XXXX1230修改电路与模拟电子技术实验指导书.docx

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XXXX1230修改电路与模拟电子技术实验指导书

电路与模拟电子技术

实验指导书

王凤歌

（修改于2011.12.30）

实验一直流网络定理

一、实验目的

1、加深对基尔霍夫和迭加原理的内容和适用范围的理解。

2、用实验方法验证戴维南定理的正确性。

3、学习线性含源一端口网络等效电路参数的测量方法。

4、验证功率输出最大条件。

二、实验属性（验证性）

三、实验仪器设备及器材

1、电工实验装置（DG011T、DY031T、DG053T）

2、电阻箱

四、实验要求

1.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。

2.防止电源两端碰线短路。

3.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时的“+、－”极性。

倘若不换接极性，则电表指针可能反偏（电流为负值时），此时必须调换电流表极性，重新测量，此时指针可正偏，但读得的电流值必须冠以负号。

4.用电流插头测量各支路电流时，应注意仪表的极性，及数据表格中“+、－”号的记录。

五、实验原理

1、基尔霍夫定律是集总电路的基本定律。

它包括电流定律和电压定律。

基尔霍夫电流定律：

在集总电路中，任何时刻，对任一节点，所有支路电流的代数和恒等于零。

即

I=0

基尔霍夫电压定律：

在集总电路中，任何时刻，沿任一回路内所有支路或元件电压的代数和恒等于零。

即

U=0

2、迭加原理是线性电路的一个重要定理。

独立电源称为激励，由它引起的支路电压、电流称为响应，则迭加原理可简述为：

在任意线性网络中，多个激励同时作用时，总的响应等于每个激励单独作用时引起的响应之和。

3、戴维南定理指出，任何一个线性含源一端口网络，对外部电路而言，总可以用一

个理想电压源和电阻相串联的有源支路来代替，如图1-1所示，其理想电压源的电压等于原网络端口的开路电压UOC，其电阻等于原网络中所有独立电源为零值时的入端等效电阻R0。

图1-1

4、对于已知的线性含源一端口网络，其入端等效电阻R0可以从原网络计算得出，也可以通过实验手段测出。

下面介绍几种测量方法。

（1）由戴维南定理和诺顿定理可知

因此，只要测出含源一端口网络的开路电压UOC，和短路电流ISC，R0就可得出，这种方法最简便。

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

（2）测出含源一端口网络的开路电压UOC以后，在端口处接一负载电阻RL，然后再测出负载电阻的端电压URL，因

则入端等效电阻为

（3）令有源一端口网络的所有独立电源置零，然后在端口处加一给定电压U，测得入口的电流I（如图1-2a所示），则

也可以在端口处接入给定电流源I′，测得端口电压U′（如图1-2b所示），则

图1-2a图1-2b

5、一个含有内阻r0的电源给RL供电，其功率为

为求得从电源中获得最大功率的最佳值，我们可以将功率P对RL求导，并令其导数等于零，解得：

于是解得RL=R0

则得最大功率：

由此可知：

负载电阻RL从电源中获得最大功率条件是负载电阻RL等于电源内阻R0。

六、实验步骤

1、验证基尔霍夫定律

按图1-3接线，其中I1、I2、I3是电流插口，K、Z是双刀双掷开关。

图1-3

先将K、Z合向短路一边，调节稳压电源，使US1=10V，US2=6V，再把K、Z合向电源一边。

测得各支路电流、电压，将数据记录于表2-1中。

表1-1

I1（mA）

I2（mA）

I3（mA）

验证∑I=

Uab

Ubc

Ubd

Uda

Ucd

回路abcda

回路abda

2、验证迭加原理

实验电路如图1-4。

首先把Z掷向短路线一边，K掷向电源一边，测得各电流、电压记录于表1-2中。

图1-4

实验电路如图1-5.再把K掷向短路线一边，Z掷向电源一边，测得各电流、电压记录于表1-2中。

图1-5

两电源共同作用时的数据在实验内容1中取。

表1-2

I1（mA）

I2（mA）

I3（mA）

Uab（V）

Ubc（V）

Ubd（V）

US1单独作用时

US2单独作用时

US1、US2共同作用时

验证迭加原理

3、测定线性含源一端口网络的外特性（既伏安特性）U=f（I）。

按图1-6接线，改变电阻RL值，测量对应的电流和电压值，数据填在表1-3内。

根据测量结果，求出对应于戴维南等效参数UOC、ISC。

其中R1=200Ω、R2=300Ω、R3=510Ω、US=10V

表1-3

RL（Ω）

0

100

200

300

500

700

800

∞

I（mA）

U（V）

图1-6

4、利用实验原理介绍的方法求R0=

，数据在实验内容3中取。

5、将Uoc和R0构成戴维南等效电路测量其外特性U=f（I）。

数据填入表1-4中。

图1-7

表1-4

RL（Ω）

0

100

200

300

500

700

800

∞

I（mA）

U（V）

6、最大功率输出条件的验证

i.根据1-4中数据计算并绘制功率随变化的曲线，既P=f（RL）。

ii.观察P=f（RL）曲线，验证功率输出最大条件是否正确。

七、思考题

1、叠加原理中E1、E2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（E1或E2）置零（短接）？

2、实验电路中，若有一个电阻器改为二极管，试问叠加原理的迭加性与齐次性还成立吗?

为什么？

八、实验报告

1.根据实验数据，选定实验电路中的任一个节点，验证KCL的正确性。

2.根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证KVL的正确性。

3.根据实验数据表格，进行分析、比较，归纳。

总结实验结论，即验证线性电路的叠加性与齐次性。

4.各电阻器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，进行计算并作结论。

5、根据实验内容3和5的测量结果，在同一坐标纸上做它们的外特性曲线。

6、心得体会及其他。

EWB仿真实验

（1）、验证基尔霍夫定律

（2）、验证迭加原理

（3）、测定线性含源一端口网络的外特性（既伏安特性）U=f（I）。

（4）、利用（五、实验原理介绍的方法）求R0，

1）由戴维南定律和诺顿定律可知：

R0=

2）、测出含源一端口网络的开路电压UOC以后，在端口处接一负载电阻RL，然后再测出负载电阻的端电压URL，因

URL=

•RL

则入端等效电阻为

=（7.183/4.621-1）800=443.5

3）、令有源一端口网络的所有独立电源置零，然后在端口处加一给定电压U，测得入口的电流I，则

R0=

=6/13.52=443.7

4）、上述内容测得的等效参数选电阻R0构成戴维南等效电路,测量其外特性

U′=f（I′）。

实验二日光灯交流电路的研究

一、实验目的

1、学习功率表的使用。

2、学习通过U、I、P的测量计算交流电路的参数。

3、学习如何提高功率因数。

二、实验属性（验证性）

三、实验仪器设备及器材

电工实验装置：

（DG032T，DY02T，DG053T）

四、实验要求

1、本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。

2、线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好。

1、各支路电流都要接入电流插座。

五、实验原理

1、日光灯结构如图2-1所示，K闭合时，日光灯管不导电，全部电压加在启动器两触片之间，使启动器中氖气击穿，产生气体放电，此放电的一定热量使金属片受热膨胀与固定片接通，于是有电流通过日光灯管两端的灯丝和镇流器。

短时间后双金属片冷却收缩与固定片断开，电路中电流突然减小；根据电磁感应定律，这时镇流器两端产生一定的感应电动势，使日光灯管两端电压产生400V至500V高压，灯管气体电离，产生放电，日光灯

图2-1日光灯结构图图2-2日光灯电路模型图

点燃发亮。

日光灯点燃后，灯管两端电压降为100V左右，这时由于镇流器的限流作用，灯管中电流不会过大。

同时并联在灯管两端的启动器，也因电压降低而不能放电，其触片保持断开状态。

日光灯点燃后，灯管相当于一个电阻R，镇流器可等效为一个小电阻RL和电感的串联，启动器断开，所以整个电路可等效为一R、L串联电路，其电路模型如图2-2所示。

六、实验步骤

1、测量交流参数

如图2-3接线（先不接电容C）。

注意：

功率表为智能型表，接线时可不考虑同名端。

图2-3日光灯电路

表2-1

U（V）

测量值

P（W）

I1（A）

U1（V）

U2（V）

cosϕ

220（以测量数据为准）

2、提高功率因数

并联电容C分别为1μf、3.2μf、13.2μf，令U=220V不变，将测试结果填入表2-2中。

表2-2

C

测量值

计算值

P（W）

I1（A）

I2（A）

Ic（A）

cosϕ

1μf

3.2μf

13.2μf

七、预习思考题

1.参阅课外资料，了解日光灯的启辉原理

2.在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时，人们常用一根导线将启 辉器的两端短接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮，或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？

3.为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？

4.提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？

所并的电容器是否越大越好？

八、实验报告

1.完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。

2.根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式的基霍夫 定律。

3.讨论改善电路功率因数的意义和方法。

4.装接日光灯的心得体会及其他。

EWB仿真实验

1、测量交流参数

2、提高功率因数

实验三三相负载的星形联结

一、实验目的

l、研究三相负载作星形联结时，在对称和不对称情况下线电压与相电压（或线电流和相电流）的关系。

2、比较三相供电方式中三线制和四线制的特点。

3、掌握三相交流电路功率的测量方法

二、实验属性：

验证性实验

三、实验仪器设备及器材

电工实验装置：

DG04T、DY012T、DG051T

四、实验要求

实验前些预习报告，凭预习报告参加实验。

熟悉三相负载星形联接方法。

实验中听从安排，正确使用仪表，记录测量数据，实验后根据要求认真书写实验报告。

五、实验原理

l、图3-1是星形联结三线制供电图。

当线路阻抗不计时，负载的线电压等于电源的线电压，若负载对称，则负载中性O′和电源中性点O之间的电压为零。

图3-1

其电压相量图如图3-2所示，此时负载的相电压对称，线电压U线和相电压U相满足

U线=

U相的关系。

若负载不对称，负载中性点O′和电源中性点O之间的电压不再为零，负载端的各项电压也就不再对称，其数值可由计算得出，或者通过实验测出。

2、位形图是电压相量图的一种特殊形式，其特点是图形上的点与电路图上的点一一对应。

图3-2是对应于图3-1星形联接三相电路的位形图。

图中，UAB代表电路中从A点到B点的电压相量，UA'B'代表电路中从A′点到O′点之间的电压相量。

在三相负载对称时，位形图中负载中性点O′与电源中性点O重合，负载不对称时，虽然线电压仍对称，但负载的相电压不再对称，负载中性点O′发生位移，如图3-3所示。

图3-2图3-3

1、在图3-1中，若把电源中性点和负载中性点间用中线联接起来，就成为三相四线制。

在负载对称时，中线电流等于零，其工作情况与三线制相同；负载不对称时，忽略线路阻抗，则负载端相电压仍然相对称，但这时中线电流不再为零，它可由计算方法或实验方法确定。

2、

图3-4

4、在三相四线制供电的星形联结负载，可以用一只表测量各相的有功功率，PA、PB、

PC．三相负载的总功率P=PA+PB+PC，既为三相功率之和，。

若三相负载为对称负载，那么只须测量其中一相的功率，总有功功率乘3即可。

线路如图3-5所示。

在三相三线制供电系统中，不论负载是否对称，也不论负载是星形接法还是三角形接法，均可用二表法测三相负载的总功率线路如图3-6所示。

二表法测量三相负载的总功率，不同性质的负载（电阻、电感、电容）对两功率表的读数有影响，例如当电压表与电流表的相位差角大于60º时，一只表为正，一只表为负，（若指针表反偏，须调整表的极性开关），读数计为负值，应按P=P1-P2计算三相功率。

六、实验内容

1、按图3-4接线。

三相电源接相电压220V，通过改变电灯数目来调负载，按表3-1的要求测量出各电压和电流值。

表3-1

待测数据

实验内容

UUV

UVW

UWU

UUX

UVY

UWZ

UON

IU

IV

IW

IN

负载

对称

有中线

无中线

负载

不对称

有中线

无中线

UX相

开路

有中线

无中线

（注：

UX相开路，负载不对称）

2、星形负载功率的测量

线路如图3-5所示，用三相交流电路的白炽灯做负载，星形联接时用一只瓦特表分别测各项负载的功率。

然后相加既得总功率。

若负载比较对称，则总功率为一相负载的3倍。

不对称负载时，如C相再并入一组白炽灯。

断开中线，即为三相三线制，此时可参考图3-6，用二表法测量三相负载的总功率。

数据填表3-2中。

表3-2

三表法

二表法

PA（W）

PB（W）

PC（W）

∑P（W）

P1W）

P2（（W）

∑P（W）

有中线

对称负载

不对称负载

无中线

对称负载

不对称负载

图3-5

图3-6

七、报告要求

1、按实验数据，总结说明负载星型联结时的特点。

2、根据实验结果，说明三相四线制供电时中线的作用。

3、简述三相功率的测量法。

EWB仿真实验

1）、按图3-4接线。

三相电源接线电压380V，通过改变电灯数目来调负载，按表10-1的要求测量出各电压和电流值。

2、有中线星形负载功率的测量

3、无中线星形负载功率的测量

实验四一阶电路的过渡过程

一、实验目的

1、研究RC电路在零输入、阶跃激励和方波激励情况下，响应的基本规律和特点。

2、学习用示波器观察分析电路的响应。

二、实验属性（验证性）

三、实验仪器设备及器材

电工实验装置：

DG011T、DY031T、DG053T、DY053T示波器

四、实验要求

1、预习时仔细阅读实验指导书，复习教材中的有关内容。

2、明确实验目的、任务和了解实验原理。

五、原理及说明

1、一阶RC电路对阶跃激励的零状态响应就是直流电源经电阻R向C充电。

对于图4-1所示的一阶电路，当t=0时开关由位置2转到位置1，由方程

t≥0

初始值UC（0-）=0

可以得出电容电压和电流随时间变化的规律：

t≥0

t≥0

上述式子表明，零状态响应是输入的线性函数。

其中τ=RC，具有时间的量纲，称为时间常数，它是反映电路过渡过程快慢程度的物理量。

τ越大，暂态响应所持续的时间越长即过渡过程时间越长。

反之，τ越小，过渡过程的时间越短。

2、电路在无激励情况下，由储能元件的初始状态引起的响应称为称为零输入响应，即电容器的初始电压经电阻R放电，在图4-1中，让开关K于位置1，始初始值UC（0-）=U0，再将开关K转到位置2。

电容器放电由方程

可以得出电容上的电压和电流随时间变化的规律：

t≥0

t≥0

图4-1

3、对于RC电路的方波响应，在电路的时间常数远小于方波周期时，可以视为零状态响应和零输入响应的多次过程。

方波的前沿相当于给电路一个阶跃输入，其响应就是零状态响应，方波的后沿相当于在电容具有初始值UC（0-）时把电源用短路置换，电路响应换成零输入响应。

由于方波是周期信号，可以用普通示波器显示出稳定的图形，以便于定量分析。

本实验采用的方波是信号的频率为1000赫兹。

六、实验步骤：

1、测定RC电路的电容充电过程。

按图4-2接线，先调节电源电压U=5V。

在开关K由2置于1时的瞬间开始用秒表计时，实验板上有秒表与5V电压表，使用时只须外接5V直流电源即可。

当电压表指示的电容电压UC达到表4-1中所规定的某一数值时，将开关置于2点（中间点），用秒表记下时间填在表4-1中，然后开关K置于1点，重复上述实验并记下各时间。

其中：

U=5VR=100KΩC=147F

图4-2

表4-1

UC（V）

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

充电时间t1（s）

2、测定RC电路的电容放电过程。

将电容充电至表中电压，按图4-2接线，电容电压为4.5V。

用秒表计时，在t=0时，将开关K置于3点，方法同上。

数据记在表4-2中。

表4-2

UC（V）

4.5

4

3.5

3

2.5

2

1.5

放电时间t2（s）

1、用示波器观察RC电路的方波响应

首先将方波发生器的电源接通使之产生方波，并将此方波输给示波器，调整示波器，使其能观察到合适的稳定方波形（可选幅值3至5V，频率1KHZ左右）。

按图4-3接线。

取不同的R和C。

如：

图4-3

（1）C=1000pFR=10KΩ

（2）C=1000pFR=100KΩ

（3）C=0.01FR=1KΩ

（4）C=0.01FR=100KΩ

用示波器观察UC（t）波形的变化情况并将其描绘下来。

七、报告要求

1、用坐标纸描绘出电容充电及放电过程。

2、把用示波器观察出的各种波形画在坐标纸上并做出必要说明。

EWB仿真实验

1）、测定RC电路的电容充电过程

2）、测定RC电路的电容放电过程

3）、用示波器观察RC电路的方波响应

（1）C=1000pFR=10KΩ

（2）C=1000pFR=100KΩ

（3）C=0.01FR=1KΩ

（4）C=0.01FR=100KΩ

实验五三机联用

一、实验目的

l、学习示波器的基本使用方法，掌握示波器主要旋钮的使用。

2、学习用示波器观察、测量信号的波形、周期及幅度。

二、实验属性：

验证性实验

三、实验仪器设备及器材

1、电工实验装置：

DY053T2、示波器3、毫伏表

四、实验要求

熟悉示波器、信号发生器和交流毫伏表的使用方法。

五、实验原理及说明

示波器种类很多，根据不同的使用方法与结构有许多种类型，例如：

单踪、双踪、四踪示波器，普通示波器，超低频、高频示波器等等。

示波器不仅可以在电测量方面被广泛应用，配上不同的传感器温度等等也广泛使用。

1、正弦信号的测量

正弦波的主要参数为周期或频率，用示波器可以观察其幅值（或峰峰值）。

通过示波器扫描时间旋钮（S／CM），也就是扫描时间选择开关的位置，可计算出其周期。

通过Y轴输入电压灵敏度（V／CM）选择开关的位置可以计算出峰峰值或有效值。

2、方波信号的测量

方波脉冲信号的主要波形参数为周期，脉冲宽度以及幅值。

同样，根据示波器的扫描时间与输入电压选择开关测量其上述参数。

六、实验步骤

本实验用普通示波器，测量正弦波与方波的信号。

正弦波：

正弦波主要参数如图5-1所示。

图中UP-P为峰-峰值，T为周期。

图4-1

图5-1

由函数发生器输出1V（有效值）频率为100Hz、1KHz的正弦波信号分别进行测量，将测量结果按标尺画出，并标明扫描时间与电压灵敏度旋钮的位置。

1、方波：

由函数发生器输出3V的方波信号，频率分别为1KHz、2KHz的信号，主要参数如图5－2所示。

图中P为脉宽、U为幅值、T为周期。

实验内容同上。

图5-2

七、报告要求

1、按示波器的标尺绘出观察的波形。

2、根据两主要旋钮的位置，计算周期与幅值。

实验六晶体管单级放大电路

一、实验目的

1、掌握静态工作点的测试及调整方法。

2、观察负载对电压放大倍数的影响。

3、学习输入电阻、输出电阻的测量方法。

4、观察静态工作点的改变对非线性失真的影响。

5、进一步熟悉毫伏表、示波器及信号发生器的使用方法。

二、实验属性：

验证性实验

三、实验仪器设备及器材

1、实验箱（台）2、示波器3、毫伏表4、数字万用表

三、预习要求

1.复习放大器的工作原理，估算放大电路的静态工作点，根据微变等效电路计算放大电路的输入电阻、输出电阻，空载和有负载时的电压放大倍数。

2.预习放大电路的动态和静态测试方法，ri和ro的测量方法和原理。

3．了解饱和失真和截止失真的形成原因及改变方法。

4．预习信号发生器及示波器的使用。

五、实验内容及步骤

实验前校准示波器，检查信号源。

1、测量并计算静态工作点

●按图6－1接线。

图6－1

●将输入端对地短路，调节电位器Rb2（在面板上标为W1，下同）使Vc=Ecc/2=6V，测静态工作点Vc、VE、VB。

及VRb1的数值，记入表6－1中。

●按下式计算IB、Ic，并记入表5－1中。

表6-1

调整Rb2

测量

计算

VC（V）

VE（V）

VB（V）

VRb1（V）

IC（mA）

IB（µA）

6

2、测量电压放大倍数及观察输入，输出电压相位关系。

在实验步骤1的基础上，把输入与地断开，接入f=1KHZ、V1=5mV的正弦信号，负载电阻分别为RL=2KΩ和RL=∞，用毫伏表测量输出