电路分析基础实验指导书(城市学院).doc

东莞理工学院城市学院自编教材电路分析基础实验指导书东莞理工学院城市学院计算机与信息科学系前 言电路分析基础是电子、通信技术类专业的一门重要技术基础课，而电路分析基础实验又是学好该学科的一个重要环节，通过实验教学不仅能进一步巩固和加深课堂所学理论知识，而且能提高学生的动手能力、解决实际问题的能力和创新精神，培养学生科学态度和良好的工作作风。电路分析基础实验的教学目标是通过实验要求学生掌握各种电路（电阻电路、动态电路、正弦稳态电路）的连接、测试和调试技术；熟悉常用电子电工仪表的工作原理及使用方法；熟悉安全用电知识，了解电路故障的检查和排除方法，提高学生综合素质，为后续课程的学习和从事实践技术工作奠定扎实基础。为结合理论课程教学的需要，共设置16学时的实验课时。- III -目 录第一部分 绪论1一、课程所属类型及服务专业1二、实验教学目的和要求1三、实验项目和学时分配1第二部份 基本实验指导2实验一 元件伏安特性的测定2一、实验目的2二、原理及说明2三、仪器设备2四、实验步骤3五、思考题4实验二 验证基尔霍夫定律5一、实验目的5二、实验原理5三、实验设备5四、实验步骤5五、注意事项6六、思考题6实验三 叠加定理7一、实验目的7二、实验原理7三、实验设备和器材7四、实验电路和实验步骤7五、实验结果和数据处理8六、实验预习要求9七、思考题9实验四验证戴维南定理10一、目的10二、设备、仪表10三、原理电路图10四、步骤10五、注意事项11六、预习要求11七、总结报告12八、思考题12实验五 RC电路的响应13一、目的13二、设备和元件13三、实验电路图13四、内容和步骤14五、预习要求16六、注意事项16七、实验报告16八、思考题16实验六 单相交流电路17一、目的17二、设备、仪表17三、实验电路图17四、内容和步骤18五、注意事项18六、预习要求18七、总结要求19八、思考题19附：日光灯的构造及电路原理简介19第一部分 绪论本指导书是根据电路分析基础课程实验教学大纲编写的，适用于电子信息工程专业。一、课程所属类型及服务专业电路分析基础是电子信息工程专业必修的学科基础课程。它的目的和任务是为学习后续课程提供必要的基础理论知识，也为进一步理论研究打下基础。二、实验教学目的和要求电路分析基础系统介绍电路理论，本课程的任务是使学生掌握电路的基本概念和基本定律、电阻电路的一般分析方法、电路定理、一阶电路的时域分析、正弦稳态电路的分析、耦合电感和变压器的分析。 通过学生动手完成各个实验，通过各试验内容的数据测量与分析处理，使学生对理论课的教学内容更为深入的理解，并且通过实验使学生对电路的结构，电路的元、部件更能直观.生动认识。使学生注意培养实验动手能力，更加理论联系实际。三、实验项目和学时分配本课程实验共安排16学时。序号实 验 项 目学时数每组人数实验类型（演示/验证/综合/设计）必选/可选1元件伏安特性的测定23验证可选2基尔霍夫定律的验证33验证必选3叠加原理的验证33验证必选4戴维宁、诺顿定理的验证33验证必选5单相交流电路33验证可选6RC一阶电路的响应测试33综合必选- 21 -第二部份 基本实验指导实验一 元件伏安特性的测定一、实验目的1、 测定线性电阻和非线性元件及电压源的伏安特性曲线。2、 学习直流稳压电源及常用电工仪表的使用方法。二、原理及说明元件伏安特性是指被测元件两端电压U与通过该元件电流I之间的关系曲线。线性电阻元件的阻值不随加在它两端的电压或电流的变化而变化，而且与元件电压或电流的方向无关（具有双向特性），其伏安特性是一条对称坐标原点的直线。如图1-1（a）所示。非线性元件的阻值随加在它两端的电压或通过它的电流的大小变化而变化，其伏安特性通过坐标原点的一条弯曲的曲线。如图1-1（b）图所示。直流电压源的伏安特性是一条平行于坐标的直线，如图1-1（c）所示。IU（a）IU（c）UI（b）图1-1三、仪器设备双路直流稳压电源 HT-1712G型 一台四、实验步骤1、 测定线性电阻R的伏安特性（1） 按图1-2接线，定值电阻R1（约51），电阻箱为被测线性电阻元件（约150）。（2） 调节电源电压，约5-20V，测量线性电阻元件两端的电压和电流。（3） 改变电阻箱的方向，重复（2）。正向U(V)I(mA)反向U(V)I(mA)直流稳压电 源电流表电压表51150图1-22、 测非线性元件（二极管N4007）伏安特性正向伏安特性的测定，按图1-3接线，使直流稳压电源输出可调，电压表约为0-1V，测量非线性元件两端的电压和电流。正向U(V)I(mA)直流稳压电 源电流表电压表51图1-3D3、 测电压源的伏安特性按图1-4接线，使直流稳压电源输出电压为10V，改变外接电阻，测量电压源两端的电压和电流。正向U(V)I(mA)直流稳压电 源电流表电压表51图1-4R五、思考题1分析电阻、二极管及电压源的伏安特性。实验二 验证基尔霍夫定律一、实验目的1、 加深理解KCL、KVL定律。2、 掌握基本电子工具的使用（万用表、电阻箱、直流稳压电源、毫安表）。二、实验原理1.KCL原理：2.KVL原理：三、实验设备1.直流稳压电源 HT-1712G型 030V双路 一台2.直流毫安表 C31-mA型 100mA1000mA 一台3.数字万用表 DT9202型 31/2位 一块4.交流/直流电阻箱 ZX38A/10型 011111.1型 一台5.通用实验板 附：电阻150、51、82、91 （1W） 各一个四、实验步骤1.如图所示，接线。在每个支路（测量），选择好，接入电流表（毫安表），再打开电源。读取电流表的数值，填入对应的表1中（请注意电流的方向）。2.如图2-1所示，在通电的情况下，用万用表测量对应元器件的电压，填入对应的表1中（请注意电压的方向）。3.如图2-2所示，接线，重复1、2操作，将测试数据填入表2中。4.将实测值和理论值相比较。R1R2R3R4US1US2IU表1R1R2R3R4R5US1US2IU表28212VUS16VUS2R1R351R291R4150图2-18212VUS16VUS2R1R351R291R4150R5100图2-2五、注意事项1.不能带电操作，所有同学，接线完毕后，经老师检查后，方可通电。2.电压源不能短路。六、思考题1电路中两个电动势均增大一倍，各支路的电流、电压如何变化？如果电路中只有一个电动势增大一倍，而另一个不变，各支路的电流、电压如何又如何变化？实验三 叠加定理一、实验目的1.通过实验，加深对叠加定理的理解；2.进一步熟悉稳压电源、直流电流表和数字万用表的使用方法。二、实验原理本实验是验证叠加定理。叠加定理是线性电路的一个基本定理。它表述如下：在线性电路中，当有两个或两个以上的独立电源（电压源或电流源）作用时，则任意支路的电压或电流，都可以认为是电路中各个电源单独作用而其它电源不起作用，在该支路中产生的各电流分量或电压分量的代数和。三、实验设备和器材1.直流稳压电源 HT-1712G型 030V双路 一台2.直流毫安表 C31-mA型 100mA1000mA 一台3.数字万用表 DT9202型 31/2位 一块4.通用实验板 附：电阻150、51、82 各一个四、实验电路和实验步骤1.实验电路实验电路如图3-1所示，要求测量R2支路中的电流和R2上的电压。51图3-1 实验电路原理图10VUS16VUS2R1R382R2150I 2.实验步骤（1）测量US1和US2同时作用时的电压和电流I. 按图1.1连接好电路，将US1调整到10V，US2调整到6V（注：电压源要先调整好，断电后再接入电路）；II. 经教师检查后，接通电源；如果电路正常，可接入电流表和电压表（注：接入电表时，注意极性！），测量R2支路中的电流I和R2的电压U。记录所测数据。（2）测量US1单独作用时的电压和电流I. 将US1调整到10V，US2断开后，再用导线短路（注：电压源要先调整好，断电后再接入电路）；II. 经教师检查后，接通电源；如果电路正常，可接入电流表和电压表（注：接入电表时，注意极性！），测量R2支路中的电流I和R2的电压U。记录所测数据。（3）测量US2单独作用时的电压和电流I. 将US1调整到10V，US2断开后，再用导线短路（注：电压源要先调整好，断电后再接入电路）；II. 经教师检查后，接通电源；如果电路正常，可接入电流表和电压表（注：接入电表时，注意极性！），测量R2支路中的电流I和R2的电压U。记录所测数据。五、实验结果和数据处理1. 将每次测量结果，用表格列出：表1 US1和US2同时作用时R2的电压和电流测量次数12345平均值UUII表2 US1单独作用时R2的电压和电流测量次数12345平均值UUII表3 US2单独作用时R2的电压和电流测量次数12345平均值UUII六、实验预习要求1. 实验前认真阅读本实验指导；2. 复习叠加定理的有关资料，用叠加定理计算R2支路中的电流I和R2上的电压U。七、思考题1.将（2）、（3）的实验结果与（1）的实验结果进行比较，可得出什么结论？与理论计算结果比较。实验四验证戴维南定理一、目的1. 验证戴维南定理2. 学习直流稳压电源和万用表的使用二、设备、仪表1.直流稳压电源 HT-1712G型 030V双路 一 台 2.直流毫安表 C31-mA型 100mA1000mA 一台3.数字万用表 DT9202型 31/2位 一块4.交流/直流电阻箱 ZX38A/10型 011111.1型 一台5.通用实验板 附：电阻150、51、82 各一个三、原理电路图ER0aIbRLUE1150R1E2R351R282aILbRL91Uab图4-1（b）（a）四、步骤1.连接电路、测量电压和电流。（1）用万用表测定实验板上各电阻大小。（2）将电源电压E1调至10V，E2调至5V切断电源（即关闭直流稳压电源）。（3）按原理电路图4-1(a)连接电路，在支路a、b端串入毫安表。（4）经教师检查无误后，将电源开关接通。（5）测量电压Uab和电流IL的大小。2.测定开路电压U0断开RL支路，测量断开处的电压，它就是U0的大小。3.测定等效电阻R0切断电源，即E1=0，E2=0：再将连接电源处短路，经教师检查无误后，用万用表测量a、b两端的等效电阻，它就是R0的大小。注：也可在切断电源，并将E1、E2处短路后，于a、b间加以外部电压（设它是U=8V），测定这时流经电路的电流，二者相除即为R0（U/I）。4.拆除所连电路。5.连接由U0（E）和R0组成的等效电路，如图2.1（b）所示，E由直流稳压电源任一路供给。R0由电阻箱调节获得，再将RL连接到它的两端。6.经教师检查后，测量此时电路中的电流I和电压U。7.比较步骤“1”和“6”所测数据，正确时便切断电压拆线路。五、注意事项1.万用表切不可在带电情况下测量电阻，本次实验在测定R1、R2、R3及RL后，随即调至直流电压的位置。2.直流稳压电源的使用，一般应先调好电压数值，随后切断电源接入电路，再到电路供电时闭合电源。3.每次接换电路都要经教师检查方可通电。六、预习要求1.复习教材中的戴维南定理。2.由电路图4-1所给数据，计算出U0和R0。3.列出待测数据的表格，将计算值列进表格中。4.回答所提问题，连同“2”和“3”均写入预习报告。注：预习报告是实验报告的组成部分，内容包含进行实验时需要明确的各个问题，达到心中有数，但它不是照抄原说明书，应当用自己的思路和语言简练写出。七、总结报告1. 将所测数据填入所列表格。2. 分析数据得出它们所包含的结论。注：实验报告是在预习报告基础上的补充和完善一个实验的全面总结。八、思考题1测定等效电阻R0时，RL是否保留？2改变外电路电阻RL的大小，对E和R0有何影响？实验五 RC电路的响应一、目的1. 深化对RC电路响应的理解。2. 了解R，C数值不同对电容器上电压变化的影响。3. 学习和初步了解通用示波器的使用方法。4. 初步了解低频信号发生器的使用方法。二、设备和元件1.通用示波器 COS5020CH型 20MHZ 一台2.直流稳压电源 HT-1712G型 030V双路 一台3.交流/直流电阻箱 ZX38A/10型 011111.1型 一台 4.低频信号发生器 XD22型 1HZ1MHZ 一台5.通用实验板 附：电解电容2200F、50V 一个 电解电容1000F、25V 一个 电解电容22F、450V 一个 单刀双掷微动开关 一个三、实验电路图k示 波 器1kuR21uc+U10vC2200uF图5-132k示 波 器1kuRuc+C2200uF图5-2U10v13低频信号发生器2k500uRucC22uF图5-313示 波 器四、内容和步骤1. 按图5-1连接电路、电源电压U调至10V。2. 由R、C的数值或时间常数的大小等，初步选定示波器VOLTS/DIV及TIME/DIV两个旋钮的位置，大约为2V、0.5sec（为什么？）3. 用示波器测量电源电压U的大小（应调至10V）4. 观测零状态响应观测电容电压uC和电阻电压uR的变化曲线。（1） 先将开关K放置“3”的位置。（2） 在示波器屏幕上调好时间基线的位置。（以便于观测曲线）。（3） 光点出现后，随即“按动”开关K，使其合向位置“1”，也即接通电源电压U。同时密切观察亮点的移动轨迹，它就是电容电压uC的变化规律。注：可操作观察数次，使光点轨迹清晰明确，每次变换都应当在换路前电路的工作状态稳定后进行。（4） 测定uC由0上升到电源电压U（10V）的63.2%时，所需的时间t（应当？）。（5） 将电阻R分别调至500和2K，电容C不变的情况下，再分别进行以上步骤（3）、（4）的观测。（6） 再将R、C调换到500、1000F，重复以上观测。（7） 按图5-2连接电路，按照以上步骤（1）（6）观察电阻R上电压uR的变化。5. 观测零输入响应。观测电压uC和uR的变化曲线。（1） 按图5-1连接电路。（2） 将开关置于“1”的位置。（3） 屏幕上亮点出现后，随即“按动”开关K，使其合向位置“3”，即电容器C只与电阻R构成闭合回路，同时密切观察亮点移动的轨迹，它就是电压uC的变化规律。注：观察前，时间基线的位置应调到什么部位教宜？可操作观察数次，使亮点轨迹清晰明确。（4） 测定电感容电压uC由初始值U0下降到它的36.5%时所需要的时间t（应当？为什么？）（5） 参照步骤（4）中的（5）和（6）改变电路参数，观察这时对uC变化的影响。（6） 按图3.2连接电路，观察电阻R上的电压uR。6. 按图5-3连接电路。（1） 将方波发生器的输出电压频率调至（大约）30HZ。（为什么？）（2） 示波器用通道CH2输入方波电压。用通道CH1输入电容器电压uC。选VOLIS/DIV 1-2V，TIME/DIV 5-10ms。（3） 按下CHOP按键观测： 方波电压的峰值和周期。 电压uC的峰值和周期。 两个电压间有何关系。注：示波器与线路连接时与方波源之间一定要共地。五、预习要求1. 复习电工学中有关RC电路响应的理论。了解电容电压和电阻电压变化的规律。2. RC参数大小对电容电压的变化有何影响（为什么？）。3. 初步（在草稿纸上）画出在不同电路参数下，电容电压uC的变化曲线。4. 回答在实验步骤中所提出的各种问题。六、注意事项1. 连接好电路都要经教师检查后方可通电。2. 连接图5-3电路时，示波器、方波发生器和电路板三者要共地。3. 变换电路时应关闭电源后进行。4. 示波器屏幕上的波型不可过亮。5. 操作示波器的旋钮，按键和电路板上的开关都应动作轻、慢。七、实验报告1. 画出全部观测的曲线，标注出幅（峰）值的大小和周期。2. 回答“四4”的问题八、思考题1. 什么样的电信号可以作为RC一阶电路零输入响应、零状态响应和完全响应的激励源？2. 已知RC一阶电路R=1K，C=5F，试计算时间常数，并根据时间常数的物理意义，拟定测量时间常数的方案。3. 什么是微分电路和积分电路，它们必须具备什么条件？在方波序列脉冲的激励下，其输出波形的变化规律如何？这两种电路有什么功能？实验六 单相交流电路（日光灯电路）一、目的1. 加深对单相交流电路概念的理解。2. 了解感性负载电路并联电容器提高功率因素的作用。3. 了解日光灯电路和它的工作原理。4. 学会使用功率表。二、设备、仪表1.交流电流表 D26-A型 0.5A/1A 一台2.直流稳压电源 D26-V型 150/300/600 一台3.瓦特表 D26-W型 0.5A/1A150/300/600型 一台4.接触调压器 TDGC1-0.5 0.5KVA型 一台5.日光灯管、管座 20W、50V 一套6.通用实验板 附：整流器、开关 电容器3F、400V 测电流插孔板、单相开关板 各一个三、实验电路图220vVALAcAAaxx接触调压器（单相）220vK1*WK2C镇流器日光灯管图 6-1起辉器四、内容和步骤1. 6-1连接电路。注：仪表都不直接插入电路中，在电流表AL、AC和A的位置，接入电流插座，各表接好电流插头和表笔。2. 经教师检查后方可通电实验。3. 先闭合开关K1，待日光灯点燃后，以分别测量电源电压，镇流器及灯管两端电压，分析三个电压的关系，电源电压是指电相调压器输出电压，应调节器至日关灯额定电压22V。（三个电压的数值，应当是什么关系，为什么？）4. 测量日光灯电流i、功率W、灯管功率WR及镇流器的功率WL（三个功率的数值应当有什么关系？）5. 接通开关K2，再分别测量电流i、iL和iC以及上述三个功率。（三个电流的数值间应当有什么关系？）6. 分析这两次所测数据，哪些量不变，哪些量改变，哪些量微变？（为什么？）再请老师检查后方可拆电路。注：在实验的全过程，应始终保持电源电压220V不变。（为什么？）五、注意事项1. 电路电压较高，请注意安全切不可触摸带电部分。拆除电路时，应首先切断电源。2. 实验中先测量电压，再测电流，最后测功率（为什么？）3. 设备、仪器较多，相互间位置安排，长、短导线使用合理，以避免混乱，影响测量和操作，甚至造成事故。4. 功率表的电流插头和电压表笔，切不可接措。六、预习要求1. 复习单相交流电路的有关理论。2. 列好测量数据表格，否则不得进行实验。3. 学习本实验说明书中有关日光灯的原理。七、总结要求1. 将所测数据填入表格，简要回答“步骤”中所提出的每个问题。2. 由所测数据计