电路标准实验报告.docx

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电路标准实验报告

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实验一元件特性的示波测量法

一、实验目的

1、学习用示波器测量正弦信号的相位差。

2、学习用示波器测量电压、电流、磁链、电荷等电路的基本变量

3、掌握元件特性的示波测量法，加深对元件特性的理解。

二、实验任务

1、用直接测量法和李萨如图形法测量移相器的相移即实验原理图如图

5-6示。

2、图5-3接线，测量下列电阻元件的电流、电压波形及相应的伏安特性曲线（电源频率在100Hz~1000Hz内）：

（1）线性电阻元件（阻值自选）

（2）给定非线性电阻元件（测量电压范围由指导教师给定）电路如图5-7

3、按图5-4接线，测量电容元件的库伏特性曲线。

4、测量线性电感线圈的韦安特性曲线，电路如图5-5

5、测量非线性电感线圈的韦安特性曲线，电源通过电源变压器供给，电路如图5-8所示。

图5-7图5-8

这里，电源变压器的副边没有保护接地，示波器的公共点可以选图示接地点，以减少误差。

三、思考题

1、元件的特性曲线在示波器荧光屏上是如何形成的，试以线性电阻为例加以说明。

答：

利用示波器的X-Y方式，此时锯齿波信号被切断，X轴输入电阻的电流信号，经放大后加至水平偏转板。

Y轴输入电阻两端的电压信号经放大后加至垂直偏转板，荧屏上呈现的是ux,uY的合成的图形。

即电流电压的伏安特性曲线。

3、为什么用示波器测量电路中电流要加取样电阻r，说明对r的阻值有何要求？

答：

因为示波器不识别电流信号，只识别电压信号。

所以要把电流信号转化为电压信号，而电阻上的电流、电压信号是同相的，只相差r倍。

r的阻值尽可能小，减少对电路的影响。

一般取1-9Ω。

四、实验结果

1．电阻元件输入输出波形及伏安特性

2．二极管元件输入输出波形及伏安特性

实验二基尔霍夫定律、叠加定理的验证

和线性有源一端口网络等效参数的测定

一、实验目的

1、加深对基尔霍夫定律、叠加定理和戴维南定理的内容和使用范围的理解。

2、学习线性有源一端口网络等效电路参数的测量方法

3、学习自拟实验方案，合理设计电路和正确选用元件、设备、提高分析问题和解决问题的能力

二、实验原理

1、基尔霍夫定律：

基尔霍夫定律是电路普遍适用的基本定律。

无论是线性电路还是非线性电路，无论是非时变电路还是时变电路，在任一时刻流进流出节点的电流代数和为零。

沿闭合回路的电压降代数和为零。

2、叠加定理

在线性电路中每一个元件的电位或电压可以看成每一个独立源单独作用于电路时，在该元件上所产生的电流或电压的代数和。

叠加定理只适用于线性电路中的电压和电流。

功率是不能叠加的。

3、戴维南定理

戴维南定理是指任何一个线性有源一端口网络，总可以用一个电压源与电阻串联的有源支路来代替，电压等于该网络的开路电压Uoc，而电阻等于该网络所有独立源为零时端口等效电阻Req

4、测量线性有源一端口网络等效参数的方法介绍

（1）线性有源一端口的开路电压及短路电流的测量

用电压表、电流表直接测出开路电压或短路电流。

由于电压表及电流表的内阻会影响测量结果，为了减少测量的误差，尽可能选用高内阻的电压表和低内阻的电流表，若仪表的内阻已知，则可以在测量结果中引入相应的校正值，以免由于仪表内阻的存在而引起的方法误差。

（2）线性有源一端口网络等效电阻的测量方法

1）线性有源一端口网络的开路及短路电流，则等效电阻为这种方法比较简便。

但是，对于不允许将外部电路直接短路或开路的网络（例如有可能因短路电流过大而损坏内部的器件），不能采用此法。

2）若被测网络的结构已知，可先将线性有源一端口网络中的所有独立电源置零，然后采用测量直流电阻的方法测量

（3）用组合测量法求，

测量线路如图1-1所示。

在被测网络端口接一可变电阻，测得两端的电压U1和的电流I1后，改变电阻值，测得相应的U2、I2，则可列出方程组

解得：

图1--1

根据测量时电压表、电流表的接法可知，电压表内阻对解得的没有影响，但解得的中包含了电流表的内阻，所以实际的等效电阻值只要从解得的中减去即可。

由上可知，此法比起其它方法有消除电压表内阻影响及很容易对电流表内阻影响进行修正的特点。

同时它又适用于不允许将网络端口直接短路和开路的网络。

（4）.参考方向

无论是应用网络定理分析电路还是进行实验测量，都要先假定电压和

电流的参考方向，只有这样才能确定电压和电流是正值还是负值。

如图1-2，如何测量该支路的电压U？

首先假定一个电压降的方向，设U

的压降方向为从A到B这是电压U的参考方向。

将电压表的正极和负极图1—2

分别与A端和B端相联，若电压表指针正偏则读数取正，说明参考方向

和真实方向一致；反之电压表读数为负，说明参考方向和真实方向相反。

三、实验任务

（一）基尔霍夫定律和叠加定理的验证

1、根据图1-3实验原理电路图接线，并按标出每个支路电流参考方向和电阻压降的正负号，将理论计算值填入表1-1中

图1—3叠加定理实验原理电路图

表1-1

Us1单独

作用

Us2单独

作用

叠加后

电流、电压

Us1、Us2

共同作用

单位

（mA）

理论

计算

37.3

-16.0

21.3

-24.0

36.0

12.0

13.3

33.3

13.3

20.0

33.0

测量

结果

37.0

-15.8

21.0

-23.8

36.0

11.9

13.2

20.2

32.9

13.0

20.0

33.0

单位（V）

理论

计算

2.80

-3.20

3.20

-1.80

7.20

1.80

1.00

4.00

5.00

1.00

4.00

5.00

测量

结果

2.70

-3.13

3.13

-1.75

7.10

1.75

0.95

3.97

4.88

0.96

3.98

4.93

*小灯泡测量

结果

=57.5

=1.20

=37.0

=0.40

+=94.5

+=1.60

=82.0

=2.30

四、思考题

1、如果不标出每个支路电流电压参考方向，从理论计算和实验测量能否得出正确的结论？

为什么？

答：

不能得出正确结论。

因为进行理论计算的第一步就是确定每条支路的参考方向，这是进行理论计算的基础，不确定参考方向理论计算就无法进行；在实验测量中，如果不标出支路的参考方向，就不能确定测出数据的正负，从而无法判别支路电流电压实际方向，不能得出正确数据。

2、如图1-3电路图，并将电阻R3改接二极管2CZ82F，实验结果是二极管支路电流和电压降不符合叠加定理，还是所有支路电流和电压均不符合叠加定理？

答：

所有支路电流和电压均不符合叠加定理。

3、用C31-V直流电压表和MF18万用表电压档测开路电压，哪个值更接近于理论值，为什么？

答：

用MF18测量更接近于理论值。

因为MF18的内阻大于C31-V的内阻，所以用MF18测量电压对于外电路的影响比C31-V小。

实验三交流参数的测定及功率因数的提高

一、实验目的

1、加深理解正弦交流电路中电压和电流的相量概念。

2、学习单相交流电路的电流、电压、功率的测量方法。

3、学习用交流电流表，交流电压表、功率表、单相调压器测量元件的交流等效参数。

4、了解并联电容提高感性负载功率因数的原理与方法

二、实验任务

1、分别测量电阻R、电感元件L，电容C的交流参数，接线如图3-33。

图3-3

2、分别测量R、L，C及电容与电感串联，并联时的等效的阻抗，并用实验的方法判别阻抗性质

3、现有电流表、电压表和滑线变阻器、调压器，如何用实验的方法测试某电感线圈的等效参数，设计出实验方案及电路图。

4、实验方法及要求

按图3-3接线，检查无误后通电，先接通SW4，调电压慢慢上升使电源表读数为0.5A，注意读电流时，电压表，功率表开关要断开，（这三个表在读数时要分别读。

）再接通电压表读出电压值，记下此时的电压值，以这个值为基准不变，保持不变，以后调节电阻值使调电容值使，接通功率表分别读出三个元件的功率值；保持电压不变，再测出3个并联电路的电压和电流值，以及功率值，

三、实验数据

被测元件

测得值

计算值

U（V）

I（A）

P（W）

|Z|（Ω）

R（Ω）

X（Ω）

L（H）

C（F）

电容

0.5

0.240

0.005

194

0.96

193..99

1.642µF

电感

0.5

12.34

0.254

194

49.36

187.615

0.597

0.5

49.94

1.03

194

R||L

（R串L）

0.790

62.0

0.809

122.78

99..34

72.156

0.23

R||C

（R串C）

0.71

50.67

0.735

136.62

100..52

92..52

34.4µF

R||L||C

0.64

61.65

0.993

151..56

150．5

17.89

2、电路功率因数提高的研究

（1）按自己设计的电路图接线，数据表据自拟，测出C=0时，UL、UR、I、PL、PR及总功率、计算负载端的。

（2）依次增加电容C值，使电路负载端的功率因数逐步提高，直至电路呈容性为止，测出不同C值时的U、I、P计算。

（3）测出=1时的电容值。

记录表格功率表Um=300VIm=0.5ACW=0.2（w/格）r=7.36Ω

基本电路测量值U=218（V）U镇=198（V）U灯=61（V）结论：

C（μF）

I（A）

IL（A）

IC（A）

U（V）

P（W）

P表损（W）

P实际（W）

0.340

0.000

218

25.8

0.85

25.0

0.34

0.230

0.340

0.135

218

26.0

0.39

25.6

0.51

4.47（谐振）

0.155

0.340

0.330

218

26.0

0.18

25.8

0.76

0.195

0.340

0.430

218

26.3

0.28

26.0

0.61

0.325

0.340

0.580

218

27.2

0.78

26.4

0.37

四、思考题

1、实验时，若单相调压器原边和副边接反，会发生了什么情况，为什么？

答：

原边和副边接反会使调压器烧毁。

2、用三表法测参数，为什么在被测元件两端并接试验电容可以判断元件的性质，用相量图说明。

答：

并接电容后，总电流会发生变化，如果电流变大则说明是感性，电流变小则说明是容性。

3、测元件Z所消耗的有功功率，试判别下图中功率表的指针是正偏还是反偏，接法正确吗？

（a）（b）（c）（d）

图3-5

答：

（a）图反偏，（b）图正偏，（c）图正偏，（d）图正偏。

（a）（b）图正确，（c）（d）图不正确。

4、感性负载的功率因数用并联电容的办法而不用串联的办法？

答：

电路并联电容后，可以使总支路上的电流减小，从而减小视在功率，而不影响感性负载的正常工作即感性负载所消耗的有功功率不变。

如果采用串联电容，当两端电压不变的情况下，感性负载两端电压会发生变化，而回路中的电流随着电容的增大而增大，当容抗和感抗相抵消时，回路中的电流最大，这样，视在功率是增大的，负载消耗的有功功率也增大，所以串联电容不能有效地提高功率因数。

答：

用电容实现功率因数的提高是利用了在交流电路中电容两端电流相位超前电压900的特性，在感性电路中串联电容，电流受到电感的影响不能超前电压900。

实验四一阶电路的响应

一、实验目的

1、学习用示波器观察和分析动态电路的过渡过程。

2、学习用示波器测量一阶电路的时间常数。

3、研究一阶电路阶跃响应和方波响应的基本规律和特点。

4、研究RC微分电路和积分电路

二、实验任务

1、研究RC电路的零输入响应与零状态响应和全响应

实验电路如图6-8所示。

为直流电压源，r为初始值的充电电阻。

开关首先置于位置2，当电容器电压为零以后，开关由位置2转到位置1，即可用示波器观察到零状态响应波形；电路达到稳态以后，记录下电路到达稳态的时间。

开关再由位置1转到位置2，即可观察到零输入响应的波形。

在R、C两端分别观察零输入响应和零状态响应时和的波形。

分别改变R、C的数值观察零输入响应和零状态响应时，和的波形的变化情况。

观测全响应时，取Us1分别为2V,10V,12V.接线时注意电源极性,在Us分别大于、小于、等于Us1三种情况下，观察uc（t）的波形，注意不能同时将K和K1投向电源。

图6-8观察RC电路响应的实验电路

2、按要求设计一个微积分分器电路。

（电容值选在之间）

三、实验数据

1．电容器充放电实验数据记录

时间（秒）

100

200

充电电压（V）

6.27

8.61

9.42

9.7

9.86

9.91

9.93

放电电压（V）

3.57

1.32

0.5

0.16

0.08

0.02

0.01

2．描录RC微分电路和RC积分电路的输入，输出波形，并计论构成上述两种电路的条件。

图9-9RC微分电路的输入输出波形

图9-10RC积分电路的输入输出波形

实验五　　二阶电路的响应

一、实验目的

1、研究RLC串联电路响应的模式及其元件参数的关系

2、学习用示波器测量衰减振荡角频率和衰减系数

3、观察分析各种响应模式的状态轨迹

4、初步了解二阶电路的设计方法

二、实验任务

1、研究RLC串联电路的零输入零状态响应，电路如图7-4改变R的阻值，观察过阻尼、欠阻尼情况下的零输入，零状态响应，画出波形。

2、按预习要求设计的电路连接线路，观察并描绘经过阻尼欠阻尼情况下的方波响应及相应的状态轨迹。

并测量欠阻尼情况下的振荡角频率和衰减系数。

3、通过实验观测欠阻尼RLC电路的电流经过多长时间衰减为零，可近似测定阻尼因子。

电流衰减为零的时间大约等于5倍的时间常数。

一倍的时间ωo常数可由下式求出：

τ=1/α

欠阻尼RLC电路的阻尼因子趋近于零时的振荡频率等于谐振频率ωo，，欠阻尼RLC电路的振荡频率ω用下式计算

4、在电子工作平台上建立如图7-4的实验电路，用信号发生器和示波器对该电路进行动态分析。

A、根据元件参数计算出相应的衰减因子α和谐振频率ωo，改变电阻值计算出新的衰减因子α，观测并画出电阻电压随时间变化的曲线，标明电流衰减到零的时间，并近似计算出电流衰减到零的时间。

根据新的衰减因子α和谐振频率ωo计算欠阻尼RLC电路的电流曲线图的振荡频率ω。

B、改变电容值，根据新的元件值计算出新的谐振频率ωo，观测并画出电阻电压随时间变化的曲线o并根据新的衰减因子α和新的谐振频率ωo，计算欠阻尼RLC电路的电流曲线图的新的振荡频率ω。

三、实验报告要求

1、在坐标纸上画出的过阻尼欠阻尼情况下的波形

2、描绘两种阻尼情况下的状态轨迹，并用箭头表明轨迹运动方向。

3、列出设计的参数设计值的实验值。

4、整理实验数据并与理论值比较，回答思考题1、2，并注意在实验中观察验证。

四、思考题

1、在激励电源发生跃变瞬间，一阶RC串联电路中的电流和二阶RLC串联电路的过阻尼情况下的电流有何质的区别，如何在波形上加以体观？

2、从方波响应，当RLC串联电路处于过阻尼情况时，若减少回路电阻，iL衰减到零的时间变长还是变短，当电路处于欠阻尼情况下，若增加回路电阻，振荡幅变慢还是变快？

答：

减小电阻，，iL衰减到零的时间变长。

当电路处于欠阻尼情况下，若增加回路电阻，振荡幅变慢。

3、R的阻值的增加对衰减因子α有何影响？

R的阻值的增加对RLC电路的电流曲线图有何影响？

答：

R的阻值的增加，衰减因子α也增加，电路的电流曲线图衰减时间变快，振荡加快。

4、C的容量的增加对欠阻尼RLC电路的振荡频率有何影响？

答：

欠阻尼RLC电路的振荡频率减小。

实验六串联谐振电路

一、实验目的

1、加深对串联谐振电路特性的理解

2、学习测定RLC串联谐振电路的频率特性曲线

二、实验任务

1、自己设计实验线路及参数。

2、测量串联电路在.25时电流幅度特性和、的频率特性曲线。

3、改变的数值，使Q=12.5，保持数值不变，重复上述实验。

4．测量串联电路在Q=2.25时的相频特性。

三、实验报告要求

1、根据实验数据，在坐标纸上绘出不同Q值下的串联谐振电路的通用曲线以及Uc、UL的频率特性曲线，分别与理论值进行比较，并作简略分析。

表格：

U=500mVL50mH（53.59mH）rL12Ω（12.91Ω）C1μF（0.9779μF）

f（Hz）

200

400

600

fc=640

fo=705

fL=770

900

1200

2fo

226

750

895

1040

1080

920

700

640

540

690

1040

1080

1030

885

560

240

160

168

375

420

440

415

310

174

135

125

185

292

185

f/f0（100Ω）

0.28

0.567

0.85

0.91

1.00

1.09

1.28

1.70

2.00

（mA）

0.66

1.68

3.75

4.20

4.40

4.15

3.10

1.74

1.35

（mA）

0.65

1.80

6.25

9.25

14.6

9.25

4.05

1.90

1.40

I/I0（100Ω）

0.15

0.35

0.85

0.95

1.00

0.94

0.70

0.40

0.31

I/I0（20Ω）

0.04

0.12

0.43

0.63

1.00

0.63

0.27

0.13

0.10

2、通过实验总结RLC串联谐振电路的主要特点。

作出在两种电容情况下的电流谐振曲线；

⑴C=0.1uF时

⑵C=0.01uF时

2．比较上述两种曲线的特点；

答：

⑴电容越小，谐振频率越大；

⑵电容越小，电流谐振曲线越尖，越大

四．思考题

1、当RLC串联电路发生谐振时，是否有UR=US和UC=UL？

若关系不成立，试分析其原因。

答：

这两个关系式都成立。

2、可以用哪些实验方法判别电路处于谐振状态？

答：

当电路处于谐振状态是整个电路阻抗最小，电流最大，可以通过电流的变化趋势得出何时处于谐振状态；也可以用示波器观察C、L两端电压相位，通过李萨如图形分析。

3、在测试电路频率特性时，信号源输出电压会随着频率的变化而变化，为什么？

答：

因为信号源有内阻，当外接负载后，负载的阻抗随着频率的变化而变化，则回路中的电流也随着频率的变化而变化，内阻上压降也随着频率的变化而变化，所以信号源输出电压会随着频率的变化而变化。

4、电阻值的变化对谐振频率和带宽的影响？

答：

电阻变化对谐振频率没有影响；电阻增大带宽减小，反之增大。

5、串联谐振电路的阻抗随频率的是如何变化的？

答：

频率从小到大变化阻抗从大变小再从小变大，阻抗最小点就是谐振发生时。

实验七互感的研究

一、实验目的

1、加深对互感电路概念的理解

2、学习耦合线圈同名端的判断方法

2、学习耦合线圈互感系数、耦合系数的测量方法

二、实验任务

（一）、判别耦合线圈的同名端

1．直流通断法实验电路如图1-38，按图接线后，合上开关的瞬间，观察并记录实验现象，写出判别结论。

图9-2

2．电流大小法

根据等效电感的思路，自拟实验电路，通过改变线圈的不同接法（同名端相连和异名端相连），测出回路中电流的值，比较两次电流值的大小，判别线圈的同名端。

注意保持电压值不变，取U=5~10V

3．电压高低法

根据等效电感的思路，自拟实验电路，通过比较端口电压值的不同，判别线圈的同名端。

（二）测量线圈互感M

1．等效电感法

用三表法或交流电桥测出两个耦合线圈正向和反向串联时的等效电感，则互感

M=L正-L负/4

2．次级开路法

如图9-3电路，当电压表内阻足够大，则有

U2=ωM21I1U1=ωM12I2

M21=U2/ωI1M12=U1/ωI2

（1）

耦合系数可由下式计算：

k=M/（L1L2）1/2

图9-3图9-4

按图9-3接线，调电源频率为1000Hz，测电阻上的电压为1V，然后测量U20；；以同样的条件L2接电源，保证电阻上的电压为1V，测量U10。

将U10U20代入上式

（1）即可求出M。

3．正反向串联法

按图9-4接线，调电源频率为1000Hz，调节电源电压使得UR=1V，测量U1、U2、U12；将线圈对角线连线，调节电源电压使得UR=1V，再测量U1、U2、U12，记录测量的数据。

则正接U12=ωL1I+ωL2I+2MωI

反接U12=ωL1I+ωL2I-2MωI

M=U12（正接）-U12（反接）/4Ωi

由上述实验值计算L1L2的值：

正接：

U12=r1İ+jωL1İ+jωM≈jω（L1+M）İU1=ω（L1+M）İ

反接：

U12=r2İ+jωL2İ+jωM≈jω（L2+M）İU2=ω（L2+M）İ

当条件为f=1000HzI=1/1000（A）时

则L1≈U1正/ωI-ML2≈U2正/ωI-M

（三）耦合系数大小的研究

按图1-41实验电路接线，测量记录两个线圈在平行靠紧、垂直靠紧时的U20值，计算M值，分析K值大小，并观察平行拉开和垂直拉开以及任意位置时的U20值的变化情况，从而可知M值和K值的变化情况。

图1-41

三、数据表格

电流大小法：

（a）I=123mA接法：

反接（b）I=40mA接法：

顺接

电压高低法

（a）U1=1VU2=1.9VU0=2.9V接法：

顺接

（b）U1=1VU2=1.85VU0=0.8V接法：

顺接

次级开路法

UR（V）

f（Hz）

U20或U10（V）

M（mH）

L1接电源

1000

0.59

93.9

L2接电源

1000

0.59

93.9

改变频率

2000

1.22

97.0

正、反向串联法

测量值

计算值

UR（V）

U1（V）

U2（V）

U12（V）

M（mH）

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