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《电路原理》实验指导书

《电路原理》实验指导书

主编张伶

审核丁黎明

北方民族大学电气信息工程学院

二○一一年二月

第一章常用仪器仪表

实验一常用仪表的使用

1.1.1实验目的：

1、掌握万用表、直流电压表、直流电流表、交流电压表、交流电流表的使用方法。

2、认识并熟悉电路实验台及将要用到的电子元器件。

3、学会将实际电路画成电路图。

1.1.2实验内容与步骤

1、万用表的使用

（1）使用万用表测量电阻:

调零，测独立的电阻、电路中的电阻的阻值（串联电阻、并联电阻）；测试电容、电感的好坏。

（2）使用万用表测量直流电压、电流。

（3）使用万用表测量交流电压。

2、直流电压表、直流电流表的使用

（1）使用直流电压表测电压，如图1-1所示电路中电源电压、每个电阻上的电压。

（2）使用直流电流表测电流，如图1-1所示电路中电源电流、每个电阻上的电流。

图1-1测试电路

3、交流毫伏表的使用

使用交流毫伏表测信号源的正弦电压，如图1-2所示电路中的电阻上的电压。

图1—2

1.1.3仪器设备及选用挂箱

序号

名称

数量

备注

1

万用表、交流毫伏表

1

外购

2

稳压、稳流源

1

DG04、05或GDS-03

3

实验电路板或直流电路实验、负载

1

GDS-06A、GDS-07

4

直流电压、电流表

1

DG31-2或GDS-10

5

函数发生器

1

DG03或GDS-04

1.1.4实验注意事项

1、测量直流电压、电流是使用万用表的直流档，测电流用电流插孔，测电压、电阻用电压插孔。

测电路中的电阻必须将电阻从电路中断开。

2、交流表测得的是有效值。

1.1.5实验报告

1、总结万用表的使用方法。

2、总结交、直流电压、电流表的使用方法。

3、将测试电路绘制成电路图。

实验二常用仪器的使用

1.2.1实验目的：

1、了解示波器、信号发生器的工作原理及调试方法。

2、熟练信号发生器、示波器的各项功能，学会使用示波器、信号发生器。

1.2.2仪器设备及选用挂箱

序号

名称

数量

备注

1

函数发生器

1

DG03

2

实验电路板或直流电路实验、负载

1

GDS-06A、GDS-07

3

动态电路实验板

1

DG07

4

示波器

1

外购

1.2.3实验内容与步骤

1、信号发生器DG03可产生不同频率、不同幅值的方波、三角波、正弦波，利用信号发生器分别输出三种频率的正弦波、三角波方波，用示波器观察，标明幅值、周期、初相位，记录波形。

观察衰减按钮按下前后信号的变化情况，分析衰减按钮的作用。

2、利用如图1-3所示电路，组合成电阻、电容、电感的组合电路，将1KHZ，3-5V的正弦信号、方波信号分别接在电路的端口上，分别测试电容、电感、电阻上的电压信号并记录下来。

图1-3

参考电路

3、使用示波器的双踪显示方式，同时测量输入信号和30k电阻上的信号，比较二者的差异，并记录下来。

1.2.4实验注意事项

1.应熟练使用示波器、信号发生器各项功能。

2.用示波器双踪功能观察时，连线要注意两个通道需要共地。

3.示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时，应将辉度调暗，以延长示波管的使用寿命。

1.2.5实验报告

1、总结信号发生器的功能及使用方法。

2、总结示波器的功能及使用方法。

3、将测试电路绘制成电路图。

4、简单分析测试结果，总结。

实验三基本技能考核

1.3.1考核目的：

1、检验学生使用常用仪器仪表的能力。

2、进一步熟悉常用仪器仪表的功能及使用方法。

1.3.2仪器设备及选用挂箱

序号

名称

数量

备注

1

函数发生器

1

DG03

2

实验电路板或直流电路实验、负载

1

GDS-06A、GDS-07

3

动态电路实验板

1

DG07

4

示波器

1

外购

5

万用表、交流毫伏表

1

外购

6

稳压、稳流源

1

DG04、05或GDS-03

7

直流电压、电流表

1

DG31-2或GDS-10

1.3.3考核的内容

1、万用表测电阻、直流电压、直流电流、交流电压、测电容、测电感，判定二极管的管脚。

2、示波器的使用，单双踪测幅值、频率、周期、初相位。

要求波形清晰、亮度适中、波形稳定、上下移动、改变周期、改变幅值。

3、信号发生器的使用，输出不同形状、不同周期、不同幅值的各种信号。

4.交、直流电压、电流表的使用，使用交、直流电压、电流表测电路中支路上的电压及电流。

1.3.4评分标准

每一项占25%，不合格不允许进入后续试验。

第二章实验报告书写规范

2.1实验报告的内容：

实验报告包含这样几个部分：

1、实验目的；2、实验方案设计；3、实验仪器；

4、实验步骤；5、实验数据；6、实验数据分析；7、实验总结。

1、实验目的

实验目的包含两部分内容：

教师设计要求的目的；学生自己期望达到的目的。

实验前必须想清楚，为什么要做实验，我要在实验中学会什么。

2、实验方案设计

为实现实验目的采取什么样的电路，测试哪些参数，使用何种仪器仪表测试，可能会得到什么样的结果。

这些都必须写在方案设计中。

实验方案在电路实验中就是电路图的设计，测试点的选择，实验数据记录表格的设计，这部分必须在进实验前完成。

每次实验前，要求有预习报告。

3、实验仪器

实验的环境，包括温度、湿度、压力磁场强度应该有交代。

在实验中使用的所有器件包括电路板、电阻、电容、电感、半导体器件、集成电路、仪器仪表、电源等，每一种设备都要标明参数、精度。

即使一根导线也应标明型号。

4、实验步骤

是实验执行的过程，怎么做的，就怎么写，严格按执行的过程记录。

5、实验数据

是原始记录，测量结果是什么，就照原样记录，不得涂改、篡改。

记录应全面、整洁、清晰。

波形应有完整的坐标系，准确的单位，明确的标尺。

每一个数据都必须单位明确。

6、数据分析

数据分析是对实验数据的分析，可以通过直方图、二维坐标图、三维立体图，方程式等方式分析数据之间的关系，如输出电压、电流之间的关系，可以表明元件特性，是电阻还是电容。

误差分析，验证性实验，必须要有误差分析，理论计算值与测量值之间的绝对误差、相对误差必须计算，才能说明问题。

7、实验总结

总结是否达到实验目的，在实验中遇到哪些问题，如何解决的，哪些问题无法解决，有什么好的建议。

实验成功与否，成功，得到什么结论。

失败的原因有哪些。

在实验中学会了哪些知识，经验。

2．2实验报告的格式

一、项目

1、实验目的：

文字叙述简单明确

2、实验原理;电路图及其理论分析

3、实验内容：

测试的仪器、方法、步骤

4、实验数据：

原始记录

5、数据分析：

数据的计算、处理方法、误差的计算，要有图表、公式

6、实验总结：

实验的结论

二、格式

（实验名称）xxxxxxxx

实验时间：

实验地点：

实验环境：

试验目的：

（1）

（2）

实验原理：

实验内容及步骤：

实验数据：

（可单页）（只要一份）

数据分析：

结论

2.2.3一般论文、报告的书写

论文名称（四号字）

作者（5号字）

作者所在单位（小5号字）

摘要：

（黑体）

关键字：

（黑体）

正文

参考文献：

第三章电路实验

实验一电位、电压的测定基尔霍夫定律的验证

（验证性实验）

一、实验目的

1.实验证明电路中电位的相对性，电压的绝对性。

2.验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。

二、实验原理

一个由电动势和电阻元件构成的闭合回路中，必定存在电流的流动，电流是正电荷在电势作用下沿电路移动的集合表现，并且我们习惯规定正电荷是由高电位点向低电位点移动的。

因此，在一个闭合电路中各点都有确定的电位关系。

但是，电路中各点的电位高低都是相对的，所以我们必须在电路中选定某一点作为称参考点，设定该点的电位为零，则电路中其余各点的电位就能以该零电位点为基准进行计算或测量。

  在一个确定的闭合电路中，尽管各点电位的高低相对参考点电位的不同而改变，但任意两点间的电位差（即电压）则是绝对的，它不因参考点的变动而改变。

因此，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。

　　若以电路中的电位值作纵坐标，电路中各点位置作横坐标，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相连接，就可得到电路的电位变化图。

每一段直线段即表示该两点间电位的变化情况。

　　在电路中参考电位点可任意选定，对于不同的参考点，所绘出的电位图是不同的，但各点电位变化的规律却是一样的。

基尔霍夫定律是电路的基本定律。

测量电路的各支路电流及各元件两端的电压，可证明基尔霍夫电流定律和电压定律。

即对电路中的任一结点而言，应有ΣI＝0；对任何一个闭合回路而言，应有ΣU＝0。

　　运用上述定律时必须注意电流的参考正方向，和电压的绕行方向。

三、实验设备

序号

设备名称

数量

备注

1

直流稳压、稳流源

1

DG04

2

实验电路挂箱

1

DG05

3

直流电压、电流表

1

D31-2

四、实验内容

1.分别将两路直流稳压电源接入电路，令U1＝6V，U2＝12V。

2.以图中的A点作为电位的参考点，分别测量B、C、D、E、F各点的电位值φ，以D点作为参考点，分别测量A、B、C、E、F各点的电位值φ。

3.熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接至数字毫安表的“＋、－”两端。

4.将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，测量电流值I1、I2、I3。

5.用直流电压表分别测量各负载电阻两端的电压值UAB、UCD、UDE、UAD、UFA。

电路3-1-1实验电路图

数据记录表3-1-1

电位

参考点

φ值

φA

φB

φC

φD

φE

φF

A

计算值

0.000

5.988

-6.012

-4.036

-5.018

0.983

测量值

0.000

6.011

-6.013

-4.029

-5.024

0.999

误差

0.000

-0.023

0.001

-0.007

0.006

-0.016

D

计算值

4.036

10.03

-1.976

0.000

-0.983

5.018

测量值

4.023

10.04

-1.993

0.000

-0.999

5.026

误差

0.013

-0.01

0.017

0.000

0.016

-0.008

数据记录表3-1-2

被测量

I1（mA）

I2（mA）

I3（mA）

UAB（V）

UCD（V）

UDE（V）

UAD（V）

UFA（V）

计算值

1.927

5.988

7.914

-5.988

-1.926

0.983

4.036

0,983

测量值

1.943

5.987

7.911

-6.029

-1.992

0.991

4.022

1.005

误差

-0.016

0.001

0.003

0.041

0.072

-0.008

0.014

-0.022

五、实验注意事项

1.测量电位时，参考点接电压表负极。

测量电压时，按正方向连接电压表正负极测量。

2.防止电压源两端短路。

防止电流表不经过负载直接接到电压源上。

3.注意电压、电流表读数的正负应如实记录。

六、实验报告要求

1.实验报告必须有原始数据记录单，并有详细的原始数据记录。

2.根据实验数据，分别以A、D两点为参考点绘制两个电位图。

3.完成数据表格中的计算值及误差。

4.选定一个节点和一个回路，用实验数据验证基尔霍夫定律。

5.根据实验数据，理解电位的相对性和电压的绝对性，总结电位相对性和电压绝对性的原理，

小结对基尔霍夫定律的认识，分析误差。

6.请勿用坐标纸绘图，请保持报告整洁字迹工整。

实验二受控源的实验研究

（验证性实验）

一、实验目的

通过测试受控源的外特性及其转移参数，进一步理解受控源的物理概念，加深对受控源的认识和理解。

二、实验原理

　　电源有独立电源（如电池、发电机等）与非独立电源（或称为受控源）之分。

　　受控源与独立源的不同点是：

独立源的电势Es或恒流源的电流Is是某一固定的数值或是时间的某一函数，它不随电路其余部分的状态而变；受控源的电势或电流是随电路中另一支路的电压或电流而变的。

　　受控源又与无源元件不同，无源元件两端的电压和它自身的电流有一定的函数关系，而受控源的输出电压或电流则和另一支路（或元件）的电流或电压有某种函数关系。

独立源与无源元件是二端器件，受控源则是四端器件，或称为双口元件。

它有一对输入端（U1、I1）和一对输出端（U2、I2）。

输入端可以控制输出端电压或电流的大小。

施加于输入端的控制量可以是电压或电流，因而有两种受控电压源（即电压控制电压源VCVS和电流控制电压源CCVS）两种受控电流源（即电压控制电流源VCCS和电流控制电流源CCCS）。

见图3-2-1，图3-2-2,图3-2-3，图3-3-4。

当受控源的输出电压（或电流）与控制支路的电压（或电流）成正比时，则称该受控源是线性的。

　　理想受控源的控制支路中只有一个独立变量（电压或电流），另一个独立变量等于零，即从输入口看，理想受控源或者是短路（即输入电阻R1＝0，因而U1＝0）或者是开路（即输入电导G1＝0，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者是一个理想电流源。

受控源的控制端与受控端的关系式称为转移特性。

四种受控源的转移函数参量的定义如下：

（1）压控电压源（VCVS）：

U2＝f（U1），μ＝U2/U1称为转移电压比（或电压增益）。

（2）压控电流源（VCCS）：

I2＝f（U1），gm＝I2/U1称为转移电导。

（3）流控电压源（CCVS）：

U2＝f（I1），rm＝U2/I1称为转移电阻。

（4）流控电流源（CCCS）：

I2＝f（I1），α＝I2/I1称为转移电流比（或电流增益）。

图3-2-1VCVS图3-2-2VCCS

图3-2-3CCCS图3-2-4CCVS

三、实验设备

序号

名称

数量

备注

1

稳压、稳流源

1

DG04

2

直流电压、电流表

1

DG31-2

3

可变电阻箱

1

DG09

四、实验内容

1.测量受控源VCVS的转移特性U2＝f（U1）及负载特性，实验线路如图3-2-1。

（1）固定RL＝2KΩ，调节稳压电源输出电压U1，测量相应的U2值，绘制转移特性曲线U2＝f（U1）。

U1（V）

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

μ

U2（V）

（2）保持U1＝3V，调节RL可变电阻箱的阻值，测出相应的U2及IL。

RL（Ω）

0.5K

1K

1.5K

2K

2.5K

3K

3.5K

4K

U2（v）

IL（mA）

2.测量受控源VCCS的转移特性I2＝f（U1）及负载特性，实验线路如图3-2-2。

（1）固定RL＝2KΩ，调节稳压电源输出电压U1，测量相应的I2值，绘制转移特性曲线I2＝f（U1）。

U1（V）

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

gm

I2（mA）

（2）保持U1＝3V，调节RL可变电阻箱的阻值，测出相应的I2及UL。

RL（Ω）

0.5K

1K

1.5K

2K

2.5K

3K

3.5K

4K

I2（mA）

UL（v）

3.测量受控源CCVS的转移特性U2＝f（I1）及负载特性，实验线路如图3-2-3。

（1）固定RL＝2KΩ，调节恒流电源输出电流I1，测量相应的U2值，绘制转移特性曲线U2＝f（I1）。

I1（mA）

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

rm

U2（V）

（2）保持I1＝3mA，调节RL可变电阻箱的阻值，测出相应的U2及IL。

RL（Ω）

0.5K

1K

1.5K

2K

2.5K

3K

3.5K

4K

U2（v）

IL（mA）

4.测量受控源CCCS的转移特性I2＝f（I1）及负载特性，实验线路如图3-2-4。

（1）固定RL＝2KΩ，调节恒流电源输出电流I1，测量相应的I2值，绘制转移特性曲线I2＝f（I1）。

I1（mA）

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

α

I2（mA）

（2）保持I1＝3mA，调节RL可变电阻箱的阻值，测出相应的I2及UL。

RL（Ω）

0.5K

1K

1.5K

2K

2.5K

3K

3.5K

4K

I2（mA）

UL（V）

五、实验注意事项

1.使用可变电阻箱时不要将电阻箱电阻值置零接入电路中。

2.用恒流源供电的实验中，不要使恒流源的负载开路。

六、实验报告要求

1.实验报告必须有原始数据记录单，并有详细的原始数据记录。

2.根据实验数据，绘出四种受控源的转移特性曲线，并求出相应的转移参量。

3.对实验的结果及误差作出合理的分析和结论，总结对四种受控源的认识和理解。

4.请勿用坐标纸绘图，请保持报告整洁字迹工整。

实验三电压源与电流源的等效变换

（验证性实验）

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

一个直流稳压电源在一定的电流范围内，具有很小的内阻。

故在实用中，常将它视为一个理想的电压源，即其输出电压不随负载电流而变。

其外特性曲线，即其伏安特性曲线U＝f（I）是一条平行于I轴的直线。

一个实用的恒流源在一定的电压范围内，可视为一个理想的电流源。

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（或大电阻）与稳压源（或恒流源）相串联（或并联）来摸拟一个实际的电压源（或电流源）。

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。

若视为电压源，则可用一个理想的电压源Us与一个电阻Ro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Is与一电导Go相并联的组合来表示。

如果这两种电源能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：

Is＝Us／Ro，Go＝1/Ro或Us＝IsRo，Ro＝1/Go。

如图3-3-1所示。

图3-3-1

三、实验设备

序号

名称

数量

备注

1

稳压、稳流源

1

DG04

2

实验电路、可变电阻箱

1

DG05，DG09

3

直流电压、电流表

1

DG31—2

四、实验内容

1.测定理想电压源与实际电压源的外特性

（1）按图3-3-2接线。

将Us调节为＋12V。

调节R2，令其阻值由大至小变化，记录两表的读数。

图3-3-2

RL（KΩ）

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

U（V）

I（mA）

注：

RL=R1+R2，R1为短路保护电阻，R2为可变电阻箱，测量需将实验电路中内阻RO短路。

（2）按图3-3-3接线，虚线框可模拟为一个实际的电压源。

调节R2，令其阻值由大至小变化，记录两表的读数。

图3-3-3

RL（KΩ）

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

U（V）

I（mA）

注：

RL=R1+R2，R1为短路保护电阻，R2为可变电阻箱。

2.测定理想电流源与实际电流源的外特性

（1）按图3-3-4接线。

Is为直流恒流源，调节其输出为10mA，调节RL，记录两表的读数。

图3-3-4

RL（KΩ）

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

U（V）

I（mA）

注：

实验电路内阻RO无法断路，实验电路需自行构建连接。

（2）按图3-3-5接线，虚线框可模拟为一个实际的电压源。

调节R2，令其阻值由大至小变化，记录两表的读数。

图3-3-5

RL（KΩ）

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

U（V）

I（mA）

注：

实验电路中存在内阻R0，R0=120Ω。

3.测定电源等效变换的条件

先按图3-3-6线路接线，记录线路中两表的读数。

然后按图4-7接线。

调节恒流源的输出电流IS，使两表的读数与图4-6时的数值相等，记录Is之值，验证等效变换条件的正确性。

图3-3-6

图3-3-7

五、实验注意事项

1.在测电压源外特性时，务必接入保护电阻R1。

使用电流源时，不要使恒流源的负载开路。

2.换接线路时，必须关闭电源开关。

六、实验报告要求

1.实验报告必须有原始数据记录单，并有详细的原始数据记录。

2.根据实验数据绘出实际电压电流源的四条外特性曲线。

U=F（RL）,I=F（RL）

3.从实验结果，验证电源等效变换的条件并总结、归纳各类电源的特性。

4.请勿用坐标纸绘图，请保持报告整洁字迹工整。

实验四叠加原理的验证

（验证性实验）

一、实验目的

1.通过实验来验证线性电路中的叠加原理以及其适用范围。

2.学习直流仪器仪表的测试方法。

二、实验原理

 叠加原理指出：

在有多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时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。

　叠加原理适用于线性电路，如果网络是非线性的，叠加原理不适用。

实验电路含有一个非线性元件（二极管或稳压管），叠加原理不适用，如果将二极管或稳压管换成一线性电阻，则可以运用叠