電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)講義word版

1、1線性與非線性元件伏安特性的測(cè)定一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)直讀式儀表和直流穩(wěn)壓電源等儀器的使用方法2掌握線性電阻元件、非線性電阻元件的伏安特性的測(cè)試技能3加深對(duì)線性電阻元件、非線性電阻元件伏安特性的理解驗(yàn)證歐姆定律二實(shí)驗(yàn)原理 電阻元件是一種對(duì)電流呈現(xiàn)阻力的元件，有阻礙電流流動(dòng)的性能。當(dāng)電流通過(guò)電阻元件時(shí)，電阻元件將電能轉(zhuǎn)換成其它形式的能量并沿著電流流動(dòng)的方向產(chǎn)生電壓降。電壓降的大小等于電流的大小與電阻的乘積。電壓降和電流及電阻的這一關(guān)系稱為歐姆定律。 U=IR 上式的前提條件是電壓U和電流I的參考方向相關(guān)聯(lián)亦即參考方向一致。如果參考方向相反則歐姆定律的形式應(yīng)為 U-IR 電阻上的電壓和流過(guò)它的電流是同時(shí)

2、并存的也就是說(shuō)，任何時(shí)刻電阻兩端的電壓降只由該時(shí)刻流過(guò)電阻的電流所確定，與該時(shí)刻前的電流的大小無(wú)關(guān)，因此，電阻元件又被稱為“無(wú)記憶”元件。 當(dāng)電阻元件R的值不隨電壓或電流大小的變化而改變時(shí)，則電阻R兩端的電壓與流過(guò)它的電流成正比例。我們把符合這種條件的元件稱為線性電阻元件。反之不符合上述條件的電阻元件被叫做非線性電阻元件。 電阻元件的特性除了用電壓和電流的方程式表示外，還可以用其電流和電壓的關(guān)系圖形來(lái)表示，該圖形稱為此元件的伏安特性曲線。線性電阻的伏安特性曲線為一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，該直線的斜率即為電阻值，它是一個(gè)常數(shù)。如圖1-1所示。 半導(dǎo)體二極管是一種非線性電阻元件。它的電阻值隨著流過(guò)它

3、的電流的大小而變化。半導(dǎo)體二極管的電路符號(hào)用表示其伏安特性如圖1-2所示。由此可見(jiàn)半導(dǎo)體二極管的伏安特性為非對(duì)稱曲線。圖1-1線性電阻的伏安特性 圖l-2半導(dǎo)體二極管伏安特性 對(duì)比圖1-l和圖1-2可以發(fā)現(xiàn)，線性電阻的伏安特性對(duì)稱于坐標(biāo)原點(diǎn)。這種性質(zhì)稱為雙向性，為所有線性電阻元件所具備。半導(dǎo)體二極管的伏安特性不但是非線性的而且對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)來(lái)說(shuō)是非對(duì)稱性的，又稱非雙向性。這種性質(zhì)為多數(shù)非線性電阻元件所具備。半導(dǎo)體二極管的電阻隨著其端電壓的大小和極性的不同而不同，當(dāng)外加電壓的極性和二極管的極性相同時(shí)，其電阻值很小，反之二極管的電阻很大。半導(dǎo)體二極管的這一性能稱為單向?qū)щ娦?，利用單向?qū)щ娦钥梢园呀涣?/p>

4、電變換成為直流電。三 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1測(cè)定線性電阻的伏安特性 本實(shí)驗(yàn)在九孔實(shí)驗(yàn)方板上進(jìn)行。分立元件R=200和R=2000電阻作為被測(cè)元件井按圖1-3接好線路。經(jīng)檢查無(wú)誤后打開(kāi)直流穩(wěn)壓電源開(kāi)關(guān)。依次調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓為表1-1l中所列數(shù)值。并將相對(duì)應(yīng)的電流值記錄在表1-l中。圖1-3 測(cè)量電阻的伏安特性電路圖表1-1 測(cè)定線性電阻的伏安特性U(V)0246810R=200I(mA)R=2000I(mA)2 測(cè)量半導(dǎo)體二極管(1) 正向特性圖1-4(a) 測(cè)量半導(dǎo)體二極管正向伏安特性電路圖 按圖1-4(a)接好線路。經(jīng)檢查無(wú)誤后，開(kāi)啟穩(wěn)壓電源輸山電壓調(diào)至2v。調(diào)節(jié)電位器R，使電壓表讀數(shù)分

5、別為表1-2中數(shù)值，井將相對(duì)應(yīng)的電流表讀數(shù)記于表1-2中，為了便于作圖，在曲線彎曲部分可適當(dāng)多取幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)。表1-2 測(cè)定二極管的正向伏安特性U(V)00.10.20.30.40.50.550.60.650.70.75I(mA)(2) 反向特性圖1-4(b) 測(cè)量半導(dǎo)體二極管反向伏安特性電路圖 按圖1-4(b)接好線路。經(jīng)檢查無(wú)誤后，開(kāi)啟穩(wěn)壓電源輸山電壓調(diào)至20v。調(diào)節(jié)可變電阻器使電壓的讀數(shù)分別為表1-3中所列數(shù)值，井將相對(duì)應(yīng)的電流表讀數(shù)記入表1-3中。表1-3 測(cè)定二極管的反向伏安特性U(V)05101520I(mA)3測(cè)定小燈泡燈絲的伏安特性圖1-5 測(cè)最小燈泡燈絲伏安特性電路圖 本實(shí)驗(yàn)采

6、用低壓小燈泡做為測(cè)試對(duì)象。 接圖1-5接好線路經(jīng)檢查無(wú)誤后打開(kāi)直流穩(wěn)壓電源開(kāi)關(guān)。依次調(diào)節(jié)電源輸山電壓為表24所列數(shù)值。井將相對(duì)應(yīng)的電流值記錄在表14中。表1-4 測(cè)定小燈泡燈絲的伏安特性U(V)004081216234568I(mA)四實(shí)驗(yàn)設(shè)備 名稱 數(shù)量 型號(hào)1直流可調(diào)電壓030V板 1 MC10462 電阻 3 10×1，200×1，2k×13 電位器 1 1k×14 二極管 15 燈座和燈泡 1 12V/0,1A×16 標(biāo)準(zhǔn)型導(dǎo)線 若干7 標(biāo)準(zhǔn)型短接橋 若干8 九孔實(shí)驗(yàn)方板 1塊 200mm×300mm9 交直流電壓電流表 2塊

7、 MC1102，MC1108五分析與討論1按報(bào)告單上所列項(xiàng)日認(rèn)真填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。2根據(jù)實(shí)驗(yàn)中所得數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上繪制兩個(gè)線性電阻、半導(dǎo)體二極管、小燈泡燈絲的伏安特性曲線。3分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并得出相應(yīng)結(jié)論。4回答下列思考題：（1）試說(shuō)明圖1-4(a)、(b)中電壓表和電流表接法的區(qū)別，為什么?（2）通過(guò)比較線性電阻與燈絲的伏安特性曲線分析這兩種元什性質(zhì)的異同。（3）什么叫雙向元件?白熾燈燈絲是雙向元件嗎?2基爾霍夫定律的驗(yàn)證一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證基爾霍夫電流定律和電壓定律，鞏固所學(xué)理論知識(shí)2加深對(duì)參考方向概念的理解二 實(shí)驗(yàn)原理 基爾霍夫定律是電路理論中最基本也是最重要的定律之一。它概括了電路中電

8、流和電壓分別遵循的基本規(guī)律。它包括基爾霍夫節(jié)點(diǎn)電流定律(KCL)和基爾霍夫回路電壓定律(KVL)。 基爾霍夫節(jié)點(diǎn)電流定律：電路中任意時(shí)刻流進(jìn)(或流出)任一節(jié)點(diǎn)的電流的代數(shù)和等于零。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： I=0。 此定律闡述了電路任一節(jié)點(diǎn)上各支路電流間的約束關(guān)系，這種關(guān)系與各支路上元件的性質(zhì)無(wú)關(guān)，不論元什是線性的或是非線性的，含源的或是無(wú)源的，時(shí)變的或時(shí)不變的。 基爾霍夫回路電壓定律；電路中任意時(shí)刻沿任一閉合回路，電壓的代數(shù)和為零。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 U=0。 此定闡明了任一閉合回路中各電壓間的約束關(guān)系。這種關(guān)系僅與電路的結(jié)構(gòu)有關(guān)而與構(gòu)成回路的各元件的性質(zhì)無(wú)關(guān)。不論這些元件是線性的或非線性的，含源的或無(wú)

9、源的，時(shí)變的或時(shí)不變的。 參考方向： KCL和KVI表達(dá)式中的電流和電壓都是代數(shù)量。它們除具有大小之外，還有其方向，其方向是以它量值的正、負(fù)表示的。為研究問(wèn)題方便，人們通常在電路中假定一個(gè)方向?yàn)閰⒖挤Q為參考方向。當(dāng)電路中的電流(或電壓)的實(shí)際方向與參考方向相同時(shí)取正值，其實(shí)際方向與參考方向相反時(shí)取負(fù)值。 例如，測(cè)量某節(jié)點(diǎn)各支路電流時(shí)，可以設(shè)流入該節(jié)點(diǎn)的電流方向?yàn)閰⒖挤较?反之亦可)。將電流表負(fù)極接到該節(jié)點(diǎn)上，而將電流表的正極分別串入各條支路，當(dāng)電流為正值，表示電流方向與參考方向相同；當(dāng)電流為負(fù)值，表示電流方向與參考方向相反。 測(cè)量某閉合電路各電壓時(shí)，也應(yīng)假定某一繞行方向?yàn)閰⒖挤较颉０蠢@行方向測(cè)

10、量各電壓時(shí)，若電壓為正值，表示電壓方向與參考方向相同；當(dāng)電壓為負(fù)值，表示電壓方向與參考方向相反。三 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1驗(yàn)證基爾霍夫電流定律(KCL)。 本實(shí)驗(yàn)在九孔實(shí)驗(yàn)方板上進(jìn)行按圖2-1接好線路，圖中x1、x2、x3，X4、x5、x6為節(jié)點(diǎn)B的三條支路電流測(cè)量接口(三條支路自己定義)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中先將此六個(gè)節(jié)點(diǎn)用短接橋連接，在測(cè)量某個(gè)支路電流時(shí)，將電流表接在該支路接口上，然后拔掉此支路接口上的短接橋即可測(cè)量此處的電流。驗(yàn)證KCL定律時(shí)，可假定流入該節(jié)點(diǎn)的電流為正(反之也可)，并將表筆負(fù)極接在節(jié)點(diǎn)接口上，表筆正極接到支路接口上。將測(cè)量的結(jié)果填入表2-l中。圖2-1 實(shí)驗(yàn)電路圖表2-1 驗(yàn)證基爾霍

11、夫電流定律計(jì)算值測(cè)量值絕對(duì)誤差I(lǐng)1(mA)I2(mA)I3(mA)I(mA)2 驗(yàn)證基爾霍夫回路電壓定律(KVL)。 - 實(shí)驗(yàn)電路與圖2-1相同，用短接橋?qū)⑷齻€(gè)電流接口短接。取兩個(gè)驗(yàn)證同路：回路1為ABEFA，同路2為BCDEB。用電壓表依次測(cè)取ABEFA同路中各支路電壓UAB、UBE、UEF和UFA：BCDEB回路中各支路電壓UBC、UCD、UDE、UEB，。將測(cè)量結(jié)果填入表2-2中。測(cè)量時(shí)可選順時(shí)針?lè)较驗(yàn)槔@行方向，并注意被測(cè)電壓的極性。 表2-2驗(yàn)證基爾霍夫電壓定律 單位：vUABUBEUEFUFA回路UUBCUCDUDEUEB回路U計(jì)算值測(cè)量值誤差四實(shí)驗(yàn)設(shè)備 名稱 數(shù)量 型號(hào)1 直流可調(diào)

12、電壓030V扳 1 MCl0462 4-15V及恒流源200mA扳 1 MC10343 電阻 5 430×1，620×1，680×14 交直流電壓電流表 1 MC1108或MC1102j 標(biāo)準(zhǔn)型導(dǎo)線 若干6 標(biāo)準(zhǔn)型短接橋 若干7 九孔實(shí)驗(yàn)方扳 1塊 200mm×300mm五分析與討論1利用表2-1和表2-2中的測(cè)量結(jié)果驗(yàn)證基爾霍夫兩個(gè)定律。2利用電路中所給數(shù)據(jù)，計(jì)算各支路電壓和電流，并計(jì)算刪量值與計(jì)算值之問(wèn)的誤差，分析誤差產(chǎn)生的原因。3回答下列問(wèn)題1) 已知某支路電流約為3mA，現(xiàn)有一電流表分別有20mA,200mA和2A三擋量程你將使用電流表的哪檔量程

13、進(jìn)行測(cè)量？為什么？2) 改變電流或電壓的參考方向，對(duì)驗(yàn)證基爾霍犬定律有影響嗎?為什么?3戴維南定理和諾頓定理實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膌 通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證戴維南定理和諾頓定理加深對(duì)等效電路概念的理解2 學(xué)習(xí)用補(bǔ)償法測(cè)量開(kāi)路電壓。二 實(shí)驗(yàn)原理1對(duì)任何一個(gè)線性含源一端口網(wǎng)絡(luò)(如圖3-1(a)，根據(jù)戴維南定理，可以用圖3-1(b)所示電路代替；根據(jù)諾頓定理，可以用圖3-1(c)所示電路代替。其等效條件是：UOC是含源一端口網(wǎng)絡(luò)C、D兩端的開(kāi)路電壓；ISC是含源一端口網(wǎng)絡(luò)C、D兩端短路后的短路電流；電阻R是把含源一端口網(wǎng)絡(luò)化成無(wú)源網(wǎng)絡(luò)后的入端電阻。(a)含源一端口網(wǎng)絡(luò) (b)用戴維南定理等效替代 (c)用諾頓定理等

14、效替代圖3-l 等效電源定理 用等效電路替代一端口含源網(wǎng)絡(luò)的等效性，在于保持外電路中的電流和電壓不變，即替代前后兩者引出端鈕間的電壓相等時(shí)，流出(或流入)引出端鈕的電流也必須相等(伏安特性相同)。2含源一端口網(wǎng)絡(luò)開(kāi)路電壓的測(cè)量方法。(1)直接測(cè)量法： 當(dāng)含源一端口網(wǎng)絡(luò)的入端等效電阻Ri與電壓表內(nèi)阻Rv相比可以忽略不計(jì)時(shí)，可以直接用電壓表測(cè)量其開(kāi)路電壓Uoc。(2)補(bǔ)償法 當(dāng)一端口網(wǎng)絡(luò)的入端電阻Ri與電壓表內(nèi)阻Rv相比不可忽略時(shí)，用電壓表直接測(cè)量開(kāi)路電壓，就會(huì)影響被測(cè)電路的原工作狀態(tài)，使所測(cè)電壓與實(shí)際值間有較大的誤著。補(bǔ)償法可以排除電壓表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量所造成的影響。 圖3-2是用補(bǔ)償法測(cè)量電壓的電路

15、，測(cè)量步驟如下： 1)用電壓表初測(cè)一端口網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓，井調(diào)整補(bǔ)償電路中分壓器的電壓，使它近似等丁初測(cè)的開(kāi)路電壓，2)將C、D與C、D對(duì)應(yīng)相接再細(xì)調(diào)補(bǔ)償電路中分壓器的輸出電壓使檢流計(jì)G的指示為零。因?yàn)镚中無(wú)電流通過(guò)，這時(shí)電壓表指示的電壓等于被測(cè)電壓并且補(bǔ)償電路的接入沒(méi)有影響被刪電路的工作狀態(tài)。圖3-2 補(bǔ)償法測(cè)一端口網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓3一端口網(wǎng)絡(luò)入端等效電阻Ri的實(shí)驗(yàn)求法： 入端等效電阻Ri，可根據(jù)一端口網(wǎng)絡(luò)除源(電壓源短路、電流源開(kāi)路，保留內(nèi)阻)后的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)通過(guò)計(jì)算求得也可通過(guò)實(shí)驗(yàn)的辦法求出。 1)測(cè)量含源一端口網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓Uoc和短路電流Isc，則 2)將含源一端口網(wǎng)絡(luò)除源，化為無(wú)源網(wǎng)絡(luò)P，

16、然后按圖33接線，測(cè)量Us和I，則 圖3-3 測(cè)量一端口無(wú)源網(wǎng)絡(luò)輸入端電阻三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟本實(shí)驗(yàn)在九孔方板上進(jìn)行，按圖34接線使U1=25V，本實(shí)驗(yàn)選擇C、D兩端左側(cè)為一端口含源網(wǎng)絡(luò)。圖34 實(shí)驗(yàn)電路1 測(cè)量含源一端口網(wǎng)絡(luò)的外部伏安特性：調(diào)節(jié)一端口網(wǎng)絡(luò)外接電阻RL的數(shù)值使其分別為表3一l中的數(shù)值測(cè)量通過(guò)RL的電流(X5和X6電流接口處電流表讀數(shù))和CD兩端電壓，將測(cè)量結(jié)果填入表31中其中RL=0時(shí)的電流稱為短路電流。 表3一l 測(cè)量含源一端口網(wǎng)絡(luò)的外部伏安特性RL()05101k1.5k2k2.5k開(kāi)路I(mA)U(V)2 驗(yàn)證戴維南定理(1) 分別用直接測(cè)量法和補(bǔ)償法測(cè)量C、D端口網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路

17、電壓UOC；(2) 用補(bǔ)償法(或直接測(cè)量法)所測(cè)得的開(kāi)路電壓UOC和步驟1中測(cè)得的短路電流(RL=0)ISC，計(jì)算C、D端入端等效電阻 (3) 按圖3一l(b)構(gòu)成戴維南等效電路，其中電壓源用直流穩(wěn)壓電源代替，調(diào)節(jié)電源輸出電壓，使之等于UOC，Ri用電阻箱代替，在C、D端接入負(fù)載電阻RL，如圖3-5所示。按表3一l中相同的電阻值，測(cè)取電流和電壓，填入表32。圖35戴維南定理的驗(yàn)證(4) 將表3一l和表3-2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，驗(yàn)證戴維南定理。 表32 驗(yàn)證戴維南定理RL()05101k1.5k2k2.5k開(kāi)路I(mA)U(V)3 驗(yàn)證諾頓定理圖3-6諾頓定理的驗(yàn)證按圖3-6接線，構(gòu)成諾頓等效電路

18、，其中Isc需要用可調(diào)電流源與Ri并聯(lián)，接上負(fù)載電阻RL，使其阻值分別為表3-1中的值，測(cè)量電流和電壓填入表3-3，比較表3 1和表3-3中的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證諾頓定理。表3-3驗(yàn)證諾頓定理RL()05101k1.5k2k2.5k開(kāi)路I(mA)U(V)四實(shí)驗(yàn)設(shè)備 名稱 數(shù)量 型號(hào)l 直流可調(diào)電壓030V板 1 MCl0462 ±15V電壓源和200mA恒流源 1 MCl0343 電阻 5 430×1， 620×l，680×1，820×1 1k×14 電位器 1 5.1k×5 交直流電壓電流表 1 MC1102或MC11086 標(biāo)準(zhǔn)型

19、導(dǎo)線 若干7標(biāo)準(zhǔn)型短接橋 若干8 九孔實(shí)驗(yàn)方板 1塊 200mm×300mm五分析與討論1在同一張坐標(biāo)紙上畫出原一端口網(wǎng)絡(luò)和各等效網(wǎng)絡(luò)的伏安特性曲線，并做分析比較，說(shuō)明如何驗(yàn)證戴維南定理和諾頓定理。2同答問(wèn)題對(duì)于圖3-2，如果在補(bǔ)償法測(cè)量開(kāi)路電壓時(shí)，將C和D相接，D與C相接，能否達(dá)到測(cè)量電壓UOC的目的?為什么?4電壓源與電流源的等效變換一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)實(shí)驗(yàn)加深對(duì)電流源及其外特性的認(rèn)識(shí)2掌握電流源和電壓源進(jìn)行等效變換的條件二實(shí)驗(yàn)原理電流源是除電壓源以外的另一種形式的電源它可以給外電路提供電流。電流源可分為理想電流源和實(shí)際電流源(實(shí)際電流源通常簡(jiǎn)稱電流源)，理想電流源可以向外電路提供一

20、個(gè)恒值電流，不論外電路電阻的大小如何。理想電流源具有兩個(gè)基本性質(zhì)：第一，它的電流是恒值的而與其端電壓的大小無(wú)關(guān)；第二，理想電流源的端電壓井不能由它本身決定，而是由與之相聯(lián)接的外電路確定的。理想電流源的伏安特性曲線如圖4一l所示-圖4-1 理想電流源及其伏安特性當(dāng)實(shí)際電流源的端電壓增加時(shí)，通過(guò)外電路的電流并非恒定值，而是要減小。端電壓越高，電流下降得越多；相反，端電壓越低，通過(guò)外電路的電流越大當(dāng)端電壓為零時(shí)，流過(guò)外電路的電流最大，為I s。實(shí)際電流源可以用一個(gè)理想電流源I s種一個(gè)內(nèi)阻Rs相并聯(lián)的電路模型表示。實(shí)際電流源的電路模型及伏安特性如圖42所示·圖42實(shí)際電流源及其伏安特性某些

21、器件的伏安特性具有近似理想電流源的性質(zhì)，如硅光電池晶體三極管輸出特性等。本實(shí)驗(yàn)中的電流源是用晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)的。晶體三極管在共基極聯(lián)接時(shí)集電極電流Ic和集電極與基極間的電壓UCB的關(guān)系如圖4-3所示。由圖可見(jiàn)Ic=f(UCB)關(guān)系曲線的平坦部分具有恒流特性，當(dāng)UCB在一定范圍變化時(shí)，集電極電流Ic近乎恒定值，可以近似地將其視為理想電流源。圖4_3三極管伏安特性電源的等效變換：一個(gè)實(shí)際的電源，就其外部特性而言既可以看成是一個(gè)電壓源，也可以看成是一個(gè)電流源。原理證明如下：設(shè)有一個(gè)電壓源和一個(gè)電流源分別與相同阻值的外電阻R相接，如圖44所示。對(duì)于電壓源來(lái)說(shuō)電阻R兩端的電壓U和流過(guò)R的電流I間的關(guān)系表示為

22、：或圖4-4 實(shí)際電源的兩種等效電路對(duì)于電流源電路來(lái)說(shuō)，電阻R兩端的電壓U和流過(guò)它的電流I間的關(guān)系可表示為： 或 如果兩種電源的參數(shù)滿足以下關(guān)系： (4-1) (4-2)則電壓源電路的二個(gè)表達(dá)式可以寫成：或 可見(jiàn)表達(dá)式與電流源電路的表達(dá)式是完全相同的，也就是說(shuō)，在滿足(4-1)式和(4-2)式的條件下，兩種電源對(duì)外電路電阻R是完全等效的。若將兩種電源互相替換，對(duì)外電路將不發(fā)生任何影響。 (4-1)式和(4-2)式為電源等效互換的條件。利用它可以很方便的把一個(gè)參數(shù)為Us和Rs的電壓源變換為一個(gè)參數(shù)為和Rs的等效電流源；反之也可以容易地把一個(gè)電流源轉(zhuǎn)換成一個(gè)等效的電壓源。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1測(cè)試?yán)硐?/p>

23、電流源的伏安特性。此實(shí)驗(yàn)在九孔方板上進(jìn)行。按圖4-5(a)接好電路，其等效電路如圖4-5(b)所示。(a)實(shí)驗(yàn)電路 (b)等效電路圖4-5 測(cè)量電源伏安特性的實(shí)驗(yàn)電路及等效電路 圖中Ee和Ec由雙路直流穩(wěn)壓電源提供調(diào)節(jié)電位器Re使Ic=8mA。按表4一l中的數(shù)值從小到人依次調(diào)節(jié)電阻RL的值，記錄電流相對(duì)應(yīng)的讀數(shù)填入表41中。表41測(cè)試?yán)硐腚娏髟吹姆蔡匦訰L()02004006008001kIc(mA)U(V)2測(cè)試實(shí)際電流源的伏安特性。 將圖45(a)中與RS串聯(lián)的開(kāi)關(guān)閉合其實(shí)際電路如圖45(a)所示，其等效電路如圖45(b)所示，其中RS=lk。調(diào)節(jié)Re使Ic=8mA，改變RL使其分別為表

24、42中數(shù)值記錄相對(duì)應(yīng)的IL值填入表中。表4-2測(cè)試實(shí)際電流源的伏安特性RL()02004006008001kIc(mA)U(V)3電流源與電壓源的等效變換。 根據(jù)電源等效變換的條件，圖46(a)所示電流源可以變換成一個(gè)電壓源，其參數(shù)為Us=Ic×Rs=8mA×1k=8V，等效電路如圖46所示，按圖4組成電路。其中Us由直流穩(wěn)壓電源提供(要用實(shí)驗(yàn)用電壓表測(cè)量)，RL用電阻箱，Rs用1k固定電阻。RL為表43中數(shù)值，記錄對(duì)應(yīng)的電流值IL，填入表43中。比較表42和表43中的數(shù)據(jù)驗(yàn)證實(shí)際電流源(圖46)與實(shí)際電壓源(圖47)的等效性。圖46 等效性驗(yàn)證表43電流源與電壓源的等效變

25、換RL()02004006008001kIc(mA)U(V)四實(shí)驗(yàn)設(shè)備 名稱 數(shù)量 型號(hào)L直流可調(diào)電壓030V板 1 MCl0462±15V電壓源和200mA恒流源 l MCl0343電阻箱 2 ZX2l4電阻 2 300×1，1k×15電位器 2 1k×1，5.1k×16三極管 1 90137交直流電壓電流表 1 MC1108或MC11028標(biāo)準(zhǔn)型導(dǎo)線 若干9標(biāo)準(zhǔn)型短接橋 若干10九孔實(shí)驗(yàn)方板 1塊 200mm×300mm五分析與討論1根據(jù)表4-l，表4-2，表4-3中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制理想電流源、實(shí)際電流源以及電壓源的伏安特性曲線。2

26、比較兩種電源等效變換后的結(jié)果，井分析產(chǎn)生誤差的原因。3回答下列問(wèn)題：(1)電壓源和電流源等效變換的條件是什么？(2)理想電流源和理想電壓源是否能夠進(jìn)行等效變換?為什么?5一階電路實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察一階電路的過(guò)渡過(guò)程研究元件參數(shù)改變時(shí)對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響2學(xué)習(xí)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器和示渡器的使用方法二實(shí)驗(yàn)原理 RC電路在脈沖信號(hào)的作用下，電容器充電，電容器上的電壓按指數(shù)規(guī)律上升，即 (51)Uc隨時(shí)間上升的規(guī)律可用曲線表示，如圖51所示。圖51 RC充電過(guò)渡過(guò)程 圖52 RC放電過(guò)渡過(guò)程電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)后將電源短路，電容器放電，其電壓按指數(shù)規(guī)律衰減，即 (52)Uc隨時(shí)間衰減的規(guī)律可以用曲線表示。如圖52所示

27、。其中RC稱為電路的時(shí)間常數(shù)，它的太小決定了過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行的快慢。其物理意義是電路零輸入相應(yīng)衰減到初始值的36.8所需要地時(shí)間，或者是電路零狀態(tài)相應(yīng)上升到穩(wěn)定值的63.2所需要的時(shí)間，雖然真正到達(dá)穩(wěn)態(tài)所需要的時(shí)間無(wú)限大，但通常認(rèn)為經(jīng)過(guò)(35) 的時(shí)間，過(guò)渡過(guò)程就基本結(jié)束，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。 對(duì)于一般電路時(shí)間常數(shù)均較小，在毫秒甚至微秒級(jí)，電路會(huì)很快達(dá)到穩(wěn)態(tài)。一般儀表尚來(lái)不及反應(yīng)，過(guò)渡過(guò)程已經(jīng)消失。因此，用普通儀表難以觀測(cè)到電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律。示波器可以觀測(cè)到周期變化的電壓波形，如果使電路的過(guò)渡過(guò)程按一定周期重復(fù)出現(xiàn)，在示波器熒光屏上就可以觀察到穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程波形本實(shí)驗(yàn)用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器作實(shí)驗(yàn)電源，由它

28、產(chǎn)生一個(gè)周定頻率的方波，模擬階躍信號(hào)。在方波的前沿相當(dāng)于接通直流電源，電容器通過(guò)電阻充電，如圖51；方波后沿相當(dāng)于電源短路，電容器通過(guò)電阻放電如圖52。方波周期性重復(fù)出現(xiàn)，電路就不斷地進(jìn)行充電、放電。將電容器兩端接到示波器輸入端，就可觀察到一階電路充電、放電的過(guò)渡過(guò)程。用同樣的辦法也可以觀察到RL電路的過(guò)渡過(guò)程。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1觀察并記錄RC電路的過(guò)渡過(guò)程(1) 觀察并記錄電容器上的過(guò)渡過(guò)程按圖53接好電路。調(diào)節(jié)方波頻率為IkHz并使占空比為l：l，方波幅值為2 5V，圖中R=300，C=0.1F。觀察示波器上的波形。調(diào)節(jié)示波器的放大倍率，放大過(guò)渡曲線，從波形圖上測(cè)量電路的時(shí)間常數(shù)，計(jì)算測(cè)量

29、誤差，然后與用電路參數(shù)的計(jì)算時(shí)間常數(shù)相比較，分析二者不同的原因。圖5-3 實(shí)驗(yàn)電路1(2) 觀察并記錄參數(shù)改變對(duì)Uc(t)過(guò)渡過(guò)程的影響 將電路參數(shù)改為R=820，C=0.1F，重復(fù)步驟(1)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。（3） 按圖5-4接好電路，觀察并記錄電阻上電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律uR(t)圖5-4 實(shí)驗(yàn)電路2 R300，C=0.1 u F，調(diào)整方波頻率為lkHz，方波幅值為25V，觀察電阻上電壓UR(t)的波形，井川坐標(biāo)紙記錄下所觀察到的波形。(4) 將電路參數(shù)改為R=820C=0.1 u F重復(fù)(3)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。2觀察并記錄RL電路的過(guò)渡過(guò)程(1) 按圖5-5接好電路，調(diào)節(jié)頻率為1kHz方波幅值為2.5

30、V，占空比1：1；使R=300，L=22mH，觀察并記錄電感上的電壓波形uL(t)。圖5-5 實(shí)驗(yàn)電路3(2) 改變參數(shù)，使R=820，L=22mH，重復(fù)步驟(1)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。(3) 按圖56接線使R=300L=22mH，觀察并記錄電阻R上的電壓波形uR(t)(4) 改變參數(shù)值R=820，L=22mH重復(fù)步驟(3)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。圖5-6 實(shí)驗(yàn)電路4四實(shí)驗(yàn)設(shè)備 名稱 數(shù)量 型號(hào)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 1 TFG2006 DDS示波器 1 CS一4125A電阻 2 300×1， 820×1電容 1 0.1u F×1電感 1 22mH標(biāo)準(zhǔn)型導(dǎo)線 若干標(biāo)準(zhǔn)型短接橋 若干九孔實(shí)驗(yàn)方板

31、 1塊 200mm×300mm五分析與討論1用坐標(biāo)紙繪制所觀察到的各種波形。2說(shuō)明元件參數(shù)的變化對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響3為什么實(shí)驗(yàn)中要使RC電路的時(shí)間常數(shù)較方波的周期小很多?如果方波周期較RC電路時(shí)間常數(shù)小很多，會(huì)出現(xiàn)什么情況?6二階電路過(guò)渡過(guò)程實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察R、L、C串聯(lián)電路的過(guò)渡過(guò)程2了解二階電路參數(shù)與過(guò)渡過(guò)程類型的關(guān)系3學(xué)習(xí)從波形中測(cè)量固有振蕩周期和衰減系數(shù)的方法二實(shí)驗(yàn)原理1R、L、C串聯(lián)電路如圖6一1所示，它可以用線性二階常系數(shù)微分方程描述其規(guī)律： （6-1)圖6-1 RLC串聯(lián)電路其微分方程的解等于對(duì)應(yīng)的齊次方程的通解和它的特解之和，即其中，即 (62)A1和A2是由初始條

32、件決定的常數(shù)；s1和S2是特征方程的根，由電路的參數(shù)決定。由于電路參數(shù)R、L、C之間的關(guān)系不同，電路響應(yīng)會(huì)出現(xiàn)下述三種情況。(1)當(dāng)時(shí)，響應(yīng)是非振蕩的，稱為過(guò)阻尼情況，uC隨時(shí)間的變化曲線如圖6-2所示。（2)當(dāng)時(shí)，響應(yīng)是臨界狀態(tài)的，稱為臨界阻尼情況，uC隨時(shí)間的變化曲線如圖6-2所示。（3）當(dāng)時(shí)，響應(yīng)時(shí)衰減振蕩的，成為欠阻尼情況，uC隨時(shí)間的變化曲線如圖6-2所示。圖6-2二階電路響應(yīng)的三種情況2振蕩周期T和衰減系數(shù)的測(cè)量方法 當(dāng)電路處于欠阻尼情況時(shí)，響應(yīng)uc的表達(dá)式為 （6-3）其振蕩波形如圖6-3(a)所示其中 振蕩周期， 衰減系數(shù)(其中R為回路總電阻)， 固有頻率。 在電流I的波形圖上

33、，若第一個(gè)正峰點(diǎn)出現(xiàn)的對(duì)刻為t1，第二個(gè)正峰點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)刻為t2，則衰減振蕩周期T=t2-t1 (6-4)(a) (b)圖6-3 RLC串聯(lián)電路欠阻尼振蕩若第一個(gè)正峰值為Im1，第二個(gè)正峰值為Im2，則有 所以故 (6-5)三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1按圖64接線，c=0.01u F，L=10mH，電阻元件用電阻箱；方波激勵(lì)信號(hào)取自函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。圖642使R在04k間變化，用示波器觀察uC和I在欠阻尼(衰減振蕩)、臨界阻尼和過(guò)阻尼情況下的各種波形，把三種狀態(tài)下的波形描繪在坐標(biāo)紙上井根據(jù)衰減振蕩波形測(cè)量和計(jì)算衰減系數(shù)和衰減振蕩周期(和T)。3仔細(xì)觀察R改變時(shí)波形的變化，找到臨界狀態(tài)，記錄此時(shí)的電阻值，井與

34、計(jì)算值相比較。四實(shí)驗(yàn)設(shè)備 名稱 數(shù)量 型號(hào)1函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 1 TFG2006 DDS2示波器 1 CS-41253電容 l 0.01 F×14電感 1 10mH5電位器 1 5.lk×l6標(biāo)準(zhǔn)型導(dǎo)線 若干7標(biāo)準(zhǔn)型短接橋 若干8九孔實(shí)驗(yàn)方板 1塊 200mm×300mm五實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1寫清實(shí)驗(yàn)?zāi)康模嫵鰧?shí)驗(yàn)電路。2繪制過(guò)渡過(guò)程中的欠阻尼(衰減振蕩)、臨界阻尼、過(guò)阻尼三種波形圖，在圖上測(cè)量并計(jì)算和T，井與按參數(shù)值計(jì)算的結(jié)果相比較。7研究LC元件在直流電路和交流電路中的特性實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?研究電感元件和電容元件在直流電路和交流電路中的不同特性2加深正弦交流電路中向量和

35、向量圖概念的理解二實(shí)驗(yàn)原理線性電感元件上的電壓、電流關(guān)系為 由上式可以看出，電感元件是一個(gè)動(dòng)態(tài)元件，它在電路中(如圖71)顯示的性質(zhì)和通過(guò)元件電流的變化率有關(guān)，當(dāng)電路中電流不隨時(shí)間變化時(shí)，它兩端的電壓為零，故電感元件在直流穩(wěn)恒電路中相當(dāng)于短路線。圖7-l 電路中的電感元件 如果電感元件L接在交流電路中，則它的動(dòng)態(tài)性質(zhì)就表現(xiàn)為感抗(XL=L)的形式。感抗與頻率成正比，隨頻率的增高而增大，表明電感在高頻下有較大的感抗；當(dāng)很小時(shí)，XL=L0，電感相當(dāng)于短路線。所以，電感元件在電路中通常用做接通直流和低頻訊號(hào)，阻礙高頻信號(hào)通過(guò)的元件。線性電容元件上的電壓和電流關(guān)系為 顯然，電容元件也是一個(gè)動(dòng)態(tài)元件，它

36、在電路中（如圖72)顯示的性質(zhì)和元件上電壓的變化率有關(guān)，當(dāng)電壓不隨時(shí)間變化時(shí)，電流為零，這時(shí)電容元件相當(dāng)于開(kāi)路，故電容元件在穩(wěn)態(tài)直流電路中有隔斷電流(簡(jiǎn)稱隔直)的作用。圖7-2 電路中的電容元件 如果將電容元件接在交流電路中，它的動(dòng)態(tài)特性就表現(xiàn)為容抗()的形式，容抗與頻率成反比。當(dāng)時(shí)，即相當(dāng)于短路；而當(dāng) (直流)時(shí)，即電容相當(dāng)于開(kāi)路。所以電容元件在電路中通常用做通高頻、阻低頻、隔直流信號(hào)的元件。 在_止弦交流電路中，電壓、電流都是用向量表示的?；鶢柣舴蚨傻南蛄啃问綖?對(duì)于圖7-3所示電路，如果用交直流電壓電流表測(cè)量各支路電流和元件上電壓的有效值后，我們可以用兩種辦法建立這些量的向量芙系。圖7

37、-3 交流電路1通過(guò)計(jì)算或測(cè)量，求出各元件的阻抗角，然后根據(jù)己知的阻抗角畫出電路的向量圖。電路中電阻R和燈泡均為電阻性負(fù)載，阻抗角為零，線圈具有電感L和電阻r，其阻抗角。我們可取某一向量(例如)為參考向量畫 (超前相位角) 畫 (與同相位) 求和畫 (與同相位) 畫。電壓和電流向量圖如圖74所示。圖 7-4 電壓與電流向量圖2如果元件的阻抗角不知道，在測(cè)得、和之后，根據(jù)=0，這三個(gè)電流應(yīng)構(gòu)成一閉合三角形，用幾何作圖法，就可以得到、和間的向量關(guān)系，也可畫出、和之間的向量關(guān)系，如圖75。圖7-5 電流向量圖三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟圖7-6(a) 電容在脈動(dòng)直流電路中的作用1 按圖7-6(a)接線。圖中燈泡

38、取自三相負(fù)載單元板上的60W燈泡，串聯(lián)兩個(gè)。電容C取自電容扳(MC1060)上的2 u F一個(gè)，實(shí)驗(yàn)電源使用交直流可調(diào)電源0240V板，調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使整流橋直流輸出電壓U=220V，將此直流電壓加到燈泡與電容的串聯(lián)電路，用交直流電壓電流表測(cè)量電流和電壓，填入表71中。將一開(kāi)關(guān)與電容并聯(lián)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，觀察燈泡亮度的變化，同樣用交直流電壓電流表測(cè)量電流和電壓，填入表71中。圖7-6(b) 電容在交流電路中的作用2調(diào)節(jié)調(diào)壓器電壓輸出，將220V交流電壓加到圖7-6(b)所示電路上，用交直流電壓電流表測(cè)量燈泡與電容串聯(lián)時(shí)的電流和電壓以及用開(kāi)關(guān)短接電容時(shí)的電流和電壓，并觀察燈泡亮度的變化。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表7

39、一l中。表7一l 測(cè)定C元件在直流和交流電路中的特性燈泡亮度電流I（A）U1(V)U2(V)直流220V短接C串聯(lián)C交流220V短接C串聯(lián)C3將圖76中的電容C，換成電感L(本實(shí)驗(yàn)用實(shí)驗(yàn)板MC1057上的日光燈鎮(zhèn)流器，實(shí)為L(zhǎng)與r串聯(lián))，重復(fù)步驟1和2的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將結(jié)果填入表72中。 表72 測(cè)定L元件在直流和交流電路中的特性燈泡亮度電流I（A）U1(V)U2(V)直流220V短接L串聯(lián)L交流220V短接L串聯(lián)L圖7-7 向量關(guān)系驗(yàn)證電路4按圖77接線，取四個(gè)60W燈泡，電容C取2 u F，調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使U=220V，洲量各支路電流及各段電壓，填入表73中。表73 測(cè)定各支路電流及各段電壓測(cè)量項(xiàng)

40、目U(V)U1(V)U2(V)I(A)I1(A)I2(A)數(shù) 據(jù)四實(shí)驗(yàn)設(shè)備 名稱 數(shù)量 型號(hào)1交直流可調(diào)電壓0240V板 1 MC11032交直流電壓電流表板 1 MC1102或MC11083電容板 1 MC10594日光燈鎮(zhèn)流器板 1 MC10135三相負(fù)載扳 1 MC11006安全型導(dǎo)線 若干7安全型短接橋 若干五分析與討論1對(duì)實(shí)驗(yàn)1、2、3步驟中所觀察到的現(xiàn)象及測(cè)量的數(shù)據(jù)作出解釋，說(shuō)明L、C元件在直流和交流電路中表現(xiàn)出的不同特性。2根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟4所測(cè)得的數(shù)據(jù)，畫出向量圖，驗(yàn)證交流電路中的基爾霍夫定律·8正弦交流電路中RLC的特性實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步加深對(duì)對(duì)R、L、C元

41、件在正弦交流電路中基本特性的認(rèn)識(shí)2研究RLC元件并聯(lián)電路中總電流和各支路電流之間的關(guān)系二實(shí)驗(yàn)原理 線性時(shí)不變電路在正弦信號(hào)激勵(lì)下的響應(yīng)，可以通過(guò)該電路的微分方程式來(lái)求得。其解是由對(duì)應(yīng)的齊次方程式的通解和非齊次方程式的特解組成。特解即是該電路的穩(wěn)態(tài)解，其函數(shù)形式與激勵(lì)函數(shù)一樣也是正弦量。如果運(yùn)用相量法求電路的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，則可以不必列出電路的微分方程，只需列出相量的代數(shù)方程便可求出電路的穩(wěn)態(tài)解，從而使電路的運(yùn)算大為簡(jiǎn)化。1R、L、C元件電壓與電流間的相量關(guān)系 對(duì)于電阻元件來(lái)說(shuō)，在正弦交流電路中的伏安關(guān)系和直流電路的形式是一樣的。其相量關(guān)系為 (8一1)其中，分別為電壓相量和電流相量。將其代入(81)式，有 此式說(shuō)明電壓有效值與電流有教值符合歐姆定律，井且電壓與電流同相位()。電阻元件阻值大小與頻率無(wú)關(guān)。 對(duì)于電容元件來(lái)說(shuō)，其電壓與電流間的相量關(guān)系為： (82)其中，。將其代入(8-2)式，有