《电路原理》实验指导书.docx

1、电路原理实验指导书实验一 电位、电压的测定及电路电位图的绘制实验二 基尔霍夫定律的验证实验三 电压源、电流源及其电源等效变换的研究实验四 线性电路叠加性和齐次性的研究实验五 戴维南定理有源二端网络等效参数的测定实验六 最大功率传输条件的研究实验七 R、L、C元件阻抗特性的测定实验八 用三表测量电路等效参数实验九 单相铁芯变压器特性的测试实验十 正弦稳态交流电路相量的研究实验十一 RLC串联谐振电路的研究实验十二 三相交流电路电压、电流的测量实验十三 三相交流电路功率的测量实验十四 直流双口网络研究实验一 电位、电压的测定及电路电位图的绘制一实验目的1.用实验证明电路中电位的相对性、电压的绝对性

2、2.掌握电路电位图的绘制方法二原理说明在一个确定的闭合电路中，各点电位的高低视所选的电位参考点的不同而变，但任意两点间的电位差（即电压）则是绝对的，它不因参考点电位的变动而变动。据此性质，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（电阻）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条相连接，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,所绘出的电位图形是不同,但其各点电位变化的规律却是一样的。在作电位图或实验测量时必须正确区分电位和电压的

3、高低，按照惯例，是以电流方向上的电压降为正，所以，在用电压表测量时，若仪表指针正向偏转，则说明电表正极的电位高于负极的电位。三实验设备1直流电压表0202直流毫安表3恒压源（+6V，+12V，030V）4EEL01组件（或EEL16组件）四实验内容实验线路如图11所示1分别将E1、E2两路直流稳压电源（E1为+6V、+12V切换电源；E2为0+30V可调电源）接入电路，令E16V，E212V。2以图11中的点作为电位的的参考点，分别测量B、C、D、E、F各点的电位及相邻两点之间的电压值UAB、UBC、UCD、UDE、UEF及UFA，测得数据填入表11。3以点作为参考点，重复实验内容2的步骤，测

4、得数据填入表11。五实验注意事项1实验线路板系多个实验通用，本次实验没有用到电流插头和插座。2测量电位时，用万用表的直流电压档或用数字直流电压表测量时，用负表棒（黑色）接参考电位点，用正表棒（红色）接被测各点，若指针正向偏转或显示正值，则表明该点电位为正（即高于参考点电位）；若指针反向偏转或显示负值，此时应调换万用表的表棒，然后读出数值，此时在电位值之前应加一负号（表明该点电位低于参考点电位）。表11电 位参考点与U内容ABCDEFUABUBCUCDUDEUEFUFAA计算值05.988-6.012-4.036-5.0180.982-5.98812-1.9760.982-60.982测量值相对

5、误差D计算值4.03610.024-1.9760-0.9825.018-5.98812-1.9760.982-60.982测量值相对误差测量结果的数值AX与被测量的真实值A0的差值称为绝对误差，用A表示测量的绝对误差与被测量真实值之比，称为相对误差，用表示由于被测量的真实值A0往往是很难确定的，所以实际测量中，通常用标准表的指示值或多次测量的平均值作为被测量的真实值。表1-1用计算值作为真实值。六思考题若以F点取为参考点，实验测得各点的电位值；现令E点作为参考电位点，试问此时各点的电位值应有何变化？七实验报告1根据实验数据，绘制两个电位图形2完成数据表格中的计算，对误差作必要的分析3总结电位相

6、对性和电压绝对性的原理4心得体会及其它实验二 基尔霍夫定律的验证一实验目的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。二原理说明基尔霍夫定律是电路的基本定律,测量某电路的各支路电流及多个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律和电压定律。即对电路中的任一个节点而言,应有I0；对任何一个闭合回路而言，应有U0。运用上述定律时必须注意电流的正方向，此方向可预先任意设定。三实验设备1直流电压表0202直流毫安表3恒压源 （+6V，+12V，030V）4EEL01组件（或EEL16组件）四实验内容实验线路如图211实验前先任意设定三条支路的电流

7、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。2分别将E1、E2两路直流稳压源（E1为+6V，+12V切换电源，E2接030V可调直流稳压源）接入电路，令E112V，E26V。3熟悉电源插头的结构，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，读出并记录电流值。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，并记录数据填入表21中表21待测量I1(mA)I2(mA)I3(mA)VAB(V)VBC(V)VCD(V)VDA(V)VAF(V)VFE(V)VED(V)计算值1.9265.9887.914-5.988

8、12-1.976-4.036-0.9826-0.982测量值相对误差 五实验注意事项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，此时指针正偏，但读得的电流值必须冠以负号。六预习思考题 1根据图2-1的电路参数，计算出待测的电流I1、I2和I3和各电阻上的电压值，记入表中，以便实验测量时，可正确地选定毫安表和电压表的量程。2实验中，若用指针式万用表直流毫安档测各支路电流,什么情况下可能出现毫安

9、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？七实验报告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误差原因分析。4心得体会及其它。实验三 电压源、电流源及其电源等效变换的研究一实验目的1掌握建立电源模型的方法；2掌握电源外特性的测试方法；3加深对电压源和电流源特性的理解；4研究电源模型等效变换的条件。二原理说明1电压源和电流源电压源具有端电压保持恒定不变，而输出电流的大小由负载决定的特性。其外特性，即端电压U与输出电流I的关系U f (I) 是一条平行于

10、轴的直线。实验中使用的恒压源在规定的电流范围内，具有很小的内阻，可以将它视为一个电压源。电流源具有输出电流保持恒定不变，而端电压的大小由负载决定的特性。其外特性，即输出电流I与端电压U的关系I f (U) 是一条平行于U轴的直线。实验中使用的恒流源在规定的电压范围内，具有极大的内阻，可以将它视为一个电流源。2实际电压源和实际电流源实际上任何电源内部都存在电阻，通常称为内阻。因而，实际电压源可以用一个内阻RS和电压源US串联表示，其端电压U随输出电流I增大而降低。在实验中，可以用一个小阻值的电阻与恒压源相串联来模拟一个实际电压源。实际电流源是用一个内阻RS和电流源IS并联表示，其输出电流I随端电

11、压U增大而减小。在实验中，可以用一个大阻值的电阻与恒流源相并联来模拟一个实际电流源。3实际电压源和实际电流源的等效互换一个实际的电源，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，则可用一个电压源Us与一个电阻RS相串联表示；若视为电流源，则可用一个电流源IS与一个电阻RS相并联来表示。若它们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。实际电压源与实际电流源等效变换的条件为：（1）取实际电压源与实际电流源的内阻均为RS；（2）已知实际电压源的参数为Us和RS，则实际电流源的参数为和RS，若已知实际电流源的参数为Is和

12、RS，则实际电压源的参数为和RS。三实验设备1直流数字电压表、直流数字毫安表（根据型号的不同，EEL型为单独的MEL06组件，其余型号含在主控制屏上）2恒压源（EEL、均含在主控制屏上，根据用户的要求，可能有两种配置（1）6 V（+5V），12V，030V可调或（2）双路030V可调。）3恒源流（0500mA可调）4EEL23组件（含固定电阻、电位器）或EEL51组件、EEL52组件四实验内容1测定电压源（恒压源）与实际电压源的外特性实验电路如图3-1所示，图中的电源US用恒压源中的6V（5V）输出端，R1取200的固定电阻，R2取470的电位器。调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表

13、、电压表的读数记入表3-1中。表3-1 电压源（恒压源）外特性数据I (mA)U (V)在图3-1 电路中，将电压源改成实际电压源，如图3-2所示，图中内阻RS取51的固定电阻，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表3-2中。表3-2 实际电压源外特性数据I (mA)U (V)2测定电流源（恒流源）与实际电流源的外特性按图3-3接线，图中IS为恒流源，调节其输出为5mA（用毫安表测量），R2取470的电位器，在RS分别为1k和两种情况下，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表3-3和表3-4中。表3-3 电流源（恒流源RS=）外特性数据I

14、 (mA)U (V)表3-4 实际电流源（RS=1k）外特性数据I (mA)U (V)3研究电源等效变换的条件按图3-4电路接线，其中(a)、(b)图中的内阻RS均为51，负载电阻R均为200。在图3-4 (a)电路中，US用恒压源中的6V输出端，记录电流表、电压表的读数。然后调节图3-4 (b)电路中恒流源IS，令两表的读数与图3-4(a)的数值相等，记录IS之值，验证等效变换条件的正确性。表3-5 电源等效变换研究数据记录表RSRUS电流表读数电压表读数恒流源IS读数512006V五实验注意事项1、实验前认真预习实验报告，理解实验原理及实验内容2、直流仪表的接入应注意仪表量程与极性3、在测

15、电压源外特性时，不要忘记测空载时的电压值；测电流源外特性时，不要忘记测短路时的电流值，注意恒流源负载电压不可超过20V，负载更不可开路。4、换接线路时，必须关闭电源开关六预习思考题1电压源的输出端为什么不允许短路？电流源的输出端为什么不允许开路？2说明电压源和电流源的特性，其输出是否在任何负载下能保持恒值？3实际电压源与实际电流源的外特性为什么呈下降变化趋势，下降的快慢受哪个参数影响？4实际电压源与实际电流源等效变换的条件是什么？所谓等效是对谁而言？电压源与电流源能否等效变换？实验报告要求1根据实验数据（表3-1、表3-2、表3-3、表3-4）绘出电源的四条外特性，并总结、归纳两类电源的特性；

16、2根据表3-5实验结果，验证电源等效变换的条件；实验四 线性电路叠加性和齐次性的研究一实验目的 验证线性电路叠加原理的正确性，从而加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。二原理说明叠加原理指出：在有几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。线性电路的齐次性是指在线性电路中，当所有激励（电压源和电流源）都同时增大或缩小倍时，电路的响应（即在电路其他各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增大或缩小倍。应注意，这里的激励是指独立电源，并且必须全部激励同时增大或缩小K倍，否则将导致错误结果。三实验设

17、备1直流电压表2直流毫安表3恒压源（6V、12V、030V）4EEL01组件（或EEL16组件）四实验内容实验线路如图4-1所示。1E1为+6V、+12V切换电源，取E1= +12V，E2为可调直流稳压电源调至+6V；2令E1电源单独作用时（将开关K1投向E1侧，开关K2投向短路侧），用直流电压表和毫安表（接电流插头）测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表格41。3令2电源单独作用时（将开关K1投向短路侧，开关2投向2侧），重复实验步骤的测量和记录。4令1和2共同作用时（开关1和2分别投向1和2侧，重复上述的测量和记录。5令E1=0V（将开关K1投向短路侧）,将2的数值调至12，重复

18、实验步骤的测量并记录。表41测量项目实验内容E1(V)E2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)E1单独作用E2单独作用E1, E2共同作用2 E2单独作用6、将R5换成一只二极管IN4007（即将开关K3投向二极管侧），重复15的测量过程，数据记入表4-2。表4-2测量项目实验内容E1(V)E2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)E1单独作用E2单独作用E1, E2共同作用2 E2单独作用五实验注意事项 1用电流插头测量各支路电流时，应注意仪表的极性及数据表格中“

19、、”号的记录。2注意仪表量程的及时更换。六预习思考题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？七实验报告1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。2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。3通过实验步骤6及分析数据表格4-2，你能得出什么样的结论？4心得体会及其它。实验五 戴维南定理有源二端网络等效参数的测定一实验目的1验证戴维南定理的正确性，加深对该定理的理解

20、2掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法二实验原理1任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流,则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络（或称为含源一端口网络）。戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个等效电压源来代替，该电压源的电动势ES等于这个有源二端网络的开路电压UOC，其等效内阻RO等于该网络中所有独立源均置零(理想电压源视为短接，理想电流源视为开路)时的等效电阻Req，ES和RO称为有源二端网络的等效参数。2有源二端网络等效参数的测量方法(1)开路电压、短路电流法在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压UOC，然后再将其输出端短路，测其短

21、路电流ISC，则内阻为(2)伏安法用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性如图5-1所示。根据外特性曲线求出斜率tg，则内阻用伏安法，主要是测量开路电压及电流为额定值IN时的输出端电压值UN，则内阻为若二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。(3)半电压法如图5-2所示，当负载电压为被测网络开路电压一半时，负载电阻（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。(4)零示法在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表进行直接测量会造成较大的误差，为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示测量法，如图5-3所示。零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压

22、电源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为“0”，然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压，即为被测有源二端网络的开路电压。三实验设备1直流电压表、电流表2EEL06组件（或EEL18组件）3EEL01组件（或EEL16组件）4恒压源5恒流源四实验内容被测有源二端网络如图5-4(a)所示1图5-4(a)线路接入稳压源ES12V和恒流源IS20mA及可变电阻RL.先断开RL测UAB即Uoc，再短接RL测Isc，则RoUOCIsc，填入表5-1表5-1Uoc(V)Isc(mA)Ro=Uoc/Isc2负载实验按图5-4(a)改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性。记录数据填入表

23、5-2表5-2U(V)I(mA)3验证戴维南定理：用1k（当可变电器用），将其阻值调整到等于按步骤“1”所得的等效电阻Req值，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压UOC之值）相串联，如图5-4(b)所示，仿照步骤“2”测其特性，对戴维南定理进行验证。记录数据填入表5-3表5-3U(V)I(mA)4测定有源二端网络等效电阻(又称入端电阻)的其它方法：将被测有源网络内的所有独立源置零(将电流源IS去掉，也去掉电压源，并在原电压端所接的两点用一根短路导线相连)，然后直接用万用表的欧姆档去测定负载RL开路后A.,B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻Req或称网络的入端电阻Ri

24、。记录数据填入表5-4表5-4Req()五注意事项1注意测量时，电流表量程的更换2步骤“4”中，电源置零时不可将稳压源短接。3用万用表直接测Req时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表，其次，欧姆档必须经调零后再进行测量。4改接线路时，要关掉电源。六预习思考题1在求戴维南等效电路时，作短路试验，测Isc条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？请实验前对线路5-4(a)预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。将预习时计算结果填入表55。表55Uoc(V)Isc(mA)Ro=Uoc/Isc22.342.65232说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法，并比

25、较其优缺点。七实验报告1根据步骤2和3,分别绘出曲线,验证戴维南定理的正确性,并分析产生误差的原因。2根据步骤1、4各种方法测得的Uoc与Req与预习时电路计算的结果作比较，你能得出什么结论。3归纳、总结实验结果。实验六 最大功率传输条件的研究一实验目的1理解阻抗匹配，掌握最大功率的传输条件;2了解电源输出功率与效率的关系。二原理说明电源向负载供电的电路如图6-1所示，图中为电源内阻，为负载电阻。负载得到的功率为： 可见，当电源和确定后，负载得到的功率大小只与负载电阻有关。令，解得：时，负载得到最大功率：可见，当时，负载可以获得最大功率，此种情况称为阻抗匹配。负载得到最大功率时的电路的效率：匹

26、配电路的特点及应用：在电路处于“匹配”状态时，电源本身要消耗一半的功率，此时电源效率只有50%。显然，这对电力系统是绝对不允许的。因为在电力系统（强电）中，50%的效率说明在线路上的损耗很大，用户只能得到发电厂发出电能的一半，这个是绝对不允许的，此时希望传输效率尽可能的要高。而在电子技术领域里却完全不同，电源效率往往不予考虑。通常设法改变负载电阻，或者在信号源与负载之间加阻抗变换器，使电路处于工作匹配状态，以使负载能获得最大的输出功率。因为在通信系统（弱电）中，需要的是较强的信号，因此希望负载接受到的能量尽可能大，此时效率不是主要问题。三实验设备 直流稳压电源、直流电压表、直流电流表、元件箱四实验内容1按图6-2接线。，。2令RL在01K范围内变化时，分别读取电压表、电流表读数并记录于表6-1中。表6-1测量值UI计算值RLPL计算公式：五实验注意事项1在PL最大值附近应多测几点2防止电源短路六预习思考题1电压表，电流表前后位置对换，对电压表，电流表的读数有无影响？为什么？2什么是阻抗匹配？电路传输最大功率的条件