电路原理实验指导书1.docx
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电路原理实验指导书1
《电路原理》
实验指导书
张毅编
沈阳大学信息工程学院
目录
实验一基尔霍夫定律的验证1
实验二叠加定理的验证2
实验三戴维南定理的验证4
实验四常用电子仪器使用6
实验五一阶动态电路的研究13
实验六功率因数的提高15
实验七三相交流电路电压、电流的测量17
实验八三相电路功率的测量19
实验一基尔霍夫定律的验证
一、实验目的与要求
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。
3.加深对参考方向的理解。
二、实验类型
验证型
三、实验原理及说明
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每个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。
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各支路或闭合回路中电流的正方向，此方向可预先任意设定。
四、实验仪器
序号
名称
主要用途
1
直流可调稳压电源0~30V（二路）
电源
2
直流数字电压表0~200V
测量元件电压
3
基尔霍夫定律实验电路板DGJ-03
提供实验电路
4
直流数字毫安表0-20mA
测量支路电流
五、实验内容和步骤
利用DGJ-03实验挂箱上的“基尔霍夫定律/叠加定理”线路，按图1-1接线。
1.分别将两路直流稳压电源接入电路，令U1＝6V，U2＝12V。
（先调准输出电压值）
2.实验前先任意设定三条支路和三个闭合回路的电流正方向。
图1-1中的I1、I2、I3的方向已设定。
三个闭合回路的电流正方向可设为ADEFA、BADCB和FBCEF。
3.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。
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，记录之。
表1-1
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
相对误差
六、实验数据处理与分析
1.根据实验数据，选定节点A，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.将支路和闭合回路的电流方向重新设定，重复1、2两项验证。
4.误差原因分析。
5.心得体会及其他。
七、注意事项
1.本实验线路板系多个实验通用，DGJ-03上的K3应拨向330Ω侧，三个故障按键均不得按下。
2．所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。
U1、U2也需测量，不应取电源本身的显示值。
3.防止稳压电源两个输出端碰线短路。
4.用指针式电压表或电流表测量电压或电流时，如果仪表指针反偏，则必须调换仪表极性，重新测量。
此时指针正偏，可读得电压或电流值。
若用数显电压表或电流表测量，则可直接读出电压或电流值。
但应注意：
所读得的电压或电流值的正确正、负号应根据设定的电流参考方向来判断。
实验二叠加定理的验证
一、实验目的与要求
验证线性电路叠加定理的正确性，加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。
二、实验类型
验证型
三、实验原理及说明
叠加定理指出：
在有多个独立电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电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当激励信号（某独立电源的值）增加或减小K倍时，电路的响应（即在电路中各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增加或减小K倍。
四、实验仪器
序号
名称
主要用途
1
直流可调稳压电源0~30V（二路）
电源
2
直流数字电压表0~200V
测量元件电压
3
叠加定理实验电路板DGJ-03
提供实验电路
4
直流数字毫安表0-20mA
测量支路电流
五、实验内容和步骤
实验线路如图2-1所示，用DGJ-03挂箱的“基尔夫定律/叠加定理”线路。
图2-1
1.将两路稳压源的输出分别调节为12V和6V，接入U1和U2处。
2.令U1电源单独作用（将开关K1投向U1侧，开关K2投向短路侧）。
用直流数字电压表和毫安表（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2-1。
3.令U2电源单独作用（将开关K1投向短路侧，开关K2投向U2侧），重复实验步骤2的测量和记录，数据记入表2-1。
4.令U1和U2共同作用（开关K1和K2分别投向U1和U2侧），重复上述的测量和记录，数据记入表2-1。
5.将U2的数值调至＋12V，重复上述第3项的测量并记录，数据记入表2-1。
表2-1
测量项目
实验内容
U1
（V）
U2
（V）
I1
（mA）
I2
（mA）
I3
（mA）
UAB
（V）
UCD
（V）
UAD
（V）
UDE
（V）
UFA
（V）
U1单独作用
U2单独作用
U1、U2共同作用
2U2单独作用
六、实验数据处理与分析
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.通过实验步骤6及分析表格2-2的数据，你能得出什么样的结论？
3.心得体会及其他。
七、注意事项
1.用电流插头测量各支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性，正确判断测得值的＋、－号后，记入数据表格。
2.注意仪表量程的及时更换。
实验三戴维南定理的验证
一、实验目的与要求
1.验证戴维南定理的正确性，加深对该定理的理解。
2.掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。
二、实验类型
验证型
三、实验原理及说明
戴维南定理指出：
任何一个线性有源网络，总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替，此电压源的电动势Us等于这个有源二端网络的开路电压Uoc，其等效内阻R0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。
Uoc（Us）和R0或者ISC（IS）和R0称为有源二端网络的等效参数。
四、实验仪器
序号
名称
主要用途
1
可调直流稳压电源（0～30V）
电源
2
可调直流恒流源（0～200mA）
电源
3
直流数字电压表（0～200V）
测量电压
4
直流数字毫安表（0～200mA）
测量电流
5
万用表
测量电阻
6
可调电阻箱（0～99999.9ΩDGJ-05）
提供可调电阻
7
电位器（1K/5WDGJ-05）
提供电阻
8
戴维南定理实验电路板（DGJ-05）
提供实验电路
五、实验内容和步骤
被测有源二端网络如图3-4（a）。
（a）（b）
Uoc
（v）
Isc
（mA）
R0=Uoc/Isc
（Ω）
表3-1
1.用开路电压、短路电流法测定戴维南等效
电路的Uoc、R0。
按图3-4（a）接入稳压电源Us=12V
和恒流源Is=10mA，不接入RL。
测出UOc和Isc,并
计算出R0，记入表3-1。
（测UOC时，不接入mA表。
）
2.负载实验
按图3-4（a）接入RL。
改变RL阻值，测量相应的U、I值并记入表3-2，测出有源二端网络的外特性曲线。
表3-2
RL（Ω）
1K
900
800
700
600
500
400
300
200
U（v）
I（mA）
3.验证戴维南定理：
从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻R0之值，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3-4（b）所示，仿照步骤“2”测其外特性，将测量的U、I值记入表3-3中，对戴氏定理进行验证。
表3-3
RL（Ω）
1K
900
800
700
600
500
400
300
200
U（v）
I（mA）
六、实验数据处理与分析
1.列出实验数据，根据实验数据验证戴维南定理的正确性。
并分析产生误差的原因。
2.戴维南定理的使用条件是什么？
3.归纳、总结实验结果。
4.心得体会及其他。
七、注意事项
1.测量时应注意电流表量程的更换。
2.步骤“4”中，电压源置零时不可将稳压源短接。
3.用万表直接测R0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。
实验四常用电子仪器使用
一、实验目的与要求
1.了解示波器原理，初步学习示波器的使用方法。
2.学会正确使用数控智能函数信号发生器。
二、实验类型
综合型
三、实验仪器及说明
●COS5041型双踪示波器
COS5041型双踪示波器是一种能同时显示两个波形晶体管小型示波器，它便于同时观察和比较两个信号波形的各项参数。
该仪器还可以任意选择某通道单独工作，进行单独显示。
常用控制装置（见附图4-1）
（一）示波管控制部分
3电源开关
2电源指示灯
4辉度（扫描线亮度）调节旋钮
6聚集调节旋钮
8标尺亮度调节旋钮
（二）垂直输入控制部分
11（18）通道1（通道2）输入插口
10（19）输入偶合方式选择开关
AC交流偶合
GND接地
DC直流偶合
12（16）输入灵敏度选择开关（5mV到5V共10挡）
13（17）垂直灵敏度微调旋钮（CAL’D为校准位置，拉出来灵敏度为原来5倍）
9（20）扫描线垂直位置调节旋钮
14工作方式选择开关
CH1通道1
CH2通道2
DUAL双踪方式（同时显示通道1和通道2的波形）
ADD叠加方式（旋钮20推入时显示CH1+CH2，旋钮20拉出时显示CH1-CH2）
（三）触发控制部分
23外触发信号输入插座
26触发信号选择开关
CH1通道1输入作为触发信号
CH2通道2输入作为触发信号
EXT外触发输入作为触发信号
25触发信号偶合方式选择开关
AC交流偶合
HFREJ交流低通偶合
TV电视方式偶合
24触发极性选择开关
+正半周触发
－负半周触发
22触发电平调节旋钮
21延迟时间调节旋钮
（四）时基触发控制
30扫描时间选择开关
31扫描时间微调旋钮（CAL`D为标准信号，拉出为10倍）
32水平位置调节旋钮
28扫描方式选择开关
AUTO自动扫描
NOME一般扫描
SINGLE单次扫描
29扫描模式选择开关
A正常扫描
AINT局部放大
B延迟扫描
BTRIG连续或触发延迟
（五）其它部分
1标准信号输出（2VP-P，1000Hz）
15接地端
基本操作方法
接通电源之前，先检查电源是否符合要求。
然后按下表调解各控制开关和旋钮的位置：
（图中所示位置即是初始位置）
标号英文标注名称位置
3POWER电源开关关（未按下）
4INTEN辉度调节旋钮顺时针（3点位置）
6FOCUS聚集调节旋钮中间（12点位置）
8ILLUM标尺亮度调节旋钮逆时针（9点位置）
14VERTMODE输入工作方式选择开关CH1
9POSITION垂直位置调节旋钮中间位置，推入
12VOLTS/DIN垂直灵敏度选择开关500mV/DIV
13VARIABLE垂直灵敏度微调选择开关AC
26SOURCE触发信号选择开关CH1
25COUPLING偶合方式选择开关AC
24SLOPE触发极性选择开关+
22LEVEL触发电平调节旋钮初始位置（LOCK）
21HOLDOFF延迟时间调节旋钮顺时针
28SWEEPMODE扫描方式选择开关AUTO
29HORDLSPLAY扫描模式选择开关A
30TDME/DIV扫描时间选择开关0.5mcec/DIV
31VARIBLE扫描时间微调旋钮CAL,D
32POSITION水平位置调节旋钮中间位置
然后按下列步骤操作：
1．按下开关电源按钮3，接通电源，确认指示灯2亮。
大约20秒之后，扫描线出现在屏上。
如果60秒之后扫描线仍未出现，重复上述步骤。
2．调节辉度旋钮4和聚集旋钮6，使扫描线具有合适的亮度和宽度。
3．将随机配探头电缆插头接到探头通道1输入插座11上。
4。
将探头中心探头接到标准信号输出端1上屏幕上将出现周期性的方波信号。
COS50-41型双踪示波器
附图4-1
5．调节垂直位置调节旋钮9和水平位置调节旋钮32，移动波形使之便于读数。
6．读出显示波形的峰-峰值和周期，读数方法如下：
幅值=格数开关位置（V/DIV或mV/DIV）
周期=格数开关位置（S/DIV或mS/DIV）
标准信号应为2V,1000Hz（T=1ms）
7．将探头接到其他待测信号上，调节垂直输入灵敏度选择开关12、垂直灵敏度微调旋钮13、扫描时间选择开关30和扫描时间微调旋钮31，使波形的大小和位置便于观察。
8、当波形在水平方向不稳定时，可通过调节扫描微调旋钮31和触发电平调节旋钮22使其稳定。
9．读数时应将微调旋钮13和31旋至位置，按照步骤5和6读数。
以上操作步骤是针对所用通道1进行观察加以说明，当使用通道2时，操作步骤基本相同。
●数控智能函数信号发生器
该信号源以单片机为核心的数控式函数信号发生器。
它可输出正弦波、三角波、锯齿波、矩形波、四脉方列和八脉方列等六种信号波形。
通过面板上键盘的简单操作，就可以很方便地连续调节输出信号频率，并用绿色LED数码管直接显示输出信号的频率值。
本仪器还有频率计的功能。
1、主要技术指标
（1）输出频率范围：
正弦波为1Hz-150KHz：
三角波和锯齿波为1Hz-10KHz：
四
方列和八脉方列固定为1Hz。
频率调整步幅：
1Hz-1KHz为1Hz：
1KHz-10KHz为10Hz：
10KHz-150KHz为100Hz。
（2）输出脉宽调节：
占空比固定为1：
1、1：
3、1：
5、1：
7四档。
输出脉冲前后沿时间小于50ns。
（3）输出幅度调节范围：
A口15mV-17.0Vpp,B口0-0.4Vpp
（4）输出阻抗：
大于50欧姆。
（5）频率测量范围：
1Hz-200KHz
2、使用操作说明：
（1）操作键盘和显示屏：
┌A┐┌B┐
●○○○○
正三锯矩四八
弦角齿形脉脉
波波波波方方
形形形形列列
┌───┐┌───┐┌────┐┌──┐
│波形││脉宽││测频取消││A口│
└───┘└───┘└────┘└──┘
┌───┐┌───┐┌──┐┌─────┐
│粗↑││中↑││细↑││B口/B口↑│
└───┘└───┘└──┘└─────┘
┌───┐┌───┐┌──┐┌─────┐
│粗↓││中↓││细↓││B口/B口↓│
└───┘└───┘└──┘└─────┘
操作键盘示图
┌──────────┐
│││││││
│││││││
└──────────┘
频率显示（Hz）
┌───┐┌──┐
││。
││││
││。
││││
└───┘└──┘
占空比显示内部基准显示（V）
图4-2
（2）输入、输出接口：
模拟信号（包括正弦波、三角波和锯齿波）从A口输出；脉冲信号（包括矩形波、四脉方列和八脉方列）从B口输出；
（3）开机后的初始状态：
选定为正弦波形，相应的红色LED指示灯亮；输出频率显示为1KHz；内部基准幅度显示为5V。
（4）按键操作：
包括输出信号的选择频率的调节、脉冲宽度的调节、测频功能的切换操作（对照图4-2）
d1按“A口”、“B口/B↑或B口/B↓”，选择输出端口。
d2操作“波形”、“A口”及“B口/B↑（或B口/B↓）”键，选择波形输出，六个LED发光二极管将分别指示当前输出信号的类型。
d3在选定矩形波后，按“脉宽”键，可改变矩形波的占空比。
此时图二中的用以显示占空比的数码管将依次显示1：
1，1：
3，1：
5，1：
7。
d4按“测频/取消”键，本仪器的频率显示窗便转换为频率计的功能。
即图二中的六只频率显示数码管将显示接在面板“信号输入口”处的被测信号的频率值（“信号输出口”仍保持原来信号的正常输出）。
此时除“测频/取消”键外，按其它的键均无效；只有再按过“测频/取消”键，撤消测频功能后，整个键盘才可恢复输出信号的控制操作。
d5按“粗↑”键或“粗↓”键，可单步改变（调高或调低）输出信号频率值的最高位。
d6按“中↑”键或“中↓”键，可连续改变（调高或调低）输出信号频率值的次高位。
d7按“细↑”键或“细↓”键，可连续改变（调高或调低）输出信号频率值的第二次高位。
（5）输出幅度调节
e1A口幅度调节顺时针旋转面板上幅度调节选钮，将连续增大输出幅度；逆时针旋转面板上幅度调节选钮，将连续减小输出幅度。
幅度调节精度为1mV。
e2B口幅度调节按B口/B↑键将连续增大输出口幅度；按B口/B↓键将连续减小输出口幅度。
四、实验仪器
序号
名称
主要用途
1
示波器COS5041
观察波形
2
数控智能函数信号发生器
信号源
3
毫伏表
测量电压
五、实验内容和步骤
（一）观察COS5041示波器标准信号的波形，并计算出波形的周期、幅值和有效值。
（二）用示波器与毫伏表测量正弦波
1、按图4-3连接好仪器
2、接通信号发生器电源，调节各旋钮使其输出如下各频率与幅值的正弦波：
200Hz、
0.5V，1KHz、1V，20KHz、2V，50KHz、3V。
分别用毫伏表、示波器测量各正弦波电压的有效值，并观察其波形，记入表4-1。
表4-1
电压频率200Hz1KHz20KHz50KHz
仪器
信号发生器0.5V1V2V3V
毫伏表
示波器
（三）观察示波器的显示
毫伏表
y1
y2示波器
信号发生器
图4-3仪器连接方式
将频率为200Hz、1KHz、20KHz、50KHz的正弦信号加入到示波器的Y1或Y2通道的输入端，观察波形并记录数据填入表4-1中，
六、实验数据处理与分析
1．整理记录数据。
2．回答下列问题：
用简短语言叙述用COS5041型示波器测某一电压波形时，调节各旋钮的先后次序。
实验五一阶动态电路的研究
一、实验目的与要求
1.测定RC一阶电路的零输入响应、零状态响应及完全响应。
2.学习电路时间常数的测量方法。
3.掌握有关微分电路和积分电路的概念。
4.进一步学会用示波器观测波形。
二、实验类型
验证型
三、实验原理及说明
1.动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程。
要用普通示波器观察过渡过程和测量有关的参数，就必须使这种单次变化的过程重复出现。
为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；利用方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号。
只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ，那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的。
2.微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的电路，它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。
一个简单的RC串联电路，在方波序列脉冲的重复激励下，当满足τ＝RC<<
时（T为方波脉冲的重复周期），且由R两端的电压作为响应输出，则该电路就是一个微分电路。
因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。
如图5-1（a）所示。
利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。
（a）微分电路（b）积分电路
图5-1
若将图5-1（a）中的R与C位置调换一下，如图5-1（b）所示，由C两端的电压作为响应输出，且当电路的参数满足τ＝RC>>
，则该RC电路称为积分电路。
因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。
利用积分电路可以将方波转变成三角波。
从输入输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的作用，请在实验过程仔细观察与记录。
四、实验仪器
序号
名称
主要用途
1
示波器COS5041
观察波形
2
数控智能函数信号发生器
信号源
五、实验内容和步骤
1.从电路板上选R＝1KΩ，C＝1uF组成如图5-2（a）所示的RC充放电电路。
uS为脉冲信号发生器输出的Um＝3.6V、f＝100Hz的方波电压信号，并通过同轴电缆线，将激励源uS或响应uC的信号连接至示波器的输入口YA或YB。
这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律，请测定方波源的幅值us和时间
，并用方格纸描绘波形。
如图5-2（b）
2.观察RC一阶电路零输入响应和零状态响应并用方格纸描绘波形，电路如图5-3所示。
3.根据方波源的作用时间T/2选择电容C的应参数（已知R=1KΩ），使其满足5τ=T/2用示波器观察电路的零状态和零输入响应，测出电路的时间常数τ，并用方格纸描绘uc的波形。
时间常数τ的测量：
当5τuc＝Us（1―e-t0/τ）0≤τ≤T
当t＝0时，uc（0）＝0。
设：
t＝touc（（to）＝US/2如图5-4所示。
于是得：
US/2＝US（1―e-t0/τ）即；e-t0/τ＝1/2
两边取对数得：
τ＝to/（In/2）＝1.443to
所以，只要测出to即可得到τ值。
六、实验数据处理与分析
1.根据实验观测结果，在方格纸上绘出RC一阶电路充放电时uC的变化曲线，由曲线测得τ值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。
2.心得体会及其他。
七、注意事项
1.调节电子仪器各旋钮时，动作不要过
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