清华电路分析实验指导书XX1030版.doc

清华电路分析实验指导书XX1030版 团队细节尊重认知规律因材施教做中学学中做电路基础实验xx年秋季版彭建宇徐园修订电路三大基本法元器件的伏安特性VCR约束回路电压关系KVL约束节点电流关系KCL电子信息工程技术专业中山火炬职业技术学院电子工程系-2-本课程安排必做实验11个，选做实验7个，总课时可根据实际情况安排4856学时，可根据实际进度补充焊接训练的内容，这样基本上可以让学生接受到比较全面、系统的训练。 充裕的课时可以提高学生对实验方法和实验仪器的熟练程度。 教材以清华大学科教仪器厂的电路分析实验箱为平台，根据实际需要增补和删减了部分实验内容，但是在本教材中依然保留了未做的实验项目，供学有余力的同学自学参考。 教材的编写，结合本系实验室具体的仪器仪表，考虑到学生实际情况，力求对每步操作的细节都进行详细的介绍，以完成实验任务为导向，将基本的实验技能、电路连接，仪表工具使用要求等进行分解细化并揉入到实验过程中，避免学生负担过大。 原教材以基础较扎实的本科生为教学对象，但对于高职学生而言，缺乏一些必须的引导和感性认知的建立过程，本教材中将给予适当的补充。 清华大学科教仪器厂TPE-DG电路分析实验箱 一、实验基本流程1开始做什么组长，谁来做角色，怎样做角色，效果评价。 团队分工角色A负责仪表自检、测量导线通断、电阻阻值、直流电压、切换量程等。 角色B负责仪表自检，测量直流电流（红入、黑出）、切换量程等。 角色C负责理解实验原理图、连线步骤、连线、记录数据、安全事项等。 2仪器仪表自检万用表利用二极管或最小电阻档碰笔测试表笔线。 示波器基准信号检查探头线及自校。 函数信号发生器通过示波器检查。 3导线、元器件检查导线利用二极管档或最小电阻档测试连通性。 固定电阻利用电阻档测量阻值。 可调电阻利用电阻档测量调整时的电阻值的变化。 二极管利用二极管档正偏和反偏的对比测试，正偏时读数500700正常。 4连线关闭电源，根据原理图在实验箱连线，注意电流表和电压表的接入。 5检查自检及互检连线是否正确。 6通电根据电压表调整好电源，接通电源。 7调试根据实验内容，调试电路参数。 8读数通过电压表和电流表、电阻表读数，注意切换量程。 9记录按照要求记录数据及波形。 10评价由老师检查记录的实验数据并进行对实验过程进行评价11结束实验结束，按照要求做好6S。 二、实验箱自带两组稳压电源的初始化方法初始化白色波段开关向下（010V），灰色旋钮反时针到底。 直流电压010V万用表直流电压档测量输出电压，调整灰色旋钮。 直流电压1020V灰色旋钮反时针到底，白色波段开关向上，再调整灰色旋钮。 结束回到初始化状态。 三、万用表mA电流档的检查万用表mA电流档内部电路配有保险管，在使用中容易损坏，因此在测量前需要先检查。 （一）实验箱左下有两组电流源100mA、50mA，先检查电流源配置的保险管是否完好(测量保险管的连通性)，如果缺失或者不连通，则需要更换新的保险管，注意保险管的电流范围。 （二）将万用表旋钮置于200mA直流电流档，红、黑表笔接入电流源+、-，如显示的电流值接近标称值，则万用表电流档正常，如果无电流值显示，则需要维修，大多数情况是更换万用表内置的保险管。 一、6S的具体内容及日常行为准则安全意识、安全行为；实验台面不要放置和实验无关的物品，随身携带的物品放到拉前面的专门位置；、整顿、清理、清扫、素养，实验前和实验结束，台面，保持整洁。 一个整洁的环境带来舒适愉悦的心情，获得更好的学习效果。 拉长负责开门、开空调、风扇、窗户等，实验结束后关空调、风扇、照明、门窗等。 二、团队的重要性及实验分组、分工合作实施仪器仪表较多，操作繁琐，一个人不可能在较短时间掌握全部，需要分工合作，根据实验操作要求进行分工比如第一个实验课分为电压电阻测量、电流测量、接线等三个岗位，老师分类培训，学生专司其职，比较容易完成较复杂的实验内容。 三、测电压步骤 （1）万用表不使用时，旋钮箭头处于交流电压最高档。 观察数字万用表，显示、插孔、旋钮等，电压区域有交流电压ACV和直流电压DCV，黑表笔插插孔，红表笔插VHZ插孔。 （2）开电源，检查电池电量是否足够，松开HOLD按钮。 （3）万用表测量前，需要自检，测量表笔线通断的步骤为，旋钮处于二极管通断档，拔出红表笔，黑表笔插入，黑表笔的金属头碰触VHZ孔内的金属，有蜂鸣声表明黑线正常，拔出黑表笔，红表笔插入VHZ孔，红表笔的金属头碰触孔内的金属，有蜂鸣声表面红表笔正常。 （4）测量电池电压，将档位旋钮旋至直流电压档位，分别测量不同直流电池的电压值。 （5）测量电路中元器件两端的电压时，先估算量程，万用表必须与被测元器件并联，红表笔接电流流入端，黑表笔接电流流出端，若显示值前有负号，说明电流方向是反的。 自检（电池、表笔、功能）-测试（量程、电流方向、接入）-故障（接触不良、数据不稳定）-交流AC最高值。 四、测电流步骤 （1）万用表不使用时，旋钮箭头处于交流电压最高档。 观察数字万用表，显示、插孔、旋钮等，电压区域有交流电压ACV和直流电压DCV，黑表笔插插孔，红表笔插VHZ插孔。 （2）开电源，检查电池电量是否足够，松开HOLD按钮。 （3）万用表测量前，需要自检，测量表笔线通断的步骤为，旋钮处于二极管通断档，拔出红表笔，黑表笔插入，黑表笔的金属头碰触VHZ孔内的金属，有蜂鸣声表明黑线正常，拔出黑表笔，红表笔插入VHZ孔，红表笔的金属头碰触孔内的金属，有蜂鸣声表面红表笔正常。 （4）测量已知电流，借助实验箱左下侧的直流电流源，首先检查实验箱电流源的保险管是否完好，然后将万用表红表笔插入mA档插孔，根据电流值设置万用表的直流电流档DCA量程为200mA，将档位旋钮旋至直流电压档位，分别测量不同直流电池的电压值。 （5）测量电路中某支路的电流时，万用表必须串入电路中，电流流入红表笔，从黑表笔流出，如果不知道被测量电流的大小，可先估算，或者旋钮处于较大的电流量程。 若显示值前有负号，说明电流方向是反的。 用电流档测量电压，极有可能因为电流过大而烧毁电流表内部的保险管。 五、接线步骤 （1）实验箱关闭电源。 （2）检测连线所需的导线及元器件的好坏。 检查导线的连通性用二极管导通档，检测电阻由测电压的同学负责。 （3）分析电流的方向，依据串入电流表的红黑表笔，并入电压表的红黑表笔。 连接线路，先接入电源的负极或地线，最后接入电源的正极，反复检查。 -6- （4）通电，按照实验步骤完成实验。 六、容易混淆的电压和电流的“+”“-”符号电流的方向设定多个支路的公共（节）点，通常流入节点的电流为“+”，流出节点的电流为“-”。 在测量电流之前，先设定电流的方向，设定的电流方向和实际的不一定相同，主要为接入电流表提供依据，电流流入红表笔，流出黑表笔。 如果设定的电流方向为流入，无论电流表的实际示数为正“+”还是为负“-”，前面都要加上“+”。 如果设定的电流方向为流出，无论电流表的实际示数为正“+”还是为负“-”，前面都要加上“-”。 电压的方向在电路中设定一个参考点（基准点），可理解为海平面，如右图红表笔或黑表笔接参考点，分别测量点1和点2的电压值U 1、U2，即相对参考点的电位值，U12=U1-U2，U21=U2-U1，电压表示数前的“+”、“-”代表电流的方向，比如U120,表示电流从点1流向点3，反正，则电流从点2流向点1。 一、大学第一门专业实验课，专业技能和职业素养、团队精神的主要养成场所。 二、实验分组实验班根据课程要求和设备配置，分为24拉，每拉约1518位同学，每拉由56个小组组成，每组23位同学，设组长、拉长，拉长负责检查督促本拉各组是否按照要求完成学习任务，负责本拉的供电及6S监督以及实验登记表的确认，每个实验班设主管一名，负责开关门及空调、风扇、门窗、电源的管理。 三、实验室现场的6S管理介绍及要求。 四、实验四个基本步骤 (1)组长安排分工协作，仪器仪表的检查，导线的连通性检查，元器件的测试等； (2)按照原理图正确连线，接线顺序为先接入地线，最后接入电源，正确设置仪器仪表的档位及量程； (3)接通电源，借助仪器仪表观察并测试数据； (4)出现燃烧、冒烟、爆炸、异味、漏电等情况立即断开电源，拔掉电源线，报告老师。 五、认识实验箱及仪器仪表的方法，分区域，分色块，阅读并理解标注文字等。 六、万用表使用完毕，置于保护档位AC最高电压档或者OFF。 七、实验课结束，每组填写实验情况登记表，执行6S，拉长检查签字确认。 -7-图1-3图1-4实验一元件的伏安特性的测试兴趣阅读伏安特性曲线图常用纵坐标表示电流I、横坐标表示电压U，画出的I-U图像叫做电子元件的伏安特性曲线图。 伏安特性曲线常被用来研究电子元器件的变化规律，是物理学常用的图像法之一。 格奥尔格西蒙欧姆（Georg SimonOhm，1789年3月16日1854年7月6日），德国物理学家。 欧姆发现了电阻中电流与电压的正比关系，即著名的欧姆定律；他还证明了导体的电阻与其长度成正比，与其横截面积和传导系数成反比；以及在稳定电流的情况下，电荷不仅在导体的表面上，而且在导体的整个截面上运动。 电阻的国际单位制“欧姆”以他的名字命名。 一、实验目的 1、掌握线性电阻元件，非线性电阻元件及电源元件元件的伏安特性的测量方法。 2、学习直读式仪表和直流稳压电源等设备的使用方法。 二、实验原理电阻性元件的特性可用其端电压U与通过它的电流I之间的函数关系来表示，这种U与I的关系称为电阻的伏安关系。 如果将这种关系表示在UI平面上，则称伏安特性曲线。 1线性电阻元件的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，该直线斜率的倒数就是电阻元件的电阻值。 如图1-1所示。 由图可知线性电阻的伏安特性对称于坐标原点，这种性质称无双向性，所有线性电阻元件都具有这种特性。 半导体二极管是一种非线性电阻元件，它的电阻随电流的变化而变化，电压、电流不服从欧姆定律。 半导体二极管的电表示，其伏安特性如图1-2所示。 由图可见，路符号用半导体二极管的伏安特性曲线对于坐标原点是不对称的，具有单向性特点。 因此，半导体二极管的电阻值随着端电压的大小和极性的不同而不同，当直流电源的正极加于二极管的阳极而负极与阴极联接时，二极管的电阻值很小，反之二极管的电阻值很大。 2电压源能保持其端电压为恒定值且内部没有能量损失的电压源称为电压源。 理想电压源的符号和伏安特性曲线图1-3（a）所示。 理想电压源实际上是不存在的，实际电压源总具有一定的能量损失，这种实际电压源可以用理想电压源与电阻的串联组合来作为模型（见图1-3b）。 其端口的电压与电流的关系为U=US-I RS式中电阻RS为实际电压源的内阻，上式的关系曲线如图1-3b所示。 显然实际电压源的内阻越小，其特性越接近理想电压源。 实验箱内直流稳压电源的内阻很小，当通过的电流在规定的范围内变化时，可以近似地当作理想电压源来处理。 3.电压、电流的测量用电压表和电流表测量电阻时，由于电压表的内阻不是无穷大，电流表的内阻不是零。 所以会给测量结果带来一定的方-8-法误差。 例如在测量图1-4中的R支路的电流和电压时，电压表在线路中的连接方法有两种可供选择。 如图中1-1点和2-2点，在1-1点时，电流表的读数为流过R的电流值，而电压表的读数不仅含有R上的电压降，而且含有电流表内阻上的电压降，因此电压表的读数较实际值为大，当电压表2-2处时，电压表的读数为R上的电压降，而电流表的读数除蛤含有电阻R的电流外还含有流过电压表的电流值，因此迪纳流表的读数实际值为大。 显而易见，当R的阻值比电流表的内阻值大得多时，电压表宜接在1-1处，当电压表的内阻比R的阻值大得多时则电压表的测量位置应选择在2-2处。 实际测量时，某一支路的电阻常常是的，因此，电压表的位置可以用下面方法选定先分别在1-1和2-2两处试一试，如果这两种接法电压表的读数差别很小，甚至无差别，即可接在1-1处。 如果两种接法电流表的读数差别很小或无甚区别，则电压表接于1-1处或2-2处均可。 三、仪器设备1.电路分析实验箱2.直流毫安表数字万用表3.电路分析实验箱一台一块2组元器件伏安特性区域数字或指针万用表直流电流档直流稳压电源 四、实验内容与步骤准备每组同学分工协作，承担以下任务 (1)在实验箱查找元器件伏安特性区域，利用万用表电阻档和二极管档分别检测和识别电阻及二极管等元器件； (2)观察实验箱左侧直流稳压电源，了解切换和调节电压的方法，利用数字万用表的直流电压档注意量程测试其输出电压值； (3)取用连接线若干，利用万用表的最小电阻档测量其连通性； (4)仔细将实验原理图与实验箱对应区域进行比照；明确需要测试的参数及测试方法； (5)接线顺序首先接地线黑色，最后接正电源红色或负电源黄色； (6)根据要求正确的设置万用表的档位和量程估算，量程可以从最大刻度开始逐步调小，建议电压档和电流档分别由不同的同学设置，注意测电压和电流的表笔插孔不同，检查万用表mA档是否正常； (7)测试中，注意根据测量电参数值的范围转换电压档和电流档的量程； (8)分析电流的流向，电压表并联在被测支路或元器件的两端，电流表和被测支路或元器件串联在一起，根据电压和电流的方向接入红黑表笔； (9)实事求是的记录数据及“+、-”符号。 常见故障及处理 (1)元器件损坏，更换；导线内部开路，更换；导线金属端子氧化导致接触不良，旋转插入，旋转拔出,-9-图1-5图1-6南方地区环境潮湿，此故障较常见； (2)万用表表笔线内部断开，修复或更换；电池不足，更换；表笔插孔较松导致接触不良，将表笔的金属端子按压扩开；测电流时无反应，电流档损坏，更换表；测量数据误差大；更换电池等。 1.测定线性电阻的伏安特性按图1-5接好线路，经检查无误后，接入直流稳压电源，调节输出电压依次为表1-1中所列数值，并将测量所得对应的电流值记录于表1-1中。 表1-1U(V)0246810I(mA)提示复习前面提到的接线顺序，并按照顺序接线。 接入电压表和电流表时，注意设置正确的电参数类型直流电压、直流电流、量程，以及红黑表笔的方向。 测试过程中注意转换量程。 当电压或电流不显示的时候，有可能是量程不够造成的。 将电压表和电流表靠放到实验箱的上盖，左边电压表，右侧电流表，便于老师统一检查。 2测定半导体二极管的伏安特性选用1N41481N4XXX2CK型普通半导体二极管作为被测元件，实验线路如图1-6（a）（b）所示。 图中电阻R为限流电阻，用以保护二极管。 在测二极管反向特性时，由于二极管的反向电阻很大，流过它的电流很小，电流表应选用直流微安档。 二极管检测数字万用表至于二极管档位，红表笔接P，黑表笔接N，显示数值在500700（单位mV）之间,调换表笔再测，显示数字1不变或值有四位数，二极管是正常的。 1）正向特性按图1-6（a）接线，经检查无误后，开启直流稳压源，调节输出电压，使电流表读数分别为表1-2中的数值，对于每一个电流值测量出对应的电压值，记入表1-2中，为了便于作图在曲线的弯曲部位可适当多取几个点。 表1-2I(mA)01025A100A13102030405090U(V)提示二极管的识别及测试方法，直流稳压电源初始化，测试中注意切换电流表的量程，参考20A、2mA、200mA，电压表量程参考DC2V，注意稳压电源的范围切换。 2）反向特性按图1-6（b）接线，经检查无误后，接入直流稳压电源，调节输出电压为表1-3中列数值，并将测量所得相应的电流值记入表1-3中。 表1-3U(V)05101520I(A)提示:直流稳压电源的开关向下打为0-10V档,向上打为10V-20V档，注意转换直流电压表和直流电流表的量程，直流电压的量程设为DC20V，直流电流表量程设为20A。 -10-图1-7图1-8借助软件EXCEL,MATLAB等绘制散点图，根据测试数据生成的图表更容易理解二极管的特性。 3测定理想电压源的伏安特性实验采用直流稳压电源作为理想电压源，因其内阻在和外电路电阻相比可以忽略不计的情况下，其输出电压基本维持不变，可以把直流稳压电源为理想电压源，按图1-7接线，其中R1为限流电阻，作为稳压电源的负载。 接入直流稳压电源，并调节输出电压E=10V，由大到小改变电阻R2的阻值，使其分别等于620、510、390、300、200、100，将相应的电压、电流数值记入表1-4中。 表1-4R2()620510390U(V)300xx00I(mA)提示测量电压和电阻时需要切换档位。 测量可调电阻电位器的阻值必须将电阻与周围电路脱离。 R1串联白光高亮LED，调R2观察电流的改变与LED发光亮度的关系，增加对电流的感性认识。 4测定实际电压源的伏安特性首先选取一个51的电阻，作为直流稳压电源的内阻与稳压电流串联组成一个实际电压源模型，其实验线路如图1-8所示，其中负载电阻仍然取620、510、390、300、200、100各值，实验步骤前与前项相同，测量所得数据入表1-5中表1-5R()开路620U(V)10510390300xx00I(mA)0提示测量电压U(V)时必须包含51内阻。 五、思考题、有一个线性电阻R=200，用电压表、电流表测电阻R，已知电压表的内阻RV=100K，电流表内阻RA=0.2，问电压表与电流表怎样接法其误差较小？ 六、实验报告要求1.用坐标纸画出各元件的伏安特性曲线，并作出必要的分析。 2.回答思考题，并画出测量电路图。 -11-实验二基尔霍夫定律兴趣阅读古斯塔夫罗伯特基尔霍夫（德语Gustav RobertKirchhoff，1822年3月12日1887年10月17日），德国物理学家。 在电路、光谱学的基本原理（两个领域中各有根据其名字命名的基尔霍夫定律）有重要贡献，1862年创造了“黑体”一词。 1847年发表的两个电路定律发展了欧姆定律，对电路理论有重大作用。 1859年制成分光仪，并与化学家罗伯特威廉本生一同创立光谱化学分析法，从而发现了铯和铷两种元素。 同年还提出热辐射中的基尔霍夫辐射定律，这是辐射理论的重要基础。 一、实验目的 1、验证基尔霍夫电流、电压定律，加深对基尔霍夫定律的理解。 2、加深对电流、电压参考方向的理解。 二、实验原理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。 约束电路中的电压和电流关系。 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。 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于零。 三、仪器设备1.电路分析实验箱2.直流毫安表数字万用表3.电路分析实验箱一台四块2组电路基本定律数字或指针万用表直流电流档直流稳压电源 四、实验内容与步骤准备每组同学分工协作，承担以下任务 (1)在实验箱查找电路基本定律区域，利用万用表电阻档检测和识别电阻等元器件； (2)观察实验箱左侧直流稳压电源，了解切换和调节电压的方法，利用数字万用表的直流电压档注意量程测试其输出电压值；分别调节EA=E1=3V,EB=E2=6V。 (3)取用连接线若干，利用万用表的最小电阻档测量其连通性； (4)仔细将实验原理图与实验箱对应区域进行比照；明确需要测试的参数及测试方法； (5)接线顺序首先接地线黑色，最后接正电源红色或负电源黄色； (6)根据要求正确的设置万用表的档位和量程估算，量程可以从最大刻度开始逐步调小，建议电压档和电流档分别由不同的同学设置，注意测电压和电流的表笔插孔不同，检查万用表mA档是否正常； (7)测试中，注意根据测量电参数值的范围转换电压档和电流档的量程； (8)电压表并联在被测支路或元器件的两端，电流表和被测支路或元器件串联在一起，根据电压和电流的方向接入红黑表笔；-12-图2-1 (9)实事求是的记录数据及“+、-”符号。 (10)列出KVL、KCL方程，以及欧姆定律，计算出理论值。 I2=I3=3mA,I1=0。 KCL I1+I2-I3=0;设A点位参考点KVL UR1-UR2+E2-E1=0;UR2+UR3-E2=0;UR1+UR3-E1=0；VCR:UR1=I1R1;UR2=I2R2;UR3=I3R3;设顺时针为参考方向。 常见故障及处理 (1)元器件损坏，更换；导线内部开路，更换；导线金属端子氧化导致接触不良，旋转插入，旋转拔出,南方地区环境潮湿，此故障较常见； (2)万用表表笔线内部断开，修复或更换；电池不足，更换；表笔插孔较松导致接触不良，将表笔的金属端子按压扩开；测电流是无反应，电流档损坏，更换表；测量数据误差大；更换电池等。 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、I 2、I3所示。 列出KCL、KVL方程，计算出理论值。 2.按图21所示接线。 三块万用表设置为直流电流表，根据理论值设置量程，一块万用表设置为直流电压表，根据计算值设置量程。 注意三块电流表的红黑表笔的接入方向，电压表不接入，R3为可调电位器，注意接法，E 1、E2共负极。 仔细观察该区域插孔的用途及接线方法。 3.按图21分别将E1,E2两路直流稳压电源接入电路，令E13V，E26V，R1=1K、R2=1K、R3=1K也可组合得到。 4.将直流毫安表串联在I 1、I 2、I3支路中（注意；直流毫安表的“+红表笔、黑表笔”与电流的参考方向，估算量程，注意电流的方向与测量数据符号的关系，流入A点为+，流出A点为-）。 5.确认连线正确后，再通电，将直流毫安表的值记录在表21内，如实记录数据前面的正负符号。 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21内。 注意基准点、参考点、参考电位、关联与非关联等概念。 表21提示A点为电位参考点，电流流入A点为正，记录数据是必须带上+、-号。 电流实际方向、电流的设定方向、电流表读数三者之间的关联，电流的设定方向为电流表的接入（红色表笔入、黑色表笔出）提供依据。 设电流流入节点为“+”、流出节点为“-”。 电流实际方向设定方向电流表显示数据+流入-流出-流出+流入+流入+流入-流出-流出+-+-被测量计算量测量值相对误差I1(mA)I2(mA)I3(mA)UR1(V)UR2(V)UR3(V)-13-记录的数据为电流的实际方向。 五、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.将计算值于测量值比较，分析误差原因。 *学生实验问题 1、方程组计算困难， 2、电压、电流参考方向混淆-14-图3-1实验三叠加定理兴趣阅读叠加定理（Superposition theorem），在电路学中是说如果电路中有多个源（电压源、电流源），原回路里的总电流，等于单独电流源或电压源所产生的电流相加的和。 为了体现各个单独“源”的作用，所有其它必须去除，即电压源、电流源为零。 电压源以电线代替（即电压源短路，V=0），电流源以开路代替（即电流源断路，I=0）如此依序算出各个“源”的电流贡献，全加总起来即为真实电流。 叠加定理是当有许多电流源或电压源时使用的，方便快速计算电压、电流值。 一、实验目的1.验证叠加定律2.正确使用直流稳压电源和万用电表。 二、实验原理叠加原理不仅适用于线性直流电路，也适用于线性交流电路，为了测量方便，我们用直流电路来验证它。 叠加原理可简述如下;在线性电路中，任一支路中的电流（或电压）等于电路中各个独立源分别单独作用时在该支电路中产生的电流（或电压）的代数和，所谓一个电源单独作用是指除了该电源外其他所有电源(电压源或电流源)都为零,电压源U=0短路,电流源I=0开路，即理想电压源所在处用短路代替，理想电流源所在处用开路代替，但保留它们的内阻，电路结构也不作改变。 由于功率是电压或电流的二次函数，因此叠加定理不能用来直接计算功率。 例如在图31中I=I?II=?I+II=I+I显然P(I)R+(I)R 三、仪器设备1.电路分析实验箱2.直流毫安表数字万用表3.电路分析实验箱一台四块2组电路基本定律数字或指针万用表直流电流档直流稳压电源-15-图3-2 四、实验内容与步骤准备每组同学分工协作，承担以下任务 (1)在实验箱查找电路基本定律区域，利用万用表电阻档检测和识别电阻等元器件； (2)观察实验箱左侧直流稳压电源，了解切换和调节电压的方法，利用数字万用表的直流电压档注意量程测试其输出电压值；分别调节EA=E1=10V,EB=E2=6V。 (3)取用连接线若干，利用万用表的最小电阻档测量其连通性； (4)仔细将实验原理图与实验箱对应区域进行比照；明确需要测试的参数及测试方法； (5)接线顺序首先接地线黑色，最后接正电源红色或负电源黄色； (6)根据要求正确的设置万用表的档位和量程估算，量程可以从最大刻度开始逐步调小，建议电压档和电流档分别由不同的同学设置，注意测电压和电流的表笔插孔不同，检查万用表mA档是否正常； (7)测试中，注意根据测量电参数值的范围转换电压档和电流档的量程； (8)电压表并联在被测支路或元器件的两端，电流表和被测支路或元器件串联在一起，根据电压和电流的方向接入红黑表笔； (9)实事求是的记录数据及“+、-”符号。 (10)依据叠加定律列方程电流方向设上节点为参考点，入正出负I1=(10V/1.5K)=6.67mA，I2=I3=3.33mA I2”=(6V/1.5K)=4mA,I1”=I3”=2mA I1=I1-I1”=6.67-2=4.67mA I2=-I2+I2”=-3.33+4=0.67mA I3=-(I3+I3”)=-(3.33+2)=-5.33mA常见故障及处理 (1)元器件损坏，更换；导线内部开路，更换；导线金属端子氧化导致接触不良，旋转插入，旋转拔出,南方地区环境潮湿，此故障较常见； (2)万用表表笔线内部断开，修复或更换；电池不足，更换；表笔插孔较松导致接触不良，将表笔的金属端子按压扩开；测电流是无反应，电流档损坏，更换表；测量数据误差大；更换电池等。 实验线路如图32所示1.实验箱电源接通220V电源，调节输出电压，使第一路输出端电压E110V、第二路输出端电压E2=6V，（须用万用表重新测定），断开电源开关待用。 按图32接线，先不接入电源，R3+R4调到1K，经教师检查线路后，再接入电源。 提示三块直流电流表的接入方向是按照图3-2左图参考方向，是固定的，正数表示与参考方向一致，负号表示与参考方向相反。 表头显示数据前面的正负号代表电流的方向，记录数据是必须带上前面的符号。 -16-2.测量E 1、E2同时作用和分别单独作用时的支路电流I3，并将数据记入表格31中。 提示；根据估算的值设置电压表的量程。 一个电压源单独作用时，另一个电压源不接入电路，并将空出的两点用导线连起来短路，或者直接接入电流表，如果是电流源则开路。 还要注意电流（或电压）的正、负极性。 （注意；用指针表时，凡表针反偏的表示该量的实际方向与参考方向相反，应将表针反过来测量，数值取为负值！）3.选一个回路，测定各元件上的电压，将数据记入表格3-1中。 表31实验值计算值I3(mA)UR1(V)UR2(V)UR3(V)I3(mA)UR1(V)UR2(V)UR3(V)E1,E2同时作用E1单独作用E2单独作用提示务必如实记录表头读数的“+、-”号。 测电位时以A点为参考点，即所谓的“地”。 五、实验报告要求1.用实验数据验证支路的电流是否符合叠加原理，并对实验误差进行适当分析。 2.用实测电流值、电阻值计算电阻R3所消耗的功率为多少?能否直接用叠加原理计算？试用具体数值说明之。 -17-图41图42实验四戴维南定理兴趣阅读戴维南定理（Thevenins theorem）又称等效电压源定律，是由法国科学家LC戴维南于1883年提出的一个电学定理。 由于早在1853年，亥姆霍兹也提出过本定理，所以又称亥姆霍兹-戴维南定理。 其内容是一个含有独立电压源、独立电流源及电阻的线性网络的两端，就其外部型态而言，在电性上可以用一个独立电压源V和一个松弛二端网络的串联电阻组合来等效。 在单频交流系统中，此定理不仅只适用于电阻，也适用于广义的阻抗。 此定理陈述出一个具有电压源及电阻的电路可以被转换成戴维南等效电路，这是用于电路分析的简化技巧。 戴维南等效电路对于电源供应器及电池(里面包含一个代表内阻抗的电阻及一个代表电动势的电压源)来说是一个很好的等效模型，此电路包含了一个理想的电压源串联一个理想的电阻。 诺顿定理（Nortons theorem）指的是一个由电压源及电阻所组成的具有两个端点的电路系统，都可以在电路上等效于由一个理想电流源I与一个电阻R并联的电路。 对于单频的交流系统，此定理不只适用于电阻，亦可适用于广义的阻抗。 诺顿等效电路是用来描述线性电源与阻抗在某个频率下的等效电路，此等效电路是由一个理想电流源与一个理想阻抗并联所组成的。 诺顿定理是戴维宁定理的一个延伸，于1926年由两人分别提出，他们分别是Hause-Siemens研究员汉斯费迪南梅耶尔(1895年-1980年)及贝尔实验室工程师爱德华罗里诺顿(1898-1983)。 实际上梅耶尔是两人中唯一有在这课题上发表过论文的人，但诺顿只在贝尔实验室内部用的一份技术报告上提及过他的发现。 一、实验目的1.验证戴维南定理2.测定线性有源单端口网络的外特性和戴维南等效电路的外特性。 二、实验原理戴维南定理指出任何一个线性有源单端口网络，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单端口的开路电压UOC，其电阻（又称等效内阻）等于网络中所有独立源置零（电压源U=0短路,电流源I=0开路）时的入端等效电阻Req，见图41。 1.开路电压的测量方法方法一；直接测量法，当有源二端网络的等效内阻Req与电压表的内阻RV相比可以忽略不计时，可以直接用电压表测量开路电压。 测量工具两种极限状态分析诺顿定律ReqRA0,电流表的内阻RA0，适用于电流源；戴维南定律Req0Rv，电压表的内阻Rv，适用于电压源。 电压源、电压表、电流源、电流表的理想内阻为电压源电压表0理想内阻电流源电流表0方法二；补偿法。 其测量电路如图42所示，E为高精度的标准电压源，R为标准分压电阻箱，G为高灵敏度的检流计。 调节电阻箱的分压比；c、d两端的电压随之改变，当Ucd=Uab时，流过检流计G的电-18-图43图44图4-5流为零，应此U=U=R R+R E=KE式中K=R2/(R1+R2)为电阻箱的分压比，根据标准电压E和分压比K就可求得开路电压Uab，因为电路平衡时Ig=0，不消耗电能，所以此法测量精度较高。 2.等效电阻Req的测量方法对于已知线性有源单端口网络，其入端等效电阻Req可以从原网络计算得出，也可以实验测出，下面介绍几种测量方法；方法一将有源单端网络中的独立源都为零，即U=0短路，I=0开路，在ab端外加一已知电压U，测量单端口的总电流I总，则等效电阻:Req=U/I总，工具电压源+电流表。 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，应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，在将影响测量精度，因而这种方法只适用于电压源内阻小和电流源