2013级电路分析基础实验指导书-2.
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电路分析基础
实验指导书
杨杰 编写
东莞理工学院电子系
二00五年八月电路分析基础实验指导书
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目 录
实验一 基尔霍夫定律的验证┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈2
实验二 电压源与电流源的等效变换┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈5
实验三 叠加定理的验证┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈8
实验四 戴维宁定理和诺顿定理的验证┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈13
实验五 一阶RC电路的动态响应┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈18
实验六 正弦稳态交流电路相量的研究┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈22
实验七 设计性实验——电阻变化量线性输出电路设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈25 实验一 基尔霍夫定律的验证
2 实验一 基尔霍夫定律的验证
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. 掌握使用直流电工仪表测量电流、电压的方法。
3. 学会应用电路的基本定律，分析、查找电路故障的一般方法。
二、实验原理
1. 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多个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律和电压定律。即：
对电路中任何一个节点而言，应满足ΣI＝0；
对电路中任何一个闭合回路而言，应满足ΣU＝0。
运用上述定律时，必须注意电流、电压的实际方向和参考方向的关系。
2. 依据基尔霍夫定律和欧姆定律可对电路的故障现象进行分析，准确定位故障点。若在一个接有电源的闭合回路中，电路的电流为零，则可能存在开路故障；若某元件上有电压而无电流，则说明该元件开路；若某元件上有电流而无电压，说明该元件出现了短路故障。
三、实验内容
1. 先任意设定三条支路的电流参考方向，如图1-2所示。三个回路的正方向可设为ADEFA、BADCB、FBCEF。
K3
图1-1 实验电路
2. 分别将两路直流稳压源接入电路，令E1＝6V，E2＝12V。
3. 将电流插头的两端接至数字毫安表的“＋、－”两端, 将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，读出并记录各电流值。图1－2是电流插头插座的用法示意。 I1R1U1U2R2+_R5R4R3I2I35105101K330DEFAK2C1N4007+_K1B实验一 基尔霍夫定律的验证
3 4. 用直流数字电压表分别测量、并记录两路电源及电阻元件上的电压值。
5. 分别按下故障开关A、B、C，借助电压表、电流表，找出电路的故障性质和故障点。
图1-2 使用插头插座测量电流
表1－1 测量数据及计算值
被测量 I1 I2 I3
E1 E2 UFA UAB UAD UCD UDE
计算值 1.925 5.988 7.913 6.0 12.0 0.982 -5.988 4.046 -1.976
0.982
测量值
相对误差
电流单位： mA 电压单位： V
表1－2 故障分析记录
故障开关 故障性质 故障位置
A
B
C
四、实验设备
序号 名 称 型号与规格 数量 备 注
1 直流可调稳压电源 0－30V/1A 2 实验台自配
2 直流数字电压表 0－200V 1 实验台自配
3 直流数字毫安表 0－200mA 1 实验台自配
4 实验电路板 图1－1 1 DGJ-03自配
mA电流插头电流插座实验一 基尔霍夫定律的验证
4 五、注意事项
1. 测量验证基尔霍夫定律的数据时，三个故障开关均不按下，即不设人为故障。
2. 实验电路中的开关K3应向上，拨向330Ω侧。
3. 测量电压时应注意表棒的使用。测UAB，应该用数字直流电压表的正表棒（红色）接A点，负表棒（黑色）接B点，否则记录测出的数值时，必须添加一负号。
4. 电源电压也以电压表实际测量的读数为准。
六、实验思考
1. 根据图示的电路参数，计算出待测的各支路电流和各电阻上的电压值，记入表1-1中，以便实际测量时，正确地选定毫安表和电压表的量程。
2. 本实验中判断电路的简单故障时，是否需要记录具体的电流、电压数据？
七、实验报告要求
1. 根据实验数据验证基尔霍夫定律的正确性。
2. 完成数据表格中的计算，对误差作必要的分析。
3. 分析故障现象，说明定位故障点的理由。
实验一 基尔霍夫定律的验证
5 实验二 电压源与电流源的等效变换
一、实验目的
1. 掌握电源外特性的测试方法。
2. 验证电压源与电流源等效变换的条件。
二、实验原理
1. 一个直流稳压电源在一定的电流范围内，其内阻很小。故在实用中，常将它视为一个理想的电压源，即认为输出电压不随负载电流而变，其伏安特性V＝f ( I ) 是一条平行于I轴的直线。
同样，一个实际的恒流源在实用中，在一定的电压范围内，可视为一个理想的电流源。
2. 一个实际的电压源（或电流源），其端电压（或输出电流）不可能不随负载而变，因它具有一定的内阻值。故在实验中，用一个小阻值的电阻与稳压源相串联来摸拟一个实际的电压源，用一个大电阻与恒流源并联来模拟实际的电流源。
3. 一个实际的电源，就其外部特性而言，即可以看成是一个电压源，又可以看成是一个电流源。若视为电压源，则可用一个理想的电压源ES与一个电阻R0相串联的组合来表示；若视为电流源，则可用一个理想电流源IS与一电导g0相并联的组合来表示。若它们能向同样的负载提供出同样大小的电流和端电压，则称这两个电源是等效的，它们具有相同的外特性。
一个电压源与一个电流源等效变换的条件为：
图2－1 电压源与电流源的等效变换
0000001,,1,gRRIURgRUISSSS或IR0US+RL_UIg0IS+RL_UIS=US/R0,g0＝1/R0US=ISR0,R0＝1/g0实验一 基尔霍夫定律的验证
6 三、实验内容
1. 测定直流稳压电源与电压源的外特性
(1) 按图2－2接线，US为＋6V直流稳压电源，R1=200Ω，R2=470Ω。调节R2，令其阻值由大至小变化，记录两表的读数于表2－1。
图2－2 直流稳压电源的外特性测量
表2－1 直流稳压电源的外特性测量数据
电流单位： mA 电压单位： V 电阻单位： Ω
(2) 按图2－3接线，虚线框可模拟为一个实际的电压源，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，记录两表的数据于2－2。
图2－3 实际的电压源的外特性测量
R2 ∞ 500 400 300 200 100 0
U
I IUS+_+_mAR2R1V200Ω470Ω6VIR0US+_+_mAR2R1V200Ω470Ω51Ω6V实验一 基尔霍夫定律的验证
7 表2－2 实际的电压源的外特性测量数据
电流单位： mA 电压单位： V 电阻单位： Ω
2. 测定电流源的外特性
按图2－4接线，IS为直流恒流源，调节其输出为10mA，令RS分别为1KΩ和∞，（即接入或断开），调节电位器RL（从0至470Ω），测出这两种情况下的电压表和电流表的读数,记录实验数据于表2－3和表2－4。
图2－4 电流源的外特性测量
表2－3 电流源内阻RS=∞时的外特性
表2－4 电流源内阻RS= 1KΩ时的外特性
3. 测定电源等效变换的条件
首先按图2－5a线路接线，读取其中两表的读数。然后按图2-5b线路接线，调节其中恒流源IS（取R'S＝RS），直至两表的读数与左边线路的数值相等，记录IS等数值于表2－5，验证电源等效变换条件的正确性。
R2 ∞ 500 400 300 200 100 0
U
I
RL（Ω） 0 100 200 300 400 500
I（mA）
RL（Ω） 0 100 200 300 400 500
I（mA） IIS+_+_mARL470ΩRs1K或∞V10mA实验一 基尔霍夫定律的验证
8
图2－5a 图2－5b
表2－5 电压源与电流源等效条件的验证
四、实验设备
五、注意事项
1. 实验中使用的恒压源的输出需要在负载开路时实际测出，恒流源的输出也同样需在负载短路时把数据测出。注意恒流源负载电压不可超过20伏，负载更不可开路。
2. 改接线路时，必须关闭电源开关。
3. 直流仪表的接入应注意量程与极性，以保证数据的正确性。
六、实验思考
1. 直流稳压电源的输出端为什么不允许短路？直流恒流源的输出端为什么电压源供电时U（V）
电压源供电时I（mA）
保持U、I不变所需的电流源IS (mA)
序号 名 称 型号与规格 数量 备注
1 直流可调稳压电源 0－30V/1A 1 实验台自配
2 直流可调恒流源电源 0－200mA 1 实验台自配
3 直流数字电压表 0－200V 1 实验台自配
4 直流数字毫安表 0－200mA 1 实验台自配
5 电阻器 1KΩ等 若干 DGJ-05
6 可调电阻箱 0－99999.9Ω 1 DGJ-05 IIS+_+mAR200ΩRs51ΩVIR0US+_+_mARV200Ω51Ω6V
