电路 6个 实验讲义

实验一电路元器件伏安特性的测试一、实验目的1、认识常用电路元件。

2、掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的测绘。

3、掌握仪器、仪表的使用方法。

二、实验仪器1、RXDI-1A电路原理实验箱１台2、万用表１台三、实验原理任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压U与通过该元件的电流I 之间的函数关系I=f（U）来表示，即用I-U平面上的一条曲线来表示，这条曲线称为该元件的伏安特性曲线。

图11、线性电阻器的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，图1中a曲线所示，该直线的斜率的倒数等于该电阻器的电阻值。

2、一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其伏安特性如图1中b所示。

正向压降很小（一般的锗管约为0.2～0.3V，硅管约为0.5～0.7V），正向电流随正向压降的升高而急骤上升，而反向电压从零一直增加到十几伏至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。

可见，二极管具有单向导电性，如果反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。

3、稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，但其反向特性特别，如图1中c所示。

在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当反向电压增加到某一数值时（称为管子的稳压值，有各种不同稳压值的稳压管）电流将突然增加，以后它的端电压将维持恒定，不再随外加的反向电压升高而增大。

注意：流过二极管或稳压二极管的电流不能超过管子的极限值，否则管子会被烧坏。

四、实验内容及步骤1、测定线性电阻器的伏安特性按图2接线，调节直流稳压电源的输出电压U，从0V开始缓慢地增加，记下相应的电压表和电流表的读数。

图2 图32、测定半导体二极管IN4007的伏安特性按图3接线，R为限流电阻，测二极管的正向特性时，其正向电流不得超过35mA，正向压降可在0～0.75V之间取值。

特别0.5～0.75V之间应多取几个测量点。

测反向特性实验时，只需将图3中的二极管D反接，且其反向电压可加至24V。

3、测定稳压二极管的伏安特性将图3中的二极管IN4007换成稳压二极管2CW55，重复实验内容2的测量。

4、根据各实验数据（数据见表1、表2、表3、表4、表5），分别在方格纸上绘制出光滑的伏安特性曲线。

（其中二极管和稳压管的正、反向特性均要求画在同一张图中，正、反向电压可取为不同的比例尺），根据实验结果，总结、归纳被测各元件的特性，做必要的误差分析。

五、实验数据及结果表1线性电阻特性实验数据表2二极管正向特性实验数据表3二极管反向特性实验数据表4稳压二极管正向特性实验数据表5稳压二极管反向特性实验数据六、注意事项进行不同实验，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量程，勿使仪表超量程，仪表的极性不能接错。

七、思考题用电压表和电流表测量元件的伏安特性时，电压表可接在电流表之前或之后，两者对测量误差有何影响？实际测量时应根据什么原则选择？实验二 验证基尔霍夫定律、叠加原理一、实验目的1、验证基尔霍夫电流、电压定律 ,叠加原理。

加深对基尔霍夫定律和叠加原理的理解。

2、加深对电流、电压参考方向的理解。

二、实验仪器1、电路分析实验箱RXDI-IA2、直流毫安表3、数字万用表三、实验原理1、基尔霍夫电流定律 (KCL): 在集总电路中 , 任何时刻 , 对任一节点 , 所有支路电流的代数和恒等于零。

2、基尔霍夫电压定律 (KVL): 在集总电路中 , 任何时刻 , 沿任一回路所有支路电压的代数和恒等零。

3、叠加原理：在线性电路中，任一支路的电流（或电压）等于电路中各电源单独作用下在此支路所生电流（或电压）的代数和。

图2.1. 基尔霍夫电流定律原理电路图四、实验内容及步骤1、实验前先任意设定三条支路的电流参考方向 , 可采用如图2.1中 I 1 、R 5=1000 ΏR 1=510ΏI2、 I3所示。

2、按图 2.1 所示接线。

3、按图 2.1.分别将U S1、U S2两路直流稳压电源接入电路, 令U S1=12V,U S2=6V。

4、将直流毫安表串联在I1、I2、I3支路中 ( 注意 : 直流毫安表的 "+ 、 -" 极与电流的参考方向 )5、确认连线正确后 , 再通电 , 将直流毫安表的值记录在表 3.1.2-1 内。

6、用数字万用表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值 , 记录在表2.1 内。

表2.1 测量数据记录表五、思考题1、如何选择电路节点更有意义？2、实验产生误差的主要原因？六、实验报告要求1、选定实路电路中的任一个节点, 将测量数据代入基尔霍夫电流定律加以验证。

2、选定实验电路中的任一闭合电路, 将测量数据代入基尔霍夫电压定律 , 加以验证。

3、将计算值与测量值比较, 分析误差原因。

实验三 戴维南定理一、实验目的1、验证戴维南定理。

2、测定线性有源一端口网络的外特性和戴维南等效电路的外特性。

二、实验仪器电路分析实验箱（RXDI_IA ）一台、直流毫安表一只、 数字万用表一只三、实验原理戴维南定理: 任何一个线性有源一端口网络, 对于外电路而言, 总可以用一个理想电压源和电阻的串联形式来代替, 理想电压源的电压等于原一端口的开路电压U OC ，其电阻(又称等效内阻)等于网络中所有独立源置零时的入端等效电阻及R eq 见图3.1。

图 3.1 戴维南等效原理1、开路电压的测量方法当有源二端网络的等效内阻R eq 与电压表的内阻R V 相比可以忽略不计时, 可以直接用电压表测量开路电压。

2、等效电阻R eq 的测量方法对于已知的线性有源一端口网络,其入端等效电阻R 叫可以从原网络计算得出, 也可以通过实验测出,下面介绍几种测量方法：方法一：将有源二端网络中的独立源都去掉,在ab 端外加一已知电压U ，测量一端口的总电流I 总，则等效电阻R eq =总I U 。

实际的电压源和电流源都具有一定的内阻，它并不能与电源本身分开，因此在去掉电源的同时，也把电源的内阻去掉了，无法将电源内阻保留下来，这将影响测量精度，因而这种方法只适用于电压源内阻较小和电流源内阻较大的情况。

方法二：测量ab 端的开路电压 U OC 及短路电流I SC 则等效电阻 SCOC eqI U R这种方法适用于ab 端等效电阻R eq 较大，而短路电流不超过额定值的情形，否则有损坏电源的危险。

方法三：两次电压测量法图 3.2 两次测量法测量电路如图 3.2 所示，第一次测量ab 端的开路U OC ，第二次在ab 端接一已知电阻R L (负载电阻)，测量此时a 、b 端的负载电压U ，则a 、b 端的等效电阻R eq 为：R eq =L OC R UU )1(第三种方法克服了第一、二种方法的缺点和局限性，在实际测量中常被采用。

3、如果用电压等于开路电压UOC的理想电压源与等效电阻R eq 相串联的电路 (称为戴维南等效电路, 参见图3.3)来代替原有源二端网络,则它的外特性U=f(I) 应与有源二端网络的外特性完全相同。

图 3.3 等效替代四、实验内容及步骤1、用戴维南定理求支路电流I测定有源二端网路的开路电压U oc和等效电阻R eq按图3.1接线, 经检查无误后, 采用直接测量法测定有源二端网络的开路电压 U OC。

电压表内阻应远大于二端网络的等效电阻R eq。

用两种方法测定有源二端网络的等效电阻R eq1)采用原理中介绍的方法二测量首先利用上面测得的开路电压U OC和计算出的R eq，估算网络的短路电流I SC大小, 在I SC之值不超过直流稳压电源电流的额定值和毫安表的最大量限的条件下, 可直接测出短路电流 , 并将此短路电流I SC数据记入表格3.1中。

2)采用原理中介绍的方法三测量接通负载电阻R L,使R L=750, 使毫安表短接, 测出此时的负载端电压 U, 并记入表格3.1中。

表 3.1取两次测量的平均值作为R eq (I 的计算在实验报告中完成 )2、测定有源二端网络的外特性调节电位器, 改变负载电阻R L之值, 在不同负载的情况下, 测量相应的负载端电压和流过负载的电流, 共取五个点将数据记入自拟的表格中。

测量时注意, 为了避免电表内阻的影响, 测量电压U 时, 应将接在AC 间的毫安表短路, 测量电流I 时, 将电压表从A B 端拆除。

若采用万用表进行测量, 要特别注意换档。

五、思考题1、什么情况下电压源具有最大输出功率？求出最大输出功率？六、实验报告要求1、应用戴维南定理 , 根据实验数据计算 R L支路的电流 I, 并与计算值进行比较。

2、在同一坐标纸上作出两种情况下的外特性曲线 , 并作适当分析。

判断戴维南定理的正确性。

实验四 RC 一阶电路响应测试一、实验目的1、测定RC 一阶电路的零输入响应，零状态响应及完全响应2、学习电路时间常数的测定方法3、掌握有关微分电路和积分电路的概念4、进一步学会用示波器测绘图形二、实验仪器RXDI-1A 电路原理与实验箱、双踪示波器三、实验原理1、 动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程，对时间常数的τ较大的电路，可用慢扫描长余辉示波器观察光点移动的轨迹。

然而能用一般的双踪示波器观察过渡过程和测量有关的参数，必须使这种单次变化的过程重复出现。

为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即令方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；方波下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号，只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ，电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的影响和直流电源接通与断开的过渡过程是基本相同的。

2、RC 一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数τ。

3、时间常数的测定方法 图A 所示电路E（c ）根据一阶微分方程的求解得到零输入响应的输出函数为（选择零输入响应的起始时刻为计时起点）:U C =Ee /t RC -=E /t e τ-当t=τ时，Uo(τ)=0.368E ，此时所对应的时间就等于τ。

零状态响应波形的函数为（选择零状态响应的起始时刻为计时起点）:U C =E （1－e /t RC -）=E （1－/t e τ-）当t=τ时，Uo(τ)=0.632E ，此时所对应的时间也是τ。

4、 微分电路积分电路是RC 一阶电路中较为典型的电路，它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。

一个简单的RC 串联电路，方波序列脉冲的重复激励下，当满足τ=RC<<T/2时（T 为方波脉冲的重复周期），且由R 端作为响应输出，如图2（a ）所示。

这就构成了一个微分电路，因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。

若将图2（a ）中的R 与C 位置调换一个，即由C 端作为响应输出，后当电路参数的选择满足τ=RC>>T/2条件时，如图2（b ）所示即构成积分电路，因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。