电路实验指导书2006.doc

第一章 实验要求与需知电工学实验是整个电工学教学过程中一个十分重要的环节,其目的是通过实验和实际操作获得必要的感性认识，进一步掌握和巩固所学的理论知识；学习常用仪器、仪表的使用方法；培养学生的实验技能；提高独立分析和解决问题的能力；学会处理实验数据、分析实验结果、编写实验报告；培养严肃认真实验，以达到预期的目的。现将实验工作要求如下：实验守则：为了顺利无误地完成实验，保证人身和设备的安全以及良好的实验教学秩序。请遵守以下守则：1. 必须在实验前对学生进行安全教育和爱护财产的教育。2. 学生接好线路或改接线路后, 必须经过教师检查无误后方可接通电源，开始实验。3. 严禁带电接线、拆线或接触带电线路的裸露部分以及机器的转动部分。4. 实验室内严禁吸烟、打闹、大声喧哗、随地吐痰和吃东西。禁止蹬坐仪器设备、实验桌等。5. 正确使用仪器设备，机器设备正在运转时，实验人员不得离开现场。6. 学生在做实验时，一定要爱护所用的各种仪器设备。首先检查一下所用仪器是否齐全、完好，熟悉它们的性能和使用方法。注意所选用的仪表量程是否合适，不清楚的地方向老师请教，切不可盲目行动。若由于学生不按教师要求行事而造成设备损坏，由事故者自己负责照价赔偿。-7. 若发生安全事故，必须立即切断电源，保护现场，及时向老师报告，以便查明情况酌情处理。8. 实验工作结束后先切断电源，暂时不拆线，认真检查实验内容和实验结果后，确认没有遗漏和错误后请教师检查签字，再拆除实验线路，将实验设备归复原位，整理导线，清理实验桌面并填写记录本。实验预习和实验报告要求：一. 实验预习要求：1. 进行实验前阅读实验指导书及与本实验有关的参考资料明确实验要求，做好实验准备。2. 预习时应搞清楚实验中所用的仪器仪表的技术数据及使用方法。3. 针对实验内容和实验方法进行充分地讨论，写出书面报告。4. 预习报告应简明扼要。通常包括以下几个部分。(1) 实验内容和顺序。(2) 实验线路图。(3) 主要操作步骤和注意事项。(4) 实验时应保证什么条件，测量哪些数据。5. 预习时设计出实验记录表格，以备实验时记录数据用。原始记录中应包括实验内容， 实验条件，测量内容，读数单位。二. 实验报告要求编写实验报告是将实验结果进行归纳总结、分析和提高的阶段。 实验报告应按实验指导书的要求，根据实验原始记录作出，在规定日期内交给老师。实验报告应由个人独立完成。并附教师签字后的原始记录。 实验报告应做到字迹工整，数据、曲线符合要求。实验报告内容包括：(1) 实验名称。(2) 实验目的。(3) 实验器材。(4) 实验内容和相应的实验线路图。(5) 数据整理及曲线绘制。(6) 理论分析与实验结果进行比较,对实验结果和实验中的现象进行分析,并作出结论或评论. 实验中如有故障发生,应在报告中写明故障现象,分析故障产生的原因.阐明排除故障的措施和方法,吸取教训,提高实验技能.第二章 电路部分实验一 电路元件伏安特性的测定一实验目的1 掌握几种元件的伏安特性的测试方法；2 掌握实际电压源和电流源的使用调节方法；3 学习常用电工仪表和设备的使用方法。二实验基础知识1 在电路中，电路元件的特性一般用该元件的电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系U=f（I）来表示，这种函数关系称为该元件的伏安特性，有时也称为外部特性。对于电源的外部特性则是指它的输出端电压和输出电流之间的关系，通常这些伏安特性U和I分别作为纵坐标和横坐标绘成曲线，这种曲线叫做伏安特性曲线或外特性曲线。2 电阻元件伏安特性线性电阻的伏安特性为一条通过原点的直线，如图1-1（a）所示，非线性电阻元件（半导体二极管）为一条曲线，其特性曲线如图1-1（b）示。3 理想电压源，其端电压不随输出电流变化而变化，其伏安特性曲线是一条平行于电流座标的直线，如图1-1（c）示。UIUUII (a) (b) (c)图1-1三仪表设备及常选用挂箱名 称数 量直流稳压源，稳流源GDS031低压直流稳压电压源GDS021直流电压，电流表GDS101全智能精密可调负载GDS071常规负载GDS061四 实验内容及步骤（1） 测定线性电阻的伏安特性按图1-2接线，依次调节稳压电源的输出电压为原始数据为表11中数值，并测相应的电流值记入表中。1K稳 压电 源+-mAV 图1-2（2） 测定半导体二极管伏安特性曲线正向特性, 按图12连接线路。测二极管的正向特性时其正向电流不得超过25mA，二极管的正向压降在00.75V之间取值。并记下相应的电压和电流值。稳 压电 源+-mA100V反向特性，作反向特性实验时，只需将图13中的二极管反接，其反向电压可加至30V。图13（3） 测定理想电压源的伏安特性直流稳压电源，其内阻很小，作为理想的电压源。按图14线路接好后，接通晶体管稳压电源，调节输出电压Us=10v，再调节可变电阻RL，使直流电流表读数分别为表14中数据，将相应的电压数据写入表14中。RL稳 压电 源200mAV图14（4） 测定实际电源内阻及伏安特性晶体管直流稳压电源和一个51欧的电阻串联，作为一个实际电压源。按图15接线，当负载RL开路时调节稳压电源的输出电压U=10v，再调节负载，当电流表的数据分别为表15中的数值时，将相应的电压、电流数值写入表15中,并计算相应的功率值。RL稳 压电 源51mAV图1-5五. 数据记录 表1-1 线性电阻伏安特性 U(v)0246810I(mA) 表1-2 二极管的伏安特性 正向特性U(v)00.250.50.60.70.75I(mA) 表1-3 二极管的伏安特性 反向特性U(V)0-5-10-15-20-30I(mA) 表1-4 理想电压源的伏安特性I(mA)01020304050U(v)10 表1-5 实际电压源伏安特性I(mA)04080120150170U(v)10RL()开路PL (W)六.注意事项 (1) 实验时,电流表应串联在电路中,电压表应并联在被测元件上,极性切勿接错。(2) 合理选择量程,切勿使电表超过量程。(3) 稳压电源输出应由小至大调节。七.实验报告(1) 根据各次实验测得的数据,在座标纸上分别绘出各元件的伏安特性。(2) 分析测量结果。八.思考题(1) 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？(2) 计算负载电阻RL各值时消耗的功率PL,并画出随RL变化的曲线。实验二 基本电工仪表的使用与测量误差计算一 实验目的(1) 熟悉常用的基本电工仪表的使用方法与注意事项。(2) 熟悉电压源与电流源的使用与注意事项。(3) 掌握电压表，电流表内电阻的测量方法。(4) 熟悉电工仪表测量误差的方法。二 实验基本知识（1） 实验中常要测量电路个部分的电压，电流或功率。通常用各种型号的直读式指示仪表与被测电路作适当联接就可读出被测的量。电压表在测量电路中某两节点之间的电压时应与该两节点并联连接；电流表在测量电路中某一支路电流时应与该支路串联；同样，功率表在测量某一负载功率时，它的电压回路应与负载两端并联，它的电流回路应与负载串联。为了较准确的测量出电路中实际的电压，电流或功率值，首先要保证仪表接入电路后不会改变被测电路的原来的状态。这就要求电压表的内阻无限大；电流表的内阻为零；功率表的电压回路内阻为无限大，电流回路内阻为零。实际使用的电工仪表一般不可能满足上述要求，它们都有一定值的内阻因此当仪表接入电路时都会对电路原来态产生变化，使被测量的读数值与电路原来实际值之间产生测量方法引入的测量误差。 （2） 上述测量误差的大小与仪表内阻的大小密切相关，因此在测量前熟悉所使用的仪表的内阻对提高测量结果的准确度有重要意义。电工仪表内阻的表示形式有如下几种：对于电流表：1 直接标明每个量限的内电阻值。2 间接标明每个量限即满刻度时的电压降，然后根据标度电流值由欧姆定律计算出该量程时的内电阻值。对于电压表：1 直接标明每个量限的内阻值；2 间接标明每个量限单位电压时的内阻值，该量限的总内电阻值可根据计算得出。单位电压的内电阻有时称电压表的灵敏度。 +IIA可调电流源A-R1RK测量电工仪表的内阻的方法较多。本实验中测量电流内阻用“分流法”，如图2-1所示图中A为被测内阻的电流表，RA为其内阻值，R为可调电阻。图2-1测试时先打开K，调节电流源（GDS-03挂箱）输出电流使万用表电流20mA的档满标值，然后保持电流源输出电流I不变并合上开关K。调节电阻的阻值为电流表的读数的半标值。这是由于I=IAm， I Am为电流表是某一量程的满标电流值。IA=Is=I Am由于图2-1中两支路并联，所以流过电流相同时两支路的电阻值一定相同，即可得电流表的内阻值RA RA =R1及R并联。且R1选用小电阻值，以接近万用表20mA档的内阻为宜，R选用较大电阻，则阻值调节可比单只电阻箱本身更细微平滑。测量万用表电压档的内电阻也可用“分压法”，如图2-2所示。Rv为其内电阻，R为可调电阻箱。R1为固定电阻，以接近万用表20V档的内阻为宜。测量时先将开关K闭合，调节电压源输出电压使被测电压表指针显示某一量程档的满标值。然后打开K。K可调电压源-+R1RRv图2-2R、R1串联后再与电压表串联，电压源输出电压保持不变，调节R使电压表指示值为U1，根据串联电阻回路中电压降与电阻成正比的原理可知Rv=R+R1，电压表的灵敏度S=Rv/U1。（2）由于测量仪表存在内阻，所以仪表的测量误差除了仪表本身构造引起的误差（通常称仪表基本误差）外还必须注意由于仪表内阻不理想而引入的误差（一般称方法误差）。如果现在暂不考虑仪表的基本误差，以下面的电路来说明方法误差的计算：图2-3电路中，两个电阻R1及R2串联后接至稳压电源，如调节稳压电源的输出为U，则R1上的电压应为：UR2R1ABRVVU R1= （2-1） 图2-3现有一内阻Rv的电压表来测量U R 1，当电压表与R1并联后，A、B两点间电阻变为: RAB= 用电压表测到的R1上电压变为:U R1= （2-2）仪表的读数U R1显然偏离了实际值U R1，偏离的程度一般与被测电路元件参数和仪表内阻相对大小有关。若Rv与R1相差不大，会给测量结果带来极大的误差。绝对误差 U=U R 1U R1将（2-1）（2-2）式代入，化简后得：U=相对误差：e%=为了准确测量出实际电压，电流和功率，必须研究下列两个方面内容：（1）必须测量出仪表本身的内阻。（2）必须研究各种减小仪表内阻引入误差的测量法。三 仪表设备及选用挂箱名 称数 量稳压源、稳流源 GDS-031常规负载GDS-061全智能可调精密负载 GDS-071直流电压表，电流表GDS-101万用表 500型1四 实验内容及步骤1 电流表内阻测量。根据分流法实验原理测量出万用表20mA电流档的内电阻。a 按图接好实验电路，将万用表置直流表20mA档（GDS-10上直流电流表20mA档）b 断开单刀开关K，将GDS-03上可调直流电流源的电流微调旋钮（预先必须置零）由零缓慢按顺时针方向调节至输出电流显示20mA，GDS-10上直流电流表显示20mA。c 保持电流源输出电流I=20mA，合上开关K，调节GDS-07上电阻R的阻值，使用万用表指针半偏（或显示10mA），将数据记入表2-1，并计算出电流表内阻RA。2 电压表内阻测量根据分压法实验原理测量出万用表直流电压20v档（或GDS-10上直流电压表20v档），测20v档内阻。a 按图2-2接好实验电路b 合上单刀开关K，调节GDS-03电压源输出电压：先调电压粗调旋钮，再调电压微调旋钮（预先必须置零）由零缓慢按顺时针方向调节至输出电压显示20v，且万用表指针满偏（GDS-10上直流电压表显示20v）。即U1=20v。c . 保持电压源输出电压I不变，断开开关K，调节GDS-07上电阻R的阻值，使用万用表指针半偏（或显示10v），即=10v。将数据记入表2-1，并计算出电压表20 v档内阻。3 电表内阻的测量误差a 按图2-3接好实验电路，电路中R1=1KW，R2=500W，R1、R2均用GDS-07调出 。b 外加电压U=10v，由GDS-03上可调电压源输出，调节方法同2中b的方法。c用万用表直流电压20v档（或GDS-10直流电压表20v档）测量R1两端电压读数记入表2-3，并计算出绝对误差和相对误差。五实验结果表2-1 电流表内阻测量被测电流表量限K打开时电流IAK闭合时电流IARR1R/ R1RA万用表20mA档GDS-10直流电流表20mA档 表2-2 电压表内阻测量被测电压表量限K打开时电压表读数K合时电压表读数RR1Rv=R+ R1万用表20v档GDS-10直流电压表20v档表2-3 电表内阻产生的测量误差被测电压表量限电源电压 RR1R/R1计算值UR1实际值UR1绝对误差=U R1-U R万用表20vGDS直流电压表20v相对误差U/U*100%六注意事项（1）电压输出端不许短路使用，实验中偶然短路实验设备会过流保护，复位后方可启动。（2）电流源输出端可长期短路使用，理想电流源不容许断开输出电路否则将会产生过大电压，实际电流源使用时可以开路。（3）电流源和电压源使用前应使输出电压为零，实验时缓慢增加输出；就是GDS-03上电压（电流）调节旋钮置零，微调旋钮到最左侧。(4) 电压表与电流表并联使用，电压表与电流表串联使用，并且均要防止超量限。七 实验报告实验心得体会，想法八 思考题用量程为10mA的电流表测实际为8mA的电流时，实际读数为8.1mA时，求测量的绝对误差和相对误差。实验三 基尔霍夫定律的验证一. 实验目的 加深对基尔霍夫定律的理解，用实验数据验证基尔霍夫定律。二. 实验原理基尔霍夫定律是电路理论中的定律之一。基尔霍夫定律有两条：一是电流定律，另一是电压定律。(1) 基尔霍夫电流定律（简称KCL）是：在任一时刻，流入到电路任一节点的电流总和等于从该节点流出的电流总和，换句话说就是在任一时刻，流入到电路任一节点的电流和为零。运用这条定律时必须先假设每一电流的正方向（也称参考方向），根据参考方向就可写出基尔霍夫的电流定律表达式。I =0(2) 基尔霍夫电压定律（简称KVL）是：在任一时刻，沿闭合回路电压降的和总等于零。把这一定律写成一般形式即U=0。三. 仪表设备及选用挂箱设 备 名 称 数 量稳压源、稳流源 GDS-031常规负载 GDS-061荧光灯、可变电容GDS-091直流电压表、电流表GDS-101四. 实验内容及步骤R1BR2按照图3-1所示实验线路验证基尔霍夫两条定律。（此为参考图，实际实验时，电路拓扑图和阻值可自由选择，以验证基尔霍夫定律为最终目的）。ACE2E1R3D图3-1按图3-1所示的实验线路验证基尔霍夫两条定律 1 . 图中E1=10V，E2=3V为GDS-03上稳压电源输出电压；调节时先调节电压粗调旋钮，再缓慢调节微调旋钮，直至电压表指示10V、3V，实验中电压调节好后保持不变。R1、R2、R3在GDS-06自由活动区接插元件连接而成。在接线时各支路都要接一个电流插孔，（网络元件组件箱上已有）。测量电流时只要把与电流表所连接的插头插入即可读数。2. 测量各条支路电流用直流电流表，注意电流表量程及各支路电流流向。将测量结果填入表3-1。3. 用直流电压表测量各支路电压及总电压，记入表3-2，注意电压表量程及电压方向。五 实验结果 表3-1 电 流 定 律支路电流方式I1I2I3计 算 值测 量 值 节点相加BI（计算值）I（测量值）误差 I 表3-2 电 压 定 律电压方式UABUBCUBDUDBE1E2计算值测量值回路相加ABCDACBDCABDAU（计算值）U（测量值）误差 U六. 实验报告（1） 完成实验测试，数据列表。（2） 根据基尔霍夫定律及图3-4的电路参数计算出各支路电流及电压。（3） 计算结果与实验结果进行比较，说明误差原因。（4） 小结对基尔霍夫定律的认识。七. 思考题 实验中若用万用表直流毫安档测各支路电流什么情况下出现毫安表指针反偏应如何处理，在记录数据时应注意什么？若用直流数字毫安表进行测量时，会有什么显示？实验四 迭加原理验证一. 实验目的 通过实验来验证线性电路中的迭加原理以及适用范围二. 实验基本知识 迭加原理：在线性电路中，任一支路的电流或电压都是电路中每一个独立源单独作用时在该支路所产生的电流或电压的代数和。 迭加原理的应用，就是把复杂电路化为具有单一电势的串并联简单电路进行运算。迭加原理在测量时应注意方向。原电路中的电流的正方向可以在测量之前任意选定。每一个电势单独作用下的支路电流方向可按已知的电势的正方向标出（电流从高电位向低电位）迭加时，若电势单独作用下的电流方向与原电路规定的正方向一致时电流的方向为正，反之为负。三. 仪表设备及选用挂箱名 称数 量稳压源、稳流源GDS-031常规负载GDS-061直流电压、电流表GDS-101四. 实验内容及步骤1 按图 4-1接线。K1R3ACDK2R1R22 验证叠加原理。图 4-11）K1接电源 K2短接, 测相应数据填入表4-1中。2）K2接电源 K1短接, 测相应数据填入表4-1中。3）K1 、 K2同时接电源, 测相应数据填入表4-1中。五. 数据记录表4-1I1(mA)I2(mA)I3(mA)U1(v)U2(v)U3(v)I1(mA)I2(mA)I3(mA)U1(v)U2(v)U3(v)I1+I1I2+i2I3+I3U1+U1U2+U2U3+U3I1I2I3U1U2U3 六. 注意事项 稳压源不应短路，否则电流会过大。实际设备稳压源短路后会过流保护，复位后重新使用七. 实验报告 小结对迭加原理的认识 八. 思考题1 迭加原理应用条件是什么？ 功率能否叠加为什么？2 在进行迭加实验时，对不作用的电压源能否直接置零（短接）？ 实验五 戴维南定理 -有源二端网络等效参数的测定-一. 实验目的 1.验证戴维南定理的正确性，加深对该定理的理解。2. 掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。二. 实验基本知识 1戴维南定理指出，任何一个线性有源二端网络对外部电路而言总可以用一个恒压源和一个电阻串联的有源支路代替。 理想电压源的电压等于有源二端网络端口开路电压Uoc，串联电阻等于有源网络中所有独立电源为零时的端口等效电阻Ro。 应用戴维南定理时，被交换的有源二端网络必须是线性的，它可以包含独立电源，受控电源，它与外部电路相连，只能是直接相连，不能有其他耦合，而外部电路可以是线性也可以是非线性。2有源二端网络等效参数的测量方法（1） 开路电压，短路电流法 在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压Uoc，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流Isc，则内阻为Ro=（2） 伏安法用电压表，电流表测出有源二端网络的外特性如图5-1所示。根据外特性曲线求斜率tg ，则内阻Ro=tg= =用伏安法，主要是测量开路电压及电流为额定值IN时的输出端电压值UN，则内阻为 Ro=若二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。IscUIUoc0图5-1被测有源网络RoE+-RLE/2 图5-2（3） 半电压法如图5-2所示，当负载电压为被测网络开路电压一半时，负载电阻（由电阻箱读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。（4） 零示法在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表进行直接测量会 造成较大的误差，为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示测量法，如图5-3所示。被测有源网络RoE+-稳压电源+U-图5-3零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为“0”，然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压，即为被测有源二端网络的开路电压。 三. 仪器设备和选用挂箱名 称数 量万用表1稳压源、稳流源 GDS-031常规负载GDS-061全智能精密负载GDS-071荧光灯、可变电容 GDS-091直流电压表、电流表GDS-101四. 实验内容和步骤5-4（a）接好电路图R1R2aaE1R3bbRLRLRo + -(a) （b）图5-4 开路电压，短路电流法测定戴维南等效的Uoc和Ro 表5-1Uoc()Isc(mA)Ro=Uoc/Isc()3在图5-4（a）中ab 两端接一可变电阻RL,使阻值为表5-2中数值，测量有源二端网络的外特性。4. 按图5-4（b）接好线路组成等效电路改变RL,使其阻值为表5-2中数值，测量其外特性。注意: 图5-4（b）中电应为图5-4（a）中ab 两端开路电压源电压。五. 实验数据记录 表5-2 测 量 值等效后测量值RL()U(V)I(mA)U(V)I(mA)406010020050010002000六. 注意事项1. 注意测量时，电流表量程的更换。2. 电源置零时不可将稳压源短接。3. 用万用表直接测量R0时，网络内的独立电源必须先置零，以免损坏万用表。欧姆档必须调零后再进行测量。4. 改接线路时要关掉电源。七实验报告验证戴维南定理的正确性，并分析产生误差的原因。八思考题 说明测量有源二端网络开路电压及等效电阻的几种方法，并比较优缺点。实验六 电压源与电流源极其等效转换 以及最大功率传输的条件一 . 实验目的（1） 了解理想电流源与理想电压源的外特性。（2） 验证电压源与电流源互相进行等效转换的条件以及负载获得最大功率传输的条件。二. 实验原理(1) 在电工理论中，理想电源除理想电压源之外，还有另一种电源，即理想电流源。理想电流源在接一负载后，当负载电阻变化时，该电源供出的电流能维持不变，理想电压源接上负载后，当负载变化时其输出电压保持不变，它们的电路图符号及其特性见图6-1。U0IISISR(a)理想电压源ESRES0UI (b)理想电流源图6-1在工程实际中，绝对的理想电源是不存在的，但有一些电源其外特性与理想电源极为接近，在电子技术中，通常采用的晶体管电流源与电压源就是其中一例，因为用电子学的方法，可以使晶体管电压源的串联等效内阻极小，一般为10-3以下，晶体管电流源并联等效内电导也极小，一般10-3以下。因此，可以近似的将其示为理想电源。(2) 一个实验电源，就其外部特性而言，即可以看成是电压源，又可看成是电流源。电流源用一个理想电流源Is与一电导go并联的组合来表示，电压源用一个理想电压源Es与一个电阻Ro 串联组合来表示。见图6-2和图6-3方框内部分是一个实际的电压源与一个实际电流源，它们向同样大小的负载供出同样大小的电流I，而电源的端电压U也相等，那么这个电压源和电流源是等效的，即电压源与其等效电流源有相同的外特性。一个电压源与一个电流源互相进行等效转换的条件为：Is=Es/ro go=1/ro或 Es=s/go ro=1/goRRoEsRgoIs图6-2 图6-3(3) 一个实际的电压源或电流源，不但他们可以互相等效转换，而且也能进行串联，并联或混联，电压源串联时其等效电压源的电势为各电压源电势的代数和，其等效内阻为各电源内阻之和，即Eo=Ro=Ek和Eo同方向时为正，反之为负。多个电流源并联时，其等效电流源的电流为各电流源电流的代数和，其等效内电导为各电流源内电导之和，即io= Go=kio和ik同方向时为正，反之为负。(4) 在实际问题中，有时需要研究负载在什么条件下能获得最大功率。这类问题可以总结为一个端口向负载输送功率的问题。根据戴维南定理，最终可以化简为图6-4所示的电路来进行研究，图中Us为等效电源的电压相量（即一端口的开路电压相量）+-Z1Z2Us图6-4Z1=R1+JX1为戴维南等效阻抗，Z2=R2+JX2为负载的等效阻抗。根据上述的等效电路，负载吸收的功率为：P=R2I2=从上式可以看出，获得最大功率的条件要根据改变哪些参数而定。一般来讲，Us、R1和X1是不变的，若R2、X2均能随意改变，此时获得最大功率的条件是：(X1+X2)2=0 (R1+R2)2-2R2 (R1+R2)=0可得： X2=-X1, R2=R1这一条称为最佳匹配，此时的最大功率为：P=P三 实验设备及常用挂箱名 称数 量稳压源、 稳流源 GDS-031常规负载 GDS-061全智能精密负载 GDS-071直流电压表、电流表 GDS-101四 实验内容及步骤（1） 测量理想电流源的外特性当负载电压在一定的范围内变化时（注意必须使电流源两端电压不超过额定值），电流基本不变，即可将其视为理想电流源。a. 将一电阻箱R（GDS-07上的电阻）接至稳压，稳流源（GDS-03上直流电流源）的输出端上，串联接入直流电流表，并联接入直流电压表，即接成图6-5的实验电路。电流源+-IRVmA 图6-5 RmA电流源+-200IV图6-6b. 实验时首先置电阻箱电阻R=0（GDS-07上电阻），调节GDS-03上直流电流源，使其输出电流I=50mA，测出此时电流源的端电压U和输出电流I记入表6-1。c. 改变电阻箱电阻R，每改变R只记下U和I，但应使Rma x =15V，此列数据记入表6-1，即可得理想电流源的外特性。(2)测量理想电压源的外特性当外接负载电阻在一定范围内变化时电源输出电压基本不变，可将其视为理想电压源。a. 按图6-6接线，电阻箱R的值先放到R=9.8k。b. 调节GDS-03上可调直流电压源输出电压10V，测引出电压源端电压U和输出电流I，记入表6-2c. 慢慢改变电阻箱电阻，每改变一次R值记下U和I，将此列数据一一记入表6-2中，即可得到理想电压源的外特性。3验证实际电压源与电流源等效转换的条件a. 在实验1中，已测得理想电压源的电流Is=500mA，若在其输出端钮2和2间并联一电阻ro(即go=1/Ro)例如1k，从而构成一实际电流源，将此电流源接至负载电阻箱R，并在电路中串联接入直流毫安表，并联接入直流电压表，即构成如图6-7所示实验电路。b . 改变电阻箱R的电阻值，每改变一个R值，记下相应的端电压U和输出电流I，且计算出电阻R上的功率P记入表6-3中，即可测出该实际电流源的外特性。c. 根据等效转换的条件，将GDS-03上电压源的输出电压调至Es=Is*ro，并串联一个电阻ro，构成一如图6-8所示的实际电压源，再将该电压源接至负载电阻箱R，串联接入测量用直流电流表和并联接入直流电压表，即构成图6-8所示实验电路。d. 改变负载电阻R，对应每一R值记下端电压和输出电流的值，且计算出R上的功率P，记入表6-4，即可测出实际电压源的外特性。在测量上述实际电压源和实际电流源外特性中，在实验中我们可以取两种情况下负载电阻箱R的值一一对应相等，这样便于比较，看一看当R值相同时，两种情况下是否具有相同的电压与电流。并观察实际电压源中电阻R上的功率最大时，R与ro（电压源内阻）是否相等。实际电源中电阻R上的功率P=Us2/4R1最大时，R与1/go（电流源电导go）是否相等。从而验证了最大功率传输的条件。RL电流源VmA图6-7 mARLVroEs图6-8 Es由电压源输出基值Es=Is*Ro五实验数据表6-1 理想电流源外特性电阻R()0电流I(mA)电压U(v) 表6-2 理想电压源外特性电阻R()+200电压U(V)电流I(mA) 表6-3 实际电流源外特性 电压源 Is1= go=电流I(mA)电压U(V)电阻R()P=I2R 表6-4 实际电压源外特性 电压源 Eg= ro=电流I(mA)电压U(V)电阻R()P=I2R六 预习要求明确了解理想电源的概念及其外特性，掌握实际电压源，电流源互相转换的条件。七 总结报告1. 绘出所测电流源及电压源的外特性曲线。2. 通过实验搞清楚理想电压源和理想电流源能否等效互换。3. 从实验结果，验证电压源和电流源是否等效。4. 验证负载获得最大功率的条件。实验七 受控源特性测试一实验目的（1） 熟悉四种受控电源的基本特性。（2） 掌握受控源特性的测试方法。（3） 了解受控源在电路中的应用。二实验基本知识 电源可以分为独立电源（如干电池，发电机等）与非独立电源（或称为受控电源）两种受控源在网络分析中已经成为一个与电阻、电感、电容等无源元件同样经常遇到的电路元件。受控源与独立电源不同，独立电源的电源电动势或电流是某一固定数值或某一时间函数，不随电路其余部分的状态而改变，且理想独立电压源的电压不随其输出电流而改变，理想独立电流源的输出电流与其端电压无关，独立电源作为电路的输入，它代表了外界对电路的作用。受控电源的电动式或电流则随网络中另一支路的电流或电压而变化，受控源又与无源元件不同，无源元件的电压和它自身的电流有一定函数关系，而受控源的电压或电流则和另一支路（或元件）的电流或电压有某种函数关系。当受控源的电压（或电流）与控制元件的电压（或电流）成正比变化时，该受控源是线性的，理想受控源的控制支路中只有一个独立变量（电压或电流），另一独立变量为零，即从入口看，理想受控源或者是短路（即输出电阻R1=0，因而U1=0），就是说控制支路只有一个独立变量电流I1作用，另一独立变量U1=0；或者是开路（即输入电导G1=0），因而输入电流I1=0，只有输入电压U1单独作用。从出口看，理想受控源或者是以理想电压源，或者是一理想电流源，如图7-1所示，由图可见，受控源有两对端钮，一对输出端钮，一对输入端钮，输入端钮用来控制输出电压或电流大小，施加于输入端的控制量可以是电压或是电流，因此，有两种受控电压源，即电压控制电压源VCVS，电流控制电压源CCVS，同样受控电流源也有两种，即电压控制电流源VCCS及电流控制电流源CCCS。受控源的控制端与受控端的关系式称转移函数，四种受控源的转移函数参量分别用，gm，rm表示，它们的定义如下：1 CCCS：=转移电流比（或电流增益）2 VCCS：gm=转移电导3 VCVS：=转移电压比（或电压增益）VCCSVCVS4 CCVS：rm=转移电阻 CCVSCCCS 图7-1三仪器设备及所选挂箱名 称数 量稳压源稳流源 GDS-031直流电压表电流表 GDS-101常规负载 GDS-061全智能精密负载 GDS-071电路有源元件 GDS-141四 实验内容及步骤1VCCS的伏安特性及转移电导的测试a按图7-2接线，图中RL用GDS-07上的可变电阻箱，R1=1K；b调节稳压电源GDS-03输出电压：使U1=+2.5V或U1=-2.5Vc调节可变电阻箱电阻RL，对不同的RL值，用直流电压，电流表测量出U1、I1、U2、I2，所测数据列表（表7-1）并绘制VCCS的外特性曲线I2=f(U2)。为使VCCS正常工作，应使Ul(或U2)在2.5V以内，I1(或I2)在2.5mA以内，RL1K。d固定RL=1K,改变稳压电源输出电压U为正负不同数值时分别测量出U1、I1、U2、I2，所测数据列表（表7-2）计算转移电导，并绘制VCCS的伏安特性U1=f(I2)及转移特性曲线I2=(U1)转移电导平均值gm=gmn/nRL可调稳压电 源VCCSR1=1KU1U2 图7-22. VCVS的伏安特性及电压增益系数的测试a. 按图7-3接好试验电路。b. 调节稳压电源输出电压，使U1=2.5V或U1=-2.5V，RL在1K范围内改变，测量出U1、I1、U2、I2。测量数据列表，（表7-3）并绘制VCVS的伏安特性曲线U2=f(I2)。可调稳压电 源VCVSR1=1KU1U2I1I2U1c. 固定RL=1k,改变稳压电源输出电压U为正负不同数值式分别测量U1、I1、U2、I2。所测数据列表(表7-4)计算电压增益系数,并绘制输入伏安特性U1=f(I1)RL图7-33. CCCS外部特性及电流增益系数的测试R1=1K可调稳流电源U1U2CCCSI1I2RL 图7-4a. 按图7-4接好试验线路，RL为GDS-07上的可变电阻，R1为GDS-06A上固定电阻或GDS-06自由区接插元器件。b. 调节稳压，稳流电源GDS-03输出电流：使I1=+2.5mA或I1=-2.5mA,在01k范围内改变RL为不同值时，对每一RL值测