电路理论实验指导书电子信息工程学院.docx
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电路理论实验指导书电子信息工程学院
电路理论
实验指导书
前言
本书是根据高等教育出版社《电路》（第五版）的教学大纲和实验大纲要求编写的。
电路理论是一门很重要的技术基础课，它为从事电工领域的学习和工作打下坚实的基础，为今后开展电工领域的科学技术研究铺平道路。
电路理论的重要性不仅在于通过本课程的学习，学得电路原理的基本理论、基本概念和基本分析方法，更重要的还在于学习和掌握这些知识的同时，能够在思维上得到锻炼，在分析和解决问题的能力上得到培养和提高。
实验是《电路》课程的重要教学环节，目的在于验证理论、巩固理论，培养学生理论联系实际，解决实际问题的能力。
侧重于正确的选择仪器仪表，排除实验中的故障，正确地测取和处理数据，能够独立地编写实验报告，掌握实验的基本技能，合理地分析实验结果，培养学生认真、求实、严谨、协作的科学作风。
本指导书的编写是根据机电学院新进实验仪器编写，参阅了杭州天煌教仪厂配备的实验指导书。
本书共编写实验十五个，指导教师可根据实际情况选做，但至少选做八个。
前言………………………………………………..……….….….…….….…….….……...1
电路理论实验学生守则……………………..……..…..….…..…….…….……………..3
实验报告要求………………………………..…………………..…………..……………...4
实验基本功……………………………………………………………………………….....5
实验一基本电工仪表的使用与测量误差的计算………………………………………..7
实验二减小仪表测量误差的方法.......…………………….…………………….………..10
实验三验证性实验电路元件伏安特性的测绘….……………………….…………...13
实验四验证性实验基尔霍夫定律…………..…………………..……..……………...15
实验五验证性实验电压源与电流源的等效变换…………………………………..17
实验六验证性实验叠加原理的验证………………………………………………20
实验七设计性实验最大功率传输（戴维南定理）………………..…..…………...22
实验八设计性实验RC一阶电路的响应测试………………………………………..25
实验九综合性实验二阶动态电路响应的研究……………………………………….28
实验十设计性实验交流电路中的互感……………………………………………..30
实验十一设计性实验R、L、C串联谐振电路的研究………………………………..33
实验十二综合性实验三相电路功率的测试………………………………………….35
实验十三设计性实验双口网络测试…………………………………………………….38
实验十四综合性实验日光灯电路与功率因数的提高…………………………………41
实验十五设计性实验最大功率传输………………………………………………….43
实验十六设计性实验一阶电路仿真电路分析…………………………………………44
实验十七设计性实验直流电路仿真分析…………………………………………….46
实验十八设计性实验交流电路仿真分析…………………………………………….47
电路实验学生守则
实验时应保证人身安全，设备安全，爱护国家财产，培养科学作风。
为此，应遵守下列守则：
1、严守纪律，按时开始实验。
做完实验得到教师许可后再离开实验室。
2、接通电源前必须请指导教师检查电路。
3、严禁带电拆线、接线。
4、非本次实验用的设备器材，未经教师许可不得动用。
5、发生事故要保持镇定，迅速切断电源，并向教师报告。
6、若自己增加实验内容，须事先征得教师同意。
7、保持实验室整洁、安静，实验室内不得吸烟、喧哗，乱扔杂物，实验台上严禁放书包，衣物。
8、实验如未通过，必须补做。
实验报告要求
实验前应预习实验指导书中有关内容，了解实验原理，明确实验步骤及注意事项。
预习实验时须写预习报告，包括：
1、实验目的，实验线路（表明参考方向）。
2、自己设计的原始记录表格。
3、必要的预习计算。
4、注意事项。
5、做完实验后，应根据所取数据及观察到的现象做终结报告，包括：
（1）实验数据整理（一般采用表格形式），验证式（代入实际值）。
（2）曲线、相量图。
（3）误差分析及结论。
（4）回答问题，讨论，体会。
以上说明一份较完整实验报告的大致范围，同学们不一定拘泥于一定的格式，但必须包括以下三个方面：
（1）为什么做此实验
（2）怎样进行实验，要指明关键问题所在。
（3）实验得到怎样的结果。
实验报告一律采用专用实验报告纸，最后附有实验原始数据，实验报告必须装订好以免散失、脱落。
实验报告应按要求时间交给教师。
实验基本功
我们提出一些在电工基础实验中能够得到训练的基本功，希望同学们在实验中注意培养和训练。
（一）安全操作和科学作风
1、接线：
最后接电源部分，接完线后仔细检查。
2、接完电路后，开始实验前应作下面几点准备工作：
a）电压表、电流表的量程应放在经估算的一挡或最大量程挡。
b）调压器或三端变阻器应放在无输出电压位置上，或放在使电路电流最小的位置上。
3、合电源闸前要得到教师和同组人的允许，每次开始操作前应与同组人打好招呼。
4、注意所使用的电器设备的电流容量。
5、注意各种仪表的保护措施：
如电流表、功率表不得介入换路状态，万用表用毕应将量程放在做安全处或关闭电源。
6、预操作习惯：
在实验前先操作和观察一遍，其目的在于：
a）看看电路运行，仪表指示是否正常。
b）看看所测电量数据的变化趋势，以便确定实验曲线取点。
c）找出变化特殊点，作为取数据时的重点。
d）熟悉操作步骤
7、重视原始记录，同组者要重写。
记录者要成为小组的组织者，画表记录，标有被测量的名称、单位、台号、姓名、日期。
记录数据要有适当的有效数字，错记要修改。
（二）实验技能
1、接线能力：
a）合理安排仪表元件位置，接线该长则长，该短则短，达到线路清楚，容易检查，操作方便的目的。
b）接线要牢固可靠。
c）先按电路主回路接线，再接并联支路。
2、合理取点：
应通过预操作，掌握被测曲线趋势和找出特殊点；合理取点，不多不少，使曲线能真实反映客观情况。
3、正确、准确地读取电表指示值：
a）合理选择量程，力求使电表指针偏转大于2/3满量程时较为合适，在同一量程中，指针偏转越大，读数越准确。
b）读表时要读出足够的有效数字，选择曲线坐标的比例尺要合适，避免夸大或淹没了实验结果的误差。
实验一基本电工仪表的使用与测量误差的计算
一、实验目的
1、熟悉实验装置上各类测量仪表的布局。
2、熟悉实验装置上各类电源的布局及使用方法。
3、掌握电压表、电流表内电阻的测量方法。
4、熟悉电工仪表测量误差的计算方法。
二、原理说明
1、为了准确地测量电路中实际的电压和电流，必须保证仪表接入电路后不会改变被测电路的工作状态，这就要求电压表的内阻为无穷大,电流表的内阻为零。
而实际使用的电工仪表都不能满足上述要求。
因此，当测量计仪表一旦接入电路，就会改变电路原有的工作状态，这就导致仪表的读数值与电路原有的实际值之间出现误差，这种测量误差值的大小与仪表本身内阻值的大小密切相关。
2、本实验测量电流表的内阻采用“分流法”，如图1-1所示。
A为被测内阻（RA）的直流电流表，测量时先断开开关S，调节直流恒流源的输出电流I使A表指针满偏转，然后合上开关S，并保持I值不变，调节电阻箱RB的阻值，使电流表的指针指在
满偏转位置，此时有IA=IS=
RA=RB║R1
R1为固定电阻器之值，RB由可调电阻箱的刻度盘上读得。
R1与RB并联，且R1选用小阻值电阻，RB选用较大电阻，则阻值调节可比单只电阻箱更为细微、平滑。
3、测量电压表的内阻采用“分压法”，如图1-2所示。
V为被测电阻（RV）的电压表，测量时先将开关S闭合，调节直流稳压电源的输出电压，使电压表V的指针为满偏转。
然后断开开关S，调节RB阻值使电压表V的指示值减半，此时有RV=RB+R1，电压表的灵敏度为
。
4、仪表内阻引入的测量误差（通常称为方法误差，而仪表本身构造上引起的误差称为仪表基本误差）的计算。
以图1-3所示电路为例，R1上的电阻为
，若R1=R2，则
，
现用一内阻为RV的电压表来测量
值，当RV与R1并联后，
，以此来代替上式中的R1，则得
绝对误差为
，
化简后得
若R1=R2=RV，则得
。
相对误差
三、实验内容
1、根据“分流法”原理测定FM-47型（或其它型号）万用电表直流毫安0.5mA和5mA档量限的内阻，线路如图1-1所示。
被测电流
表量程
S断开时
表读数（mA）
S闭合时
表读数（mA）
RB
（
）
R1
（
）
计算内阻
（
）
0.5mA
5mA
2、根据“分压法”原理按图1-2接线，测定万用电表直流电压2.5V和10V档量限的内阻。
被测电压
表量程
S闭合时
表读数（V）
S断开时
表读数（V）
RB
（K
）
R1
（K
）
计算内阻
（K
）
S
（
）
2.5V
10V
3、用万用电表直流电压10V档量限测量图1-3电路中R1上的电压UR1之值，并计算测量的绝对误差与相对误差。
U
R2
R1
R10V（K
）
计算值
UR1（V）
实测值
绝对误差
相对
误差
10V
10K
20K
四、实验注意事项
1、控制屏提供所有实验的电源，直流稳压源和直流恒流源均可通过粗调（分段调）旋钮和细调（连续调）旋钮调节其输出量，并由指针式电压表和毫安表显示其输出量的大小，启动实验装置电源之前，应使其输出旋钮置于零位，实验时再缓慢地增、减输出。
2、稳压源的输出不允许短路，恒流源的输出不允许开路。
3、电压表应与电路并联使用，电流表与电路串联使用，并且都要注意极性与量限的合理选择。
五、预习思考题
1、根据实验内容1和2，若已求出0.5mA档和2.5V档的内阻，可否直接计算得出5mA档和10V档的内阻？
2、用量程为10A的电流表测实际值为8A的电流时，实际读数为8.1A，求测量的绝对误差和相对误差。
六、实验报告
1、列表记录实验数据，并计算各被测仪表的内阻值。
2、计算实验内容3的绝对误差和相对误差。
3、对思考题的计算。
4、心得体会及其它。
实验二减小仪表测量误差的方法
一、实验目的
1、进一步了解电压表、电流表的内阻在测量过程中产生的误差及其分析方法。
2、掌握减小因仪表内阻引起测量误差的方法。
二、原理说明
减小因仪表内阻而产生测量误差的方法有:
1、不同量限两次测量计算法
当电压表的灵敏度不够高或电流表的内阻太大时，可利用多量限仪表对同一被测量用不同量限进行两次测量，所得读数经计算后可得到准确的结果。
如图2-1所示电路，欲测量具有较大内阻R。
的电动势E的开始电压U。
时，如果所用电压表的内阻RV和R。
相差不大的话，将会产生很大的测量误差。
设电压表有两档量限，U1、U2分别在这两个不同量限下测得的开路电压值，令RV1和RV2分别为这两个相应量限的内阻，则由图2-1可得出
U1=
（1）
U1=
（2）
由
（1）式得
（3）
将（3）式代入
（2）式可得
从中解得E，经化简后得
（4）
由式（4）可知，不论电源内阻R。
相对电表的内阻RV有多大，通过上述的两次测量结果，经计算后可较准确地测量出开路电压U0的大小。
对于电流表，当其内阻较大时，也可用类似的方法测得准确的结果。
如图2-2所示电路，不接入电流表时的电流为
接入内阻为RA的电流表A时，电路中的电流变为
，如果RA=R。
，则
出现很大的误差。
如果用有不同内阻RA1，RA2的两档量限的电流表作两次测量并经简单的计算就可得到较准确的电流值。
按图2-2电路，两次测量得
，
，解得
。
2、同一量限两次测量计算法
如果电压表（或电流表）只有一档量限，且电压表的内阻较小（或电流表的内阻较大）时，可用同一量限进行两次测量法减小测量误差。
其中，第一次测量与一般的测量并无两样，只是在进行第二次测量时必须在电路中串入一个已知阻值的附加电阻。
（1）电压测量—测量如图2-3所示电路的开路电压U。
第一次测量，电压表的读数为U1（设电压表的内阻为RV），第二次测量时应与电压表串接一个已知阻值的电阻R，电压表读数为U2，由图可知
解上两式，可得
E=U。
=
（2）电流测量—测量如图2-4所示电路的电流I
第一次测量电流表的读数为I1，（设电流表的内阻为RA），第二次测量时应与电流表串接一个已知阻值的电阻R，电流表读数为I2，由图可知
解得
由上分析可知，采用多量限仪表两次测量法或单量限仪表两次测量法，不管电流内阻如何，总可以通过两次测量和计算得到比单次测量准确得多的结果。
三、实验内容
1、双量限电压表两次测量法
按图2-3电路接线，取E=3V，R0=20kΩ
用万用电表的直流电压力2.5V和10V两档量限进行两次测量，最后算出开路电压U0之值。
万用表
电压量限
双量限内
阻值（kΩ）
两个量限
测量值（V）
开路电压
实际值（V）
两次测量
计算值（V）
绝对误差
△U（V）
相对误差△U/U×100%
2.5V
10V
R2.5V和R10V参照实验一的结果。
2、单量限电压表两次测量法
实验线路如图2-3，用上述万用表直流电压2.5V量限档串接R=10kΩ的附加电阻器进行两次测量，计算开路电压U0之值。
开路电压实际值
两次测量值
测量计算值
绝对误差
相对误差
U0（V）
U1（V）
U2（V）
U0′（V）
△U（Ｖ）
△U/U×100%
3
3、双量限电流表两次测量法
按图2-4电路按线，取E=3V，R0=6.2kΩ，用万用表0.5mA和5mA两档电流量限进行两次测量，计算出电路中电流值I。
万用表电流量限
双量限内阻值（Ω）
两个量限测量值（mA）
电流实际值（mA）
两次测量计算值（mA）
绝对误
差△I
相对误差△I/I×100%
0.5mA
5mA
R0.5mAR5mA参照实验一的结果
4、单量限电流表两次测量法
实验线路如图2-4，用万用表0.5mA电流量限，串联附加电阻R=8.2kΩ进行两次测量，求出电路中的实际电流I之值。
电流实际值
两闪测量值
测量计算值
绝对误误差
相对误差
I（mA）
I1（mA）
I2（mA）
I′（mA）
△I
△I/I×100%
四、实验注意事项
同实验一
五、实验报告
1、完成各项实验内容的计算。
2、实验收获与体会。
实验三电路元件伏安特性的测绘
一、实验目的
1、学会识别常用电路元件的方法；
2、掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法；
3、掌握实验装置上直流电工仪表和设备的使用方法。
二、原理说明
任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压V与通过该元件的电流I之间的函数关系I=F（V）来表示，即用I-V平面上的一条曲线来表示，这条曲线称为该元件的伏安特性曲线。
1、线性电阻器的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图3-1中a曲线所
示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。
图3-1
2、一般的白炽灯在工作时灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的升高而增大，通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍，所以它的伏安特性如图3-1中b曲线所示。
3、一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其特性如图3-1中c曲线。
正向压降很小（一般锗管约为0.2—0.3V，硅管约为0.5—0.7V），正向电流随正向压降的升高而急骤上升，而反向电压从零一直增加到十几至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。
可见，二极管具有单向导电性，但反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。
4、稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，但其反向特性较特别，如图3-1中d曲线。
在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当反向电压增加到某一数值时（称为管子的稳压值，有各种不同稳压值的稳压管）电流将突然增加，以后它的端电压将维持恒定，不再随外加的反向电压升高而增大。
三、实验内容
1、测定线性电阻器的伏安特性
按图3-2接线，调节直流稳压的输出电压U，从O伏开始缓慢地增加，一直到10V，
记下相应的电压表和电流表的读数。
U（V）
0246810
I（mA）
2、测定非线性白炽灯的伏安特性
将图3-2中的RL换成一只12V的小灯泡，重复1的步骤。
U（V）
0246810
I（mA）
3、测定半导体二极管的伏安特性。
按图3-3接线，R为限流电阻，测二极管D的正向特性时，其正向电流不得超过25mA，正向压降可在0—0.75V之间取值。
特别是在0.5—0.75V之间更应多取几个测量点。
作反向特性实验时，只需将图3-3中的二极管D反接，且其反向电压可加到30V左右。
正向特性实验数据
U（V）
00.20.40.50.550.650.75
I（mA）
反向特性实验数据
U（V）
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
I（mA）
4、测定稳压二极管的伏安特性。
只要将图3-3中的二极管换成稳压二极管，重复实验内容3的测量。
正向特性实验数据。
U（V）
I（mA）
反向特性实验数据
U（V）
I（mA）
四、实验注意事项
1、测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐渐增加，应时刻注意电流表不得超过25mA，稳压源输出端切勿碰线短路。
2、进行不同实验时，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量程，勿使仪表超量程，仪表的极性亦不可接错。
五、思考题
1、线性电阻与非线性电阻的概念是什么？
电阻器与二极管的伏安特性有何区别？
2、设某器件伏安特性曲线的函数式为I=f（V），试问在逐点绘制曲线时，其坐标变量应如何放置？
3、稳压二极管与普通二极管有何区别？
其用途如何？
六、实验报告
1、根据各实验结果数据，分别在方格纸上绘制出光滑的伏安特性曲线。
（其中二极管和稳压管的正、反向特性均要求画在同一张图中，正、反向电压可取为不同的比例尺）。
2、根据实验结果总结、归纳被测各元件的特性。
3、必要的误差分析。
4、心得体会及其它。
实验四验证基尔霍夫定律
一、实验目的
1、验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。
2、学会用电流插头、插座测量各支路电流的方法，加深对参考方向的理解。
二、原理说明
1、基尔霍夫定律：
基尔霍夫定律是电路理论最基本也是最重要的定理之一。
它概括了电路中电流和电压分别应遵循的规律。
基尔霍夫定律的内容有二，即基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。
KCL方程：
“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，基尔霍夫电流定律是电流连续性的体现。
KVL方程：
“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∑V=0，基尔霍夫电压定律实质上是电压与路径无关这一性质的体现。
此定理仅与元件的连接（拓扑结构）有关，而与元件本身的性质无关，不论元件是线性的还是非线性的，有源的还是无源的，时变的还是非时变的，只要是集总电路，基尔霍夫定律总是成立的。
2、参考方向：
参考方向在电路的分析中起着十分重要的作用，一般情况下，电路中电流和电压的实际方向很难判定和标注，图中所标仅为电流或电压的参考方向，把它们看作代数量，若求得的电流（或电压）为正值，则电流（或电压）的参考方向同实际方向，反之则实际方向与参考方向相反。
三、实验内容
实验线路图
1、实验前先任意设定三条支路的电流参考方向，如图中的I1、I2、I3所示。
2、分别将两路直流稳压电源接入电路，令E1=3V，E2=6V。
3、熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接至直流数字毫伏表的“+”、“—”两端。
4、将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，记录电流值。
5、用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，记录之。
被测量
I1（mA）
I2（mA）
I3（mA）
E1（V）
E2（V）
VFA（V）
VAB（V）
VAD（V）
VCD（V）
VDE（V）
计算值
测量值
相对
误差
四、实验注意事项
1、所有需要测量的电压值，均以电压表测量读数为准，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，此时指针正编，但读得的电流值必须冠以负号。
五、预习思考题
1、根据实验电路图的参数，计算出待测电流I1、I2、I3和各电阻上电压值，记入表
中，以便实验测量时，可正确选定毫安表和电压表的量程。
2、实验中，若用万用表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？
若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示呢？
六、实验报告
1、根据实验数据，选定实验电路中的任一节点，验证KCL的正确性。
2、选定实验电路中的任一个闭合回路，验证KVL的正确性。
3、误差原因分析。
4、心得体会及其它。
实验五电压源与电流源的等效变换
一、实验目的
1、掌握电源外特性的测试方法。
2、掌握电流源和电压源进行等效变换的条件。
二、原理说明
1、理想电流源的电流与其端电压无关，电流总保持某一恒定值。
它具有两个基本性质。
a.理想电流源的电流IS的函数是固定的，不因其联接的外电路不同而改变。
b.理想电流源的端电压不由它本身决定，而由与之相联接的外电路确定，其伏安特性如图5-1所示。
实际的电流源可以用一个理想电流源IS和一个内阻RS并联的电路模型来表示。
实际的电流源的模型及其伏安特性如图5-2所示。
2、理想电压源的电压与其端电流无关，电压总保持某一恒定值，它具有两个基本性质。
a．理想电压源的电压ES的函数是固定的，不因其联接的外电路的不同而改变。
b．理想电压源的端电流不由它本身决定，
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