實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)

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實(shí)驗(yàn)一電路基本定律.....................................................1

實(shí)驗(yàn)二RC一階電路響應(yīng)測(cè)試.............................................5

說(shuō)明：1）本實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)手田，相關(guān)內(nèi)容及格式僅供各系部參考；

2）實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)手冊(cè)編寫過(guò)程中，各實(shí)驗(yàn)內(nèi)容建議包括但不限于實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)

驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)原理、儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟、注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。

實(shí)驗(yàn)一電路基本定律

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

I.驗(yàn)證基氏定律（KCL、KVL）

2.驗(yàn)證迭加定理

3.驗(yàn)證戴維南定理

4.加深對(duì)電流、電壓參考方向的理解

5.正確使用直流穩(wěn)壓電源和萬(wàn)用電表

二、儀器設(shè)備

1.TPE—DG2電路分析實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)

2.A/F-10型萬(wàn)用表及數(shù)字萬(wàn)用表各1臺(tái)

三、預(yù)習(xí)內(nèi)容

1.認(rèn)真閱讀7PE—OG2電路分析實(shí)驗(yàn)箱使用說(shuō)明（見(jiàn)附錄）

2.預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容步驟：寫預(yù)習(xí)報(bào)告，設(shè)計(jì)測(cè)量表格并計(jì)算理論值

3.根據(jù)TPE-DG2電路分析實(shí)驗(yàn)箱設(shè)計(jì)好連接線路

四、實(shí)驗(yàn)原理

1.基爾霍夫電流、電壓定律及疊加定理

（1）基爾霍夫電流定律（KCL）

在集總電路中，任一瞬時(shí)，流向某一結(jié)點(diǎn)的電流之和等于由該結(jié)點(diǎn)流出的電流之和。

電路原理圖及電流的參考方向如圖1-1所示。根據(jù)KCL,當(dāng)￡八￡2共同作用時(shí)，流入和流出

結(jié)點(diǎn)A的電流應(yīng)有：入+/2-/3=0成立。

（2）基爾霍夫電壓定律（AIZ）

1

在集總電路中，任?瞬時(shí)，沿任?回路所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零。

其電路原理圖及電流的參考方向如圖1-1所示。根據(jù)KVL應(yīng)有：E/-UK/?UK3=0;或

巴?以/+以2-及=0;或及-“/川內(nèi)也成立。

（3）疊加定理

在線性電路中，任?支路中的電流（或電壓）等于電路中各個(gè)獨(dú)立源分別單獨(dú)作用時(shí)在該支

路產(chǎn)生的電流（或電壓）的代數(shù)和。所謂?個(gè)電源單獨(dú)作用是指除了該電源外其他所有電源的作

用都去掉，即理想電壓源所在處用短路代替，理想電流源所在處用開(kāi)路代替，但保留它們的內(nèi)阻,

且電路結(jié)構(gòu)不作改變。由于功率是電壓或電流的二次函數(shù)，因此疊加定理不能用來(lái)宜接計(jì)算功率。

電路原理圖及電流的參考方向如圖1-1所示。分別測(cè)量修、心共同作用下的電流，八〃、人

以單獨(dú)作用下的電流〃'、〃'、才和號(hào)單獨(dú)作用下的電流。"、h\//；根據(jù)登加原理應(yīng)有：；/=//+

h'\l2=h+h\成立。

2.戴維南定理

任何一個(gè)線性有源二端口網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于外電路而言，總可以用一個(gè)理想電壓源和電阻的串聯(lián)形

式來(lái)代昔。理想電壓源的電壓等于原二端口網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓Uoc，其電限（乂稱等效電阻）等于

網(wǎng)絡(luò)中所有電壓源短路、電流源開(kāi)路時(shí)的入端等效電阻凡『見(jiàn)圖1-2。

線性有

源二端

網(wǎng)絡(luò)

圖1-2戴維南定理示意圖

（1）開(kāi)路電壓的測(cè)量方法

a.直接測(cè)量法:

當(dāng)有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻R”與電壓表的內(nèi)阻相比可以忽略不計(jì)時(shí)，可以直接用電壓表

測(cè)量開(kāi)路電壓。

b.零不法:—<y

穩(wěn)

在測(cè)量具有高內(nèi)阻有源二端網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓時(shí)，用電壓表直接隊(duì)C壓

電

測(cè)量會(huì)造成較大誤差。為了消除電壓表內(nèi)阻的影響，采用零示法。

&q源

即用一個(gè)低內(nèi)阻的穩(wěn)壓電源與被測(cè)有源二端網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較，當(dāng)穩(wěn)壓

電源的輸出電壓與二端網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓相等時(shí)，電壓表的讀數(shù)將為0。然后將電路斷開(kāi)，測(cè)量

此時(shí)穩(wěn)壓電源的輸出電壓，即為二端網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓Uoc。

2

(2)等效電阻的測(cè)量方法

a.短路電流法：

用電壓表測(cè)得開(kāi)?路電壓Ibc后，將開(kāi)路端短路,測(cè)其短路電流Isc，則等效電阻Req=Uoc/lsCo

此方法測(cè)量簡(jiǎn)便，但可能因短路電流過(guò)大會(huì)損壞電路內(nèi)部的元件，對(duì)于等效電阻較小的二端網(wǎng)

絡(luò)，一般不宜采用。

b.兩次電壓測(cè)量法：

先測(cè)開(kāi)路電壓Uoc，再在開(kāi)路端接一個(gè)已知負(fù)載電阻RL，測(cè)心兩端的電壓UL，則等效電

c.半電壓測(cè)量法：

調(diào)電位器品.大小，當(dāng)其兩端的電壓等于二端網(wǎng)絡(luò)開(kāi)路電壓的一半

時(shí)，足的阻值即為等效電阻R”的值。

d.直接測(cè)量法：

當(dāng)一端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻與萬(wàn)用衣內(nèi)阻相比可忽略不計(jì)時(shí)，可用萬(wàn)用表歐姆檔直接測(cè)量一端

網(wǎng)絡(luò)的等效電阻R“。

五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

I、驗(yàn)證基爾霍夫電流(KCL)、電壓(KVL)定律

實(shí)驗(yàn)線路中取的后=3V、及=6V,R=R=/?3=lkC,連接電路，測(cè)量各支路電流及各元件兩端

的電壓值，驗(yàn)證結(jié)果，自擬表格，

2、驗(yàn)證疊加定理

測(cè)量后、氏單獨(dú)作用和共同作用時(shí)，各支路的電流值。數(shù)據(jù)填入表1-1。

表1-i驗(yàn)證疊加定理

/](mA)h(mA)h(mA)

計(jì)算測(cè)量誤差計(jì)算測(cè)量誤差計(jì)算測(cè)量誤差

后作用

反作用

巴、反作用

3、驗(yàn)證戴維南定理

用戴維南定理測(cè)量自支路的電流按實(shí)驗(yàn)原理，選擇合適的測(cè)量方法測(cè)量開(kāi)路電壓Uoc和

等效電阻飛的值。然后用直流電壓源和可變電位器分別調(diào)出Uoc和&q的值，再串上當(dāng)支路,

3

測(cè)量&支路的電流右。

A注意：

1.一定要接好線后再開(kāi)電源，切勿帶電接線。

2.選定參考方向后，按參考方向插入指針式萬(wàn)用表表筆。測(cè)量電壓或電流時(shí)，如果

指針正偏，測(cè)量值為正，電壓或電流的實(shí)際方向與參考方向一致；如指針?lè)雌?，則必須調(diào)換萬(wàn)用

表表筆極性，重新測(cè)量，此時(shí)，測(cè)量值為負(fù)正，說(shuō)明電壓或電流的實(shí)際方向與參考方向相反。

六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

I.數(shù)據(jù)分析：用你所測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何驗(yàn)證定律及定理的？

2.與計(jì)算值比較，分析誤差原因。

3.請(qǐng)回答問(wèn)題:

I）你是如何通過(guò)電流表的串入，測(cè)試并理解參考方向這?概念的？

2）在驗(yàn)證戴維南定理的實(shí)驗(yàn)中，如果線性二端網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)阻和你所用的萬(wàn)用電表內(nèi)阻接近

時(shí)，

應(yīng)選用實(shí)臉原理中講述的哪種方法測(cè)量&q值？

4

實(shí)驗(yàn)二RC一階電路響應(yīng)測(cè)試

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

I.掌握RC一階動(dòng)態(tài)電路零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng)的概念。

2.學(xué)習(xí)電路時(shí)間常數(shù)的測(cè)量方法。

3.掌握有關(guān)微分電路和積分電路的概念。

4.進(jìn)一步學(xué)會(huì)用示波器觀測(cè)波形。

二、儀器設(shè)備

I.7PE—43模擬電路實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)

2.FBI602P系列功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器或EM1652系列數(shù)孑信號(hào)源1臺(tái)

3.KENWOODCS-4125A20MHz2通道示波器I臺(tái)

三、實(shí)驗(yàn)原理

I.RC電路的方波響應(yīng)

圖2-1（a）所示為RC串聯(lián)電路。為了用示波器觀察電路的智態(tài)過(guò)程,用方波來(lái)代替輸入階

躍信號(hào).在后端加方波信號(hào)時(shí).電容兩端的響應(yīng)波形如圖2-1（c：所求.

（b）輸入階躍信號(hào)

圖2-1方波激勵(lì)下電容的響應(yīng)波形

圖（c）中，ab段曲線是電容器的充電過(guò)程，即零狀態(tài)響應(yīng)過(guò)程。此過(guò)程維持時(shí)間的長(zhǎng)短與

時(shí)間常數(shù)r有關(guān)，T=RCO當(dāng)?時(shí)，電容電壓（z）=0.632Um（Um為方波信號(hào)的峰值）；當(dāng)r=5r

時(shí)，電容電壓〃c（5r）=0.993Um，通常認(rèn)為r=5?時(shí)，電路暫態(tài)過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入新的穩(wěn)定狀態(tài)。be

段是電容器的放電過(guò)程，即零輸入響應(yīng)過(guò)程。當(dāng)片r時(shí)，電容電壓吹（了）=0368（/,,.：當(dāng)片5:■時(shí)，

電容電壓HC（5r）=0.007Um，此時(shí)電路已接近穩(wěn)定狀態(tài)。

圖2-2輸入正負(fù)勸稱方波時(shí)電容端的全響應(yīng)波形

5

由于函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸山的是正負(fù)對(duì)稱的方波，因此，當(dāng)此信號(hào)作為AC電路的階跣信號(hào)時(shí),

電路是一個(gè)輸入階躍和電容初始道均不為零的全響應(yīng)過(guò)程，如圖2-2。

2.用示波器測(cè)量時(shí)間常數(shù)r

在電容充電響應(yīng)波形上，沿波形在縱軸上找到0.632Um值的點(diǎn)，通過(guò)該點(diǎn)做垂線與橫軸相交,

讀出該點(diǎn)到充電波形起始端之間的格數(shù)小則時(shí)間常數(shù)尸aX掃播時(shí)間s/div。(注意掃描微調(diào)

要放在CAL校準(zhǔn)位置)。

3.微分電路和積分電路

微分電路和積分電路是電容器充放電現(xiàn)象的一種應(yīng)用，電路如圖2?3所示。微分電路中，當(dāng)

時(shí)間常數(shù)很小時(shí)，輸出電壓〃R正比于輸入電壓心的微分，即〃魯；枳分電路中，當(dāng)時(shí)■間

常數(shù)很大時(shí)，輸出電壓收正比于輸入電壓w的積分，即〃K=」一f%市。

KRCJ

(a)微分電路(b)積分電路

圖2-3微分電路與積分電路

當(dāng)輸入電壓跖的波形為正負(fù)對(duì)稱的方波時(shí)，微、積分電路輸入、輸出電壓波形如圖2-4所示。

如改變時(shí)間常數(shù)?與方波脈沖寬度小的比值，電容器充放電的快慢就不同，因此輸出電壓的波形

就不同。

(b)積分電路〃c波形

圖2-4微分、積分電路輸出波形

在微分電路中，當(dāng)r>>加時(shí)，電容器充電很慢，輸出電壓WR與輸入電壓3的波形很相近。隨

著r和加比值的減小，電阻兩端電壓〃R的波形逐漸變成正負(fù)尖脈沖，如圖2-4(a)所示。r越小，

尖脈沖越陡。因此，構(gòu)成微分電路的條件是：3)KVP(通常MC.2/P),(2)從電阻兩端輸出。

在積分電路中，當(dāng)心時(shí)，電容器充放電較快，電容兩端的波形如圖2-1(c)所示。當(dāng)己力P

時(shí)，電容器充電緩慢，后又經(jīng)電阻緩慢放電，電容兩端電壓的波形逐漸變成三角波，r越大，

6

充放電越緩慢，輸出三角波的線性度越好，如圖24(b)所示。因此，構(gòu)成積分電路的條件是:

(1)r?/P(通常55加),(2)從電容兩端輸出。

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

I.根據(jù)RC電路的全響應(yīng)波形，觀察零狀態(tài)和零輸入響應(yīng)過(guò)程，并通過(guò)波形測(cè)量時(shí)間常數(shù)？

由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出Upp=3V、f=lkHz(Zp=772=O.5ms)的方波作為階躍信號(hào)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

電路，在元件參數(shù)滿足要求時(shí)，通過(guò)示波器測(cè)量時(shí)間常數(shù)并與計(jì)算值比較誤差。

2.觀察RC電路的微分響應(yīng)

按實(shí)驗(yàn)原理選擇電阻、電容參數(shù)及方波信號(hào)的頻率，觀察⑴(?般KO.2/P)時(shí)由和〃R

的波形，并測(cè)量“R峰峰值。改變電阻或電容的參數(shù)，使r值增大時(shí)，觀察〃R波形的變化。

3.觀察