电路实验1-10(电子使用)

1、电 路 实 验 指 导 手 册吴 静 编惠州学院电子科学系前 言本电路实验装置采用上海宝徕科技开发有限公司生产的SBL-2型电工实验台。该实验台结构合理，安全可靠，可做实验二十二个，本实验指导书根据教学大纲从中摘选十三个实验编写。在实验指导书的制定、整理和审核工作中，得到了上海宝徕科技开发有限公司、惠州学院电子信息系林卫中教授、徐瑜老师、刘晓莉老师的大力帮助，在此表示感谢！由于时间仓促，本实验指导书有不当之处、需要改进的地方，请各位老师和同学指正，以便在以后的工作中进一步完善。实验室安全卫生制度 为了搞好以防盗、防火、防爆、防灾害等事故为中心的安全预防工作，保障师生员工人身和实验室的安全，特作

2、如下规定：1. 实验室安全工作要坚持各级主管领导负责制，切实抓好安全教育，树立“预防为主，安全第一”的思想，把安全工作真正落实到实处。2. 实验室要建立健全有关操作规程，建立安全值班制度；值班人员要坚守岗位，认真做好安全管理工作；当班教师要配合值班人员进行安全检查；每次实验结束和下班前，都要切断电源、水源等，消除火种、关锁好门窗等。3. 凡有危险性的实验，任课教师必须首先讲清操作规程，安全事项，其后必须两人以上进行实验，不得随便让非实验人员操作。4. 实验室要加强对易燃、易爆等危险品的管理。5. 严禁乱拉、乱接电源线，经常检修，维护线路以及通风、防火设备等。电炉要专人管理，不得私用电炉与炊、烹

3、电器。6. 严禁在实验室内抽烟与未经批准动用明火，做好防火与消防设施的维护、管理工作。7. 如发生不安全紧急情况，要及时报警。8. 凡违反安全规定造成的事故，要及时上报，不准隐瞒不报，并按有关规定对主管领导与当事人予以严肃处理。9. 实验工作人员，应做好本室的文明建设、整洁卫生工作，实验仪器设备应布局合理、摆放整齐，并且要定期对实验室卫生工作进行检查，采取措施，保持良好的实验环境。实验室的桌面、墙面、地面、门窗和设备应无积灰、蛛网及杂物。10. 各实验室人员需协助实验室主任负责实验室的安全工作。 电子科学系电路实验室守则一、保持实验室内清洁、整齐和安静，不得在室内吸烟、喧哗、打闹、吃东西，尤其

4、不得在室内吃香口胶，其渣滓严禁掉在台面、地板及走廊上。二、爱护设备，正确操作和实验，发现异常现象应迅速关机或切断电源，立即报告实验室管理人员；不准擅自开关照明、空调和其它用电设备，严禁自行拆卸搬动设备，不准动用与本实验无关的仪器设备。三、实验时，先按要求接好电路，认真检查线路，经实验教师检查无错后才能正式加电工作。四、 实验过程中认真、真实地记录实验数据，课后写出实验报告交实验教师批改。五、 实验完毕先经实验教师检查实验结果，整理台面、各类导线分类归好，仪器开关旋钮置于合适位置，得到实验教师的许可方可离室。六、 学生轮流值日，打扫卫生。七、 带他人进入实验室须经系领导同意。八、 对于不遵守守则

5、的行为，任何人都可以指出，劝其改正，不听劝告者，实验教师有权停止其实验。九、 注意安全，积极作好“防火、防盗、防破坏、防事故”工作。十、 因违反守则而引起事故或造成损失将要追究责任。 电子科学系电 路 实 验 目 录实验一 基尔霍夫定律验证和电位的测定1实验二 叠加原理验证5实验三 戴维南定理验证和有源一端口网络的研究8实验四 受控源VCCS、VCVS、CCVS、CCCS的特性曲线14实验五 RC一阶电路响应与研究22实验六 元件参数测量29实验七 阻抗的串联、并联和混联33实验八 互感电路的测量36实验九 日光灯cos的提高41实验十 三相交流电路44附录一 MC1050/MC1098多功能

6、智能仪表板的使用与操作47附录二 MC1026三相功率表板的使用与操作49附录三 示波器的说明及使用50电路实验01实验一 基尔霍夫定律验证和电位的测定一、实验目的1 验证基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。2 通过电路中各点电位的测量加深对电位、电压及它们之间关系的理解。3 通过实验加强对参考方向的掌握和运用的能力。4 训练电路故障的诊查与排除能力。二、原理与说明1基尔霍夫电流定律（KCL） 在任一时刻，流出（或流入）集中参数电路中任一可以分割开的独立部分的端子电流的代数和恒等于零，即：I=0 或 I入=I出 式（3-1）此时，若取流出节点的电流为正，则流入节点的电流为负。它反映

7、了电流的连续性。说明了节点上各支路电流的约束关系，它与电路中元件的性质无关。要验证基式电流定律，可选一电路节点，按图中的参考方向测定出各支路电流值，并约定流入或流出该节点的电流为正，将测得的各电流代入式（3-1），加以验证。2基尔霍夫电压定律（KVL） 按约定的参考方向，在任一时刻，集中参数电路中任一回路上全部元件两端电压代数和恒等于零，即：U=0 式（3-2）它说明了电路中各段电压的约束关系，它与电路中元件的性质无关。式（3-2）中，通常规定凡支路或元件电压的参考方向与回路绕行方向一致者取正号，反之取负号。3电压、电流的实际方向与参考方向的对应关系参考方向是为了分析、计算电路而人为设定的。实

8、验中测量的电压、电流的实际方向，由电压表、电流表的“正”端所标明。在测量电压、电流时，若电压表、电流表的“正”端与参考方向的“正”方向一致，则该测量值为正值，否则为负值。4电位与电位差 在电路中，电位的参考点选择不同，各节点的电位也相应改变，但任意两节点间的电位差不变，即任意两点间电压与参考点电位的选择无关。5故障分析与检查排除(1) 实验中常见故障连线：连线错，接触不良，断路或短路；元件：元件错或元件值错，包括电源输出错；参考点：电源、实验电路、测试仪器之间公共参考点连接错误等等。(2) 故障检查 故障检查方法很多，一般是根据故障类型，确定部位、缩小范围，在小范围内逐点检查，最后找出故障点并

9、给予排除。简单实用的方法是用万用表（电压档或电阻档）在通电或断电状态下检查电路故障。 通电检查法：用万用表的电压档（或电压表），在接通电源情况下，根据实验原理，电路某两点应该有电压，万用表测不出电压；某两点不应该有电压，而万用表测出了电压；或所测电压值与电路原理不符，则故障即在此两点间。 断电检查法：用万用表的电阻档（或欧姆表），在断开电源情况下，根据实验原理，电路某两点应该导通无电阻（或电阻极小），万用表测出开路（或电阻极大）；某两点应该开路（或电阻很大），但测得的结果为短路（或电阻极小），则故障即在此两点间。三、实验设备 名称 数量 型号直流稳压电源 1台030V可调 1台 1组+15V固

10、定2 万用表 1台 3 电阻 4只 100W*1 150W*1220W*1 510W*14 短接桥和连接导线 若干 P8-1和501485 实验用9孔插件方板 1块 297mm×300mm四、实验步骤1验证基尔霍夫定律（KCL和KVL）的实验线路2基尔霍夫电流定律（KCL）的验证（1） 按图3-2接线，Us1、Us2用直流稳压电源提供。（2） 用万用表（电流档）依次测出电流I1、I2、I3，（以节点b为例），数据记入表3-1内。（3） 根据KCL定律式（3-1）计算I，将结果填入表3-1，验证KCL。表3-1 验证KCL实验数据I1(mA)I2(mA)I3（mA）I3基尔霍夫电压定律

11、（KVL）的验证（1）按图3-2接线，US1、US2用直流稳压电源。（2）用万用表的电压档，依次测出回路1（绕行方向：beab）和回路2（绕行方向：bcdeb）中各支路电压值，数据记入表3-2内。（3）根据KVL定律式（3-2），计算U，将结果填入表3-2，验证KVL。表3-2 验证KVL实验数据回路1(beab)Ube(V)Uea(V)Uab(V)U回路2(bcdeb)Ubc(V)Ucd(V)Ude(V)Ueb(V)U4电位的测定（1）仍按图3-2接线。（2）分别以c、e两点作为参考节点（即Vc=0、Ve=0；也即黑表笔分别放在c、e点，红表笔测a , b，c，d，e点），测量图3-2中各节

12、点电位，将测量结果记入表3-3中。（3）通过计算验证：电路中任意两点间的电压与参考点的选择无关。表3-3 不同参考点电位与电压测试值(V)VaVbVcVdVec节点e节点计算值(V)UabUbcUcdUdeUebUeac节点e节点五、注意事项使用指针式仪表时，要特别关注指针的偏转情况，及时调换表的极性，防止指针打弯或损坏仪表。直流电压源输出时，须首先将交流调压器调至20以上，才可保证直流电压满量程（030V）输出。4验证KCL、KVL时，电压端电压都要进行测量，实验中给定的已知量仅作为参考。5测量电压、电位、电流时，不但要读出数值来，还要判断实际方向，并与设定的参考方向进行比较，若不一致，则该

13、数前加“”号。6.优化电路接线图，尽量清晰明了。六、分析和讨论1测量电压、电流时，如何判断数据前的正负号？负号的意义是什么？2电位出现负值，其意义是什么？3计算表3-2中的U是否为零？为什么？4对表3-3中的计算值进行分析，可以得出什么结论？电路实验02实验二 叠加原理验证一 实验目的1 验证叠加定理，加深对该定理的理解。2 掌握叠加原理的测定方法。3 加深对电流和电压参考方向的理解。二 实验原理与说明对于一个具有唯一解的线性电路，由几个独立电源共同作用所形成的各支路电流或电压，是各个独立电源分别单独作用时在各相应支路中形成的电流或电压的代数和。图4-1所示实验电路中有一个电压源Us及一个电流

14、源Is。 设Us和Is共同作用在电阻R1上产生的电压、电流分别为U1、I1，在电阻R2上产生的电压、电流分别为U2、I2，如图4-1(a)所示。为了验证叠加原理令电压源和电流源分别作用。当电压源Us不作用，即Us=0时，在Us处用短路线代替；当电流源Is不作用，即Is=0时，在Is处用开路代替；而电源内阻都必须保留在电路中。 （1） 设电压源Us单独作用时（电流源支路开路）引起的电压、电流分别为、，如图4-1(b)所示。（2） 设电流源单独作用时（电压源支路短路）引起的电压、电流分别为、，如图4-1(c)所示。 这些电压、电流的参考方向均已在图中标明。验证叠加定理，即验证式（4-1）成立。式（

15、4-1）三 实验设备 名称 数量 型号1 直流稳压电源 1台 030V可调2 固定稳压电源 1台 +15V3 万用表 1台4 电阻 3只 51W*1 100W*1 330W*15 短接桥和连接导线 若干 P8-1和501486 实验用9孔插件方板 1块 297mm×300mm四 实验步骤1 按图4-2接线，取直流稳压电源US1=10V，US2=15V，电阻R1=330W，R2=100W，R3=51W。2 当US1、US2两电源共同作用时，测量各支路电流和电压值。选择合适的电流表和电压表量程，及接入电路的极性。用短接桥（或导线）将“5”和“2”连接起来。接通电源US1；用短接桥（或导线

16、）将“6”和“4”连接起来，接通电源US2，分别测量电流I1、I2、I3和电压U1、U2、U3。根据图4-2电路中各电流和电压的参考方向，确定被测电流和电压的正负号后，将数据记入表4-1中。3 当电源US1单独作用时，测量各电流和电压的值。选择合适的电流表和电压表量程，确定接入电路的极性。用短接桥（或导线）将“5”和“2”连接起来，接通电源US1；将“6”和“3”连接起来，使电源US2不作用。分别测量电流、和电压、。根据图4-2中各电流和电压的参考方向，确定被测电流和电压的正负号后，将数据记入表4-1中。4 当电源US2单独作用时，测量各电流和电压的值。选择合适的电流表和电压表量程，确定接入电

17、路的极性，用短接桥（或导线）将“5”和“1”连接起来，使电源US1不工作；将“6”和“4”连接起来，接通电源US2。分别测量电流、和电压、。根据图4-2中各电流和电压的参考方向，确定被测电流和电压的正负号后，将数据记入表5-1中。表4-1 验证叠加原理实验数据电源电流(mA)电压(V)US1、US2共同作用I1I2I3U1U2U3US1单独作用U3US2单独作用验证叠加原理五 注意事项1 进行叠加原理实验中，电压源Us不作用，是指Us处用短路线代替，而不是将Us本身短路。不可使用稳压源和可调电压源自身的开关代替K1 、K1。2 测量电压、电流时，要根据图4-2中各电流和电压的参考方向，来判断实

18、际方向，若不一致，则在该数值前加“”号。六 分析和讨论1 在进行叠加原理实验时，不作用的电压源、电流源怎样处理？为什么？2 根据本实验的原理，根据给定的电路参数和电流、电压参考方向，分别计算两电源共同作用和单独作用时各支路电流和电压的值，和实验数据进行相对照，并加以总结和验证。3 通过对实验数据的计算，判别三个电阻上的功率是否也符合叠加原理？4 把US2用恒流源代替，思考如何安排电路原理图？电路实验03实验三 戴维南定理验证和有源一端口网络的研究一 实验目的1 用实验方法验证戴维南定理2 掌握有源一端口网络的开路电压和入端等效电阻的测定方法，并了解各种测量方法的特点3 证实有源一端口网络输出最

19、大功率的条件二 实验原理与说明1 戴维南定理一个含独立电源，受控源和线性电阻的一端口网络，其对外作用可以用一个电压源串联电阻的等效电源代替，其等效源电压等于此一端口网络的开路电压，其等效内阻是一端口网络内部各独立电源置零后所对应的不含独立源的一端口网络的输入电阻（或称等效电阻）如图5-1所示。2 开路电压的测定方法（1） 直接测量法 当有源一端口网络的入端等效电阻与万用表电压档的内阻相比可以忽略不计时，可以用电压表直接测量该网络的开路电压。如图5-3所示。（2） 补偿法当有源一端口网络的入端电阻较大时，用电压表直接测量开路电压的误差较大，这时采用补偿法测量开路电压则较为准确。 图5-4中虚线框

20、内为补偿电路，为另一个直流电压源，可变电阻器接成分压器使用，G为检流计。当需要测量网络、两端的开路电压时，将补偿电路、端分别与、两端短接，调节分压器的输出电压，使检流计的指示为零，被测网络即相当于开路，此时电压表所测得的电压就是该网络的开路电压。由于这时被测网络不输出电流，网络内部无电压降测得的开路电压数值较前一种方法准确。3 入端等效电阻的测定方法（1） 外加电源法 将有源一端口网络内部的独立电压源Us处短接，独立电流源Is处开路，被测网络成为无独立源的一端口网络，然后在端口上加一给定的电源电压，测量流入网络的电流I，如图5-5所示。入端等效电阻： 若被测网络内部去掉独立源后，仅由电阻元件组

21、成，可直接用万用表的电阻档去测出入端效等电阻。实际上网络内部的独立电源都具有一定的内阻，它不能与电源本身分开。在去掉独立电源的同时，其内阻也被去掉，这将影响测量的准确性，因此这种测量方法仅适用于独立电压源内阻很小和独立电流源内阻很大的情况。 （2） 开路短路法分别测量有源一端口网络的开路电压和短路电流，则图5-6为测量有源一端口网络短路电流的电路。这种方法简便，但对于不允许直接短路的一端口网络是不能采用的。（3） 半偏法先测出有源一端口网络的开路电压，再按图5-7接线，为电阻箱的电阻，调节，使其两端电压为开路电压的一半，即=，此时的数值即等于。这种方法克服了前两种方法的局限性，在实际测量中被广

22、泛采用。 4 最大功率传输定理 如前所述，一个实际电源或一个线性有源一端口网络，不管它内部具体电路如何，都可以等效化简为理想电压源Us和一个电阻的串联支路。当负载与电源内阻相等时，负载可获得最大功率，即 电路的效率为： ×100% = 50% 这种情况称为“匹配”，在“匹配”情况下，负载的两端电压仅为电源电动势一半，传输效率为50%。三 实验设备 名称 数量 型号1 直流稳压电源 1台 030V可调2 万用表 1台 3 电阻 10只 10W*2 51W*1 100W*3 150W*2 160W*1 220W*1 330W*14 短接桥和连接导线 若干 P8-1和501485 实验用9

23、孔插件方板 1块 297mm ×300mm 四 实验步骤1 测量有源一端口网络的开路电压和入端等效电阻按图5-9的有源一端口网络接法，取Us = 25V，R1=150W，R2 = R3 =100W，参照实验原理与说明，自已选定测量开路电压和入端等效电阻的方法，将测量结果记录下来。=_；=_；=_；2 测定有源一端口网络的外特性在图5-9有源一端口网络的、端上，依次按表5-1中各的值取电阻作为负载电阻，测量相应的端电压U和电流I，记入表5-1中。3 测定戴维南等效电源的外特性按图5-10接线，图中和为图5-9中有源一端口网络的开路电压和等效电阻，从直流稳压电源取得，从电阻中取一个近似的

24、得到。在、端接上另一电阻作为负载电阻，分别取表5-1中所列的各值，测量相应的端电压U和电流I，记入表5-1中。表5-1 有源一端口网络及等效电路外特性实验数据负载电阻（W）短路51100150160220330开路=Ri=( ) W有 源一 端网 络U（V）I（mA）P= （W）戴维南等 效电 源U（V）I（mA）P=（W）4 计算表5-1中负载功率P。5 根据表5-1中的数据绘制有源一端口网络的伏安特性曲线，并绘制功率P随电流I变化的曲线。 U(V) P(w) 0 I(A) 0 I(A)五 注意事项 若采用图5-4的补偿法测量有源一端口网络的开路电压，应使、端和、端电压的极性一致，电压的数值

25、接近相等，才能接通电路进行测量，否则会使电流过大而击毁检流计。六 分析与讨论1 根据图5-9中已给定的有源一端口网络参数，计算出开路电压UOC等效电阻Ri实验中参考。2 若含源一端口网络不允许短路，如何用其他方法测出其等效电阻Ri？3 根据表5-1中各电压和电流的值可得出什么结论？4 从实验步骤5中得出的P(I)曲线中得出最大功率传输的条件是什么？电路实验04实验四 受控源VCCS、VCVS、CCVS、CCCS的特性曲线一 实验目的1 加深对受控源的理解。2 熟悉由运算放大器组成受控源电路的分析方法，了解运算放大器的应用。3 掌握受控源特性的测量方法。二 实验原理与说明1 受控源是双口元件，一

26、个为控制端口，另一个为受控端口。受控端口的电流或电压受到控制端口的电流或电压的控制。根据控制变量与受控变量的不同组合，受控源可分为四类： 图6-1 受控源(1) 电压控制电压源（VCVS），如图6-1（a）所示，其特性为：(2) 电压控制电流源（VCCS），如图6-1（b）所示，其特性为： 电流控制电压源（CCVS），如图6-1（c）所示，其特性为： 电流控制电流源（CCCS），如图6-1（d）所示，其特性为： 2 运算放大器与电阻元件组成不同的电路，可以实现上述四种类型的受控源。各电路特性分析如下。(1) 电压控制电压源（VCVS）：运算放大器电路如图6-2所示。由运算放大器输入端“虚短”特

27、性可知： 由运算放大器的“虚断”特性，可知： 式（6-1）即运算放大器的输出电压受输入电压控制。其电路模型如图6-1（a）所示。转移电压比： 该电路是一个同相比例放大器，其输入与输出有公共接地端，这种连接方式称为共地连接。(2) 电压控制电流源（VCCS）： 运算放大器电路如图6-3所示。根据理想运放“虚短”、“虚断”特性，输出电流为： 式（6-2）该电路输入，输出无公共接地点，这种连接方式称为浮地连接。(3) 电流控制电压源（CCVS）：运算放大器电路如图6-4所示。根据理想运放“虚短”，“虚断”特性，可推得： 式（6-3）即输出电压受输入电流的控制。其电路模型如图6-1（c）所示。转移电阻

28、为： 式（6-4）(4) 电流控制电流源（CCCS）运算放大器电路如图6-5所示。由于正相输入端“+”接地，根据“虚短”、“虚断”特性可知，“”端为虚地，电路中a点的电压为：所以， 输出电流： 式（6-5）即输出电流只受输入电流的控制，与负载RL无关。它的电路模型如图6-1（d）所示。转移电流比： 式（6-6）三 实验设备名称 数量 型号1 直流稳压电源 1台 030V可调 （MC1032） 1台 ±15V电源 （MC1034）2 万用表 2台3 电阻 19只1kW*3 1.5kW*1 2kW*23kW*1 4.7kW*1 10kW*2 15kW*1 33kW*1 4 集成运算放大器

29、 1块LM7415 电位器 1只100kW/0.25W6 短接桥和连接导线 若干P8-1和501487 实验用9孔插件方板 1块297mm × 300mm四 实验步骤1 测试电压控制电压源特性(1) 实验电路如图6-6所示。(2) 根据表6-1中内容和参数，自行给定U1值，测试VCVS的转移特性U2=f (U1)，计算值，并与理论值比较。（理论值计算可参考式6-1） 表6-1 VCVS的转移特性R1=R2=1kW RL=10kW给定值U1 (V)0.511.522.533.544.5测试值U2 (V)计算值(3) 根据表6-2中内容和参数，自行给定RL值，测试VCVS的负载特性U2=

30、f (RL)，计算值，并与理论值比较。表6-2 VCVS的负载特性U2=f (RL)R1= 1kW R2=2kW U1=1V给定值RL(kW)3.04.7101533测试值U2 (V)计算值(4) 根据表6-3中内容和参数，自行选择R1值，设计出不同电压转移比的受控电压源，计算值，并与理论值比较。表6-3 VCVS的不同电压转移比R2= 1kW RL=2kW U1=1V给定值R1(kW)11.52.03.04.7测试值U2(V)计算值2 测试电压控制电流源特性(1) 实验电路如图6-7所示。(2) 根据表6-4中内容，测试VCCS的转移特性I2=f (U1)，并计算值，并与理论值比较。（可参考

31、式6-2）表6-4 VCCS的转移特性I2=f (U1)R1= 1kW RL=2kW给定值U1(V)0.511.522.533.544.5测试值I2(mA)计算值(3) 根据表6-5中内容，测试VCCS输出特性I2=f (RL)，并计算值。表6-5 VCCS输出特性I2=f (RL)R1= 2kW U 1=1V给定值RL(kW)34.7101533测试值I2(mA)计算值 3 测试电流控制电压源特性(1) 实验电路如图6-8所示。(2) 根据表6-6中内容，测试CCVS的转移特性U2=f (I1)，并计算值，并与理论值进行比较。（可参考式6-4）表6-6 CCVS的转移特性U2=f (I1)R

32、1= 1kW RL=2kW给定值I1(mA)0.10.20.40.811.522.54测试值U2(V)计算值(W)(3) 根据表6-7中内容，测试CCVS输出特性U2=f (RL)，并计算r值。表6-7 CCVS输出特性U2=f (RL)R1= 2kW I1=1.5mA 给定值RL(kW)34.7101533测试值U2(V)计算值(W)4 测试电流控制电流源特性(1) 实验电路如图6-9所示(2) 根据表6-8中内容，测试CCCS的转移特性I2=f (I1)，并计算值，与理论值进行比较（可参考式6-5）表6-8 CCCS的转移特性I2=f (I1) R1= 1kW R2= 1kW RL=2kW

33、 给定值I1(mA)0.10.20.40.811.522.54测试值I2(mA)计算值(3) 根据表6-9中内容，测试CCCS输出特性I2=f (RL)，并计算值。表6-9 CCCS输出特性I2=f (RL)R1= 2kW R2= 1kW I1=0.5mA 给定值RL(kW)3.04.7101533测试值I2(mA)计算值五 注意事项1 实验开始时，先将可调电压源调至零。2 运算放大器输出端不能与地短路，输入高电压不宜过高（小于5V），输入电流不能过大，应在几十微安至几毫安之间。3 运算放大器应有电源（±12V或±15V）供电，其正负极性和管脚不能接错。4 运算放大器的接地

34、点与恒压源的地（零点）接在一起。5 实验步骤3、步骤4，电流控制电压源、电流控制电流源，在实验操作过程中为了能得到可调的且量程数值较小的电流（最小至µA级），可用可调直流稳压源和100kW可调电阻，串联1kW电阻完成，具体连接可参考下图6-10。六 分析和讨论1 用所测数据计算各受控源系统，并与理论值进行比较，分析误差原因。2 总结运算放大器的特点，以及你对此实验的体会。电路实验05实验五 RC一阶电路响应与研究一、 实验目的1 加深理解RC电路过渡过程的规律及电路参数对过渡过程的理解。2 学会测定RC电路的时间常数的方法。3 观测RC充放电电路中电流和电容电压的波形图。4 阅读附录

35、三，学习示波器的使用方法。二、 实验原理与说明1 RC电路的充电过程在图7-1电路中，设电容器上的初始电压为零，当开关S向“2”闭合瞬间，由于电容电压不能跃变，电路中的电流为最大，此后，电容电压随时间逐渐升高，直至= Us；电流随时间逐渐减小，最后；充电过程结束，充电过程中的电压和电流均随时间按指数规律变化。和的数学表达式为：式（7-1）式7-1为其电路方程，是一微分方程。用一阶微分方程描述的电路，为一阶电路。上述的暂态过程为电容充电过程，充电曲线如图7-2所示。理论上要无限长的时间电容器充电才能完成，实际上当t = 5RC时，已达到99.3% Us，充电过程已近似结束。2 RC电路的放电过程

36、在图7-1电路中，若电容C已充有电压Us，将开关S向“1”闭合，电容器立即对电阻R进行放电，放电开始时的电流为，放电电流的实际方向与充电时相反，放电时的电流i与电容电压uc随时间均按指数规律衰减为零，电流和电压的数学表达式为： 式（7-2） 式中，Us为电容器的初始电压。这一暂态过程为电容放电过程，放电曲线如图7-3所示。3 RC电路的时间常数RC电路的时间常数用表示，=RC，的大小决定了电路充放电时间的快慢。对充电而言，时间常数是电容电压从零增长到63.2% Us所需的时间；对放电而言，是电容电压从Us下降到36.8%Us所需的时间。如图7-2，图7-3所示。4 RC充放电电路中电流和电容电

37、压的波形图在图7-4中，将周期性方波电压加于RC电路，当方波电压的幅度上升为U时，相当于一个直流电压源U对电容C充电，当方波电压下降为零时，相当于电容C通过电阻R放电，图7-5(a)和(b)示出方波电压与电容电压的波形图，图7-5(c)示出电流i的波形图，它与电阻电压的波形相似。5 微分电路和积分电路图7-4的RC充放电电路中，当电源方波电压的周期T >>时，电容器充放电速很快，若 >> ，在电阻两端的电压= ，这就是说电阻两端的输出电压与输入电压的微分近似成正比，此电路即称为微分电路，波形如图7-5(d)所示。当电源方波电压的周期T<<时，电容器充放电速度

38、很慢，又若 << ，在电阻两端的电压= = ，这就是说电容两端的输出电压与输入电压的积分近似成正比，此电路称为积分电路，波形如图7-5(e)所示。 三、 实验设备名称数量型号1直流稳压电源1台030V2万用表1台3信号发生器1台4示波器1台5电阻5只51*1 1k*1 10k*1 15k*1 33k*1 6电容4只10nF*1 10F*1 100F*1 1000F*17单刀双向开关1只8. 秒表1只8短接桥和连接导线若干9实验用9孔插件方板1块297mm×300mm四、 实验步骤1 测定RC电路充电和放电过程中电容电压的变化规律（1） 实验线路如图7-6所示，电阻R取15

39、k，电容C取1000F，直流稳压电源Us输出电压取10V，万用表置直流电压20V档，将万用表并接在电容C的两端，首先用导线将电容C短接放电，以保证电容的初始电压为零，然后，将开关S打向位置“1”，电容器开始充电，同时立即用秒表计时，读取不同时刻的电容电压，直至时间t = 5时结束，将t和 (t)记入表7-1中。充电结束后，记下值，在将开关S打向位置“2”处，电容器开始放电，同时立即用秒表重新计时，读取不同时刻的电容电压，也记入表7-1中。 （2） 将图7-6电路中的电阻R换为33 k，重复上述测量，测量结果记入表7-2中。（3） 根据表7-1，和表7-2所测得的数据，以为纵坐标，时间t为横坐标

40、，画RC电路中电容电压充放电曲线 = f(t)。表7-1 R=15 kC=1000FUs=10Vt(s)05101520253035405060708090 (V)充电 (V)放电表7-2 R=33 kC=1000FUs=10Vt(s)05101520253340608090120150165 (V)充电 (V)放电2 测定RC电路充电过程中电流的变化规律（1） 实验线路如图7-7，电阻R取15 k，电容C取1000F，直流稳压电源的输出电压取10V，万用表置电流20mA档，将万用表串联于实验线路中。首先用导线将电容C短接，使电容内部的电放光，在拉开电容两端连接导线的一端同时计时，记录下充电时

41、间分别为5s，10s，15s，20s，25s，33s，40s，45s时的电流值，将数据记录于表7-3中。（2） 将图7-7电路中的电阻R换为33 k，重复上述过程，测量数据记录表7-3中。表7-3 RC充电过程中电流I变化数据记录充电时间 (s)0510152025334045R=15 k C=1000FR=33 k C=1000FR=33 k C=100F（3） 根据表7-3中所列的数据，以充电电流I为纵坐标，充电时间为横坐标，绘制RC电路充电电流曲线 I= f (t)。3 时间常数的测定（1） 实验线路见图7-6，R取33 k，测量从零上升到63.2%Us所需的时间，亦即测量充电时间常数1

42、；再测量从Us下降到36.8%Us所需的时间，亦即测量放电时间常数2；将1，2记入下面空格处。（Us=10V）充电过程中： 计算：63.2%Us=_； 测量：1=_；放电过程中： 计算：36.8%Us=_； 测量：2=_。（2） 实验线路见图7-7，R取33 k，电容C取100F，实验方法同步骤2。观测电容充电过程中电流变化情况，测量数据记录表7-3中。试用时间常数的概念，比较说明R、C对充放电过程的影响与作用。4 观测RC电路充放电时电流i和电容电压uc的变化波形实验线路如图7-7，阻值为10 k，C取10F，电源信号为频率f=1000Hz，幅度为1V的方波电压（也可以利用示波器本身输出的较

43、正方波电压）。用示波器观看电压波形，电容电压由示波器的YA通道输入，方波电压由YB通道输入，调整示波器各旋钮，观察与的波形，并描下波形图。改变电阻阻值，使R=15 k，观察电压波形的变化，分析其原因。5 观测微分和积分电路输出电压的波形按图7-7接线，取R=1 k，C=10F（= RC = 10ms），电源方波电压的频率为1kHz，幅值为1V（T=1/1000=1 ms <<），在电容两端的电压即为积分输出电压，将方波电压输入示波器的YB通道，输入示波器的YA通道，观察并描绘和的波形图。再将图7-7中R和C的位置互换，取C=10F，R=51（= RC = 0.51ms），电源方波电

44、压同上（T=1/1000=1 ms >>），在电阻两端的电压UR即为微分输出电压，将输入示波器的YB通道，UR输入示波器的YA通道，观察并描绘和UR的波形图。 积分输出电压 微分输出电压五、 注意事项1 本次实验中要求万用表电压档的内阻要大，否则测量误差较大，建议采用实验步骤2（串接毫安表，测量充电电路中电流）的方法，更好的理解。2 当使用万用表测量变化中的电容电压时，不要换档，以保证电路的电阻值不变。3 秒表计时和电压/电流表读数要互相配合，尽量做到同步。4 电解电容器有正负极性，使用时切勿接错。5 每次做RC充电实验前，都要用导线短接电容器的两极，以保证其处时电压为零。六、 分析和讨论1 根据实验结果，分析RC电路中充放电时间的长短与电路中RC元件参数的关系。2 通过实验说明RC串联电路在什么条件下构成微分电路，积分电路。3 将方波信号转换为尖脉冲信号，可通过什么电路来实现？对电路参数有什么要求？4 将方波信号转换为三角波信号，可通过什么电路来实现？对电路参数有什么要求？