级电路分析实验指导书解析.docx
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级电路分析实验指导书解析
桂林电子科技大学信息科技学院
2013.2
前言电路实验综述
实验是为了认识世界或事物，为了检验某种科学理论或假定而进行的操作或活动，任何自然科学理论都离不开实践。
科学实践是研究自然科学极为重要的环节，也是科学技术得以发展的重要保证。
对于电路课程来说，在系统学习了本学科理论知识的基础上，还要加强基本实验技能的训练，实验课即为这种技能训练的重要环节。
电路实验是工科院校电类专业学生的主要实验课之一，属于专业基础实验课。
实验质量的高低将直接影响学生实际动手能力的高低，而实际动手能力则关系到学生今后的工作和发展。
因此，对实验课应该给予足够的重视。
一、电路实验课的目的
1、通过实验，巩固、加深和丰富电路理论知识；
2、学习正确使用电流表、电压表、变阻器等常用仪表和设备，掌握并熟练毫伏表、直流稳压电源、函数信号发生器、示波器等常用电子仪器的操作方法；
3、掌握一些基本的电子测试技术；
4、训练选择实验方法、整理实验数据、分析误差、绘制曲线、判断实验结果、写电类实验报告的能力；
5、培养实事求是、严肃认真、细致踏实的科学作风和独立工作的能力。
二、电路实验课的要求
一般实验课分为课前准备、进行实验和课后完成实验报告三个阶段，各个阶段的要求如下：
1、课前准备
（1）阅读实验指导书，明确实验的目的、任务与要求，了解完成实验的方法和步骤；并结合实验原理复习相关的理论知识，完成必要的理论估算；设计好实验数据的记录表格，认真思考并解答预习思考题。
（2）理解并牢记指导书中提出的注意事项，了解仪器、仪表的使用方法，防止实验过程中损坏仪器仪表。
（3）完成预习报告，报告中应有实验目的、所用仪器设备、实验原理、原理图、实验步骤及数据记录表格，课前交指导教师检查签字后才能进行实验。
2、进行实验
（1）每个班的每位同学都有指定的实验时间和座位，实验室就是教室，除了有同样的纪律要求外，同学们还应在上课前提前进入实验室，首先看一下投影屏幕，是否有什么新的通知，更改以及注意事项等，待打铃后，指导老师将对该实验的内容及注意事项作简要的介绍，接着同学们按自己的学号到指定的实验桌上做实验。
（2）使用仪器设备前先了解其规格、量程和性能等，检查仪器、设备是否齐全、完好，如发现问题应及时提出。
（3）接线。
一般地说，每个实验都是通用的电路板，上面没固定好要用的部分器件，同学们还要按实验的要求做一些接线工作。
接线时应考虑仪器和设备安放的位置，要做到操作方便，读数方便，接线方便。
接线时应尽量的少，走线要清楚，以利于检查。
只有当自己确认接线无误时才允许接通电源或信号源，若自己不能确认时一定要事先给指导老师检查。
有些实验要更改电路，更改时，首先应从电源或信号源的输出端处拆下连接线，然后更改电路。
严禁带电更改电路，这是因为带电更改电路时，稍有疏忽就会损坏仪器和设备，也不利于人身安全。
（4）实验进行过程中要胆大心细，一丝不苟。
对实验中出现的现象和所得的数据应做好记录。
随时分析、研究实验结果的合理性，如果发现异常现象，应及时查找原因，如遇到事故发生，应立即切断电源，并报告指导老师。
（5）为了测取准确的数据，在选择测试点时应注意使其分布合理。
如曲线的弯曲段应多取几个测试点；每测试完一项任务，暂不要拆线，分析判断一下数据是否正确，若有错误可重新进行测试。
要求对测量的数据，测前有预见，测后有判断。
（6）实验内容全部完成后，原始数据经指导教师签认后才有效，以后不得再作任何更改。
拆除实验线路前应先切断电源，拆完线后将仪器设备复归原位，清理好导线及桌面，经老师验收后才可离去。
3、编写实验报告
（1）编写实验报告是将实验结果进行归纳总结、分析与提高的阶段。
实验报告应文理通顺、简明扼要、字迹端正、图表清晰、分析与论证得当。
写实验报告应采用学校统一的实验报告纸，画曲线、波形一般应采用坐标纸。
交实验报告时应附上原始数据，如发现无指导老师的签字或擅自更改数据，则该实验报告按无效处理并不予评分。
（2）实验报告应包括以下内容：
实验目的：
填写实验的目的和意义。
实验仪器设备：
填写实验实际使用的设备名称、型号和数量。
实验原理图：
绘制实验原理电路图及实验线路图。
实验内容：
填写必要的实验步骤，实验方法，列表记录实验数据，写出必要的数据处理过程。
总结：
对实验现象、数据进行分析处理，得出结论。
实验中若有故障发生，应分析故障的原因，简述排除故障的方法。
回答问题，总结本次实验的心得体会并提出有关建议。
三、电路实验课的注意事项
1、实验课时认真听取指导老师讲解仪器仪表的使用方法及注意事项，对实验台加倍爱护。
这样既能保证实验课的正常开设，也培养了个人爱护公共财产的品德。
2、取、放实验模块或元器件时要小心，以避免损坏，移动仪器设备时要轻拿轻放。
电器设备应按铭牌上的规定额定值使用。
使用仪表时应选择合适的量程。
使用电子仪器时应阅读有关说明书，熟悉使用方法，了解各旋钮的作用。
3、在实验过程中应注意仪器设备的运行情况，随时注意有无异常现象。
例如短路、过热、绝缘烧焦发出异味、声音不正常、电源保险熔断发出响声或合上电源而不工作等。
出现上述情况时不要惊慌失措，应立即拉开总电源开关，防止事故扩大，保持现场，报告实验老师共同分析原因，排除故障。
如果实验仪器和设备损坏，应如实填写事故报告单，以便处理。
4、不得脚踏或坐在设备上，不得用笔在仪表和实验台上写字，不得将导线和工具乱扔乱抛，也不要擅自取用其他实验台上的实验模块和实验设备。
实验一电子元器件伏安特性的测试
一、实验目的
1、认识常用的电子元件。
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、掌握实验装置上仪器、仪表的使用方法。
二、实验原理
任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系I=f（U）或U=f（I）来表示，这种函数关系称为该元件的伏安特性，有时也称外部特性。
通常这些伏安特性用U-I或I-U平面上的一条曲线来表示，这条曲线就为该元件的伏安特性曲线或外特性曲线。
1、
线性电阻器的伏安特性是一条通过坐标原点的直线，如图1.1中a曲线所示，该直
线的斜率等于该电阻器的电导值。
2、一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其特性如图1.1
中b曲线。
正向压降很小（一般的锗管约为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到十几伏至几十伏时，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，如果反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。
3、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
的二极管类似，但其反向特性特别，如图1.1中c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图1.1
（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。
稳压二极管的这种特性在电子设备中有着广泛的应用。
三、实验设备
1、RXDI-1A电路原理实验箱1台
2、数字万用表1台
四、实验步骤
1、测定线性电阻器的伏安特性
按图1.2接线，调节直流稳压电源的输出电压，使得电阻两端的电压值从0V开始缓慢
地增加到10V，记下相应的电压表和电流表的读数。
U（V）
0
2
4
6
8
10
I（mA）
2、测定半导体二极管的伏安特性
按图1.3接线，R为限流电阻，测二极管D的正向特性时，正向压降可在0~0.75V之间
取值。
特别0.5~0.75之间更应多取几个测量点以便于画图。
测反向特性时，只需将图1.3中的二极管反接（即a、b点互调），且其反向电压可加至24V。
多测几个点
正向特性实验数据
U（V）
0
0.2
0.4
0.5
……
0.75
I（mA）
注：
u=0.75V不一定测得到，实验中应以实际能测到的电压最大值为准。
反向特性实验数据
U（V）
0
-5
-10
-15
-20
-24
I（mA）
a
R
万用表
1N4007
+
-
万用表
mA
+
R
+
-
-
+
V
1K
u
-
b
图1.3
图1.2
mA
-
+
u
1K
+
V
-
3、测定稳压二极管的伏安特性只要将图1.3中的二极管换成稳压管2CW55，重复实验
多测几个点
内容2的测量步骤。
正向特性实验数据
U（V）
0
0.2
0.4
0.5
……
0.75
I（mA）
注：
u=0.75V不一定测得到，实验中应以实际能测到的电压最大值为准。
反向特性实验数据
U（V）
0
-2
-4
-6
-7
？
？
I（mA）
注：
表中的？
号表示稳压值，指的是实验中实际能测得到的电压微变，电流急剧增大的点。
五、实验注意事项
1、实验时，电流表应串联在电路中，万用电压表应并联在被测元件上，极性切勿接错。
2、合理选用量程，切勿使电表超过量程。
3、测二极管特性时，一定要串接一个限流电阻，且稳压电源输出应由小至大逐渐增加。
输出端切勿碰线短路。
六、实验报告数据处理要求
1、根据各实验数据结果，分别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坐标中，正、反向电压可取不同比例尺）。
注意，画图时一定要在坐标中描点画图。
2、实验总结及体会。
原始数据：
学号：
姓名：
实验一电子元器件伏安特性的测试
一、测定线性电阻器的伏安特性
U（V）
I（mA）
二、测定半导体二极管的伏安特性
正向特性实验数据
U（V）
I（mA）
反向特性实验数据
U（V）
I（mA）
三、测定稳压二极管的伏安特性
正向特性实验数据
U（V）
I（mA）
反向特性实验数据
U（V）
I（mA）
实验二受控源
一、实验目的
1、测试受控源VCCS、CCVS的转移特性，从而加深对受控源的理解。
2、在熟悉原理电路的基础上，能够在实验电路箱的实验电路板上，快速连接所需要验证的电路并进行测试。
二、实验原理
1、所谓受控源，是指其电源的输出电压或电流是受电路另一支路的电压或电流所控制的。
当受控源的电压（或电流）与控制支路的电压（或电流）成正比时，则该受控源为线性的。
根据控制变量与输出变量的不同可分为四类受控源：
即电压控制电压源（VCVS）、电压控制电流源（VCCS）、电流控制电压源（CCVS）、电流控制电流源（CCCS）。
电路符号如2.1所示。
理想受控源的控制支路中只有一个独立变量（电压或电流），另一个变量为零，即从输入口看理想受控源或是短路（即Ui=0）或是开路（即Ii=0），从输出口看，理想受控源或是一个理想电压源或是一个理想电流源。
图2.1受控源
2、受控源的输出端与受控端的关系称为转移函数
四种受控源转移函数参量的定义如下：
（1）电压控制电压源（VCVS）
U2=μU1μ=U2/U1称为转移电压比（或电压增益）。
（2）电压控制电流源（VCCS）
I2=gmU1gm=I2/U1称为转移电导。
（3）电流控制电压源（CCVS）
U2=rmI1rm=U2/I1称为转移电阻。
（4）电流控制电流源（CCCS）
I2=αI1α=I2/I1称为转移电流比（或电流增益）。
VCCS
三、实验设备
IL
1、RXDI-1A电路原理实验箱1台
2、数字万用表1台
+
+
U1
RL
U2
四、实验内容及步骤
gmU1
-
-
1、测量受控源VCCS的转移特性IL=f（U1）。
实验线路如图2.2所示，固定RL=2KΩ，调节直流稳压源电源输出电压
U1，使其在0-3V范围内取值。
测量U1及相应的IL，绘制IL=f（U1）曲线，并
由其线形部分求出转移电导gm。
图2.2
测量值
U1（V）
0.50
1.00
2.00
2.50
3.00
IL（mA）
实验值
gm（mS）
Is
2、测量受控源CCVS的转移特性U2=f（IS）。
实验线路如图2.3，IS为可调直流恒流源，固定RL=2KΩ，调节直流恒
流源输出电流IS，使其在0~2mA范围内任取5个值，测量IS及相应的U2
值，绘制U2=f（IS）曲线，并由其线性部分求出转移电阻rm。
测量值
IS（mA）
U2（V）
实验值
rm（K）
图2.3
五、注意事项
1、注意运放双电源的接法。
2、做VCCS实验时需把两个地连接起来。
3、做CCVS转移特性测试时注意电流源和电流表不能并联。
六、实验报告数据处理要求
1、描点绘出实验所要求的曲线。
2、实验总结及体会。
原始数据：
学号：
姓名：
实验二受控源
一、测量受控源VCCS的转移特性IL=f（U1）
测量值
U1（V）
0.50
1.00
2.00
2.50
3.00
IL（mA）
实验值
gm（mS）
二、测量受控源CCVS的转移特性U2=f（IS）
测量值
IS（mA）
U2（V）
实验值
rm（K）
实验三基尔霍夫定律和叠加原理的验证
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、验证线性电路中叠加原理的正确性及其适用范围。
3、加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。
4、进一步掌握仪器仪表的使用方法。
二、实验原理
（一）基尔霍夫定律
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。
（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。
例如图3.1所示为电路中某一节点N，共有五条支路与它相连，五个电流的参考方向如图所示，根据基尔霍夫定律就可写出：
I1+I2+I3=I4+I5
如果把基尔霍夫定律写成一般形式就是ΣI=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。
图3.1图3.2
（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为零。
把这一定律写成一般形式，即为ΣU=0。
例如在图3.2所示的闭合回路中，电阻两端的电压参考极性如箭头所示，如果从节点a出发，顺时针方向绕行一周又回到a点，便可写出：
U1+U2+U3-U4-U5=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。
（二）叠加原理
几个电源在某线性网络中共同作用时，它们在电路中任一支路产生的电流或在任意两点间所产生的电压降，等于这些电源分别单独作用时，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。
当不作用的电源置零时，电压源应视为短路，电流源应视为开路。
线性电路的齐次性（又称比例性），是指当激励信号（某独立源的值）增加或减小K倍时，电路的响应（即在电路其它各电阻元件上所产生的电流和电压值）也将增加或减小K倍。
三、实验设备
1、RXDI-1A电路原理实验箱1台
2、数字万用表1台
四、实验内容及步骤
（一）基尔霍夫定律的实验线路如图3.3所示：
图3.3
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（如：
一路U2为+12V电源，另一路U1为0~24V可调直
流稳压源）接入电路，令U1=6V，U2=12V。
3、电路实验箱上的直流电流表分别接入三条支路中，记录电流值，此时应注意电流表
的极性应与电流的假设方向一致。
4、用数字万用表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，并记录。
被测量
I1（mA）
I2（mA）
I3（mA）
U1（V）
U2（V）
UFA（V）
UAB（V）
UAD（V）
UCD（V）
UDE（V）
计算值
测量值
误差
（二）叠加原理的实验线路图如图3.4所示
1、按图3.4电路接线，取U1=12V，U2为可调直流稳压电源，调至U2=+6V。
图3.4
2、令U1单独作用时（使BC短接），用直流电流表和数字万用表测量各支路电流及各电阻元件两端电压，将数据记入表格中。
测量项目
实验内容
U1
（V）
U2
（V）
I1
（mA）
I2
（mA）
I3
（mA）
UAB
（V）
UAD
（V）
UCD
（V）
UDE
（V）
UFA
（V）
测量值
3、令U2单独作用时（使FE短接），重复实验步骤2的测量，并记录。
（表格自拟）
4、令U1和U2共同作用时，重复上述的测量和记录。
（表格自拟）
5、取U2=+12V，重复步骤3的测量并记录。
（表格自拟）
五、注意事项
实验过程中注意仪表量程的及时更换。
六、实验报告数据处理要求
1、根据实验数据，选定实验电路图3.3中的A节点，验证KCL的正确性。
2、根据实验数据，选定实验电路图3.3中任一闭合回路，验证KVL的正确性。
3、根据实验数据验证线性电路的叠加性与齐次性。
4、实验总结及体会。
原始数据：
学号：
姓名：
实验三基尔霍夫定律和叠加原理的验证
一、基尔霍夫定律的验证
测量项目
I1（mA）
I2（mA）
I3（mA）
U1（V）
U2（V）
UFA（V）
UAB（V）
UAD（V）
UCD（V）
UDE（V）
计算值
测量值
误差
二、叠加原理的验证
测量项目
实验内容
U1
（V）
U2
（V）
I1
（mA）
I2
（mA）
I3
（mA）
UAB
（V）
UAD
（V）
UCD
（V）
UDE
（V）
UFA
（V）
U1单独作用
U2单独作用
U1、U2共同作用
三、齐次性原理的验证
测量项目
实验内容
U1
（V）
U2
（V）
I1
（mA）
I2
（mA）
I3
（mA）
UAB
（V）
UAD
（V）
UCD
（V）
UDE
（V）
UFA
（V）
测量值
实验四戴维南定理
一、实验目的
1、验证戴维南定理的正确性。
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或电流，则可将电路的其余部分看作是一个含源单口网络。
戴维南定理指出：
任何一个线性含源单口网络，总可以用一个等效电压源和一个等效电阻的串联来代替，此电压源的电压值等于该含源单口网络的开路电压Uoc，其等效内阻Ro等于该网络中所有独立源均置零（电压源视为短路，电流源视为开路）时从端口两端所看进去的电阻值（参照图4.1）。
U0C和R0称为含源单口网络的等效参数。
RL
图4.1线性含源网络等效图
2、线性含源单口网络等效参数的测量方法
（1）开路电压、短路电流法
在含源单口网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压Uoc，然后将其输出端短路，用电流表测其短路电流ISC，则等效电阻为Ro=Uoc/ISC。
若单口网络的等效电阻值很低而短路电流很大时，则不宜测短路电流。
（2）伏安法
利用含源单口网络的外特性，用电压表、电流表求出Uoc和Ro。
如图4.1所示，可知改变RL可测得一组U、I数据，作出该网络的外特性曲线，如图4.2所示，曲线纵坐标的截距就是开路电压Uoc，曲线横坐标的截距就是短路电流ISC，曲线斜率的绝对值就是等效电阻Ro。
即根据外特性曲线求出斜率tgΦ，则等效电阻Ro=tgΦ=ΔU/ΔI=Uoc/ISC。
V
图4.2图4.3
（3）半电压法
如图4.3所示，当负载电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻（由万用表测量）即为被测含源单口网络的等效电阻值。
（4）独立源置零法
将电压源短路，电流源开路，用万用表直接测输出两端的电阻即是Ro。
三、实验设备
1、RXDI-1A电路原理实验箱1台
2、数字万用表1台
四、实验内容及步骤
被测有源二端网络如图4.4所示。
（b）
图4.4
1、用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路Uoc和Ro。
按图4.4（a）电路接入稳压电源ES和恒流源IS，测定Uoc和Ro。
Uoc（V）
ISC（mA）
Ro=Uoc/ISC（Ω）
2、负载实验
按图4.4（a）改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性。
U（V）
14.00
12.00
10.00
8.00
6.00
5.00
4.00
I（mA）
3、用独立源置零法测Ro。
即将被测含源网络内的所有独立源置零后，直接用万用表的电阻档去测定输出端两点间的电阻，即为被测网络的等效电阻Ro。
4、用半电压法测量被测网络的等效内阻Ro。
Uoc（V）
UL（V）
Ro（Ω）
五、实验注意事项
1、测量时注意及时更换电流表量程。
2、步骤“3”中，电源置零时短路的是虚拟电压源。
3、用万用表直接测Ro时，需断电断线。
六、实验报告数据处理要求
1、根据步
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