北方民族大学-《电路原理》实验指导书.doc

《电路原理》实验指导书编著：王金山 李庆达 杨 艺审核：杨 艺北方民族大学电气信息工程学院二○一○年九月2目 录实验一 电位、电压的测定与基尔霍夫定律的验证…………………………………3实验二 受控源的研究…………………………………………………………………6实验三 电压源与电流源的等效变换…………………………………………………9实验四 叠加原理的验证……………………………………………………………13实验五 戴维南定理的验证…………………………………………………………15实验六 RC 一阶电路的响应测试……………………………………………………18实验七 正弦稳态交流电路相量的研究……………………………………………21实验八 最大功率传输条件的测定 ………………………………………………253实验一 电位、电压的测定基尔霍夫定律的验证（验证性实验）一、实验目的1.实验证明电路中电位的相对性，电压的绝对性2.熟练掌握仪器仪表的使用方法3.验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解4.学会用电流插头、插座测量各支路电流的方法二、实验原理一个由电动势和电阻元件构成的闭合回路中，必定存在电流的流动，电流是正电荷在电势作用下沿电路移动的集合表现，并且我们习惯规定正电荷是由高电位点向低电位点移动的。

因此，在一个闭合电路中各点都有确定的电位关系但是，电路中各点的电位高低都只能是相对的，所以我们必须在电路中选定某一点作为比较点（或称参考点） ，如果设定该点的电位为零，则电路中其余各点的电位就能以该零电位点为准进行计算或测量 在一个确定的闭合电路中，各点电位的高低虽然相对参考点电位的高低而改变，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改变据此性质，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的，但其各点电位变化的规律却是一样的。

　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 ΣI＝0；对任何一个闭合回路而言，应有 ΣU＝0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、实验设备序号 设备名称 数量 备注1 直流稳压、稳流源 1 DG042 实验电路挂箱 1 DG053 直流电压、电流表 1 D31-2四、实验内容1.分别将两路直流稳压电源接入电路，令 U1＝6V，U2＝12V2.以图中的 A 点作为电位的参考点，分别测量 B、C、D、E、F 各点的电位值 φ，以 D 点作为参考点，分别测量 A、B、C、E、F 各点的电位值 φ3.熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接至数字毫安表的“＋、－”两端44.将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，测量电流值5.用直流电压表分别测量各负载电阻两端的电压值实验电路图电 位参考点 φ 值 φA φB φC φD φE φF计算值测量值A误差计算值测量值D误差数据记录表节点 A 节点被测量 I1(mA) I2(mA) I3(mA)计算值测量值误差数据记录表回路 回路 ABCD 回路 FADE被测量 UAB(V) UBC(V) UCD(V) UDA(V) UFA(V) UAD(V) UDE(V) UEF(V)计算值测量值误差数据记录表五、实验注意事项51.测量电位时，参考点接电压表负极。

测量电压时，按正方向连接电压表正负极测量2.防止电压源两端短路防止电流表不经过负载直接接到电压源上六、实验报告要求1.实验报告必须有原始数据记录单，并有详细的原始数据记录2.根据实验数据，分别以 A、 D 两点为参考点绘制两个电位图3.完成数据表格中的计算值及误差4.选定一个节点和一个回路，用实验数据验证基尔霍夫定律5.根据实验数据，理解电位的相对性和电压的绝对性，总结电位相对性和电压绝对性的原理，小结对基尔霍夫定律的认识，分析误差6.请勿用坐标纸绘图，请保持报告整洁字迹工整6实验二 受控源的实验研究（验证性实验）一、实验目的 通过测试受控源的外特性及其转移参数，进一步理解受控源的物理概念，加深对受控源的认识和理解二、实验原理电源有独立电源（如电池、 发电机等）与非独立电源（或称为受控源）之分受控源与独立源的不同点是：独立源的电势 Es 或恒流源 Is 是某一固定的数值或是时间的某一函数，它不随电路其余部分的状态而变而受控源的电势或恒流源则是随电路中另一支路的电压或电流而变的一种电源受控源又与无源元件不同，无源元件两端的电压和它自身的电流有一定的函数关系，而受控源的输出电压或电流则和另一支路（或元件）的电流或电压有某种函数关系。

独立源与无源元件是二端器件，受控源则是四端器件，或称为双口元件它有一对输入端（U1、I1）和一对输出端（U2、I2） 输入端可以控制输出端电压或电流的大小施加于输入端的控制量可以是电压或电流，因而有两种受控电压源（即电压控制电压源 VCVS 和电流控制电压源 CCVS）和两种受控电流源（即电压控制电流源 VCCS 和电流控制电流源 CCCS） 它们的示意图见图 3-1当受控源的输出电压（或电流）与控制支路的电压（或电流）成正比变化时，则称该受控源是线性的理想受控源的控制支路中只有一个独立变量（电压或电流） ，另一个独立变量等于零，即从输入口看，理想受控源或者是短路（即输入电阻 R1＝0，因而 U1＝0）或者是开路（即输入电导G1＝0，因而输入电流 I1＝0） ；从输出口看，理想受控源或是一个理想电压源或者是一个理想电流源受控源的控制端与受控端的关系式称为转移函数四种受控源的转移函数参量的定义如下：(1) 压控电压源(VCVS)：U2＝f(U1)，μ＝U2/U1 称为转移电压比（或电压增益） 2) 压控电流源(VCCS)：I2＝f(U1)，gm＝I2/U1 称为转移电导3) 流控电压源(CCVS)：U2＝f(I1)，rm＝U2/I1 称为转移电阻。

4) 流控电流源(CCCS)：I2＝f(I1)，α＝I2/I1 称为转移电流比（或电流增益） 三、实验设备序号 名称 数量 备注1 稳压、稳流源 1 DG042 直流电压、电流表 1 DG31-23 可变电阻箱 1 DG09四、实验内容71.测量受控源 VCVS 的转移特性 U2＝f(U1)及负载特性，实验线路如图 3-11)固定 RL＝2KΩ，调节稳压电源输出电压 U1，测量相应的 U2 值，绘制转移特性曲线 U2＝f(U1)U1（V） 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 μU2（V）(2)保持 U1＝3V，调节 RL 可变电阻箱的阻值，测出相应的 U2 及 ILRL（Ω）500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000U2（v）IL（mA）2.测量受控源 VCCS 的转移特性 I2＝f(U1)及负载特性，实验线路如图 3-21) 固定 RL＝2KΩ，调节稳压电源输出电压 U1，测量相应的 I2 值，绘制转移特性曲线I2＝f(U1)U1（V） 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 gmI2（mA）(2)保持 U1＝3V，调节 RL 可变电阻箱的阻值，测出相应的 I2 及 UL。

RL（Ω）200 300 400 500 600 700 800 900I2（mA）UL（v）VCVS VCCS 图 3-1 图 3-23.测量受控源 CCVS 的转移特性 U2＝f(I1)及负载特性，实验线路如图 3-31)固定 RL＝2KΩ，调节恒流电源输出电流 I1，测量相应的 U2 值，绘制转移特性曲线 U2＝f(I1)I1（mA） 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 rmU2（V）8(2)保持 I1＝3mA，调节 RL 可变电阻箱的阻值，测出相应的 U2 及 ILRL（Ω）500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000U2（v）IL（mA）4.测量受控源 CCCS 的转移特性 I2＝f(I1)及负载特性，实验线路如图 3-41)固定 RL＝2KΩ，调节恒流电源输出电流 I1，测量相应的 I2 值，绘制转移特性曲线 I2＝f(I1)I1（mA） 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 αI2（mA）(2)保持 I1＝3mA，调节 RL 可变电阻箱的阻值，测出相应的 I2 及 UL。

RL（Ω）200 300 400 500 600 700 800 900I2（mA）UL（V）CCVS CCCS图 3-3 图 3-4五、实验注意事项1.使用可变电阻箱时不要将电阻箱电阻值调零接入电路中2.用恒流源供电的实验中，不要使恒流源的负载开路六、实验报告要求1.实验报告必须有原始数据记录单，并有详细的原始数据记录2.根据实验数据，绘出四种受控源的转移特性曲线，并求出相应的转移参量3.对实验的结果及误差作出合理的分析和结论， 总结对四种受控源的认识和理解4.请勿用坐标纸绘图，请保持报告整洁字迹工整9实验三 电压源与电流源的等效变换（验证性实验）一、实验目的1.掌握电源外特性的测试方法2.验证电压源与电流源等效变换的条件二、实验原理一个直流稳压电源在一定的电流范围内，具有很小的内阻故在实用中，常将它视为一个理想的电压源，即其输出电压不随负载电流而变其外特性曲线，即其伏安特性曲线 U＝f(I)是一条平行于 I 轴的直线一个实用中的恒流源在一定的电压范围内，可视为一个理想的电流源。

一个实际的电压源（或电流源） ， 其端电压（或输出电流）不可能不随负载而变，因它具有一定的内阻值故在实验中，用一个小阻值的电阻（或大电阻）与稳压源（或恒流源）相串联（或并联）来摸拟一个实际的电压源（或电流源） 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，则可用一个理想的电压源 Us 与一个电阻 Ro 相串联的组合来表示；若视为电流源，则可用一个理想电流源 Is 与一电导 go 相并联的组合来表示如果这两种电源能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一个电压源与一个电流源等效变换的条件为：Is＝Us／Ro，go＝1/Ro 或 Us＝IsRo，Ro＝ 1/go 如图 4-1 所示10图 4-1三、实验设备序号 名称 数量 备注1 稳压、稳流源 1 DG042 实验电路、可变电阻箱 1 DG05，DG093 直流电压、电流表 1 DG31—2四、实验内容1.测定理想电压源与实际电压源的外特性(1)按图 4-2 接线将 Us 调节为＋12V调节 R2，令其阻值由大至小变化，记录两表的读数图 4-2RL（KΩ）0.5 1 1.5 2 2.5 3 。