电路分析实验.doc

目录实验一 叠加原理2实验二 戴维宁定理3实验三一阶电路的响应5实验四 串联谐振电路8实验五 单相交流电路及功率因数的提高11实验六 运算放大器15实验七 受控源和动态电路19实验一 叠加原理和基尔霍夫定律一、实验目的1、验证叠加原理和基尔霍夫定律。2、学习数据测量，提高实验分析和研究能力。二、实验原理1.叠加原理可简述为：在任一线性网络中，多个激励同时作用时的总响应，等于每个激励单独作用时引起的响应的代数和。所谓某一激励单独作用，就是除了该激励外，其余激励均为零值。对于实际电源，电源的内阻或内电导必须保留在原电路中。2.对任一结点有： i=0对任一回路有：u=0三、实验内容和步骤1按图1-1绘图。图1-12分别让Us1、Us2单独作用（另一个电源直接用导线代替），共同作用，将测得的数据填入下表。（注意：电压极性电路图中没标注，需要自己规定）I1I2I3UR1UR2UR3Us1Us2Us1+Us2实验二 戴维宁定理一、实验目的1、加深对戴维宁定理的理解。2、培养独立分析问题和解决问题的能力。二、实验说明戴维宁定理指出：任何一个线性有源一端口网络，对外部电路而言，总可以用一个理想电压源和电阻相串联的有源支路来代替，如图21所示。其理想电压源的电压等于原网络端口的开路电压UOC，其串联电阻等于原网络中所有独立电源为零值时的输入等效电阻R0。线性有源一端口网络任意负载UIab(a) 原电路任意负载UIab(b) 戴维宁等效电路UO CR0图21图22三、实验内容1按图22绘制电路。2改变RL值，测量RL为不同值时（RL数值分别修改为下表中数值），通过RL的电流I及两端的电压U，并记于表21。表21RL ()3050100150U (V)I (mA)3、将负载断开，测量有源二端口网络的开路电压Uoc= V。4、将电压源置零（将电压源移去，在断开处用导线连接），测量等效输入电阻R0 = 。(3,4步骤对应的操作如图2-3所示)图2-35、重新绘图如图2-4，电压为Uoc，内阻为R0，重取内容2的RL值测出与RL相对应的U及I，并记录于表22。图2-4ba表22RL ()3050100150U (V)I (mA)四实验报告要求1据实验数据，绘出U-I曲线分别与理论计算值比较，并作简略分析。2总结戴维宁定理及应用步骤。实验三一阶电路的响应一、 实验目的1、 学习用示波器观察和分析电路的响应。2、 研究RC电路在方波激励情况下，响应的基本规律和特点。二、 实验说明1.含L、C储能元件的电路，其响应可由微分方程求解。凡是可用一阶微分方程描述的电路称为一阶电路。通常一阶电路由一个储能元件和若干个电阻元件组成。图31RC方波信号发生器T/2t(a)(b)2.RC电路的方波响应，在电路时间常数远远小于方波周期时可视为零状态响应和零输入响应的多次过程。RC电路充放电时间常数可以从响应波形中估算出来，如图32所示。100%63.2%t100%36.8%t(a)(b)图3-2三、 实验内容图3-31按图33绘制电路图。图3-42电压发生器参数设置为：1000Hz、5V方波信号，并用示波器观察（以示波器的数值为准）。具体设置是：DC：2.5V,Signal:方波；然后设置方波参数：幅度：2.5V,频率1k。如图3-4.3用示波器测绘充放电曲线（图3-5），测定时间常数，填入表31中。图3-5注意：示波器调整：V/div调到1V档； t /div调到0.2ms（200s）档。若用0.1ms挡或右图中所圈按钮读数可更加准确。思考：如何观察R上电压波形。表31电路参数充、放电曲线R=1KC=0.1F计算值计算值实测值实测值R=2KC=0.1F计算值计算值实测值实测值 4*观察微分电路波形微分电如图36，输入为5V,1000Hz方波。观察波形，填入表32。表32C=0.1F R=1K=0.1ms输出波形图3-6实验四串联谐振电路一 实验目的1. 加深对串联谐振电路特性的理解。2. 学习测定RLC串联谐振电路的频率特性。二 实验说明1、RLC串联电路的阻抗是电源角频率是函数（图41）即：当时，电路处于串联揩谐振状态，谐振角频率为谐振频率为：显然，谐振频率仅和元件LC的数值有关，而与电阻R和激励电源的角频率无关，当时，电路呈容性，阻抗角；当时，电路呈感性，阻抗角。信号发生器LCR图412、电路处于谐振状态时（1）、回路阻抗模为最小，整个回路相当于纯电阻电路，电源电压与回路电流同相位。（2）、电感电压与电容电压数值相等，相们相差。感抗电压（或容抗电压）与激励电压之比为品质因数Q：在L、C为定值的条件下，Q取决于R。（3）、在激励电压不变的情况下，回路中的电流为最大值3、串联谐振电路的频率特性（1）、幅频特性当电路的L和C保持不娈，改变R的大小可以得出不同Q值的幅频特性曲线（图42）。为了反映一般情况，通常研究电流比与角频率比之间的函数关系即通用幅频特性，这里为谐振时的回路电流。的表达式为：Q1Q2Q1 Q2I图42Q1 Q2Q1Q20.7071图43（2）、为了衡量回路对不同频率的选择能力，定义通用幅频特性中幅值下降至峰值的0.707倍时的频率范围为相对通频带B（图43）即：显然，Q值越高，相对通频带越窄，电路的选择性越好。三 实验内容1、测量RLC串联电路的幅频特性曲线。图4-4（1）、按图4-4绘制电路。（2）、估算f0值。（本实验f0=1591.55Hz）（3）、保持正弦信号发生器电源电压不变，记录不同频率时的（附近多取几组数据，处数据必须记录）于表4-1。表4-1f(Hz)6001000130014501550f016501700190022002500UR(v)（4）直接显示传输特性。2、保持、L和C参数不变，改变R数值（即改变回路Q值），重复上述实验。四 实验报告要求1据实验数据，在坐标纸上绘出不同Q值下的通用幅频特性曲线分别与理论计算值比较，并作简略分析。2总结RLC串联谐振电路和特点。实验五 单相交流电路及功率因数的提高一、实验目的1、通过RL串联电路掌握单相交流电路的电压、电流、复阻抗之间的相量关系，有效值关系。2、熟悉日光灯电路的组成，各元件的作用及日光灯的工作原理，学会日光灯电路的连接，了解线路故障的检查方法。3、掌握交流电路的电压、电流和功率的测量方法。4、练习并掌握感性负载提高功率因数的方法。二、实验原理镇流器是一个铁心线圈，其电感L比较大，而线圈本身具有电阻R1。日光灯在稳态工作时近似认为是一个阻性负载R2。镇流器和灯管串联后接在交流电路中，如图51所示，可以把这个电路等效为RL串联电路，如图52所示。 图51 日光灯电路 图52 日光灯等效电路图53 RL串联电路相量图根据图52和图53，相关计算如下：镇流器的等效复阻抗： 电感线圈的电阻：电感线圈的感抗：电感线圈的电感：日光灯等效电阻：电路消耗的有功率： 或 因镇流器本身的电感较大，故整个电路的功率因数较低，为了提高电路的功率因数，可以采用在日光灯两端并联电容的方法，见图52。并联电容后电路的总电流。由于电容的无功电流抵消了一部分日光灯电流中的感性无功分量，所以总电流将减小，电路的功率因数被提高。由于电源电压是固定的，并联电容器并不影响感性负载的工作状态，即日光灯支路的电流、功率和功率因数并不随并联电容的大小而改变，仅是电路的总电流及总功率因数发生变化。提高电路的功率因数能够减小供电线路的损耗及电压损失，提高电源设备的利用率而又不影响负载的工作。所以并联电容器提高电路的功率因数的方法被供电部门广泛采用。如果要将功率因数cos提高到cos，所并联电容的大小计算如下： 电路的功率因数角。提高后的功率因数角。 图54 日光灯并联电容相量图 = 2f 电源的角频率。 三、实验内容及步骤图55 日光灯等效电路图1、按图55绘制电路。2、测量日光灯电路的端电压U，灯管电压UR2，镇流器电压URL，电路电流I及有功功率P，把测得的数据填入表51中。表51电源电压U（V）镇流器电压URL（V）灯管电压UR2（V）电流I（A）有功功率P（W）3、在日光灯电路中并联不同容量的电容如3F，记录电源电压U，总电流I，日光灯支路电流I，电容支路电流IC ，有功功率P的值填入表52中，计算并入电容后的功率因数填入表该表中。表52并入的电量C（F）电源电压U（v）电容电流IC（A）灯管电流I（A）总电流I（A）有功功率P（w）功率因数cos123四、实验报告要求1、计算图52中不同电容值时的功率因数，填入表52。2、根据实测数据说明当并入的电容值逐渐增大时，日光灯支路电流，电容支路电流，总电流有无变化，如何变化。3、并联电容可以提高电路的功率因数，是否并联的电容越大越好，试分析其原因。4、并联电容后日光灯支路的功率因数是否提高，为什么？附录1、日光灯电路元件及其作用日光灯的电路由灯管，镇流器，启动器三个部分组成。（1）灯管：日光灯的灯管是一个玻璃管，在管子的内壁均匀地涂有一层荧光粉，灯管两端各有一个阳极和灯丝，灯丝是用钨丝绕制而成的，它的作用是发射电子。在灯丝上焊有两根镍丝作为阳极，它和灯丝具有同样的电位，它的主要作用是当它的电位为正时吸收部份电子，以减少电子对灯丝的冲击。 图56 日光灯管剖面图 图 57启动器灯管内充有惰性气体（如氩气，氪气）与水银蒸气。由于有水银蒸气存在，当管内产生弧光放电时，会放射出紫外线，紫外线照在荧光粉上就会发出荧光。日光灯管的结构如图56所示。（2）镇流器：镇流器是与日光灯管相串联的一个元件。实际上是一个绕在硅钢片铁心上的电感线圈。镇流器的作用是，一方面限制日光灯管的电流，另一方面在日光灯起燃时由于线路中的电流突然变化而产生一个自感电动势（即高电压）加在灯管两端，使灯管产生弧光。镇流器必须按电源电压与日光灯的功率配用，不能互相混用。（3）启动器；启动器的构造是封在玻璃泡（内充惰性气体）内的一个双金属片和一个静触片，外带一个小电容器，同装在一个铝壳里，如图57所示。双金属片由线膨胀系数不同的两种金属片制成。内层金属的线膨胀系数大，在双金属片和静触片之间加上电压后，管内气体游离产生辉光放电而发热。双金属片受热以后趋于伸直，使得它与静触片接触而闭合。这时双金属片与静触片之间的电压降为零，于是辉光放电停止，双金属片经冷却而恢复原来位置，两个触点又断开。为了避免启动器中的两个触点断开时产生火花，将触点烧毁，通常用一只小电容器与启动器并联。2、日光灯的起燃过程：刚接上电源时，启动器两端是断开的，电路中没有电流。电源电压全部加在启动器上，使它产生辉光放电并发热。双金属片受热膨胀使之与静触片闭合，将电路接通。电流通过灯管两端的灯丝，灯丝受热后发射电子，这时启动器的辉光放电停止。双金属片冷却后与静触片断开，在触电断开的瞬间，镇流器产生了相当高的电动势（800V1000V）。这个电动势与电源电压一起加在灯管两端，使灯管中的氩气电离放电，氩气放电后，灯管温度升高，水银蒸气气压升高，于是过渡到水银蒸气电离放电，产生较大的电弧而导通。灯管中的弧光放电发出的大量紫外线，照射到管壁所涂的荧光粉上使它产生象日光一样的光线。灯管放电后，大部分的电压降落在镇流器上。灯管两端的电压，也就是启动器两触点的电压较低，不足使启动器放电，因此它的触点不再闭合。I实验六 运算放大器一实验目的：1.获得运算放大器的感性认识。2.学习含有运算放大器电路的分析方法。二实验原理1.运算放大器及其理想化条件运算器是一种有源三端元件，其电路符号如图6-1a所示。它有两个输入端( 倒向端“-”和非倒向端“+”)， 一个输出端和一个对输入和输出信号的参考地线端，此外，还有相对地线端的电源正端和负端(图中一般不画出)，其工作特性正是在接有此正负电源(即工作电源)的情况下才具有的。当两个输入端分别输入信号u- 和u+ 时，其输出端的电压为： u0 = A0 ( u+- u- )其中A0是运算放大器的开环增益。在理想情况下，可认为A0=，输入电阻Ri n =，输出电阻R0 =0。由此性质，可以得出理想运放的两条规则：(1)“虚断(路)”规则:倒向端和非倒向端的输入电流均为零，即i-= 0, i+= 0。 (2)“虚短(路)”规则：相对参考地线端， 倒向端的输入电压与非倒向端的输入电压相等，即u- = u+。运放的理想电路模型为一受控源，如图6-1b所示。 含有运放的电路是一种有源网络。如果在运放的外部接有不同的电路元件，可以实现信号的模拟运算和变换，其应用极其广泛。三实验内容和步骤 图6-21反比例运算电路如图6-2所示。分别设置R2数值如表6-1.，将测得数值U0填入表中。表6-1R2(K)12510U0(V)图6-32示波器观察将VG1 设置为：2V,1000Hz交流正弦信号，观察输出信号幅度。图6-43减法运算 电路如图6-4所示，改变VS1,VS2值，分别测量对应输出填入表6-1中。表6-1VS1VS2VF1图6-54*实际电路电路如图6-5所示，选择