《电路》.docx
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《电路》
《电路》
实验指导书
唐山学院电工电子实验教学中心
2009年3月
前言
一．电路实验的任务
电路实验是电路课程的一部分，它的任务是：
1.通过实验进一步了解和掌握电路的基本概念.电路的分析方法和设计方法。
2.学习和掌握电路的构成和测试技术。
3.提高应用电子设备的能力及水平。
二．实验设备
电路实验所使用的设备有高级电工系统实验装置电源控制部分.实验仪表及示波器等构成
电源控制面板板上装有三相交流电输入输出电压指示，0-30V直流稳压电源，0-500mA直流电流源，交直流电压表，可产生不同的信号（阶跃.三角.正弦）的信号发生器。
所有的电路课实验都是在这套装置上完成的。
三．对参加实验学生的要求
1.阅读实验指导书，复习与实验有关的理论知识，明确实验目的，了解内容和方法。
2.按实验指导书要求进行接线和操作，经检查和指导老师同意后再通电。
3.在实验中注意观察，记录有关数据和图像，并由指导教师复查后才能结束实验。
4.实验后应断电，整理实验台，恢复到实验前的情况。
5.认真写实验报告，按规定格式做出图表.曲线.并分析实验结果。
字迹要清楚，画曲线要用坐标纸，结论要明确。
爱护实验设备，遵守实验室纪律。
*注：
本实验指导书适用于电路原理.电工技术和电工学的电路部分。
目录
实验一基尔霍夫定律（设计性.验证性）3
实验二叠加定理（验证性）6
实验三戴维南定理诺顿定理（设计性.验证性）9
实验四交流电路参数测量（验证性）12
实验五串联谐振电路实验测试14
实验六一阶电路瞬态响应（验证性）20
实验七三相交流电路电流电压的测量24
实验八双口网络实验测试30
开放实验电路基本元件（线性与非线性元件）的伏安特性的测定34
开放实验二荧光灯功率因数提高实验37
实验一基尔霍夫定律
一．实验目的
1.加深对基尔霍夫定律的理解，用实验数据验证基尔霍夫定律。
2.熟练仪器仪表的使用技术。
二.实验原理
基尔霍夫定律是电路理论中最基本的定律之一，它阐明了电路整体结构必须遵守的规律，应用极为广泛。
基尔霍夫定律有两条：
一是电流定律，另一是电压定律。
1.基尔霍夫电流定律（简称KCL）是：
在任一时刻，流入到电路任一节点的电流总和等于从该节点流出的电流总和，换句话说就是在任一时刻，流入到电路任一节点的电流的代数和为零。
这一定律实质上是电流连续性的表现。
运用这条定律时必须注意电流的方向，如果不知道电流的真实方向时可以先假设每一电流的正方向（也称参考方向），根据参考方向就可写出基尔霍夫的电流定律表达式。
如果把基尔霍夫定律写成一般形式就是∑I=0。
显然，这条定律与各支路上接的是什么样的元件无关，不论是线性电路还是非线性电路，它是普遍适用的。
电流定律原是运用于某一节点的，我们也可以把它推广运用于电路中的任一假设的封闭面，因为对任一封闭面来说，电流仍然必须是连续的。
2.基尔霍夫电压定律（简称KVL）是：
在任一时刻，沿闭合回路电压降的代数和总等于零。
把这一定律写成一般形式即为∑U=0，显然，基尔霍夫电压定律也是和沿闭合回路上元件的性质无关，因此，不论是线性电路还是非线性电路它是普遍适用的。
三.仪表设备及选用挂箱
设备名称
数量
备注
稳压.稳流源
1
直流电路实验
1
或电路原理实验
直流电压.电流表
1
四.实验任务及步骤
按照电路图所示实验线路验证基尔霍夫两条定律。
自己设计电路图。
1.可调稳压.稳流源上稳压源输出电压，尽可能合理；调节时先调节电压粗调旋钮，再缓慢调节电压微调旋钮，记录电压表指示值，实验中电压调节好后保持不变。
R1,R2,R3,R4,R5用电路实验单元上电阻自行连接而成，或在电路实验单元自由活动区接插元件连接而成。
在接线时各条支路都要串联连接一个电流表插口，测量电流时只要把电流表所连接的插头插入即可读数。
2.测量各条支路电流用直流电压.电流表上的直流电流表，注意电流表量程及各支路电流流向，将测量结果填入表1-1。
直流电压.电流表上的直流电压表测量各支路电压及总电压，记入表1-2，注意电压表量程及电压方向。
五.实验结果
表1-1电流定律
支路电流
∑I
I1
I2
I3
计算值
测量值
表1-1电压定律
电压
Uab
Ubd
Ude
Ufa
E
∑U
计算值
测量值
六.实验报告
（1）完成实验测试，数据列表。
（2）根据基尔霍夫定律及自己所设计的电路参数计算出各支路电流及电压。
（3）计算结果与实验测量结果进行比较，说明误差原因。
（4）小结对基尔霍夫定律的认识。
实验二叠加原理
一.实验目的
（1）通过实验来验证线性电路中的叠加原理以及其适用范围。
（2）学习直流仪器仪表的测试方法。
二.内容说明
几个电动势在某线性网络中共同作用时（也可以是几个电流源共同作用，或电动势和电流源混合共同作用），它们在电路中任一支路产生的电流或在任意两点间的所产生的电压降，等于这些电动势或电流源分别单独作用时，在该部分所产生的电流或电压降的代数和，这一结论称为线性电路的叠加原理。
如果网络是非线性的，叠加原理不适用。
图2-1的电路含有一个非线性元件（稳压管），叠加原理不适用，如果将稳压管换成一线性电阻，则可以运用叠加原理。
本实验中，先使电压源和电流源分别单独使用，测量各点间的电压和各支路的电流，然后再使电压源和电流源共同作用，测量各点间的电压和各支路的电流，验证是否满足叠加原理。
三.仪表设备及选用挂箱
名称
数量
备注
稳压.稳流源
1
直流电路实验
1
或电路原理实验
直流电压.电流表
1
四.实验内容
1.按图2-1接好实验电路R1.R2.R3.R4.R5均用电路实验单元中的多功能实验网络上的元件，或电路实验单元自由区接插相应元器件，接线时稳压.稳流源应先全部置零。
2.调节可调稳压.稳流源上的稳流源，使电流源输出为30mA，且在实验中应保持此值不变。
再调稳压源，使其输出电压为10V，在实验中也保持此值不变。
3.验证叠加原理
按图2-1接好实验电路中。
A.B端通过电路实验单元上钮子开关S1与一根导线及电压源E接通。
将电路实验单元中的钮子开关断开，这就是电压源单独作用时的接线。
测电压源E单独作用时，各条支路的电流和电压，注意仪表量限和测量值的符号，所测数据记入表2-1。
将钮子开关S1断开，使A.B端连至短路侧，同时将电流源IS接通，再测各支路两端的电压和各支路电流，此时为电流源单独作用的值，也记入表2-1。
将电压.电流源同时接通，重复以上测量，数据记入同一表格中。
图2-1叠加原理原理图
4.验证非线性元件不适用叠加定理
上图2-1中AC支路的线性电阻R4用稳压管代替，按步骤3，重复测量各支路电流和电压，与替代前的数值进行比较，数据记入表2-2中。
五.实验结果
表2-1验证叠加原理
项目
条件
UAD
UDC
UBD
UAC
IAC
E单独作用
IS单独作用
E和IS共同作用
六.实验报告
（1）根据图2-1所示元件数值计算本实验电路中（步骤3的线性电路）UAC的数值，与实验结果进行比较。
（2）小结对叠加原理替代定理的认识。
七.思考题
（1）与稳流源IS串接的510Ω电阻如果换成1kΩ，对电路中各支路电流有何影响？
试用实验测试证实。
注意事项
（1）稳流源不应开路，否则它两端正电压会很高。
为安全起见，在断开IS前，先用一短线将IS短接，然后断开IS。
（2）稳压源不应短路，否则电流会过大。
实验三戴维南定理.诺顿定理
一.实验目的
1．用实验来验证戴维南定理.诺顿定理.互易定律.特勒根定理实验。
2．进一步学习常用直流仪器仪表的使用方法。
二.实验原理
任何一个线性网络，如果只研究其中的一个支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作一个含源一端口网络。
而任何一个线性含源一端口网络对外部电路的作用，可用一个等效电压源来代替，该电压源的电动势ES等于这个含源一端口网络的开路电压UK，其等效内阻RS等于这个含源一端口网络中各电源均为零时（电压源短接，电流源断开）无源一端口网络的入端电阻。
这个结论就是戴维南定理。
如果用等效电流源来代替上述线性含源一端口网络，其等效电流IS等于这个含源一端口网络的短路电流Id，其等效内电导等于这个含源一端口网络各电源均为零（电压源短路，电流源开路）时所对应的无源一端口网络的入端电导，这个结论就是诺顿定理。
三.仪器设备和选用挂箱
名称
数量
备注
万用表
1
外购
稳压.稳流源
1
直流电路实验
1
或用电路原理实验箱）
精密可调电阻
1
或学生用电阻箱
直流电压.电流表
1
四.实验任务及步骤
1.自行设计电路，其中包含电流源和电压源及若干电阻，端口为AB,测出含源一端口网络的端电压UAB和端电流IR，并绘出它的外特性曲线UAB=f（IR）
a.按图接好实验电路；（用电路实验单元中的多功能实验网络中元件），负载电阻R用精密可调电阻上的可变电阻。
b.调节可调稳压.稳流源的直流电流源，使其输出电流为15mA。
再调直流电压源，使其输出电压为10V，也可自行设计，调节前直流电流源.电压源均应先置零。
c.改变负载电阻R，对每一R值，测出UAB和IR值，记入表3-1，特别注意要测出
R=∞（此时测出的UAB即为A.B端开路电压UK）和R=0（此时测出的电流即为A.B端短路时的短路电流Id）时的电压和电流。
作出UAB=f（IR）曲线。
2.测出无源一端口网络的入端电阻
a.将图3-1（a）除源：
即将电流源IS开路，将电压源ES短路，再将负载电阻R开路。
b.用万用表电阻档测A.B两点间电阻RAB，即为有源一端口网络所对应的无源一端口网络的入端电阻，也就是此有源一端口网络所对应等效电压源的内电阻RS。
3．验证戴维南定理
a.调节精密可调电阻使其等于RAB=（RS），然后将可调稳压.稳流源中稳压源输出电压调至等于有源一端口网络的开路电压UK与RAB串联组成等效电压源，负载电阻R仍用精密可调电阻上的可变电阻。
b.改变负载电阻R的值（与表3-1中R值一一对应，便于比较），重复测出UAB，IR记入表，并与步骤1中所测得的值比较，验证戴维南定理。
表3-1有源一端口网络的外特性UAB=f（IR）
R（Ω）
0
100
200
300
400
500
600
1k
2k
∞
UAB（V）
IR（mA）
表3-2等效电压源的外特性UAB=f（IR）
R（Ω）
0
100
200
300
400
500
600
1k
2k
∞
UAB（V）
IR（mA）
4．验证诺顿定理
调节可调稳压.稳流源输出电流等于本实验1步骤C中R=0时短路电流，将此电流源与一等效电导GS=1/RS（RS为本实验2中无源一端口网络的入端电阻）并联后组成的实际电流源，接上负载电阻R，重复本实验1中步骤C的测量，将测量数据记入表3-3，并与步骤1中数据进行比较，比较用等效电压源代替原有源一端口网络与用等效电流源代替同一有源一端口网络对外部电路的作用是否等效。
为便于比较，本实验中电阻R的变化最好与步骤1中一一对应相等。
表3-3等效电流源的外特性UAB=f（IR）
R（Ω）
0
100
200
300
400
500
600
1k
2k
∞
UAB（V）
IR（mA）
五.实验报告
（1）根据实验测得的UAB及IR数据，分别绘出曲线，验证它们的等效性，并分析误差产生的原因。
（2）根据步骤1所测得的开路电压UK和短路电流Id，计算有源二端网络的等效内阻与步骤a中所测得的RAB进行比较。
六.思考题
试说明几种一端口网络等效电阻的测量方法，并定性分析它们的优缺点。
实验四交流电路元件参数的测量
一.实验目的
学习用功率表.电压表.电流表测定交流电路元件阻抗参数的方法。
二.实验原理
1．交流电路元件的等值参数R.L.C，可以用交流电桥直接测量，也可以用交流电流表.交流电压表及功率表同时测量出U.I.P的值，通过计算获得，这种方法简称“三表法”。
另外，仅利用交流电流表及交流电压表或更简单地仅用交流电压表也可测量U.I，或测量U通过计算获得结果，这些方法相应地称“二表法”或“一表法”。
本实验通过功率表.电压表.电流表同时测量元件参数或元件组合电路等值参数。
2．三表法
测量线路如图4-1所示。
图4-1三表法测量电路
如果被测元件是一个电感线圈，则由关系式Z=U/I和cosΦ=P/UI可计算等值参数为
R=
cosΦL=XL/ω=
sinΦ/ω
如果被测元件为一电容器，则其等值参数为
R=
cosΦC=1/ωXC=1/
sinΦ/
如果被测对象不是一个元件，而是一个无源一端口网络，虽然可以从测得的I.U.P三个量中计算出网络的等值参数，为
R=
cosΦX=
sinΦ但不能判断X是容抗还是感抗，即无法确定该网络的阻抗角是正还是负。
判断Φ角的性质，可在网络端口并联一个试验小电容C’，只要满足C’<2sinΦ/ω
的条件，此时如果网络输入电流增加，则断定为容性，反之为感性。
三.仪器设备所选用组件箱
名称
数量
备注
电源控制屏
1
动态元件实验
1
或交流电路实验
荧光灯.可变电容
1
交流电压表
1
或者多功能交流仪表
交流电流表
1
功率表
1
四.实验内容及步骤
用三表法：
功率表W.电压表.电流表测量交流电路元件等值阻抗参数。
（a）按图4-1接好实验电路，电路中被测元件Z感性器件为镇流器。
图中功率表W为多功能仪表，其电压档为500V，电流档5A，可根据负载电路电压.电流选择，接线时应注意，功率表电压同名端与电流同名端连接，且接至电源侧，功率表电流线圈应与负载串联，电压线圈应与负载并联。
（b）调节电源控制屏上电压调节旋钮，使它输出一合适的单相交流电压加于图4-1输入端，测出电路电流I=0.4A，测出负载端电压U1及有功功率P记入表中，由
=U/I和cosΦ=P/UI计算出负载阻抗值
和负载功率因数cosΦ及功率因数角Φ记入表中。
（c）被测一端口改接容性负载，即容性器件为电容器串灯泡，调整电压输出，使得灯泡两端电压为220V，测量电路电流及负载消耗的有功功率。
计算出相应参数。
五.三表法实验数据
直接测试量
中间计算量
网络等效参数
U1（V）
I（A）
P（W）
Z（Ω）
cosΦ
Φ
r（Ω）
L（mH）或C（μF）
六.实验报告
（1）.根据测试数据，计算出器件的参数。
（2）.分析误差原因
实验五串联谐振电路研究
一.实验目的
1．学会用实验方法测定R.L.C串联谐振电路的电压和电流以及学会绘制谐振曲线。
2．加深理解串联谐振电路的频率特性和电路品质因数的物理意义。
3．进一步学会几种常用电子仪器的使用方法。
二.内容说明
在R.L.C串联电路中，当外加正弦交流电压的频率可变时，电路中的感抗.容抗和电抗都随着外加电源频率的改变而变化，因而电路中的电流也随着频率而变化。
这些物理量随频率而变的特性绘成曲线，就是它们的频率特性曲线。
由于
XL=
LXC=1/
C
X=XL-XC=
L-1/
C
Z=
=arctg
将它们的频率特性曲线给出，就如图5－l所示的一系列曲线，当XL=XC时的频率叫做串联谐振角频率
0，这时电路是呈谐振状态，谐振角频率为
=
0=1/
谐振频率:
f0=
可见谐振频率决定于电路参数L及C，随着频率的变化，电路的性质在
＜
0时呈容性；
>
0时电路呈感性；
=
0即在谐振点电路出现纯阻性。
如维持外加电压U不变，并将谐振时的电流表示为：
I0=U/R
电路的品质因数Q为：
Q=
0
/R
改变外加电压的频率，可作出如图5-2所示的电流谐振曲线。
当电路的L及C维持不变，只改变R的大小时，可以作出不同Q值的谐振曲线，Q值越大，曲线越尖锐，在这些不同Q值谐振曲线图上（图5-2）,通过纵座标0.707处作一平行于横轴的直线，与各谐振曲线交于两点
1,
2,Q值越大，这两点之间的距离越小，可以证明
Q=
上式说明电路的品质因数越大，谐振曲线越尖锐，电路的选择性越好，相对通频带
越小，这就是Q值的物理意义。
图5-1频率特性曲线
图5-2Q值谐振曲线
在实验中应用的是1KHZ.3V的正弦信号，来自信号发生器，实验过程中输出电压不变。
另外，为了能得到一个比较光滑的电流谐振曲线，在谐振点附近可以多取几个读数。
所以最好粗测谐振频率为多少，方法是信号源的频率，使R上出现的电压为最大。
这时的频率就是谐振频率。
三.实验设备
名称
数量
备注
全智能信号发生器
1
精密可调电阻
1
动态元件单元
1
电路原理实验单元
交流数字毫伏表SX1911
1
另购
示波器GOS-6013C
1
另购
四.预习思考区
l.根据自己设计的实验电路提供的参数估算电路的谐振频率f0。
2.结合提供的仪器设备提出测试谐振点的方案。
3.如果信号源供给的交流电压为3V，示波器测量ULO和UCO应该约为多大。
4.要提高RLC串联电路的Q值，电路参数应如何改变？
五.实验内容及步骤
l.寻找谐振点
（l）将信号源拨到“正弦波”，将它的输出电压调至3V，断开电源开关后，串接R.L.C组成实验电路。
电路中可调电阻用精密可调电阻箱上的电阻，电路实验单元中提供的多个电感.电容元件可选用电路实验单元中的各种电感.电容。
对于选用电路实验单元挂箱的可以用20mH或40mH的电感和相应电容也可自行设计。
（2）对寻找谐振点，根据预习报告要求拟定的找谐振点方案，分别找出R=1kΩ和R=2kΩ时电路的谐振点。
并将谐振时的频率f。
及各元件上的电压URO.ULO.UCO.ULCO。
用示波器测出，注意示波器信号发生器共地以防杂波干扰。
将以上读数记入表5-1中。
2.测量谐振曲线
保持输入电压为3V，分别测出R=1kΩ和R=2kΩ的谐振曲线。
改变信号发生器输出信号频率，测出在不同频率时，相应电阻上的电压UR（并计算出电流I）。
注意：
当改变信号源频率时，必须随时调节和保持输入电压为3V。
六.实验总结
改变R的大小（R1=1kΩ和R2=2kΩ）作出两条谐振曲线，和两条谐振曲线的通频。
并对两条谐振曲线的B和Q值进行分析比较。
在实验中应用的是1KHZ.3V的正弦信号，来自信号发生器，实验过程中输出电压不变。
另外，为了能得到一个比较光滑的电流谐振曲线，在谐振点附近可以多取几个读数。
所以最好粗测谐振频率为多少，方法是信号源的频率，使R上出现的电压为最大。
这时的频率就是谐振频率。
三.实验设备
名称
数量
备注
全智能信号发生器
1
精密可调电阻
1
动态元件单元
1
电路原理实验单元
交流数字毫伏表SX1911
1
另购
示波器GOS-6013C
1
另购
四.预习思考区
l.根据自己设计的实验电路提供的参数估算电路的谐振频率f0。
2.结合提供的仪器设备提出测试谐振点的方案。
3.如果信号源供给的交流电压为3V，示波器测量ULO和UCO应该约为多大。
4.要提高RLC串联电路的Q值，电路参数应如何改变？
五.实验内容及步骤
l.寻找谐振点
（l）将信号源拨到“正弦波”，将它的输出电压调至3V，断开电源开关后，串接R.L.C组成实验电路。
电路中可调电阻用精密可调电阻箱上的电阻，电路实验单元中提供的多个电感.电容元件可选用电路实验单元中的各种电感.电容。
对于选用电路实验单元挂箱的可以用20mH或40mH的电感和相应电容也可自行设计。
（2）对寻找谐振点，根据预习报告要求拟定的找谐振点方案，分别找出R=1kΩ和R=2kΩ时电路的谐振点。
并将谐振时的频率f。
及各元件上的电压URO.ULO.UCO.ULCO。
用示波器测出，注意示波器信号发生器共地以防杂波干扰。
将以上读数记入表5-1中。
2.测量谐振曲线
保持输入电压为3V，分别测出R=1kΩ和R=2kΩ的谐振曲线。
改变信号发生器输出信号频率，测出在不同频率时，相应电阻上的电压UR（并计算出电流I）。
注意：
当改变信号源频率时，必须随时调节和保持输入电压为3V。
六.实验总结
改变R的大小（R1=1kΩ和R2=2kΩ）作出两条谐振曲线，和两条谐振曲线的通频。
并对两条谐振曲线的B和Q值进行分析比较。
七.实验结果
表5-1谐振点测试
已给测量条件
计算值
U（V）
R（KΩ）
f0（HZ）
URO（V）
ULO（V）
UCO（V）
ULCO（V）
I0（mA）
Q
表5-2测R=1kΩ时谐振曲线
串联谐振回路参数
R1=1kΩ
C=3300PF
f（Hz）
UR（V）
表5-3测R=2kΩ时谐振曲线
f（Hz）
UR（V）
八.实验报告
在方格纸上按比例绘出R=1kΩ时谐振曲线和R=2kΩ时谐振曲线
实验六一阶电路瞬态响应
一.实验目的
1．学习用示波器观察和分析电路的响应。
2．研究R.C电路在零输入和方波脉冲激励情况下，响应的基本规律和特点。
3．研究R.L电路在零输入和方波脉冲激励情况下，响应的基本规律和特点。
二.实验原理说明
l.含有L.C储能元件的电路，其响应可由微分方程求解，凡是可用一阶微分方程描述的电路，称为一阶电路，一阶电路通常由一个储能元件和若干个电阻元件组成。
2.储能元件初始值为零的电路对激励的响应称为零状态响应。
图6-1所示电路，合上K，直流电源经R向C充电，由方程
uc+RC
=USt≥0
初始值uc（0-）=0，可得零状态响应为：
Uc（t）=US（1-e-t/
）t≥0
ic（t）=
e-
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