电路原理实验报告.docx

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电路原理实验报告

实验一电位、电压的测定与基尔霍夫实验的验证

一、实验目的

1.学会测量电路中各点电位和电压的方法，理解电位的相对性和电压的绝对性；

2.掌握使用直流稳压电源、直流电压表的使用方法；

3.验证基尔霍夫定律，加深对基尔霍夫定律的理解；

4.掌握直流电流表的使用及学会用电流插头、插座测量各支路电流的方法；

二、原理说明

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。

据此性质，我们可用只电压表来沉量出电路中各点的电位及任意两点间的电压。

基尔霍夫电流定律和电压定律是电路的基本定律，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，在设定电流的参考万间下，应有ΣI=0，一般流出结点的电流取正号，流入结点的电流取负号；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ΣU=0。

，一般电压方向与绕行方同一致的电压取正号，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、电压的参考方一向，其中电阻上的电压方向应与电流方向一致，见图2-1所示。

三．实验设备

1．直流数字电压表、直流数字毫安表

2．恒压源（EEL-I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均含在主控制屏上，能有两种配置

（1）+6V（+5V）,+12V,0-3OV可调或

（2）双路O-30V可调：

）

3.EEL-30组件（含实验电路）或EFL-53组件

四．实验内容

（一）测电位、电压实验电路如图1-1所示，图中的电源US1，用恒压源中的＋6V（十5V）输出端，US2用O-＋30V可调电源输出端，并将输出电压调到＋12V。

1．测量电路中各点电位

以图1-1中的A点作为电位参考点，分别测量B、C、D、E、F各点的电位。

用电压表的黑笔端插入A点，红笔端分别插入B、C、D、E、F各点进行测量，数据记入表l-l中。

以D点作为电位参考点，重复上述步骤，测得数据记入表1-1中。

2．测量电路中相邻两点之间的电压值

在图1一1中，测量电压UAB：

将电压表的红笔端插入A，黑笔端摇入B点读电压表读数，记入表1一1中。

按同样方法测量UBC、UCD、UDE、UEF、UFA，测量数据记入表1-1中。

表1-1电路中各点电位和电压数据单位：

电位参考点

UAB

UBC

UCD

UDE

UEF

UFA

5.89

-5.96

-4.03

-5.01

0.98

-5.98

11.85

-1.93

0,98

-5.99

0.98

4.03

9.93

-1.93

-0.98

5.02

-5.90

11.86

-1.93

0.98

-6.00

0.99

（二）基尔霍夫实验电路如图1-1所示，图中的电源US1，用恒压源中的＋6V（十5V）输出端，US2用O-＋30V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）。

实验前先设定三条支路的电流参考方向，如图中的I1、I2、I3所示，并熟悉线路结构，掌握各开关的操作使用方法。

1．熟悉电流插头的结构，将电流插头的红接线气带后入数宁毫安表的红（正）接线端，电流插头的黑接线端插入数字毫安表的黑（负）接线端。

2．测量支路电流

将电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‘十’，表示电流流出结点，读数为‘一’，表示电流流入结点，然后根据图1-1中的电流参考方向，确定各支路电流的正、负号，并记入表2-l中。

3．测元件电压：

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2-2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（正）端，黑（负）接线端插入被测电压参考方向的低电位（负）端。

表2-1支路电流数据

支路电流（mA）

计算值

-1.9

-6.0

7.9

测量值

-1.9

-5.9

7.9

相对误差

1.7%

表2-2各元件电压数据

各元件电压（V）

US1

US2

UR1

UR2

UR3

UR4

UR5

计算值（V）

-6

-12

0.97

5.99

4.03

0.97

1.95

测量值（V）

-6..02

-11.87

0.98

5.89

4.03

0.98

1.93

相对误差（V）

0.3%

1.1%

1.0%

0.1%

1.0%

五．实验注意事项

1.EEL-30组件中的实验电路供多个实验通用，本次实验没有用到电流插头和插座。

2．实验电路中使用的电源US2用。

0-30V可调电源输出端，应将输出电压调到＋12V后，再接入电路中。

并防止电源输出端短路。

3．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，若显示正值，则表明该点电位为正〔即高于参考点电位）；若显示负值，表明该点电位为负（即该点电位低于参考点电位）。

4．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

（一）端，若显示正值，则表明电压参考力向与实际方向一致；若显示负值，表明电压参考方向与实际方向相反。

5．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。

6．防止电源两端碰线短路。

7．若用指针式电流表进行测量时，要识别电流插头所接电流表的“＋、一”极性，倘若不换接极性，则电表指针可能反偏（电流为负值时），比对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。

六．预习与思考题

1．电位参考点不同，各电位不相同。

任意两点电压相同，因为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，即电位的相对性和电压的绝对性。

2．因为两点的电位高低不同，当出现+时表示前面一点的电位比后面的高，出现-正好相反。

3．相同，因为两个节点方程中都含有I1、I2、I3，并且三者的和都是0。

4．三个，与绕行方向无关

七．数据分析

1.在测电位、电压的实验中出现误差的原因可能是导线中电阻的影响或电压源电压的些许变化。

2.对于节点A,I1+I2+I3=0说明kcl成立；对于第一个回路US1+UR1+US3+UR4=0说明kvl成立。

3.UEA=-UR1-US1=4.98v;UCA=-US2-UR2=5.92v

实验三线性电路叠加性和齐次性的研究

一．实验目的

1．验证叠加原理；

2．了解叠加原理的应用场合；3．理解线性电路的叠加性和齐次性。

二．原理说明

叠加原理指出：

在有几个电源共同作用F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（电压源矩路，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参一考方间与共同作用时的参考方向一致时，符号取正，否则取负。

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激励信号（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、直流数字毫安表

2．恒压源

3.EEL－30组件（含实验电路）或EEL－53组件

四．实验内容

实验电路如图3-2所示，图中：

R1=R3=R4=510Ω,R2=1KΩ,R5=330Ω,电源US1用恒压源中的＋12V输出端，US2用0-30V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）,将开关S3投向R5侧。

1.US1电源单独作用（将开关S1投向US1侧，开关S2投向短路侧），用直流数字毫安表接电流插头测量各支路屯流：

将电流插头的红接线端插入数字毫安表的红（正）接线端，电流插头的黑接线端插入毫安表的黑（负）接线端，测量各支路电流，按规定：

在结点A，电流表读数为‘+’，表示电流流出结点，读数为‘-’，表示电流流入结点，然后根据电路中的电流参考方同，确定各支路电流的正、负号，并将数据记入表3一1中。

用直流数字电爪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3-1中。

表3-1实验数据一

测量项目

US1

（V）

US2

（V）

（mA）

UAB

（V）

UCD

（V）

UAD

（V）

UDE

（V）

UFA

（V）

US1单独作用

1.23

-3.63

2.43

-3.57

-1.88

1.23

-0.61

US2单独作用

-8.60

2.41

6.21

2.37

0.78

3.15

4.33

US1，US2共同作用

-7.39

-1.22

8.64

-1.21

-0.40

4.39

3.73

3.74

US2单独作用

2.44

-7.29

4.85

-7.18

-2.36

2.46

-1.23

2．US2电源单独作用（将开关S1投向短路侧，开关S2投向US2侧）重复步骤1的测量并将数据记录记入表格3-l中。

3.US1和US2共同作用时（开关S1和S2分别投向US1和US2侧）完成上述电流、电压的测量并将数据记录记入表格3-2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3-2中

5．将开关S3投向二极管VD侧，即电阻R5换成一只二极管1N4007，重复步骤1-4的测量过程,将数据记入表3-2中。

表3-2实验数据二

测量项目

US1

（V）

US2

（V）

（mA）

UAB（V）

UCD

（V）

UAD

（V）

UDE

（V）

UFA

（V）

US1单独作用

-11.03

0.54

10.50

0.50

0.17

0.70

5.58

US2单独作用

0.65

-4.08

3.45

-4.02

-1.32

0.65

-0.32

US1，US2共同作用

-11.01

-4.03

15.07

-3.97

-1.31

0.71

5.57

US2单独作用

0.69

-8.64

7.97

-8.50

-2.80

0.68

-0.34

五．实验注意事项

1．用电流插头测量各支路电流时，应注意仪表的朴沪于．使数据表格中“＋、-”号的记录；

2，注意仪表量程的及时更换；

3．电源单独作用时，去掉另一个电压源，只能在实验板上用开关K1或K2操作，而不能直接将电源短路。

六．预习与思考题

1．US1单独作用时将开关S1向上拨，S2向下拨；US2单独作用时将开关S2向上拨，S1向下拨。

2．叠加性和齐次性不再成立。

因为两者只适应与线性电路，当有二极管存在后，电路变为非线性电路。

七．实验分析

1．I1''+I1'=-8.58+1.22=I1,I2'+I2''=2.40-3.63=I2,I3'+I3''=6.62+2.43=I3,UAB'+UAB''=2.36-3.57=UAB,UCD'+UCD''=0.78-1.16=UCD,UAD'+UAD''=3.13+1.23=UAD,UDE'+UDE''=4.35-0.6=UDE,UFA'+UFA''=4.34-0.6=UFA,US2为12V时的各支路电压电流均是其为6V时的2倍

2．I12R1+I12R1≠I12R所以不满足叠加原理

3．I1=-8.58+2.44=-6.14,I2=2.4-7.28-4.48,I3=6.21+4.48=10.69,UAB=2.36-7.71-4.81,UCD=0.78-2.34=-1.56,UAD=3.13+2.465.59,UDE=4.35-1.21=3.14,UFA=4.34-1.12=3.13

4.US1单独作用和US2单独作用时的各电压电流之和均不等于US1，US2共同作用时的电压电流，US2为12V时的各支路电压电流也不是是其为6V时的2倍，所以叠加性和齐次性不满足该实验电路。

实验四受控源研究

一．实验目的

1．加深对受控源的理解；

2．熟悉由运算放大器组成受控源电路的分析方法，了解运算放大器的应用；3．掌握受控源特性的测量方法。

二．实验原理

1．受控源

受控源向外电路提供的电压或电流是受其它支路的电压或电流控制，因而受控源是双口元件：

一个为控制端口，或称输入端口，输入控制量（电压或电流），另一个为受控端口或称输出端口，向外电路提供电压或电流。

受控端口的电压或电流，受控制端口的电压或电流的控制。

根据控制变量与受控变量的不同组合，受控源可分为四类（本次试验研究两类）：

（1）电压控制电流源（VCCS）,如图4—1（a）所示，其特性为：

i2=gu1其中gm=i2/u1称为转移电导

图4—1（a）

（2）电流控制电压源（CCVS）,如图4—1（b）所示，其特性为：

u2=ri1其中：

r=u2/i1称为转移电阻

图4—1（b）

2．用运算放大器组成的受控源

运算放大器的电路符号如图4-2所示，具有两个输入端：

同相输入端u+和反相输入端u-，一个输出端u0，放大倍数为A，则“u0＝A（u+-u-）。

对于理想运算放大器，放大倍数A为∞，输入电阻为∞，输出电阻为∞，输出电阻0，由此可得出两个特性：

特性1:

u+=u-;

特性2:

i+＝i-=0。

（2）电压控制电流源（VCCS）

电压控制电流源电路如图4-4所示，由运算放大器的特性1可知u+=u-=u1则iR=u1/R1

由运算放大器的特性2可知：

i2=iR=u1/R1即i2只受输入电压u1控制，与负载RL无关（实际上要求RL为有限值）。

其电路模型如图4-1（a）所示。

转移电导为：

g＝i2/u1=1/R1

（3）电流控制电压源（CCVS）

电流控制电压源电路如图4-5所示。

由运算放大器的特性1可知：

u_=u+=O，u2=RiR由运算放大器的特性2可知：

iR=i1//代入上式，得：

u2=Ri1即输出电压u2受输入电流i1的控制。

其电路模型如图4-l（b）所示。

转移电阻r=u2/i1=R

二．实验设备

1．直流数字电表、直流数字毫安表

2．恒压源

3．恒流源（0-50OmA可调）

4．EEL-31组件或EEL-54组件

四．实验任务

1测试电压控制电流源（VCCS）特性

实验电路如图4-8所示，图中．U1用恒压源的可调电压一输出端，R1=10kΩ，RL=2kΩ。

（用电阻箱）。

（l）测试VCCS的转移特性I2=f（U1）

调节恒压源输出电压U1（以电压表读数为准），用电流表测量对应的输出电流I2，将数据记入表4-1中。

表4—1VCCS的转移特性数据

U1/V

0.5

1.5

2.5

3.5

I2/mA

-0.04

-0.09

-0.14

-0.19

-0.24

-0.29

-0.34

-0.39

（2）测试VCCS的负载特性

保持U1=2V，负载电阻RL用电阻箱，并调节其大小，用电流表测量对应的输出电流I2，将数据记入表4-2

表4-4VCVS的负载特性数据

R1/kΩ

0.3

0.2

0.51

I2/mA

-0.19

2．测试电流控制电压源（CCVS）特性

实验电路如图4-9所示，图中，I1用恒流源，Rl=10kΩ,RL=2kΩ（用电阻箱）。

（1）测试CCVS的转移特性U2=f（U1）调节恒流源输出电流I1（以电流表读数为准），用电压表测量对应的输出电压U2，将数据记入表4-3中。

I1/mA

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.4

U2/V

-0.68

-1.36

-2.04

-2.71

-3.39

-4.07

-5.42

（2）测试CCVS的负载特性

保持I1=0.2mA，负载电阻RL用电阻箱，并调节其大小，用电压表测量对应的输出电压U2,将数据记入表4-4中。

R1/Ω

100

300

200

500

510

10k

U2/v

-1.22

-2.71

-2..71

-2.71

五．实验注意事项

1．用恒流源供电的实验中，不允许恒流源开路;

2．运算放大器输出端不能与地短路,输入端电压不宜过高（小于5V）。

六．预习与思考

1．受控源是向外电路提供的电压或电流是受其它支路的电压或电流控制的电路元件。

2．g是指转移电导r指转移电阻都是用被控制量除控制量得到的

七．实验报告分析

1．g=I2/U1=0.1r=U2/I1=13.3

2．g受输入电流影响，随着输入电流成比例增大，r受输入电压和RL的影响随着电压成比例变化，当RL较小时会有影响。

3.（3）．变化因为控制量和被控制量的比是个常量

（4）．由VCCS到VCVS时将U2端点有RL两端改为RL和R1两端，由CCVS到CCCS时在原先U2处加两个电阻，把电阻R的一端连向两电阻之间U2改为靠近放大器的一端电阻的电压。

4．受控源分为电压控制电压源（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）是可以固定某一量的器件，，它所输出的大小与控制量有关。

实验六交流串联电路的研究

一．实验目的

1．学会使用交流数字仪表（电压表、电流表、功率表）和自耦调压器；

2．学习用交流数字仪表测量交流电路的电压、电流和功率；

3．学会用交流数字仪表测定交流电路参数的方法；

4．加深对阻抗、阻抗角及相位差等概念灼理解。

二．原理说明

正弦交流电路中各个元件的参数值，可以用交流电压表、交流电流表及功率表，分别测量出元件两端的电压U，流过该元件的电流I和它所消耗的功率P，然后通过计算得到所求的各值，这种方法称为三表法，是用来汉量50Hz交流电路参数的基本方法．计算的基本公式为：

电阻元件的电阻：

R=UR/I或R=P/I2

电感元件的感抗：

XL=UL/I电感L=XL/2πf

本次试验的电阻元件是白炽灯（非线性电阻）。

电感线圈用镇流器，由于镇流器线圈的金属导线具有一定电阻，因而，镇流器可以由电感和电阻相串联来表示。

电容器一般可认为是理想的电容元件。

在R、L、C串联电路中，各元件电压之间存在相位差，电源电压应等于各元件电压的相量和，而不能用它们的有效值直接相加。

电路功率用功率表测量，（功率表又称为瓦特表）是一种电动式仪表，其中电流线圈与负载串联，（具有两个电流线圈，可串联或并联，以便得到两个电流量程）,

而电压线圈与电源并联，电流线圈和电压线圈的同名端（标有*号端）必须连在一起，如图6-l所示。

本实验使用数字式功率表，连接方法与电动式功率表相同，电压、电流量程分别选450V和3A。

三．实验设备

1．交流电压表、电流表、功率表

2．自耦调压器（输出可调的交流电压）

3.EEL-17组件（含白炽灯220v、40W，日光灯30W、镇流器，电容器4µF、2µF/400V）

四．实验内容

实验电路如图6一2所示，功率表的连接方法见图6-1，交流电源经自耦调压器调服后向负载Z供电

1．测量白炽灯的电阻

图6-2电路中的Z为一个220V、40W的白炽灯，用自耦调压器调压，使U为220V,（用电压表测量），并测量电流和功率，记入自拟的数据表格中。

将电压右调到11OV，重复上述实验

2．测量电感器的感抗

将电感也白炽灯串联后按上面步骤重复实验

五．实验注意事项

1．通常，功率表不单独使用，要有电压表和电流表监测，使电压表和电流表的读数不超过功率表电压和电流的量限；

2．注意功率表的正确接线，上电前必须经指导教师检查；

3．自耦调压器在接通电源前，应将其手柄置在零位上，调节时，使其输出电压从零升始逐渐升高。

每次改接实验负载或实验完毕．都必须先将其旋柄慢慢调回零位，再断电源。

必须严格遵守这一安全操作规程。

六．预习与思考题

1．

元件

U/V

I/A

P/W

白炽灯

220

0.177

38.11

110

0.128

13.73

白炽灯和电感串联

220

0.135

21.58

110

0.079

4.38

2．220V时R=P/I2=1216.4Ω,XL=P/I2-R=32.3Ω

110V时R=P/I2=838.0Ω,XL=P/I2-R=13.6Ω测量

实验8三相电路电压、电流

一．实验目的

1．练习三相负载的星形联接和三角形联接；

2．了解三相电路线电压与相电压，线电流与相电流之间的关系；

3．了解三相四线制供电系统中，中线的作用；

4．观察线路故障时的情况。

二．原理说明

电源用三相四线制向负载供电，相负载可接成星形（又称‘Y’形）或三角形、又称‘△’形）。

当相对称负载作‘Y’形联接时，线电压UL时相当于相电压UP的31\2倍，线电流IL等于相电流IP，即：

UL=3½UP,IL=IP,流过中线的电流IN=0。

不对称三相负载做星形联接时，中线必须牢固联接，以保证三相不称负载的每相电压等于电源的相电压。

若中线断开，会导致三相负载电压的不对称，致使负载轻的那相电压过高，使负载遭受损坏，负载重的相电压又过低，使负载不能正常工作；对于入对称负载作三角形联接时IL≠3½IP,但只要电源的线电压UL对称，对各相负载工作没有影响。

本实验中，用三相调压器调压输出作为三相交流电源，用三组自织灯作为三相负载，线电流、相电流、中线电流用电流插头和插座测量。

三．实验设备

1．三相交流电源2．交流电压表、电流表

3．EEL-

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