电路分析基础实验指导书12196.pdf

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1、电路分析根底 实验教学指导书-.z 前 言 一、实验总体目标 初步具备电压表、电流表、万用表等电工实验设备的操作使用能力和电路仿真软件的应用能力，根据实验任务确定实验方案、设计实验线路和选择仪器设备，正确测量参数和处理数据。二、适用专业年级 电子信息工程、通信工程专业一年级本科学生。三、先修课程 高等数学、大学物理。四、实验工程及课时分配 实验工程 实验要求 实验类型 每组 人数 实验 学时 实验一 电阻电路测量与分析综合实验 必须 综合性 1 4 实验二 电源等效电路综合实验 必须 综合性 1 4 实验三 动态电路仿真实验 必须 综合性 1 4 实验四 RC 频率特性和 RLC 谐振仿真实验

2、 必须 综合性 1 4 五、实验环境 电工综合实验台：40 套。主要配置：直流电路模块实验板、动态电路模块实验板、多路直流电压源、多路直流电流源、信号源、直流电压表、直流电流表、示波器等。Multisim 电路仿真分析软件。六、实验总体要求 1、正确使用电压表、电流表、万用表、功率表以及一些电工实验设备；2、按电路图联接实验线路和合理布线，能初步分析并排除故障；3、认真观察实验现象，正确读取实验数据和记录实验波形并加以检查和判断，正确书写实验报告和分析实验结果；4、正确运用实验手段来验证一些定理和结论。5、具有根据实验任务确定实验方案、设计实验线路和选择仪器设备的初步能力。6、按每次实验的具体

3、要求认真填写实验报告。七、本课程实验的重点、难点及教学方法建议 本课程实验的重点是仪表的正确使用、电路的正确连接、数据测试和分析；本课程实验的难点是动态电路参数测试和分析。在教学方法上，本课程实验应提前预习，使学生能够利用原理指导实验，利用实验加深对电路原理的理解，掌握分析电路、测试电路的根本方法。-.z 目 录 实验一电阻电路测量与分析综合实验1 实验二 电源等效电路综合实验11 实验三动态电路仿真实验18 实验四 RC频率特性和RLC谐振仿真实验24-.z 实验一 电阻电路测量与分析综合实验 一、实验目的 1、熟悉并掌握直流电压表、电流表、恒压源等使用；2、学会电阻元件的伏安特性的逐点测试

4、法；3、学会电路中电位、电压的测量方法，掌握电路电位图的测量、绘制方法；4、验证基尔霍夫定律，学会检查、分析电路简单故障；5、验证叠加原理，学会叠加原理的应用。二、实验原理 1、电阻元件的伏安特性 任一二端电阻元件的特性可用该元件上的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系Uf(I)来表示，即用UI平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该电阻元件的伏安特性曲线。根据伏安特性的不同，电阻元件分两大类：线性电阻和非线性电阻。线性电阻元件的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图 11 中(a)所示，该直线的斜率只由电阻元件的电阻值R决定，其阻值为常数，与元件两端的电压U和通过该元件的电流I无关；

5、非线性电阻元件的伏安特性是一条经过坐标原点的曲线，其阻值R不是常数，即在不同的电压作用下，电阻值是不同的，常见的非线性电阻如白炽灯丝、普通二极管、稳压二极管等，它们的伏安特性如图 11 中b、c、d。在图 11 中，U 0 的局部为正向特性，U0 的局部为反向特性。绘制伏安特性曲线通常采用逐点测试法，即在不同的端电压作用下，测量出相应的电流，然后逐点绘制出伏安特性曲线，根据伏安特性曲线便可计算其电阻值。2、电路中的电压、电位测量 在一个确定的闭合电路中，各点电位的大小视所选的电位参考点的不同而异，但任意两点之间的电压(即两点之间的电位差)则是不变的，这一性质称为电位的相对性和电压的绝对性。据此

6、性质，我们可用一只电压表来测量出电路中各点的电位及任意两点间的电压。假设以电路中的电位值作纵坐标，电路中各点位置电阻或电源作横坐标，将测量到的各点电位在该坐标平面中标出，并把标出点按顺序用直线条相连接，就可得到电路的电位图，每一段直线段即表示该两点电位的变化情况。而且，任意两点的电位变化，即为该两点图1-1-.z 之间的电压。在电路中，电位参考点可任意选定，对于不同的参考点，所绘出的电位图形是不同，但其各点电位变化的规律却是一样的。3、基尔霍夫定律 基尔霍夫电流定律和电压定律是电路的根本定律，它们分别用来描述结点电流和回路电压，即对电路中的任一结点而言，在设定电流的参考方向下，应有I0，一般流

7、出结点的电流取负号，流入结点的电流取正号；对任何一个闭合回路而言，在设定电压的参考方向下，绕行一周，应有U0，一般电压方向与绕行方向一致的电压取正号，电压方向与绕行方向相反的电压取负号。在实验前，必须设定电路中所有电流、电压的参考方向，其中电阻上的电压方向应与电流方向一致，即关联参考方向，见图 14 所示。4、叠加原理 在有几个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电源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。具体方法是：一个电源单独作用时，其它的电源必须去掉电压源短路，电流源开路；在求电流或电压的代数和时，当电源单独作用时电流或电压的参考方向

8、与共同作用时的参考方向一致时，符号取正，否则取负。在图 12 中：叠加原理反映了线性电路的叠加性，线性电路的齐次性是指当鼓励信号如电源作用增加或减小 K 倍时，电路的响应即在电路其它各电阻元件上所产生的电流和电压值也将增加或减小 K 倍。叠加性和齐次性都只适用于求解线性电路中的电流、电压。对于非线性电路，叠加性和齐次性都不适用。三实验设备 1直流数字电压表、直流数字电流表；2恒压源(双路 030V 可调)；3NEEL11B 电工原理一、MEEL-04 电工原理二模块板。四实验容 一测定线性电阻的伏安特性 按图 13 接线，图中的电源U选用恒压源的可调稳压输出端，通过直流数字毫安表与 1k8W线

9、性电阻相连，电阻两端的电压用直流数字电压表测量。-.z 恒压源必须置 10V 档位上，调节恒压源可调稳压电源的输出电压U，从 0 伏开场缓慢地增加不能超过 10V，在表 11 中记下相应的电压表和电流表的读数。表 11 线性电阻伏安特性数据 U(V)0 2 4 6 8 10 I(mA)二电路中电位、电压的测量 实验电路如图 14 所示，图中的电源US1用恒压源 I 路 030V 可调电源输出端 置10V 档位，并将输出电压调到6V，US2用 II 路 030V 可调电源输出端置 20V 档位，并将输出电压调到12V。开关 S1、S2、S3均朝上打。1测量电路中各点电位 以图 14 中的 A 点

10、作为电位参考点，分别测量 B、C、D、E、F 各点的电位。用电压表的负端黑色接线柱与 A 点相连，正端红色接线柱分别对 B、C、D、E、F 各点进展测量，数据记入表 12 中。以 D 点作为电位参考点，重复上述步骤，测得数据记入表 21 中。2测量电路中相邻两点之间的电压值 在图 14 中，测量电压UAB：将电压表的正端红色接线柱与 A 点相连负端黑色接线柱与 B 点相连，读电压表读数，记入表 12 中。按同样方法测量UBC、UCD、UDE、UEF及UFA，测量数据记入表 12 中。表 12 电路中各点电位和电压数据 单位：V 电位参考点 VA VB VC VD VE VF UAB UBC U

11、CD UDE UEF UFA A 0 D 0 三节点电流、回路电压定律 实验电路如图 1-4 所示，图中的电源US1用恒压源 I 路 030V 可调电压输出端，并将输出电压调到6V，US2用恒压源 II 路 030V 可调电压输出端，并将输出电压调到12V以直流数字电压表读数为准。开关 S1 拨向上方，开关 S2 拨向上方，开关 S3拨向上方。实验前先设定三条支路的电流参考方向，如图 1-4 中的I1、I2、I3所示，并熟悉线路构造，掌握各开关的操作使用方法。1熟悉电流插头的构造，将电流插头的红接线端插入数字电流表的红正接线端，电流插头的黑接线端插入数字电流表的黑负接线端。2测量支路电流 将电

12、流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，读出各个电流值。按规定：在结点 A，电流表读数为，表示电流流入结点，读数为，表示电流流出结点，然后根据图 31 中的电流参考方向，确定各支路电流的正、负号，并记入表 13 中。表 13 支路电流数据 支路电流(mA)I1 I2 I3 计算值 -.z 测量值 相对误差 3测量元件电压 用直流数字电压表分别测量两个电源及电阻元件上的电压值，将数据记入表 14 中。测量时电压表的红正接线端应插入被测电压参考方向的高电位端，黑负接线端插入被测电压参考方向的低电位端。表 14 各元件电压数据 各元件电压V US1 US2 UR1 UR2 UR3 UR4 UR5 计

13、算值V 测量值V 相对误差 四叠加原理的应用 实验电路如图 1-4 所示，图中：510431RRR,k12R,3305R，图中的电源US1用恒压源 I 路 030V 可调电压输出端，并将输出电压调到12V，US2用恒压源 II 路 030V 可调电压输出端，并将输出电压调到6V 以直流数字电压表读数为准，开关 S3 拨向上方 R3侧。1US1电源单独作用将开关 S1拨向上方，开关 S2拨向下方，参考图 12(b)，画出电路图，标明各电流、电压的参考方向。用直流数字毫安表接电流插头测量各支路电流：将电流插头的红接线端插入数字电流表的红正接线端，电流插头的黑接线端插入数字电流表的黑负接线端，测量各

14、支路电流，按规定：在结点 A，电流表读数为，表示电流流入结点，读数为，表示电流流出结点，然后根据电路中的电流参考方向，确定各支路电流的正、负号，并将数据记入表 15 中。用直流数字电压表测量各电阻元件两端电压：电压表的红正接线端应插入被测电阻元件电压参考方向的正端，电压表的黑负接线端插入电阻元件的另一端电阻元件电压参考方向与电流参考方向一致，测量各电阻元件两端电压，数据记入表 15 中。表 15实验数据表 测量工程 实验容 US1(V)US2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD (V)UAD (V)UDE (V)UFA (V)US1单独作用 12 0 US2单独作用 0

15、 6 US1,US2共同作用 12 6 US2单独作用 0 12 2US2电源单独作用将开关 S1拨向下方，开关 S2拨向上方，参考图 12(c)，画出电路图，标明各电流、电压的参考方向。重复步骤 1 的测量并将数据记录记入表格 15 中。-.z 3US1和US2共同作用时开关 S1和 S2全部拨向上方，各电流、电压的参考方向见图 14。完成上述电流、电压的测量并将数据记录记入表格 15 中。4将US2的数值调至12V，重复第 2 步的测量，并将数据记录在表 15 中。5将开关 S3拨向下方二极管 VD 侧，即电阻R3换成一只二极管 1N4007，重复步骤4 的测量过程，并将数据记入表 16

16、中。表 16 实验数据表 测量工程 实验容 US1(V)US2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)US1单独作用 12 0 US2单独作用 0 6 US1,US2共同作用 12 6 US2单独作用 0 12 五实验考前须知 1 测量时，可调稳压电源的输出电压由 0 缓慢逐渐增加，应时刻注意电压表和电流表，不能超过规定值。2稳压电源输出端切勿碰线短路。3测量中，随时注意电流表读数，及时更换电流表量程，勿使仪表超量程，注意仪表的正负极性及数据表格中、号的记录。4实验电路中使用的电源US1和US2用 030V 可调电源输出端，应分别将

17、输出电压调到6V 和12V 后，再接入电路中。并防止电源输出端短路。5使用数字直流电压表测量电位时，用黑笔端插入参考电位点，红笔端插入被测各点，假设显示正值，则说明该点电位为正即高于参考点电位；假设显示负值，说明该点电位为负即该点电位低于参考点电位。6使用数字直流电压表测量电压时，红笔端插入被测电压参考方向的正端，黑笔端插入被测电压参考方向的负端，假设显示正值，则说明电压参考方向与实际方向一致；假设显示负值，说明电压参考方向与实际方向相反。7所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准，不以电源表盘指示值为准。8假设用指针式电流表进展测量时，要识别电流插头所接电流表的、极性，倘假设不换接极性

18、，则电表指针可能反偏而损坏设备电流为负值时，此时必须调换电流表极性，重新测量，此时指针正偏，但读得的电流值必须冠以负号。9电压源单独作用时，去掉另一个电源，只能在实验板上用开关 S或 S操作，而不能直接将电压源短路。六预习与思考题 1线性电阻与非线性电阻的伏安特性有何区别？它们的电阻值与通过的电流有无关系？如何用逐点测试法绘制出伏安特性曲线。-.z 2电位参考点不同，各点电位是否一样？一样两点的电压是否一样，为什么？3在测量电位、电压时，为何数据前会出现号，它们各表示什么意义？4什么是电位图形？不同的电位参考点电位图形是否一样？如何利用电位图形求出各点的电位和任意两点之间的电压。5根据图 14

19、 的电路参数，计算出待测的电流I1、I2、I3和各电阻上的电压值，记入表 32 中，以便实验测量时，可正确地选定毫安表和电压表的量程；6在图 14 的电路中，A、D 两结点的电流方程是否一样？为什么？7在图 14 的电路中可以列几个电压方程？它们与绕行方向有无关系？8实验中，假设用指针万用表直流毫安档测各支路电流，什么情况下可能出现毫安表指针反偏，应如何处理，在记录数据时应注意什么？假设用直流数字毫安表进展测量时，则会有什么显示呢？9 叠加原理中US1,US2分别单独作用，在实验中应如何操作？可否将要去掉的电源 US1或US2直接短接？10实验电路中，假设有一个电阻元件改为二极管，试问叠加性与

20、齐次性还成立吗？为什么？七实验报告要求 1根据实验数据，分别在方格纸上绘制出各个电阻的伏安特性曲线。2根据伏安特性曲线，计算线性电阻的电阻值，并与实际电阻值比拟。3根据实验数据，分别绘制出电位参考点为 A 点和 D 点的两个电位图形。4根据电路参数计算出各点电位和相邻两点之间的电压值，与实验数据相比拟，对误差作必要的分析。5根据实验数据，选定实验电路中的任一个结点，验证基尔霍夫电流定律KVL的正确性。6根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证基尔霍夫电压定律KCL的正确性。7列出求解电压UEA和UCA的电压方程，并根据实验数据求出它们的数值。8写出实验中检查、分析电路故障的方法，总结

21、查找故障的体会。9根据表 15 实验数据表，通过求各支路电流和各电阻元件两端电压，验证线性电路的叠加性与齐次性。10各电阻元件所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？试用上述实验数据计算、说明；11根据表表 15 实验数据表，当US1US212V 时，用叠加原理计算各支路电流和各电阻元件两端电压。12根据表 16 实验数据表，说明叠加性与齐次性是否适用该实验电路。13答复思考题。实验二 电源等效电路综合实验 一、实验目的-.z 1、掌握建立电源模型、电源外特性的测试方法。2、研究电源模型等效变换的条件，加深对电压源和电流源特性的理解。3、验证戴维南定理、定理，掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法

22、。4、理解阻抗匹配，掌握最大功率传输的条件。5、掌握根据电源外特性设计实际电源模型的方法。二、实验原理 1、实际电压源和实际电流源的等效互换 理想电压源具有端电压保持恒定不变，而输出电流的大小由负载决定的特性。实验中使用的恒压源在规定的电流围，具有很小的阻，可以将它视为一个电压源。理想电流源具有输出电流保持恒定不变，而端电压的大小由负载决定的特性。实验中使用的恒流源在规定的电压围，具有极大的阻，可以将它视为一个电流源。实际电压源可以用一个阻RS和电压源US串联表示，其端电压U随输出电流I增大而降低。在实验中，可以用一个小阻值的电阻与恒压源相串联来模拟一个实际电压源。实际电流源是用一个阻RS和电

23、流源IS并联表示，其输出电流I随端电压U增大而减小。在实验中，可以用一个大阻值的电阻与恒流源相并联来模拟一个实际电流源。一个实际的电源，就其外部特性而言，既可以看成是一个电压源，又可以看成是一个电流源。假设视为电压源，则可用一个电压源Us 与一个电阻RS相串联表示；假设视为电流源，则可用一个电流源IS与一个电阻RS相并联来表示。假设它们向同样大小的负载供出同样大小的电流和端电压，则称这两个电源是等效的，即具有一样的外特性。实际电压源与实际电流源等效变换的条件为：1取实际电压源与实际电流源的阻均为RS；2实际电压源的参数为Us 和RS，则实际电流源的参数为SSSRUI 和RS，假设实际电流源的参

24、数为Is 和RS，则实际电压源的参数为SSSRIU 和RS。2、戴维南定理和定理 戴维南定理指出：任何一个有源二端网络，总可以用一个电压源US和一个电阻RS串联组成的实际电压源来代替，其中：电压源US等于这个有源二端网络的开路电压UOC,阻RS等于该网络中所有独立电源均置零(电压源短接，电流源开路)后的等效电阻RO。定理指出：任何一个有源二端网络，总可以用一个电流源IS和一个电阻RS并联组成的实际电流源来代替，其中：电流源IS等于这个有源二端网络的短路电源ISC,阻RS等于该网络中所有独立电源均置零(电压源短接，电流源开路)后的等效电阻RO。US、RS和IS、RS称为有源二端网络的等效参数。3

25、、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,然后再将其输出端短路，-.z 测其短路电流ISC，且阻为：SCOCSIUR 假设有源二端网络的阻值很低时，则不宜测其短路电流。(2)伏安法 一种方法是用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线，如图 21 所示。开路电压为UOC，根据外特性曲线求出斜率 tg，则阻为：另一种方法是测量有源二端网络的开路电压UOC，以及额定电流IN和对应的输出端额定电压UN，如图 21 所示，则阻为：(3)半电压法 如图 22 所示，当负载电压为被测网络开路电压UOC一半时，负载电阻R

26、L的大小由电阻箱的读数确定即为被测有源二端网络的等效阻RS数值。(4)零示法 在测量具有高阻有源二端网络的开路电压时，用电压表进展直接测量会造成较大的误差，为了消除电压表阻的影响，往往采用零示测量法，如图 23 所示。零示法测量原理是用一低阻的恒压源与被测有源二端网络进展比拟，当恒压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，测量此时恒压源的输出电压U，即为被测有源二端网络的开路电压。4、最大输出功率 电源向负载供电的电路如图 24 所示，图中RS为电源阻，RL为负载电阻。当电路电流为I时，负载RL得到的功率为：可见，当电源US和RS确定后，负载得到的功率

27、大小只与负载电阻RL有关。令0LLdRdP，解得：RL=RS时，负载得到最大功率：S2SLmaxL4RUPP。RL=RS称为阻抗匹配，即电源的阻抗或电阻与负载阻抗或负载电阻相等时，负载可以得到最大功率。也就是说，最大功率传输的条件是供电电路必须满足阻抗匹配。负载得到最大功率时电路的效率：IUPSL50%。实验中，负载得到的功率用电压表、电流表测量。三、实验设备 1、直流数字电压表、直流数字电流表 2、恒压源双路 030V 可调。-.z 3、恒源流0200mA 可调 4、NEEL11B 电工原理一、MEEL-04 电工原理二模块板。四、实验容 1、测定电压源恒压源与实际电压源的外特性 实验电路如

28、图 25 所示，图中的电源US用恒压源 10V 档可调电压输出端，并将输出电压调到6V，R1取 51 的固定电阻，R2取 470 的电位器。调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表 21 中。表 21 电压源恒压源外特性数据 I(mA)12 18 22 25 30 40 50 U(V)在图 25 电路中，将电压源改成实际电压源，如图 26 所示，图中阻RS取 51 的固定电阻，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表 22中。表 22 实际电压源外特性数据 I(mA)12 18 22 25 30 40 50 U(V)2、测定电流源恒流源与实际

29、电流源的外特性 按图 27 接线，图中IS为恒流源，调节其输出为 10mA 用毫安表测量，R2取 470的电位器，在RS分别为1k和两种情况下，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入自拟的数据表格中。3、研究电源等效变换的条件 按图 28 电路接线，其中(a)、(b)图中的阻RS均为 51，负载电阻R均为 200。在图 28(a)电路中，US用恒压源 030V 可调电压输出端，并将输出电压调到6V，记录电流表、电压表的读数。然后调节图 28(b)电路中恒流源IS，令两表的读数与图 28(a)的数值相等，记录IS之值，验证等效变换条件的正确性。4、有源二端电阻网络的等效

30、电源定理-.z 被测有源二端网络如图 2-9 所示.1图 2-9 线路接入恒压源US12V 和恒流源IS15mA 及可变电阻 RL。测开路电压UOC：在图 24 电路中，断开负载RL，用电压表测量开路电压UOC，将数据记入表 23 中。测短路电流ISc：在图 29 电路中，将负载RL短路，用电流表测量短路电流ISc，将数据记入表 23 中。表 2-3 Uoc(V)Isc(mA)Rs=Uoc/Isc 2负载实验 测量有源二端网络的外特性：在图 29 电路中，改变负载电阻RL的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表 24 中。并计算有源二端网络的等效参数US和RS 表 2-4 RL()900

31、 800 700 600 500 400 300 200 100 U(V)I(mA)3验证戴维南定理 测量有源二端网络等效电压源的外特性：图 210(a)电路是图 29 的等效电压源电路，图中，电压源US用恒压源的可调稳压输出端，调整到表 23 中的UOC数值，阻RS按表 23 中计算出来的RS取整选取固定电阻。然后，用电阻箱改变负载电阻RL的阻-.z 值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表 25 中。表 2-5有源二端网络等效电流源的外特性数据 RL()900 800 700 600 500 400 300 200 100 U(V)I(mA)测量有源二端网络等效电流源的外特性：图 210

32、(b)电路是图 29 的等效电流源电路，图中，电流源IS用恒流源，并调整到表 23 中的ISC数值，阻RS按表 23 中计算出来的RS取整选取固定电阻。然后，用电阻箱改变负载电阻RL的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表 26 中。表 26有源二端网络等效电流源的外特性数据 RL()900 800 700 600 500 400 300 200 100 UAB(V)I(mA)4用半电压法和零示法测量被测网络的等效阻 RS及其开路电压 Uoc。5、电路最大输出功率研究 电源外特性曲线如图 211 所示，根据图中给出的开路电压和短路电流数值，计算出实际电压源模型中的电压源US和阻RS。实验

33、中，电压源US选用恒压源的可调稳压输出端，阻RS选用固定电阻。用上述设计的实际电压源与负载电阻RL相连，电路如图 212 所示，图中RL选用电阻箱，从 0600改变负载电阻RL的数值，测量对应的电压、电流，将数据记入表 27中。表 27 电路传输功率数据 RL 0 100 200 300 400 500 600 UV ImA PLmW%五、实验考前须知 1、在测电压源外特性时，不要忘记测空载(I0)时的电压值；测电流源外特性时，不要忘记-.z 测短路(U0)时的电流值，注意恒流源负载电压不可超过 20 伏，负载更不可开路。2、换接线路时，必须关闭电源开关。3、直流仪表的接入应注意极性与量程。六

34、、预习与思考题 1、电压源的输出端为什么不允许短路？电流源的输出端为什么不允许开路？2、说明电压源和电流源的特性，其输出是否在任何负载下能保持恒值？3、实际电压源与实际电流源的外特性为什么呈下降变化趋势，下降的快慢受哪个参数影响？4、实际电压源与实际电流源等效变换的条件是什么？所谓等效是对谁而言？电压源与电流源能否等效变换？5、如何测量有源二端网络的开路电压和短路电流，在什么情况下不能直接测量开路电压和短路电流？6、说明测量有源二端网络开路电压及等效阻的几种方法，并比拟其优缺点。7、电源用恒压源的可调电压输出端，其输出电压根据计算的电压源US数值进展调整，防止电源短路。8、什么是阻抗匹配？电路

35、传输最大功率的条件是什么？9、电路传输的功率和效率如何计算？10、根据图 211 给出的电源外特性曲线，计算出实际电压源模型中的电压源US和阻RS，作为实验电路中的电源。11、电压表、电流表前后位置对换，对电压表、电流表的读数有无影响？为什么？七、实验报告要求 1、根据实验数据绘出电源的四条外特性，并总结、归纳两类电源的特性。2、从实验结果，验证电源等效变换的条件。3、根据表 23 和表 24 的数据，计算有源二端网络的等效参数US和RS。4、根据半电压法和零示法测量的数据，计算有源二端网络的等效参数US和RS。5、实验中用各种方法测得的UOC和RS是否相等？试分析其原因。6、根据表 24、表

36、 25 和表 26 的数据，绘出有源二端网络和有源二端网络等效电路的外特性曲线,验证戴维南定理和定理的正确性。7、说明戴维南定理和定理的应用场合。8、根据表 27 的实验数据，计算出对应的负载功率PL，并画出负载功率PL随负载电阻RL变化的曲线，找出传输最大功率的条件。9、根据表 27 的实验数据，计算出对应的效率，指明：(1)传输最大功率时的效率；(2)什么时候出现最大效率？由此说明电路在什么情况下，传输最大功率才比拟经济、合理。10、答复思考题 1、2、3、4、8。实验三 动态电路仿真实验 一、实验目的-.z 1、实验研究RC一阶电路和RLC二阶电路的零输入响应、零状态响应和全响应的规律和

37、特点。2、掌握一阶电路时间常数、二阶电路衰减系数和振荡频率的测量方法，了解电路参数对时间常数的影响。3、观察、分析二阶电路响应的三种变化曲线及其特点，加深对二阶电路响应的认识与理解。二、实验原理 1、RC 一阶电路的零状态响应 RC一阶电路如图 31 所示，开关 S 在1的位置，C0，处于零状态，当开关 S 合向2的位置时，电源通过R向电容C充电，C(t)称为零状态响应 变化曲线如图 32 所示，当C上升到S632.0U所需要的时间称为时间常数，RC。2、RC一阶电路的零输入响应 在图 31 中，开关 S 在2的位置电路稳定后，再合向1的位置时，电容C通过R放电，C(t)称为零输入响应，tUu

38、-Sce，变化曲线如图33所示，当uC下降到S368.0U所需要的时间称为时间常数，RC。3、测量RC一阶电路时间常数 图 31 电路的上述暂态过程很难观察，为了用普通示波器观察电路的暂态过程，需采用图 34 所示的周期性方波S作为电路的鼓励信号，方波信号的周期为T，只要满足52T，便可在示波器的荧光屏上形成稳定的响应波形。电阻R、电容C串联与方波发生器的输出端连接，用双踪示波器观察电容电压uC，便可观察到稳定的指数曲线，如图 35 所示，在荧光屏上测得电容电压最大值(cm)aCmU-.z 取(cm)0.632ab，与指数曲线交点对应时间t轴的*点，则根据时间t轴比例尺扫描 时间cmt，该电路

39、的时间常数cm(cm)xt。4、微分电路和积分电路 a)在方波信号u作用在电阻R、电容C串联电路中，当满足电路时间常数远远小于方波周期T的条件时，电阻两端输出的电压uR与方波输入信号us呈微分关系，tuRCuddSR，该电路称为微分电路。b)当满足电路时间常数远远大于方波周期T的条件时，电容C两端输出的电压uC与方波输入信号u呈积分关系，tuRCud1SC，该电路称为积分电路。微分电路和积分电路的输出、输入关系如图 36(a)、(b)所示。5、二阶 RLC 串联电路的零状态响应 在图 37 所示R、L、C电路中，C(0)0，在t0 时开关 S 闭合，电压方程为：这是一个二阶常系数非齐次微分方程

40、，该电路称为二 阶电路，电源电压U为鼓励信号，电容两端电压uC为响应信号。根据微分方程理论，uc包含两个分量：暂态分量Cu 和稳态分量Cu，即CCCuuu,具体解与电路参数R、L、C有关。当满足CLR2时：UtAuututCCC)sin(e)(-其中，衰减系数LR2，振荡频率2)2(1LRLC，振荡周期21fT 变化曲线如图 38(a)所示，uC的变化处在衰减振荡状态，由于电阻R比拟小，又称为欠阻尼状态。-.z 当满足CLR2时，uC的变化处在过阻尼状态，由于电阻R比拟大，电路中的能量被电阻很快消耗掉，uc无法振荡，变化曲线如图 38(b)所示。当满足CLR2时，uc的变化处在临界阻尼状态，变

41、化曲线如图 38(c)所示。6、二阶 RLC 串联电路的零输入响应 在图 39 电路中，开关 S 与1端闭合，电路处于稳定状态，uc(0)U，在t0时开关 S 与2闭合，输入鼓励为零，电压方程为：这是一个二阶常系数齐次微分方程，根据微分方程理论，uc只包含暂态分量Cu，稳态分量Cu为零。和零状态响应一样，根据R与CL2的大小关系，uc的变化规律分为衰减振荡欠阻尼、过阻尼和临界阻尼三种状态，它们的变化曲线与图 37 中的暂态分量Cu 类似,衰减系数、衰减时间常数、振荡频率与零状态响应完全一样。本实验对R、C、L并联电路进展研究，鼓励采用方波脉冲，二阶电路在方波正、负阶跃信号的鼓励下，可获得零状态

42、与零输入响应，响应的规律与R、L、C串联电路一样。测量C衰减振荡的参数，如图 38(a)所示，用示波器测出振荡周期T，测量相邻两个峰值 U1 和 U2，便 可 计 算 出 振 荡 频 率T2和 衰 减 系 数21ln1UUT。三、实验设备 Multisim 电路仿真分析软件，PC 机 四、实验容 实验电路如图 310 所示，图中电阻R从 MEEL-03 电工原理三模块上选取请看懂线路板的走线，认清鼓励与响应端口所在的位置；电容C从 MEEL-05A 元件箱一模块组件上选取0.01F/63V 可调电容，认清R、C元件的布局及其标称值；各开关的通断位置等，用双踪示波器观察电路鼓励方波信号和响应信号

43、。S-.z 为方波输出信号，将信号源的波形选择开关置方波信号位置上，将信号源的信号输出端与示波器探头连接，接通信号源电源，调节信号源的频率旋钮包括频段选择开关、频率粗调和频率细调旋钮，使输出信号的频率为 1kHz 由频率计读出，调节输出信号的 幅值调节旋钮，使方波的峰峰值 Vp-p2V，固定信号源的频率和幅值不变。1、RC一阶电路的充、放电过程 1测量时间常数：选择 EEL51 组件上的R、C元件，令R=1k，C0.01F，用示波器观察鼓励uS与响应uC的变化规律，测量并记录时间常数。2 观察时间常数(即电路参数R、C)对暂态过程的影响：令R10k，C=0.01F，观察并描绘响应的波形，继续增

44、大C(取 0.01F0.1F)或增大R(取 10k、30k)，定性地观察对响应的影响。表 3-1 RC 一阶电路的充、放电时间常数 的测量其中R1k 不变 CF 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 充电 S 放电 2、微分电路和积分电路 1积分电路：选择 EEL-52 上的R、C元件，令R=100k，C0.01F，用示波器观察鼓励uS与响应uC的变化规律。2微分电路：将实验电路中的R、C元件位置互换，令R=100，C0.01F，用示波器观察鼓励uS与响应uR的变化规律。3、二阶电路暂态过程实验 实验电路如图 311 所示 RLC 二阶串联动

45、态电路、如图 311 所示 RLC 二阶并联动态电路，其中：R110k，L15mH，C0.01F，R和R2为 10k 电位器可调电阻，信号源的输出为最大值Um2V，频率f=1kHz 的方波脉冲，通过插头接至实验电路的鼓励端，同时用同轴电缆将鼓励端和响应输出端接至双踪示波器的 YA和 YB两个输入口。如图 311 的二阶串联动态电路实验：1调节电阻器R，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，分别定性地描绘响应的典型变化波形。-.z 2分别调节R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，并记入表 3-2 中

46、。3改变电路参数，分别按表 32 中的数据重复步骤的测量，仔细观察改变电路参数时和的变化趋势，并将数据记入表 3-2 中。表 3-2 RLC 二阶串联电路暂态过程实验数据 电路参数 实验次数 元 件 参 数 测量值 R LmH CF T U1 U2 1 调至欠阻尼状态 15 1000 pF 2 15 3300 pF 3 15 0.01 4 15 0.1 如图 312 的二阶并联动态电路实验：重复上述1、2、3过程，调节电阻器R2，将测量数据记入表 3-3 中。表 3-3 RLC 二阶并联电路暂态过程实验数据 电路参数 实验次数 元 件 参 数 测量值 R1k R2 LmH CF T U1 U2

47、 1 10 调至欠阻尼状态 15 1000 pF 2 10 15 3300 pF 3 10 15 0.01 4 30 15 0.01 五、实验报告要求 1、根据实验 1(1)观测结果，绘出RC阶电路充、放电时C与鼓励信号对应的变化曲线，由曲线测得 值，并与参数值的理论计算结果作比拟，分析误差原因。2、根据实验 2 观测结果，绘出积分电路、微分电路输出信号与输入信号对应的波形。3、根据观测结果，描绘二阶电路过阻尼、临界阻尼和欠阻尼的响应波形；4、测算欠阻尼振荡曲线上的衰减系数、振荡周期T和振荡频率；5、归纳、总结电路元件参数的改变，对响应变化趋势的影响；6、答复思考题 3、4、6。六、预习与思考

48、题 1、用示波器观察RC一阶电路零输入响应和零状态响应时，为什么鼓励必须是方波信号？2、RC一阶电路的R=10k，C0.01F，试计算时间常数，并根据 值的物理意义，拟定测量 的方案。-.z 3、在RC一阶电路中，当R、C的大小变化时，对电路的响应有何影响？4、何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？它们在方波鼓励下，其输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功能？5、什么是二阶电路的零状态响应和零输入响应？它们的变化规律和哪些因素有关？6、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R2之值；7、在示波器荧光屏上，如何测得二阶电路零状态响应和零输入响应欠阻尼状态的衰减系数

49、和振荡频率？实验四 RC 频率特性和 RLC 谐振仿真实验 一、实验目的 1、研究RC串、并联电路及RC双电路的频率特性。2、学会用交流毫伏表和示波器测定RC网络的幅频特性和相频特性。3、熟悉文氏电桥电路的构造特点及选频特性。4、加深理解电路发生谐振的条件、特点，掌握电路品质因数电路Q值、通频带的物理意义及其测定方法。二、实验原理 1、RC 串并联电路频率特性 图 41 所示RC串、并联电路的频率特性：)1j(31)j(iRCRCUUN 其中幅频特性为：22io)1(31)(RCRCUUA 相频特性为：31arctg)(oRCRCi 幅频特性和相频特性曲线如图 42 所示，幅频特性呈带通特性。

50、当角频率RC1时，31)(A，0)(uO与uI同相，即电路发生谐振，谐振频率RCf210。图 4-1 图 4-2-.z 也就是说，当信号频率为f0时，RC串、并联电路的输出电压O与输入电压uI同相，其大小是输入电压的三分之一，这一特性称为RC串、并联电路的选频特性，该电路又称为文氏电桥。测量频率特性用逐点描绘法，图 43 说明用交流毫伏表和双踪示波器测量RC网络频率特性的测试图。测量幅频特性：保持信号源输出电压即RC网络输入电压UI恒定，改变频率f，用交流毫伏表监视UI，并测量对应的RC网络输出电压UO，计算出它们的比值AUOUI，然后逐点描绘出幅频特性；测量相频特性：保持信号源输出电压即RC