电路实验指导书

实验二基尔霍夫定律和叠加原理

一、实验目的：

加深对基尔霍夫定律和叠加原理的内容和使用范围的理解。

二、原理及说明：

1、基尔霍夫定律是集总电路的基本定律。它包括电流定律和电压定律。

基尔霍夫电流定律：在集总电路中，任何时刻，对任意一个节点，所有支路电流的代数和恒等于零。即Σi=0。

基尔霍夫电压定律：在集总电路中，任何时刻，沿任意一个回路内所有支路或元件电压的代数和恒等于零。即Σu=0。

2、叠加原理是线性电路的一个重要定理。

如果把独立电源称为激励，由它引起的支路电压、电流称为响应则叠加原理可简述为：在任意线性网络中，多个激励同时作用时，总的响应等于每个激励单独作用时引起的响应之和。

三、实验方法及步骤：

1、验证基尔霍夫定律

按图2-1接线，其中A1、A2、A3是电流插孔，K1、K2是双刀双掷开关。

先将K1、K2合向短路线一边，调节稳压电源，使U S1=10V，U S2=8V,再把K1，K2合向电源一边。测得各支路电流、电压，将数据记录于表2-1中。

2、验证叠加原理

按图2-1接线，首先K2掷向短路线一边，K1掷向电源一边，测量各电流、电压记录于表2-2中。

首先K1掷向短路线一边，K2掷向电源一边，测量各电流、电压记录于表2-2中。

两电源共同作用时的数据在实验内容1中取。

图2-1

四、实验用设备仪器及材料

1、电路实验箱1个

2、万用表1块

3、直流电流表1块

4、导线等

实验三 戴维南定理及功率传输最大条件的研究

一、实验目的

1、用实验 方法 验证戴维南定理的正确性。

2、学习线性含源一口网络等效电路 参数 的测量 方法 。

3、验证功率传输最大条件。 二、原理简述

1、戴维南定理指出，任何一个线性含源一端口网络，对外部电路而言，总可用一个理想电压源和电阻串连的有源支路来代替，如图3-3所示，其理想电压源的电压等于原网络断口的开路电压u o c ，其电阻等于原网络中所有独立电源为零值时的如端等效电阻R i 。

图3-1

2、对于已知的线性直流含源一端口网络，其入端等效内阻R i 可以从原网络

计算得出，也可以通过实验手段测出。下面介绍三种测量方法：

（1）由戴维南定理和诺顿定理可知 SC

OC

i I U R =

注意：对不许将外部电路直接短路的网络（例如有可能因短路电流过大而损坏网络内部器件市）不能采取此法。

（2） 测出含源一端口网络的开路电压U oc 以后，在端口处接一负载电流R L ，然后再测出负载电阻的端电压U RL ，因

L L

i OC

RL R R R U U ⨯+=

则入端等效电阻为

L RL OC i R U U R ⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛-=1

（3）令有源一端口网络中的所有独立电源置零，然后在端口处加一给定电压U ’，测得流入端口的电流I'（如图2-3所示），则

图3-2

'

'

I U R i =

2、一个含有内阻R i 的电源给R L 供电，其功率为

L i L

L R R

R E R I P ∙⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+=∙=2

02

为求得R L 从电源中获得最大功率的最佳值，我们可以将功率P 对R L 求导，并令其导数等于零

()()()()

022

04

2

2202

=∙+-=∙++-+=E R R R R E R R R R R R R dR dP L i L i L i L L i L i L

于是解得R L =R i 则得到最大功率： ()i

L L i R E R R R E P 420

2

20

m a x =∙+=

由此可知：负载电阻R L 从电源中获得最大功率条件是 — 负载电阻R L 等于电源内阻R i 。

三、实验内容及步骤：

1、测定线性含源一口网络的外特性（即伏安特性）U=f (I)。

按图3-3接线，改变电阻R L 值，测量对应的电流和电压值，参数填在表

3-1内。根据测量结果 ，求出对应于戴维南电路等效参数 Uoc, Isc 。其中 R 1=200Ω R 2=300Ω，R 3=300Ω，Us=10V

方法（1）（2）数据在内容1中取，方法（3）实验线路如图3—4其中U ’=10V 。

图3-4

（1）Ri=

SC OC i U （2） R i =1-RL

OC U U （3） R i = ''

I U

3、测得的等效参数构成戴维南等效电路（图3-5）测量其外特性U’=f（I’）。数据填在表3-3中。

图3-5

表3—3

4、最大功率传输条件的验证

根据表格的数据计算并绘制功率随R L变化的曲线，即P=f (R L)。

四、实验用设备仪器及材料：

1、电路实验箱1个

2、万用表1块

3、直流电流表1块

五、报告要求：

在同一张坐标纸上做它们的外特性曲线，并分析。

实验四 简单RC 电路的过渡过程

一、实验目的：

1、研究RC 电路的在零输入、阶跃激励和方波激励情况下，响应的基本规律和特点。

2、学习用示波器观测分析电路的响应。

二、实验原理及说明：

1、一阶RC 电路对阶跃激励的零状态响应就是直流电源经电阻R 向电容C 充电。对于图4-1所示的一阶电路，当t=0时开关K 由位置2转向位置1，有方程

S

C C u dt

du

RC u =+ t ≧0

初始值 u C (0-)=0，可以得出电容和电流随时间变化的规律：

)1()(τ

-

-=t S C e

U t u t ≧0

τt

S e R

U t i -=)( t ≧0 上述式子表明，零状态响应是输入的线性函数。其中，τ=RC ，具有时间的量纲，称为时间函数，它是反映电路过渡过程快慢程度的物理量。τ越大，暂态响应所待续的时间越长即过渡过程的时间越长。τ越小，过渡过程的时间越短。

2、电路在无激励情况下，由储能元件的初始状态引起的响应称为零输入响应。

即电容器的初始电压经电阻R 放电。在图4-1中，当开关K 于位置1时，u C (0-)=0时，再将开关K 转到位置2。

=+dt

du

RC

u C

C t ≧0 初始值u C (0-)=U 0，可以得出电容上的电压和电流随时间变化的规律：