电路分析实验讲义.docx

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电路分析实验讲义

实验要求：

1、按时上课，不迟到、早退，不无故旷课，有事有病要请假；

2、课前按实验讲义认真预习，将实验目的，实验原理按要求写在实验报告上。

3、按要求设计实验方案，连接，线路，让指导教师检查后方可打开电源进行实验。

4、认真如实地将实验数据记录在原始数据纸上，不得抄袭别人的实验数据。

5、认真完成实验报告，按时交实验报告。

6、实验成绩以预习，实验操作，实验报告综合构成，缺实验请在规定的时间上补做，过期不补，缺两次实验成绩不及格。

7、实验严格按课表，不得随意交换，因故交换请提前说明，同意后方可。

指导教师：

2013年10月25日

实验一：

叠加原理的验证

实验目的:

验证线性电路的叠加原理的正确性,从而加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解.

实验原理:

叠加原理:

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是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（与独立源的值）增加或减小K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）也将增加或减小K倍.

实验器材:

KHDL-1型电路原理实验箱（含直流稳压电源+6、+12，直流数字毫安表）,数字万用表DY2105。

实验内容：

1、按实验电路图２－１接线，取Ｅ1＝＋１２Ｖ，Ｅ2＝＋６Ｖ。

2、令Ｅ1电源单独作用时，用数字万用表的电压档和毫安表测量各支路电流及各电阻元件两端电压，数据记入表格中。

3、令Ｅ2电源单独作用时，重复实验步骤２的测量和记录。

4、令Ｅ1和Ｅ2共同作用时，重复上述的测量和记录。

5、将Ｅ2的数值调到＋１２Ｖ，重复上述第３项的测量并记录。

测量项目

实验内容

（V）

（mA）

UAB

（V）

UBC

（V）

UCD

（V）

UDA

（V）

UBD

（V）

E1单独作用

E2单独作用

E1\E2共同作用

2E2单独作用

（表格1）

实验注意事项：

1、测量各支路电流时，应注意仪表的极性，在数据表中用＋、－号记录。

2、注意仪表的量程和及时换挡。

实验报告：

1、根据实验数据验证线性电路的叠加性和齐次性。

2、各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？

试用上述数据进行计算并作结论。

实验预习思考：

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）？

为什么？

2、实验电路中，若有一个电阻器改为二极管，叠加原理的叠加性与齐次性还成立吗？

为什么？

实验二戴维南定理——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

2．掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法

二．实验设备

直流电压表（数字万用电表）、电流表（数字毫安表）

恒压源恒流源

三．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，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3-1所示。

根据外特性曲线求出斜率tgΦ，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。

如图3-1

（3）半电压法

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。

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。

四．实验内容

被测有源二端网络如图3-2（a）所示.

300Ω

510Ω

等效电路

12v

10Ω

（a）（b）

1．图3-2（a）线路接入稳压源ES＝12V及可变电阻RL.先断开RL测UAB即Uoc，再短接RL测Isc，则Ro＝UOC／Isc，填入下表

表8-1

Uoc（V）

Isc（mA）

Ro=Uoc/Isc

2．负载实验

按图3-2（a）改变RＬ阻值，测量有源二端网络的外特性。

表8-2

RL（）

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

U（V）

I（mA）

五．注意事项

1．注意测量时，电流表量程的更换

2．用万用表直接测等效电阻时，网络内的独立源必须先置零（置零不能直接将电源短接），以免损坏万用表，其次，欧姆档必须经调零后再进行测量。

3．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3-2（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。

Uoc（V）

Isc（mA）

Ro=Uoc/Isc

2．说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法，并比较其优缺点。

七．实验报告

1．根据步骤2绘出曲线,计算出等效电压和等效电阻，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测得的Uoc与R0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。

4．心得体会及其他。

实验三双口网络测试

一、实验目的

1、加深理解双口网络的基本理论

2、掌握直流双口网络传输参数的测量技术

二、实验器材

KHDL-1电路原理实验箱、数字万用表DY2105

三、实验原理

对于任何一个线性网络，我们所关心的往往只是输入端口和输出端口电压和电流的相互关系，通过实验测定方法求取一个极其简单的等值双口电路来替代原网络，此即为“黑盒理论”的基本内容。

1、一个双口网络两端口的电压和电流四个变量之间的关系，可以用多种形式的参数方程来表示。

本实验采用输出端口的电压U2和电流I2作为字变量，以输入口的电压U1和电流I1作为应变量，所得的方程称为双口网络的传输方程，如图所示的无源线性双口网络（有称为四端网络）的传输方程

U1=AU2+BI2

I1=CU2+DI2

式中的A、B、C、D为双口网络的传输参数，其值完全于网络的拓扑结构及各支路元件的参数值，这四个参数表征了该双口网络的基本特性，他们的含义是：

A=U10/U20（令I2=0,即输出口开路时）

B=U1S/I2S（令U2=0,即输出口短路时）

C=I10/U20（令I2=0,即输出口开路时）

D=I1S/I2S（令U2=0,即输出口短路时）

由上可知,只要在网络的输入口加上电压,在两个端口同时测量其电压和电流,即可求出A、B、C、D四个参数，此即双口网络的测量法。

2、若要测量一条远距离输电线构成的双口网络，采用同时测量法就很不方便，这时可采用分别测量法，即先在输入口加电压，而在输出口开路和短路，在输入口测量电压和电流，由传输方程可得。

R10=U10/I10=A/C（令I2=0,即输出口开路时）

R1S=U1S/I1S=B/D（令U2=0,即输出口短路时）

然后在输出口加电压测量，而将输入口开路和短路，此时可得：

R20=U20/I20=D/C（令I1=0，即输入口开路时）

R2S=U2S/I2S=B/A（令U1=0，即输入口短路时）

R10、R1S、R20、R2S分别表示一个端口开路和短路时另一端口的等效输入电阻，这四个参数中有三个是独立的（R10/R20=R1S/R2S=A/D）即AD—BC=1，至此，可求出四个传输参数：

，B=R2SA，C=A/R10，D=R20C。

3、双口网络级联后的等效双口网络的传输参数亦可采用前述的方法之一求得。

从理论推得两双口网络级联后的传输参数与每一个参加级联的双口网络的传输参数之间有如下的关系：

A=A1A2+B1C2B=A1B2+B1D2

C=C1A2+D1C2D=C1B2+D1D2

四、实验内容

双口网络实验线路如图所示。

将直流稳压电源输出电压调至10V，作为双口网络的输入。

1、按同时测量法分别测定两个双口网络的传输参数A1、B1、C1、D1和A2、B2、C2、D2，并列出它们的传输方程。

双口网络

输出端开路I12=0

测量值

计算值

U110（V）

U120（V）

I110（mA）

输出端短路U12=0

U11S（V）

I11S（mA）

I12S（mA）

双口网络

输出端开路I22=0

测量值

计算值

U210（V）

U220（V）

I210（mA）

输出端短路U22=0

U21S（V）

I21S（mA）

I22S（mA）

2、将两个双口网络级联后，用两端口分别测量法测量级联后等效双口网络的传输参数A、B、C、D，并验证等效双口网络传输参数与级联的两个双口网络传输参数之间的关系。

输出端开路I2=0

输出端短路U2=0

计算传输参数

U10（V）

I10（mA）

R10（KΩ）

U1S（V）

I1S（mA）

R1S（KΩ）

输入端开路I1=0

输入端短路U1=0

U20（V）

I20（mA）

R20（KΩ）

U2S（V）

I2S（mA）

R2S（KΩ）

五、实验注意事项

1、测量电流时，要注意判别电流表的极性及选取的量程（根据所给的电路参数，估算电流表的量程）

2、两个双口网络级联时，应将一个双口网络I的输出端与另一双口网络II的输入端联接。

六、预习思考题

1、试述双口网络同时测量法与分别测量法的测量步骤，优缺点及其使用情况。

2、本实验方法可否用于交流双口网络的测定。

七、实验报告

1、完成对数据表格的测量和计算任务。

2、列出参数方程

3、验证级联后等效双口网络的传输参数与级联的两个双口网络传输参数之间的关系。

4、总结、归纳双口网络的测试技术。

5、心得体会及其他。

实验四ＲＣ选频网络特性测试

一、实验目的

1．熟悉文氏电桥电路的结构特点及其应用。

2．学会用交流毫伏表和示波器测定文氏电桥电路的幅频特性和相频特性。

3．了解ＲＣ串并联电路的带通特性及ＲＣ双Ｔ电路的带阻特性。

二、实验器材

1．双踪示波器

2．交流毫伏表

3．函数信号发生器

4．KHDL-1电路原理实验箱

三、实验原理

文氏电桥电路是一个ＲＣ的串、并联电路，如图7—1所示，该电路结构简单，被广泛地用于低频振荡电路中作为选频环节，可以获得很高纯度的正弦波电压。

1．用信号发生器的正弦输出信号作为图7—1的激励信号Ui，并保持Ui不变的情况下，改变输入信号的频率f，用交流毫伏表或示波器测出输出端相应于各个频率点下的输出电压UＯ值，将这些数据画在以频率f为横轴，UＯ为纵轴的坐标纸上，用一条光滑的曲线连接这些点，该曲线就是上述电路的幅频特性曲线。

文氏桥路的一个特点是其输出电压幅度不仅会随输入信号的频率而变，而且还会出现一个与

输入电压同相位的最大值，如图7—2所示。

由电路分析得知，该网络的传递函数为:

当角频率

时则

，此时UＯ与Ui同相，由图7—2可见RC串并联电路具有带通特性。

2．将上述电路的输入和输出分别接到双踪示波器的ch1和ch2两个输入端，改变输入正弦信号的频率，观测相应的输入和输出波形间的延时τ及信号的周期Ｔ，则两波形间的相位差为

（输出相位与输入相位之差）将各个不同频率下的相位差φ画在以f为横轴，φ为纵轴的坐标纸上，用光滑的曲线将这些点连接起来，即是被测电路的相频特性曲线，如图7—３所示。

由电路分析理论得知，当

，即

时，

时，电路呈容性，而当f＞fo时呈感性。

四、实验内容及步骤

1．测量ＲＣ串并联电路的幅频特性

（1）在实验板上按图7—1电路选R＝1kΩ，C＝0.1μF。

（2）调节低频信号源的输出电压为3V的正弦波，接入图7—1的输入端。

（3）改变信号源的频率f（由频率计读得）。

并保持Ui=3V不变，测量输出电压Ui，（可先测量

时的频率f0，然后再在f0左右设置其它频率点，测量U0）。

（4）另选一组参数（如令R＝200Ω，Ｃ＝2μF），重复测量一组数据。

f（Hz）

U0（V）

R=1k,

C=0.1F

f（Hz）

U0（V）

R=200,C=2F

2．测定RC串并联电路的相频特性

按实验原理说明2的内容、方法步骤进行，选定两组电路参数进行测量。

f（Hz）

T（ms）

（ms）

R=2k,C=0.1F

f（Hz）

T（ms）

（ms）

R=200,C=2F

五、实验注意事项

由于低频信号源内阻的影响，注意在调节输出频率时，应同时调节输出幅度，使实验电路的输入电压保持不变。

六、预习思考题

1．根据电路参数，估算两种电路两组参数时的特定频率。

2．推导ＲＣ串并联电路的幅频、相频特性的数学表达式。

七、实验报告

1．根据实验数据，绘制两条幅频特性和两条相频特性曲线。

找出最大值，并与理论计算值比较。

2．讨论实验结果

3．心得体会及其它

实验五受控源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS的实验研究

一、实验目的

1．了解用运算放大器组成四种类型受控源的线路原理

2．测试受控源转移特性及负载特性

二、实验器材

KHDL—1电路原理实验箱、DY2105数字万用表

三、实验原理

1．运算放大器（简称运放）的电路符号及其等效电路图

运算放大器是一个有源三端器件,它有两个输入端和一个输出端,若信号从“+”端输入，则输出信号与输入信号相位相同，故称为同相输入端；若信号从“-”端输入，则输出信号与输入信号相位相反，故称为反相输入端。

运算放大器的输出电压为U0=A0（UP-Un）其中A0是运放的开环电压放大倍数，在理想情况下，A0与运放的输入电阻Ri均为无穷大，因此有UP=Un，ip=UP/Rip=0in=Un/Rin=0这说明理想运放具有下列三大特征：

（1）运放的“+”端与“—”端电位相等，通常称为“虚短路”。

（2）运放输入端电流为零，及其输入电阻为无穷大。

（3）运放的输出电阻为零。

2．运放的电路模型是一个受控源---电压控制电压源（VCVS），如图（b）所示，在它的外部接入不同的电路元件，可以构成四种基本受控源电路，以实现对输入信号的各种模拟运算或模拟变换。

3.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（或电压）与控制支路的电压（或电流）成正比时，则该受控源为线性的。

根据控制变量的不同可分为四类受控源：

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）。

电路符号如图8-2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（即输入电阻Ri=0，因而Ui=0）或是开路（即输入电导为零，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是一个理想电流源。

4.受控源的控制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=f（U1）µ=U2/U1称为转移电压比（或电压增益）

（2）电压控制电流源（VCVS）I2=f（U1）gm=I2/u2称为转移电导。

（3）电流控制电压源（CCVS）U2=f（I1）rm=U2/I1称为转移电阻。

（4）电流控制电流源（CCCS）I2=f（I1）α=I2/I1称为转移电流比（或电流增益）。

5．用运放构成四种类型基本受控源的线路原理分析。

（1）VCVS

如图所示转移电压比:

μ=U2/U1=1+R1/R2

（2）VCCS

如图所示,运放的输出电流il=iR=Un/R=U1/R即运放的输出电流只受输入电压的控制,与负载的大小无关。

转移电导gm=il/U1=1/R（S）

VCVSVCCS

（3）CCVS

如图所示,运放的输出电压U2=-i1R=-isR，即输出电压只受输入电流的控制，与负载的大小无关。

转移电rm=U2/is

（4）CCCS

如图所示转移电流比:

α=il/is=1+R1/R2

CCVSCCCS

四、实验内容

本实验中受控源全部采用直流电源激励，对于交流电源或其他电源激励，实验结果是一样的。

1、测量受控源VCCS的转移特性IL=f（U1）及负载特性IL=f（U2）.

（1）固定RL=2KΩ，调节直流稳压电源输出电压U1，使其在0-5V范围内取值。

测量U1及相应的IL，

测量值

U1（V）

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

IL（mA）

实验计算值

gm（S）

理论计算值

gm（S）

绘制IL=f（U1）曲线，并由其线性部分求出转移电导gm。

（2）保持U1=2V,令RL从0增至5KΩ,测量相应的IL和U2,绘制IL=f（U2）曲线.

RL（KΩ）

IL（mA）

U2（V）

2、测量受控源CCVS的转移特性U2=f（IS）及负载特性U2=f（IL）。

（IS为可调直流恒流源，RL为可调电阻箱。

）

（1）固定RL=2KΩ，调节直流恒流源输出电流IS，使其在0-0.8mA内取值，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）

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

U2（V）

实验计算值

rm（KΩ）

理论计算值

rm（KΩ）

（2）保持IS=0.3mA，令RL从1KΩ增至∞，测量U2及IL值，绘制负载特性曲线U2=f（IL）。

RL（KΩ）

∞

U2（V）

IL（mA）

五、实验报告

1、根据实验数据，在方格纸上分别绘出VCCSCCVS的转移特性和负载特性曲线，并求出相应的转移参量

2、对实验的结果作出合理的分析和结论，总结四类受控源的认识和理解。

六、实验注意事项

1、实验中，注意运放的输出端不能与地短接，输入电压不得超过10V。

2、运放的工作电源方向不能接错，否则会烧毁运放。

实验六R、L、C串联谐振电路的研究

一、实验目的

1、学习用实验方法测试R、L、C串联谐振电路的幅频特性曲线。

2、加深理解电路发生谐振的条件、特点、掌握电路的品质因数的物理意义及其测定方法。

二、实验器材

函数心号发生器、双踪示波器、电路分析实验箱。

三、实验原理

1、

在图9-1所示的R、L、C串联电路中，当正弦交流信号源的频率F改变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随F而变。

取电路电流I作为响应，当输入电压Ui维持不变时，在不同信号频率的激励下，测出电阻R两端电压U0之值，则I=U0/R然后以f为横坐标,以I为纵坐标,绘出光滑的曲线,此即为幅频特性曲线,亦称电流谐振曲线,如图9-1所示。

2、在

处（XL=XC），即幅频特性曲线的尖峰所在的频率点，该频率称为谐振频率，此时电路呈纯阻性，电路阻抗的模为最小，在输入电压Ui为定值时，电路中的电流I0达到最大值，且与输入电压Ui同相位，从理论上讲，此时Ui=UR0=U0，UL0=UC0=QUi，式中的Q称为电路的品质因数。

3、电路品质因数Q值的两种测量方法

1、公式法测定：

，UC0与UL0分别为谐振时电容器C与电感线圈L上的电压。

2、测量谐振曲线的通频带宽度Δf=fh-fl，Q=f0/（fh-fl），fh和fl是失谐时，幅度下降到最大值的0.707倍时上、下频率点。

Q值越大，曲线越尖锐，通频带越在窄，电路的选择性越好，在恒压源供电时，电路的品质因数、选择性与通频带只决定与电路本身的参数，而与信号源五官。

四、实验内容

1、按图9-1电路接线，取C=2200pf，R=510Ω，调节信号源输出电压为1V

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