电路实验与仿真第2章 硬件操作实验ppt课件

1、第2章 硬件操作实验 1 1第2章 硬件操作实验2.1 线性与非线性电路实验线性与非线性电路实验 2.2 直流电路中电位及电位差的测试直流电路中电位及电位差的测试 2.3 叠加原理及戴维南定理叠加原理及戴维南定理 2.4 提高功率因数及高通、低通滤波电路的研究提高功率因数及高通、低通滤波电路的研究 2.5 RLC谐振电路研究谐振电路研究 2.6 三相电路实验三相电路实验 2.7 电流源与电压源的等效变换电流源与电压源的等效变换 第2章 硬件操作实验 2 22.8 最大功率传输条件的测定最大功率传输条件的测定 2.9 二端口网络与等效网络变换实验二端口网络与等效网络变换实验 2.10 受控源受控

2、源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS的实验研究的实验研究 2.11 一阶一阶RC电路的暂态响应电路的暂态响应 2.12 单相变压器特性的测试单相变压器特性的测试 2.13 交流电路中频率对交流电路中频率对R、L、C元件的影响元件的影响 第2章 硬件操作实验 3 32.1 线性与非线性电路实验线性与非线性电路实验一、实验目的一、实验目的(1)了解线性元件与非线性元件的伏安特性。(2)掌握非线性元件的测量方法。(3)掌握电工仪表及设备的使用方法。二、实验预习要求二、实验预习要求(1)正确理解线性与非线性元件的概念。(2)掌握电阻、普通二极管、稳压二极管的概念及不同之处。(3)写好实验预习报告。

3、第2章 硬件操作实验 4 4三、实验内容与数据记录三、实验内容与数据记录在大多数电路中，主要由两种类型的元件组成，即线性元件和非线性元件。本实验主要研究线性元件及非线性元件的伏安特性及如何减小仪表的测量误差。(一)基本实验部分1.线性元件的伏安特性测量线性元件的伏安特性测量实验电路如图2-1所示。调节稳压电源的输出电压U，使R两端的电压依次为表2-1中UR所列值，记下相应的电流表读数，记入表2-1中。 第2章 硬件操作实验 5 5图2-1 线性元件的伏安特性测量电路 第2章 硬件操作实验 6 6表表2-1 线性元件的伏安特性线性元件的伏安特性 第2章 硬件操作实验 7 72.非线性元件伏安特性

4、的测量非线性元件伏安特性的测量电路如图2-2所示，测量二极管正向伏安特性，R为限流电阻。测量二极管的正向伏安特性时，其正向电流不得过大。二极管VD的正向压降UVD+按表2-2所列取值，将测量值记录于表2-2中。如图2-3所示电路连线，测量稳压二极管的反向伏安特性，R=510，稳压电源的输出电压U从0V20V，测量稳压管两端的电压UZ-及电流I，由UZ-的变化情况可看出其稳压特性，数据记录于表2-2中。 第2章 硬件操作实验 8 8图2-2 非线性元件的伏安特性测量电路 第2章 硬件操作实验 9 9表表2-2 非线性元件的伏安特性非线性元件的伏安特性 第2章 硬件操作实验 10 10图2-3 稳

5、压二极管的伏安特性测量电路 第2章 硬件操作实验 11 11(二)增强实验部分利用本实验台中的非线性电阻(小灯泡)作为测量对象，自己设计一个实验电路和测量数据表格，完成对非线性电阻(小灯泡)伏安特性的测量。四、实验思考四、实验思考(1)根据表2-1、表2-2总结线性元件和非线性元件的伏安特性。(2)画出电阻、二极管、稳压二极管的伏安特性曲线。(3)图2-2电路中为什么要串入200的电阻？第2章 硬件操作实验 12 122.2 直流电路中电位及电位差的测试直流电路中电位及电位差的测试一、实验目的一、实验目的(1)在实验中，如何理解电压、电位的不同之处。(2)理解电位的单值性、相对性及电位差的绝对

6、性。(3)学会制作直流电路中的电位图。二、实验预习要求二、实验预习要求(1)正确理解电位、电位差、电位参考点等概念。(2)何谓电位的单值性、相对性及电位差的绝对性。(3)什么是电路的电位图，它能说明哪些问题。(4)写好实验预习报告。第2章 硬件操作实验 13 13三、实验内容与数据记录三、实验内容与数据记录电路中的电位参考点(即零电位点)一经选定，各点电位就只有一个固定的数值，这就是电位的单值性。如果将已给定电路中某点的电位升高某一数值，此时电路中其他各点的电位也相应地升高同一数值，这就是电位的相对性。至于任意两点间的电压仍然不变，与参考点的选择无关，这就是电压的绝对性。(一一)基本实验部分基

7、本实验部分1.基本实验一基本实验一实验电路按图2-4所示接线。第2章 硬件操作实验 14 14图2-4 实验电路 第2章 硬件操作实验 15 15(1)以A点为电位参考点，测定各点电位，将数据记录在表2-3中。(2)以D点为电位参考点，测定各点电位，将数据记录于表2-4中。第2章 硬件操作实验 16 16根据表2-3、表2-4的数据，计算出电位差或直接用电压表测出电位差，填入表2-5、表2-6中。第2章 硬件操作实验 17 172.基本实验二基本实验二如图2-5所示连接电路，注意电路中电位参考点的位置，分别测出A、B、C、D点的电位。VA=_( )，VB=_( )，VC=_( )，VD=_(

8、)第2章 硬件操作实验 18 18图2-5 电路图(一) 第2章 硬件操作实验 19 19(二)增强实验部分了解直流电路中各点电位的分布情况是分析、计算电路最基本的方法之一，在以后分析晶体管电路时，电位概念是非常重要的。直流电路中各点电位的分布，可以通过实验先测得电路中各点电位的高低(或根据电源和电阻的数值进行计算得出)，再根据电路图(见图2-6)作出电位图(见图2-7)。 第2章 硬件操作实验 2020图2-6 电路图(二) 第2章 硬件操作实验 21 21图2-7 电位图 第2章 硬件操作实验 2222作图方法：在直角坐标上，横轴表示电阻，以R为顺序按比例作出各电阻元件电阻的大小(稳压电源

9、内阻很小，约0.6，可忽略不计)；纵轴表示电位，按某一比例作出各对应点电位的高低；顺序连接各点电位所得的折线，就表示沿着该电路各点电位变化的规律(电位图)。(1)如图2-8所示连接电路，分别测出各点电位并填入表2-7中，画出电位图。(2)如图2-9所示连接电路，分别测出各点电位并填入表2-8中，画出电位图。第2章 硬件操作实验 2323图2-8 电路图(三) 第2章 硬件操作实验 2424第2章 硬件操作实验 2525图2-9 电路图(四)第2章 硬件操作实验 2626四、实验思考四、实验思考(1)根据表2-3表2-6的数据总结电位、电位差之间的关系。(2)对于表2-5、表2-6，获得电位差数

10、据的基本方法有几种？哪一种方法误差更小。(3)根据表2-7、表2-8中的实验数据，可得出什么结论？(4)在测量电位时，直流电压表的负极应该接哪里？第2章 硬件操作实验 27272.3 叠加原理及戴维南定理叠加原理及戴维南定理一、实验目的一、实验目的(1)正确理解叠加原理的应用场合(在什么情况下可以应用叠加原理)。(2)如何利用戴维南定理测定等效电源的参数。(3)正确使用电压表、电流表及稳压电源。二、实验预习要求二、实验预习要求(1)复习叠加原理、戴维南定理的基本概念。(2)写出等效电源、电阻的公式，并计算出开路电压及短路电流。(3)写出实验预习报告。第2章 硬件操作实验 2828三、实验内容与

11、数据记录三、实验内容与数据记录1.叠加原理叠加原理几个独立电源在线性电路中共同作用时，它们在电路中任何部分所产生的电流(或电压)等于这些独立电源分别单独作用时在该部分所产生的电流(或电压)的代数和。2.戴维南定理戴维南定理(等效电源定理等效电源定理)一个含源二端线性电路，它的外部特性可用一个独立的电压源U0、内阻为R0的串联等效电源来代替。U0等于端口的开路电压，电阻R0等于电路所有独立电压源去掉并短接后从开路两端看进去的总电阻。第2章 硬件操作实验 2929在复杂线性电路中，如果计算某一支路中的电源，应用等效电源定理显得特别方便。(一一)基本实验部分基本实验部分1.叠加原理实验叠加原理实验按

12、图2-10所示接线，要求根据叠加原理分别测出U1、U2共同作用和U1、U2单独作用三种情况下的各电压和I1、I2、I3，并填入表2-9中(注：S3接330电阻)。第2章 硬件操作实验 3030图2-10 电路图(一) 第2章 硬件操作实验 31 31表表2-9 叠加原理叠加原理 第2章 硬件操作实验 32322.戴维南等效电路测定戴维南等效电路测定实验电路如图2-11所示，U1、U2分别为12V、6V。断开R3，从AD两端看进去，测得AD两端电压Uoc，即等效电压。接上R3电阻，测出AD两端电压U3。运用公式计算出等效电阻Req，最后测得IL值，将结果记录于表2-10中。第2章 硬件操作实验

13、3333图2-11 电路图(二)第2章 硬件操作实验 3434(二)增强实验部分进一步理解叠加原理在线性网络电路中的应用，如果电路是非线性的,如图2-12所示，加入二极管后，则叠加原理就不适用了。(1)按图2-12所示接线，测出各实验数据，并填入表2-11中(注：S3接二极管)。(2)按图2-13所示接线，测出各点实验数据，并填入表2-12中(注：S3接330电阻)。 第2章 硬件操作实验 3535图2-12 电路图(三) 第2章 硬件操作实验 3636图2-12 电路图(三) 第2章 硬件操作实验 3737表表2-11 含非线性元件情况含非线性元件情况 第2章 硬件操作实验 3838图2-1

14、3 电路图(四) 第2章 硬件操作实验 3939表表2-12 不含非线性元件情况不含非线性元件情况 第2章 硬件操作实验 4040四、实验思考四、实验思考(1)根据实验数据进行分析比较，归纳总结实验结论。(2)在进行叠加原理实验时，对不作用的电压源、电流源应如何处理？(3)为什么在电流测量中会出现负值？(4)各电阻所消耗的功率能否用叠加原理实现？(5)根据图2-12所示电路图，是否能用叠加原理，为什么？(6)在图2-10所示电路图中，测量开路电压Uoc和短路电流Isc时，U1、U2是共同作用，还是分别作用？(7)将理论数据与实测数据进行比较，分析误差原因。第2章 硬件操作实验 41 412.4

15、 提高功率因数及高通、低通滤波电路的研究提高功率因数及高通、低通滤波电路的研究一、实验目的一、实验目的(1)掌握交流参数的测试方法。(2)提高功率因数的基本方法。(3)掌握单相功率表的使用方法。(4)研究高通、低通滤波电路特性。第2章 硬件操作实验 4242二、实验预习要求二、实验预习要求(1)复习功率因数的基本概念和提高功率因数的基本方法。(2)预习交流电路中各器件的计算及矢量概念。(3)预习交流电表的基本性能和量程的正确使用。(4)写出实验预习报告。第2章 硬件操作实验 4343三、实验内容与数据记录三、实验内容与数据记录在交流电路中，由于电容、电感的存在，引起电压、电流之间的相位差，所以

16、整个电路的总电压等于各个分电压的矢量和，总电流等于各个分电流的矢量和。这是交流电路与直流电路的最大区别。在交流电路中，计算功率(P)除考虑其电压(U)、电流(I)外，还要考虑电压、电流之间的相位差()。即P=UIcos式中，cos是电路的功率因数。第2章 硬件操作实验 4444只有当负载为电阻性负载时，电压、电流同相才有cos=1；当负载为其他负载时，cos则介于01之间。cos愈小，发电机发出的有功功率就愈小，无功功率则愈大。无功功率愈大，发电机发出的能量就不能充分被利用。同时，由于线路和发电机绕组存在内阻，因此cos愈小，功率损耗P就愈大，电网线路传输效率将下降，所以提高功率因数对国民经济

17、发展有着极为重要的意义。功率因数不高的根本原因是由于存在电感性负载(如：电动机、电焊变压器等)。常用的解决方法是在电感性负载两端并联电容，减小电压和线路电流之间的相位差，提高功率因数。由于并联了电容，线路电流减小，功率损耗下降。 第2章 硬件操作实验 4545(一)基本实验部分(1)按图2-14所示连线(可变电容C断开)，测定各实验数据，并填入表2-13中。 第2章 硬件操作实验 4646图2-14 电路图(一)第2章 硬件操作实验 4747(2)根据表2-13中测得的数据，计算R、r、XL、Z、L、cos等参数，并将计算结果填入表2-14中。第2章 硬件操作实验 4848(3)在图2-14中

18、的A、B两端并联可变电容C，测得实验数据，并填入表2-15中。第2章 硬件操作实验 4949(二)增强实验部分交流电路的基本元件有电阻R、电感L和电容C，用它们可以组成串联、并联或各种串、并混合电路。如果保持交流激励源的幅值不变，只改变其频率，则电路中各电容和电感元件的电流、电压的幅值和相位都随着改变，这就是交流电路的频率特性。其中，幅值与频率的关系称为幅频特性，相位与频率的关系称为相频特性。本增强实验将测试几种交流电路的幅频特性。1.高通、低通滤波电路高通、低通滤波电路(1)利用0.1F和1k电阻，按图2-15(a)、(b)接线。第2章 硬件操作实验 5050图2-15 电路图(二)第2章

19、硬件操作实验 51 51(2)函数信号发生器输出10U的正弦波接入U1两端。(3)调节函数信号发生器输出信号的频率为表2-16所列f值，保持信号幅值(10UP-P)不变，测量每个频率值下相应的R和C两端的电压U01和U02，记入表2-16中。第2章 硬件操作实验 52522.RLC并联电路并联电路(1)利用0.1F电容、30mH电感、200及1k电阻组成如图2-16所示电路。(2)将函数信号发生器输出的正弦波经功率输出接入a、b。(3)依次将函数信号发生器输出信号的频率调至表2-17所列的f值，并调节输出信号的幅值，使r两端的电压Ur=1.00V。(4)在每一频率值下，测量R两端的电压UR，记

20、入表2-17中。第2章 硬件操作实验 5353图2-16 电路图(三) 第2章 硬件操作实验 5454四、实验思考四、实验思考(1)掌握实际电感中内阻r的计算方法。(2)当并联电容值变化时，观察总电流I总的变化规律，并分析其原因。(3)根据实验数据，在坐标纸上绘制高通、低通滤波电路和RLC并联电路的幅频特性曲线。(4)总结高通、低通滤波电路和RLC并联电路的频率特性。第2章 硬件操作实验 55552.5 RLC谐振电路研究谐振电路研究一、实验目的一、实验目的(1)了解RLC串联电路的谐振现象，测定谐振曲线。(2)研究电路品质因数Q值对谐振特性的影响。(3)了解串联电路的谐振特点。(4)了解并联

21、电路的谐振特点。第2章 硬件操作实验 5656二、实验预习要求二、实验预习要求(1)预习串、并联电路的谐振条件，并计算出谐振频率f0和品质因数Q。(2)如何判别电路已处于谐振状态。(3)改变电路中哪些参数可以使电路发生谐振。(4)写出实验预习报告。三、实验内容与数据记录三、实验内容与数据记录1.串联谐振特点串联谐振特点将R、L、C串联电路接至频率可变电源Ui上(见图2-17)，由于感抗和容抗的数值随频率变化而改变，因此电路中的电流大小也随频率变化而变化，其数值为 第2章 硬件操作实验 5757图2-17 电路图(一) 第2章 硬件操作实验 5858式中，U为电源电压，Z为总阻抗。 R=RL+R

22、1当L=时，电路发生串联谐振，电路呈电阻性。总阻抗Z0=R为最小值。电流I0=为最大值。此时，谐振频率f0为 其数值取决于电路参数L、C。 C1RU第2章 硬件操作实验 59592.品质因数品质因数Q对谐振特性的影响对谐振特性的影响(谐振曲线及通频带谐振曲线及通频带)品质因数Q值标志着谐振电路质量的好坏，其大小取决于电路参数。Q值可以用谐振时电感或电容的端电压与电源电压的比值来表示，即 串联电路中，电流随频率变化的关系曲线(见图2-18)通常称为谐振曲线，其纵坐标表示电流，横坐标表示频率。 第2章 硬件操作实验 6060由谐振曲线可见，在谐振频率f0附近电流较大，离开f0则电流很快下降，所以电

23、路对频率具有选择性。Q值愈大，则电流下降得愈快，即曲线愈尖锐，选择性愈好。为了从数值上表示谐振电路对频率的选择性，以所包含的频率范围定义为电路的通频带。时的频率分别称为上限频率f2及下限频率f1，则通频带f=f2-f1，而且fQ=f0关系成立，所以Q值愈大，则f愈小，即通频带愈窄，反之则通频带愈宽。 第2章 硬件操作实验 61 61(一)基本实验部分按图2-19所示连接电路，测出各实验数据，测量f0的方法如下：(1)找出电路的谐振频率f0，其方法是：将表接在R两端，令信号源的频率由小逐渐变大(注意要维持信号源的输出幅度不变)，当UR的读数为最大时，读得频率计上的频率值即为电路的谐振频率f0，并

24、测量UC与UL、UR、I总。(2)在谐振点两侧，按频率递增或递减依次各取4个测量点，逐点测出f、I总、UR、UL、UC之值，记入数据表2-18、表2-19中。(3)选C=0.01F，R=1k及C=0.1F，R=1k，重复(1)、(2)两步(自制表格)。第2章 硬件操作实验 6262图2-19 电路图(二)第2章 硬件操作实验 6363表表2-18 RLC串联谐振串联谐振(一一) 第2章 硬件操作实验 6464表表2-19 RLC串联谐振串联谐振(二二) 第2章 硬件操作实验 6565(二)增强实验部分并联谐振电路的特征是：当电路谐振时，总电流I0最小。电感支路电流IL或电容支路IC是总电流I的

25、Q倍，谐振频率。按图2-20所示连接电路，测出各实验数据，并填入表2-20中。第2章 硬件操作实验 6666图2-20 电路图(三) 第2章 硬件操作实验 6767表表2-20 RLC并联谐振并联谐振 第2章 硬件操作实验 6868四、实验思考四、实验思考(1)根据实验数据，画出谐振曲线。(2)当频率f大于谐振频率f0及小于谐振频率f0时，电路各呈现什么性质？(3)在RLC串联电路中，谐振时UC与UL是否相等，为什么？(4)如何判别电路是否谐振，有哪些方法？第2章 硬件操作实验 69692.6 三相电路实验三相电路实验一、实验目的一、实验目的(1)掌握三相电源相序的测试方法。(2)观察分析三相

26、电路不对称情况下星形连接中线的使用。(3)学习负载为星形和三角形的连接方法。第2章 硬件操作实验 7070二、实验预习要求二、实验预习要求(1)复习三相对称与不对称电路的概念。(2)复习星形负载、三角形负载及中线连接和相电压、线电压、相电流、线电流的特点。(3)预习三相电源的相序概念。(4)在应用三相电源时，注意安全。(5)写出三相电路实验的预习报告。第2章 硬件操作实验 71 71三、实验内容与数据记录三、实验内容与数据记录三相电路是一种特殊形式的正弦交流电路。在三相电源中，相电压UP与线电压UL的关系为：UL=UP(UL=380V,UP=220V),各相之间的相位差为120。对称负载星形(

27、Y形)连接时，负载的线电流IL等于相电流IP，线电压UL是相电压UP的倍，即UL=UP。对称负载三角形(形)连接时，负载的线电压UL等于相电压UP，线电流IL是相电流IP的 倍，即IL= IP。33333第2章 硬件操作实验 7272(一)基本实验部分(1)三相电源相序的测定：按图2-21所示连接电路(A、B、C分别连接三相电源的三根相线)，测定各实验数据，并填入表2-21中(其中N是三相电源中的中线)。(2)星形(Y形)连接实验数据测定：按图2-22所示接线(电路不对称条件是在A相负载上并联一个1F电容，B相、C相不并联电容)，测定各实验数据，并填入表2-22中。 第2章 硬件操作实验 73

28、73图2-21 相序检测电路图 第2章 硬件操作实验 7474表表2-21 相序指示器相序指示器 第2章 硬件操作实验 7575图2-22 星形连接电路图 第2章 硬件操作实验 7676表表2-22 三相电路星形连接三相电路星形连接 第2章 硬件操作实验 7777(二)增强实验部分三角形(形)连接实验数据的测定：按图2-23所示接线(电路不对称条件是在电路A、B两端并联一个1F电容，其他不变)，测得各实验数据，并填入表2-23中。第2章 硬件操作实验 7878图2-23 三角形连接电路图 第2章 硬件操作实验 7979四、实验思考四、实验思考(1)在星形(Y形)连接时，如果负载不对称又没有中线

29、，将对负载产生什么后果？(2)当不对称负载作三角形连接时，线电流与相电流之间是否构成固定的比例关系？(3)通过实验数据，总结星形、三角形连接在负载对称与不对称两种情况下，线电压、相电压和线电流、相电流之间的关系。第2章 硬件操作实验 80802.7 电流源与电压源的等效变换电流源与电压源的等效变换一、实验目的一、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。(3)加深理解电路的等效变换。二、实验预习要求二、实验预习要求(1)复习电流源与电压源等效变换的概念。(2)掌握理想电源与实际电源的区别。(3)写出实验预习报告。第2章 硬件操作实验 81

30、 81三、实验内容与数据记录三、实验内容与数据记录(一)实验原理电工理论中的理想电源有两种：一种称为理想电压源，当它接上负载后，其负载变化时，输出的电压保持不变(特性如图2-24所示)；另一种称为理想电流源，当它接上负载后，其负载变化时，输出的电流保持不变(特性如图2-25所示)。 第2章 硬件操作实验 8282图2-24 理想电压源 第2章 硬件操作实验 8383图2-25 理想电流源 第2章 硬件操作实验 8484但是在实际工程中，理想电源是不存在的。实际电压源可以用一个理想电压源Us与一电阻R0的串联组合来表示；实际电流源也可以用一个理想电流源Is与一电阻R0的并联组合来表示。电压源与电

31、流源之间可以互相转换(见图2-26)。等效转换条件为 第2章 硬件操作实验 8585图2-26 两种电源的等效变换 第2章 硬件操作实验 8686(二)实验部分1.测定直流稳压电源(理想电压源)与实际电压源的外特性(1)按图2-27所示连接电路。Us为+12V直流稳压电源。调节R2，令其阻值由大至小变化，记录电压、电流的值于表2-24中。第2章 硬件操作实验 8787图2-27 电路图(一) 第2章 硬件操作实验 8888(2)按图2-28所示连接电路，虚线框可模拟为一个实际的电压源。调节R2，令其阻值由大至小变化，记录电压、电流的值于表2-25中。 第2章 硬件操作实验 8989图2-28

32、电路图(二) 第2章 硬件操作实验 90902.测定电流源的外特性测定电流源的外特性按图2-29所示连接电路，Is为直流恒流源，调节其输出为10mA，令R0分别为1k和(即接入和断开)，调节电位器RL(从0至1k)，测出这两种情况下的电压表和电流表的读数。将数据记录于表2-26、表2-27中。(1)R0=1k时，将结果记录于表2-26中。(2)R0=时，将结果记录于表2-27中。 第2章 硬件操作实验 91 91图2-29 电路图(三) 第2章 硬件操作实验 9292第2章 硬件操作实验 93933.测定电源等效变换的条件测定电源等效变换的条件先按图2-30(a)所示连接电路，记录线路中两表的

33、读数。然后利用图2-30(a)中右侧的元件和仪表，按图2-30(b)所示连接电路。调节恒流源的输出电流Is，使两表的读数与图2-30(a)时的数值相等，记录Is之值，验证等效变换条件的正确性。第2章 硬件操作实验 9494图2-30 电路图(四) 第2章 硬件操作实验 9595四、实验思考四、实验思考(1)根据实验结果，绘出电流源和电压源的外特性曲线。(2)直流稳压源的输出端为什么不允许短路？(3)验证电压源与电流源的等效变换条件。 第2章 硬件操作实验 96962.8 最大功率传输条件的测定最大功率传输条件的测定一、实验目的一、实验目的(1)掌握负载获得最大传输功率的条件。(2)了解电源输出

34、功率与效率的关系。二、实验预习要求二、实验预习要求(1)预习电源电压与负载所得最大功率的关系。(2)预习电源内阻与负载所得最大功率的关系。(3)写出实验预习报告。第2章 硬件操作实验 9797三、实验内容与数据记录三、实验内容与数据记录(一一)实验原理实验原理1.电源与负载功率的关系电源与负载功率的关系图2-31可视为一个电源向负载输送电能的模型，R0可视为电源内阻和传输线路电阻的总和，RL为可变负载电阻。负载RL上消耗的功率P可表示为 当RL=0或RL=时，电源输送给负载的功率均为零。而以不同的RL值代入上式可求得不同的P值，其中必有一个RL值使负载能从电源处获得最大的功率。第2章 硬件操作

35、实验 9898图2-31 电路图(一) 第2章 硬件操作实验 99992.负载获得最大功率的条件负载获得最大功率的条件根据数学求最大值的方法，令负载功率表达式中的RL为自变量，P为应变量，并使dP/dRL=0，即可求得最大功率传输的条件：令(RL+R0)2-2RL(RL+R0)=0，解得RL=R0第2章 硬件操作实验 100100当满足RL=R0时，负载从电源获得的最大功率为 这时，称此电路处于“匹配”工作状态。第2章 硬件操作实验 1011013.匹配电路的特点及应用匹配电路的特点及应用当电路处于“匹配”状态时，电源本身要消耗一半的功率，此时电源的效率只有50%。显然，这在电力系统的能量传输

36、过程中是绝对不允许的。发电机的内阻是很小的，电路传输的最主要指标是要高效率送电，最好是100%的功率均传送给负载。为此，负载电阻应远大于电源的内阻，即不允许运行在“匹配”状态。而在电子技术领域里却完全不同，一般的信号源本身功率较小，且都有较大的内阻；负载电阻(如扬声器等)往往是较小的定值，且希望能从电源获得最大的功率输出，而电源的效率往往不予考虑。通常设法改变负载电阻，或者在信号源与负载之间加阻抗变换器(如音频功放的输出级与扬声器之间的输出变压器)，使电路处于匹配工作状态，以使负载能获得最大的输出功率。第2章 硬件操作实验 102102(二)实验部分(1)将相关器件按图2-32接线。图中的电源

37、Uo接直流稳压电源，负载RL取自元件箱的电阻箱。(2)开启稳压电源开关，调节其输出电压为10V，之后关闭该电源，通过导线将其输出端接至实验线路Uo的两端。 第2章 硬件操作实验 103103图2-32 电路图(二)第2章 硬件操作实验 104104(3)设置R0=100，开启稳压电源，用直流电压表按表2-28中的内容进行测量，即令RL在01k范围内变化时，分别测出Uo、UL及I的值，并填入表2-28中。表中Uo、Po(=UoI)分别为稳压电源的输出电压和功率，UL、PL(=ULI)分别为RL两端的电压和功率，I为电路的电流。(4)改变内阻值为R0=300，输出电压Uo=15V，重复上述测量。第

38、2章 硬件操作实验 105105第2章 硬件操作实验 106106四、实验思考(1)电力系统进行电能传输时为什么不能工作在匹配工作状态？(2)实际应用中，电源的内阻是否随负载而变？(3)电源电压的变化对最大功率传输的条件有无影响？(4)整理实验数据，分别画出两种不同内阻下的下列各关系曲线：I-RL，Uo-RL，UL-RL,Po-RL,PL-RL第2章 硬件操作实验 1071072.9 二端口网络与等效网络变换实验二端口网络与等效网络变换实验一、实验目的一、实验目的(1)加深理解二端口网络的基本理论。(2)掌握直流二端口网络传输参数的测量技术。(3)掌握无源等效网络变换的条件及计算公式。(4)用

39、实验验证等效变换的正确性。第2章 硬件操作实验 108108二、实验预习要求二、实验预习要求(1)预习二端口网络及其方程。(2)预习二端口网络参数矩阵及它们之间的相互关系。(3)预习网络参数等效变换的原理及方法。(4)写出预习实验报告。三、实验内容与数据记录三、实验内容与数据记录对于任何一个线性网络，我们所关心的往往只是输入端口和输出端口的电压和电流之间的相互关系，并通过实验测定的方法求取一个极其简单的等值二端口电路来替代原网络，此即为“黑盒理论”的基本内容。第2章 硬件操作实验 109109一个二端口网络两端口的电压和电流四个变量之间的关系，可以用多种形式的参数方程来表示。本实验采用输出口的

40、电压U2和电流I2作为自变量，以输入口的电压U1和电流I1作为应变量，所得的方程称为二端口网络的传输方程，如图2-33所示的无源线性二端口网络(又称为四端网络)的传输方程为U1=AU2+BI2，I1=CU2+DI2式中，A、B、C、D为二端口网络的传输参数，其值完全决定于网络的拓扑结构及各支路元件的参数值。这四个参数表征了该二端口网络的基本特性，它们的含义分别是：第2章 硬件操作实验 110110由上可知，只要在网络的输入口加上电压，在两个端口同时测量其电压和电流，即可求出A、B、C、D四个参数，此即为双端口同时测量法。 第2章 硬件操作实验 111111图2-33 无源二端口网络 第2章 硬

41、件操作实验 112112(一)基本实验部分按二端口网络实验电路连线(如图2-34所示)，将直流稳压电源的输出电压调到10V，作为二端口网络的输入。分别测定两个二端口网络的传输参数A1、B1、C1、D1和A2、B2、C2、D2，并列出它们的传输方程，将数据填入表2-29、表2-30中。第2章 硬件操作实验 113113图2-34 实验电路 第2章 硬件操作实验 114114第2章 硬件操作实验 115115(二)增强实验部分在电路分析中，除了经常会遇到电阻的串并联连接外，还会遇到Y、形连接。如桥式电阻电路，用简单的电阻并联已无法简化，必须用电阻Y、形转换才能化简，如图2-35所示的负载Y形连接法

42、，求出等效变换后形连接法的R12、R23、R31等效参数，如图2-36所示。Y形连接也叫T形连接，或星形连接；形连接也叫形连接，或三角形连接。如图2-35、2-36所示的电阻网络即是Y、形连接。这两个电路中当它们的电阻满足一定的关系时，能够相互等效变换，变换后能简化电路的分析。 第2章 硬件操作实验 116116图2-35 负载Y形连接法 第2章 硬件操作实验 117117图2-36 负载形连接法 第2章 硬件操作实验 118118等效条件：经推导可得：(1)Y形转换为形时的等效参数换算方法：第2章 硬件操作实验 119119(2)形转换为Y形时的等效参数换算方法：当R1=R2=R3=RY时，

43、有按图2-37接线，测出RL上的电压UL及I，并记录于表2-31中。按图2-38所示接线，测出RL上的电压UL及I，并记录于表2-31中。当U1=15V时重复上述实验，并将数据记录于表2-31中。第2章 硬件操作实验 120120图2-37 电路图(一) 第2章 硬件操作实验 121121第2章 硬件操作实验 122122图2-38 电路图(二)第2章 硬件操作实验 123123四、实验思考四、实验思考(1)用二端口网络概念分析电路的方法与以前一般的电路分析方法有何区别？(2)通过实验，你对网络参数的等效变换如何理解？第2章 硬件操作实验 1241242.10 受控源受控源VCVS、VCCS、

44、CCVS、CCCS的实验研究的实验研究一、实验目的一、实验目的(1)熟悉四种受控电源的基本特性。(2)掌握受控源转移参数的测试方法。二、实验预习要求二、实验预习要求(1)理解受控源的基本特性，区分受控源与独立源、无源器件的不同之处。(2)受控源转移电阻rm，转移电导gm，电流增益系数，电压增益系数的意义是什么？应如何测试？第2章 硬件操作实验 125125三、实验内容与数据记录三、实验内容与数据记录(1)受控源、独立电源和无源元件的特性。独立电源的输出由电源本身的特性决定，与外接电路无关，独立源的电势Es或电流Is是某一固定的数值或是时间的某一函数，它不随电路其余部分的状态而变。而受控源是其电

45、势或电流随电路中另一支路的电压或电流而变的一种电源，它是电子器件中所发生的物理现象的一种模型。无源元件两端的电压和它自身的电流有一定的函数关系，而受控源的输出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。第2章 硬件操作实验 126126独立源与无源元件是二端器件，受控源则是四端器件，或称为双口元件。受控源有两对端钮，一对输出端钮，一对输入端钮，输入端用来控制输出端电压或电流大小，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和电流控制电压源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。第2章 硬件操

46、作实验 127127(2)当受控源的输出电压(或电流)与控制支路的电压(或电流)成正比变化时，则称该受控源是线性的。理想受控源的控制支路中只有一个独立变量(电压或电流)，另一个独立变量等于零，即从输入口看，理想受控源或者是短路(即输入电阻R10，因而U10)，或者是开路(即输入电导G10，因而输入电流I10)；从输出口看，理想受控源或者是一个理想电压源，或者是一个理想电流源。 第2章 硬件操作实验 128128(3)受控源的控制端与受控端的关系式称为转移函数。四种受控源的定义及其转移函数参量的定义如下：电压控制电压源(VCVS)：U2 f (U1)，U2/U1称为转移电压比(或电压增益)。电压

47、控制电流源(VCCS)：I2f(U1)，gmI2/U1称为转移电导。电流控制电压源(CCVS)：U2 f (I1)，rmU2/I1称为转移电阻。电流控制电流源(CCCS)：I2 f (I1)，I2/I1称为转移电流比(或电流增益)。第2章 硬件操作实验 129129(一)基本实验部分1.CCVS的输出伏安特性及转移电阻的输出伏安特性及转移电阻rm的测试的测试(1)实验线路如图2-39所示。(2)实验方法。按图接线，接通电源。调节稳流电源输出电流，使电流I1=2mA，然后改变RL为不同值时测出U2、I2，将数据填入表2-32中。绘制CCVS的输出伏安特性U2= f (I2)。固定RL=2k，调节

48、稳流电源的输出电流I1，按表2-33所列I1值测出U2，绘制U2f(I1)曲线，计算出线性部分转移电阻rm。 第2章 硬件操作实验 130130图2-39 CCVS电路图 第2章 硬件操作实验 131131第2章 硬件操作实验 1321322.VCCS的输出伏安特性及转移电导的输出伏安特性及转移电导gm的测试的测试(1)实验线路如图2-40所示。(2)实验方法。按图接线，接通电源。调节稳压电源电压，使电压U1=2V，改变RL为不同值时测量出U2、I2，将数据填入表2-34中。绘制VCCS的输出伏安特性I2= f (U2)。 固定RL=2k，调节稳压电源输出电压U1，按表2-35所列U1值测出相

49、应的I2值，绘制I2f(U1)曲线，计算出线性部分转移电导gm。第2章 硬件操作实验 133133图2-40 VCCS电路图 第2章 硬件操作实验 134134第2章 硬件操作实验 135135(二二)增强实验部分增强实验部分1.CCCS的输出伏安特性及电流增益系数的输出伏安特性及电流增益系数的测试的测试(1)实验线路如图2-41所示。(2)实验方法。按图接线，接通电源。调节稳流电源，输出电流I1=1mA，改变RL为不同值时，测量出U2、I2，将数据填入表2-36中。绘制出CCCS的输出伏安特性曲线I2=f(U2)。固定RL=2k，调节稳流电源电流，按表2-37所列I1值测出I2，绘制I2f(

50、I1)曲线，计算出线性部分电流增益系数。 第2章 硬件操作实验 136136图2-41 CCCS电路图 第2章 硬件操作实验 137137第2章 硬件操作实验 1381382.VCVS的输出伏安特性及电压增益系数的输出伏安特性及电压增益系数的测试的测试(1)实验线路如图2-42所示。(2)实验方法。按图接线，接通电源。调节稳压电源输出电压，使U1=2V，改变RL的数值，测量出U2、I2，将数据填入表2-38中。绘制VCVS的输出伏安特性U2=f (I2)。固定RL=2k，调节稳压电源输出电压U1，按表2-39所列U1值测出相应的U2值，绘制U2f (U1)曲线，计算出线性部分电压增益系数。 第

51、2章 硬件操作实验 139139图2-42 VCVS电路图 第2章 硬件操作实验 140140第2章 硬件操作实验 141141四、实验思考四、实验思考(1)根据实验数据，绘出四种受控源的转移特性和负载特性曲线，并求出相应的转移参数。(2)若受控源控制量的极性反向，试问其输出极性是否发生变化？(3)对实验结果进行分析，总结对四种受控源的认识和理解。(4)受控源的控制特性是否适合于交流信号？第2章 硬件操作实验 1421422.11 一阶一阶RC电路的暂态响应电路的暂态响应一、实验目的一、实验目的(1)测定一阶RC电路的零状态响应和零输入响应，并从响应曲线中求出RC电路的时间常数。(2)了解电路

52、参数对充放电过程的影响。二、实验预习要求二、实验预习要求(1)什么是暂态过程的零输入响应和零状态响应？(2)一阶RC暂态电路的时间常数由什么决定？一般认为经过几个时间，暂态过程趋于结束。(3)理论计算时间常数、iC(t)、uC(t)。第2章 硬件操作实验 143143(4)何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？在方波序列脉冲的激励下，它们输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功用？三、实验内容与数据记录三、实验内容与数据记录(1)图2-43所示电路的零状态响应为式中,=RC是电路的时间常数。第2章 硬件操作实验 144144图2-43 电路的零状态响应第2章 硬件操作实验 1451

53、45图2-44所示电路的零输入响应为式中,=RC是电路的时间常数。 第2章 硬件操作实验 146146图2-44 RC电路的零输入响应 第2章 硬件操作实验 147147(2)暂态过程是十分短暂的单次变化过程。要用普通示波器观察暂态过程和测量有关的参数，就必须使这种单次变化的过程重复出现。为此，我们可利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；利用方波的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，那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响应就和直流电路接通与断开的过渡过程是基本相同的。第2章 硬件

54、操作实验 148148图2-43、图2-44所示的RC一阶电路的零状态响应和零输入响应分别按指数规律增长和衰减，其变化的快慢取决于电路的时间常数。(3)时间常数的测定方法。用示波器测量零状态响应的波形如图2-45所示。当t时，UC()0.632Us，此时所对应的时间就等于。亦可用零输入响应波形降到0.368Us所对应的时间测得，如图2-46所示。第2章 硬件操作实验 149149图2-45 RC电路的零状态响应 第2章 硬件操作实验 150150图2-46 RC电路的零输入响应 第2章 硬件操作实验 151151(一)基本实验部分(1)测定RC一阶电路的零状态响应和零输入响应，接线如图2-47

55、所示。(2)从电路板上选R10k，C6800pF组成如图2-47所示的RC充放电电路。脉冲信号发生器输出UP-P3V、f1kHz的方波电压信号，用示波器同时观察激励源us和响应信号uC，根据示波器屏幕上观察到激励与响应的变化规律，测算出时间常数，并用方格纸按1 1的比例描绘波形。第2章 硬件操作实验 152152图2-47 RC暂态过程电路图 第2章 硬件操作实验 153153(3)令R10k，C0.1F，在同样的方波激励信号(UP-P3V，f1kHz)作用下，观察并描绘激励与响应的波形。(4)令C0.01F，R100，在同样的方波激励信号(UP-P3V，f1kHz)作用下，观测并描绘激励与响

56、应的波形。(5)令C0.01F，R1M，在同样的方波激励信号(UP-P3V，f100Hz)作用下，观测并描绘激励与响应的波形。第2章 硬件操作实验 154154(二)增强实验部分微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的电路，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，在方波序列脉冲的重复激励下，当满足RC 条件时，即称为积分电路。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。利用积分电路可以将方波转变成三角波。从输入/输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的作用。自行设计实验参数，在实验过程中仔细观察输入/输出波形，并作记录。2T第2章 硬件操作实验 1

57、57157四、实验思考四、实验思考 (1)根据实验观测结果，在方格纸上绘出RC一阶电路充放电时UC的变化曲线，由曲线测得值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。(2)分析电容值或电阻值发生改变后对输出响应的影响。(3)根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的特征。第2章 硬件操作实验 1581582.12 单相变压器特性的测试单相变压器特性的测试一、实验目的一、实验目的(1)通过测量计算变压器的各项参数。(2)学会测量、绘制变压器的空载特性、短路特性与外特性曲线。二、实验预习要求二、实验预习要求(1)了解单相变压器合闸瞬间出现冲击电流的原因，以及实验操作中

58、应如何避免冲击电流损坏仪表设备。(2)了解单相变压器空载特性、短路特性与外特性的意义及测定方法。(3)当变压器负载为电阻性、电感性或电容性时，变压器输出电压会随负载电流怎样变化？ 第2章 硬件操作实验 159159三、实验内容与数据记录三、实验内容与数据记录1.理想变压器理想变压器图2-49所示为理想变压器的电气模型，它是一个具有两对端子的电路元件，其初级(原边)和次级(副边)的电压电流关系可表示为U1=nU2I2=-nI1式中，n称做变压器的变比或匝数比，方程中的正负号适用于图示参考方向。理想变压器输入的全部能量是：U1I1+U2I2=0，这说明理想变压器是一种无源器件，它既不储存能量也不消

59、耗能量，仅仅是传送能量，将从电源吸收的功率全部传送给负载。第2章 硬件操作实验 160160图2-49 理想变压器 第2章 硬件操作实验 1611612.铁芯变压器铁芯变压器理想变压器实际上是不存在的。实际的变压器通常都是用线圈和铁芯组成的，在传递能量的过程中要消耗电能。因为线圈有直流电阻，铁芯中有涡流磁滞损耗，并且为了传送能量铁芯中还必须储藏磁能，所以变压器还对电源吸收无功功率。线圈中的损耗称铜耗，铁芯中的损耗称铁耗。通常，这些损耗相对于变压器传递的功率来说都是较小的。因此，在许多情况下实际变压器可近似看做理想变压器。其电压比、电流比、阻抗比及功率关系可通过实验测量取得。图2-50所示为铁芯

60、变压器参数的测量线路。第2章 硬件操作实验 162162图2-50 铁芯变压器参数测量线路 第2章 硬件操作实验 163163由各仪表读得变压器原边(AX)的U1、I1、P1及副边(ax)的U2、I2，并用万用表R1挡测出原、副绕组的电阻R1和R2，即可算得变压器的以下各项参数值：第2章 硬件操作实验 1641643.铁芯变压器的空载特性和短路特性铁芯变压器的空载特性和短路特性在变压器中，当副边空载时，原边电压与电流的关系称为变压器的空载特性，即U1=f(I1);当原边短路时，副边电压与电流的关系称为变压器的短路特性，即U2=f(I2)。空载实验通常是将高压侧开路，由低压侧通电进行测量;短路实