如图7所示。由电路分析理论得知，当 ，即 时，时，电路呈容性，而当ffo时呈感性。图72 900f9000

26、图73四、实验内容及步骤1测量串并联电路的幅频特性（1）在实验板上按图71电路选R1k，C0.1F。（2）调节低频信号源的输出电压为3V的正弦波，接入图71的输入端。（3）改变信号源的频率f（由频率计读得）。并保持Ui=3V不变，测量输出电压Ui，（可先测量时的频率f0，然后再在f0左右设置其它频率点，测量U0）。（4）另选一组参数（如令R200，2F），重复测量一组数据。 f(Hz) U0 (V) R=1kW, C=0.1mF f(Hz) U0 (V) R=200W, C=2mF2测定RC串并联电路的相频特性按实验原理说明2的内容、方法步骤进行，选定两组电路参数进行测量。 f(Hz) T(m

27、s) t(ms) j R=2kW, C=0.1mF f(Hz) T(ms) t(ms) jR=200W, C=2mF五、实验注意事项由于低频信号源内阻的影响，注意在调节输出频率时，应同时调节输出幅度，使实验电路的输入电压保持不变。六、预习思考题1根据电路参数，估算两种电路两组参数时的特定频率。2推导串并联电路的幅频、相频特性的数学表达式。七、实验报告1根据实验数据，绘制两条幅频特性和两条相频特性曲线。找出最大值，并及理论计算值比较。2讨论实验结果3心得体会及其它实验七：R、L、C串联谐振电路的研究一、 实验目的1、 学习用实验方法测试R、L、C串联谐振电路的幅频特性曲线。2、 加深理解电路发生

28、谐振的条件、特点、掌握电路的品质因数的物理意义及其测定方法。二、 实验器材函数心号发生器、双踪示波器、电路分析实验箱。三、 实验原理图9-1ICUiU0Lfl f0 fh图9-2II0f0.707I01、 在图9-1所示的R、L、C串联电路中，当正弦交流信号源的频率F改变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随F而变。取电路电流I作为响应，当输入电压Ui维持不变时，在不同信号频率的激励下，测出电阻R两端电压U0之值，则I= U0/R然后以f为横坐标,以I为纵坐标,绘出光滑的曲线,此即为幅频特性曲线,亦称电流谐振曲线,如图9-1所示。2、 在处（XL=XC），即幅频特性曲线的尖峰所在的频

29、率点，该频率称为谐振频率，此时电路呈纯阻性，电路阻抗的模为最小，在输入电压Ui为定值时，电路中的电流I0达到最大值，且及输入电压Ui同相位，从理论上讲，此时Ui=UR0=U0，UL0=UC0=QUi，式中的Q称为电路的品质因数。3、 电路品质因数Q值的两种测量方法1、 公式法测定： ， UC0及UL0分别为谐振时电容器C及电感线圈L上的电压。2、 测量谐振曲线的通频带宽度f=fh-fl，Q=f0/（fh-fl），fh和fl是失谐时，幅度下降到最大值的0.707倍时上、下频率点。Q值越大，曲线越尖锐，通频带越在窄，电路的选择性越好，在恒压源供电时，电路的品质因数、选择性及通频带只决定及电路本身的

30、参数，而及信号源五官。四、 实验内容1、 按图9-1电路接线，取C=2200pf，R=510，调节信号源输出电压为1V（峰峰值）正弦信号，并在整个实验过程中保持不变。2、 找出电路的谐振频率f0，其方法是将示波器跨接在电阻两端，令信号源的频率由小到大，当U0的读数为最大时，读得函数信号发生器上在此时的频率即为谐振频率f0，并测量U0、UL0、UC0之值，记入表格中。3、 在谐振点两侧，应先测出下限频率fh和上限频率fl即相对应的UR值，然后再逐点测出不同频率下的UR值，记入表格中。4、 取C=6800PF，R=2.2K，重复步骤2、3的测量过程。（数据表格）C（pf）R（K）f0（KHZ）U0R（V）UL0（V）UC（V）I0（mA）Q22000.568002.2C（pf）R（K）fhf0flf22000.5f（KHZ）UR（V）I（mA）68002.2f（KHZ）UR（V）I（mA）五、 实验报告1、 测量数据，绘出不同Q值时的两条幅频特性曲线。2、 计算出通频带及Q值，说明不同R时对电路通频带及品质因数的影响。3、 对两种不同的测Q值的方法进行比较，分析误差原因。4、 通过本次实验，总结、归纳串联谐振电路的特性。六、 实验注意事项1、 测试频率点的选择应在靠近谐振频率附近多取几点，在变换频率测试时，信号的幅度应保持不变。2、 测量时示波器的+端应接在C及L公共点。第 12 页