电路分析课内实验

实验一常用电子仪器仪表的使用掌握数字万用表、直流稳压电源、函数信号发生器和双踪示波器的使用方法。（1）了解本实验的目的、原理和方法，学习各种仪器的使用方法。（2）抄写“1.1.1实验纪律要求”和“1.2.1电工电子实验安全操作规范”。数字万用表、直流稳压电源、函数信号发生器、双踪示波器和电路分析实验箱。实验仪器与实验电路之间的连接关系（1）数字万用表用于测量直流和交流电压、电流、电阻等。有些万用表还可以测量晶体管、电容和频率。①型号栏；②液晶显示屏：显示测量数值；③发光二极管：通断检测报警；④档位开关：改变测量功能、量程及开关机；⑤20A电流测试正极插座；⑥200mA电流测试正极插座；⑦电容、温度、及公共负极插座；⑧电压、电阻及二极管正极插座；⑨三极管测试插座；⑩背光灯/自动关机开关。（2）测量电阻把万用表拨到合适的电阻测量档位，分别测量实验箱中标称值为1KΩ和10KΩ电阻的阻值。将测量数据填入表5.1.1并计算测量误差。标称值（Ω）1k10k万用表档位（Ω）2k20k测量值（Ω）

绝对误差（Ω）

相对误差（%）

（3）直流稳压电源的使用直流稳压电源用于输出若干组可调电压，为实验电路供电。测量直流电压：将万用表拨到合适的直流电压测量档位，按照正确的极性连接到实验箱电源，接通实验箱电源开关，测量实验箱电源输出电压，填入表5.1.2并计算测量误差。稳压源输出（V）＋12－12万用表档位（V）直流20直流20测量值（V）

绝对误差（V）

相对误差（%）

（4）信号发生器的使用函数信号发生器用于产生幅值和频率可调的交流信号（正弦波、方波、三角波等）（5）示波器的使用双踪示波器可以同时观察和测量两路信号的波形，测量电路信号波形的幅值、周期等参数。

①调节信号发生器使其分别输出信号为：U1=2V（峰峰值）、f1=1000Hz的正弦波；U2=4V（峰峰值）、f2=2000Hz的方波。②将示波器“CH1”通道的测试探头连接到信号发生器输出端：示波器探头的信号输入端和信号发生器输出电缆的信号线（红色鳄鱼夹）连接，示波器探头的地线（黑色鳄鱼夹）和信号发生器输出电缆的地线（黑色鳄鱼夹）连接。用示波器测量各信号电压及频率值。测试数据填入表5.1.3中。信号源产生的信号幅度（）信号源产生的信号频率（）10002000示波器垂直灵敏度（）

峰峰值波形格数

示波器测量的信号幅度（）

计算有效值电压（）

————示波器水平灵敏度（）

周期格数

信号周期（）

脉宽（高电平时长，）————

占空比（脉宽/周期，%）————

（）

（1）使用万用表和示波器时应怎样提高测量精度？（2）总结万用表、示波器、信号源等仪器设备的使用方法及主要旋钮、按键的功能。谢谢实验二基尔霍夫定律的验证（1）验证基尔霍夫定律，加深对基尔霍夫定律的理解。（2）研究电路中各点电位与参考点的关系。（3）掌握电子仪表的使用和直流电路的实验方法，学习检查、分析电路简单故障的能力。（1）了解本实验的目的、原理和方法。（2）计算各表中要求的电压、电流理论值，写出计算过程。数字万用表、直流稳压电源、电路分析实验箱。（1）基尔霍夫电流定律和电压定律是电路的基本定律，它们分别用来描述结点电流和回路电压的规律。对电路中的任一结点而言，在设定电流的参考方向下，应有ΣI＝0。一般定义流入结点的电流相加，流出结点的电流相减。对任何一个闭合回路而言，在设定电压的参考方向下，绕行一周，应有ΣU＝0。一般定义参考方向与绕行方向一致的电压相加，参考方向与绕行方向相反的电压相减。验证步骤：①在实验前，必须设定电路中所有电流、电压的参考方向，建议电阻的电压参考方向与电流参考方向关联，电源的参考方向与标示一致。②按照设定的电流、电压参考方向，测试电流电压数值。测量电压时，设定参考方向电压的正极应接电压表正极，设定参考方向电压的负极应接电压表负极；测量电流时，设定参考方向电流应从电流表正极流入，负极流出。③按照电流定律和电压定律的一般定义规则求代数和。（2）电位：在直流电路中，电位是相对参考点的电压；参考点不同，各点的电位也不同，任意两点间电位差即电压与参考点无关。实验注意事项：（1）所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。（2）防止电源输出线正负极碰线短路。直流电压源US1为+6V，直流电压源US2为+12V。开关S1投向US1侧，开关S2投向US2侧，开关S3投向R3侧。以A节点验证KCL，以ADEF构成回路I和ABCD构成回路Ⅱ验证KVL，实验前先设定三条支路的电流参考方向，如图中的I1、I2、I3所示，并熟悉线路结构，掌握各开关的操作使用方法。（1）验证KCL定理使用直流电流表按表5.3.1的要求进行测量，以验证KCL定理。按照设定的参考方向将电流表接入电路，使电流由电流表的正极流入、负极流出，读出各个支路电流值，并记入表5.3.1中。电流（mA）理论计算值

实验测量值

（2）验证KVL定理使用直流电压表按表5.3.2的要求进行测量，以验证KVL定理。用直流电压表分别测量两个电源及电阻元件上的电压值，将数据记入表5.3.2中，并计算回路电压代数和。测量时电压表的红（正）接线端应连接被测电压参考方向的正极，黑（负）接线端应连接被测电压参考方向的负极。电压（V）理论计算值

实验测量值

（3）电位的研究在实验电路中，分别以F、E、D为参考点，使用直流电压表按表5.3.3的要求，测量各点电位值，计算电位差。电位测量电位计算参考点F

E

D

（1）在测量电压、电流时，怎样确定数值的正负？求电压、电流代数和时，怎样确定数值的加减？（2）根据实验数据进行分析：选定实验电路中的任一个结点，验证霍夫电流定律（KCL）的正确性；选定实验电路中的任一个闭合回路，验证基尔霍夫电压定律（KVL）的正确性。谢谢实验三叠加原理的验证（1）验证叠加定理；（2）了解叠加定理的应用场合；（3）理解线性电路的叠加性和齐次性。了解本实验的目的、原理和方法。数字万用表、直流稳压电源、电路分析实验箱。叠加原理：

在有几个电源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个电源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。具体方法是：一个电源单独作用时，其它的电源必须置零（电压源置零为去掉后短路，电流源置零为开路）；在求电流或电压的代数和时，当电源单独作用时电流或电压的参考方向与共同作用时的参考方向一致时，符号取正，否则取负。

线性电路的齐次性：

当所有激励信号（电压源和电流源）增加或减小K倍时，电路的响应（电流和电压值）也将增加或减小K倍。叠加性和齐次性都只适用于求解线性电路中的电流、电压。对于非线性电路，叠加性和齐次性都不适用。

用实验箱中的直流数字毫安表测量各支路电流：按照定义的电流参考方向，电流由数字电流表的正极接线端流入，由数字电流表的负极接线端流出，将各支路电流数据记入表5.4.1中。

用直流数字电压表测量各电阻元件两端电压：电压表的正极接线端应连接被测电阻元件电压参考方向的正极接线端，电压表的负极接线端应连接电阻元件电压参考方向的负极接线端（电阻元件电压参考方向定义应与电流参考方向一致），将各电阻元件两端电压数据记入表5.4.1中。

测量项目实验内容（V）（V）(mA)(mA)(mA)（V）（V）（V）（V）（V）单独作用60

单独作用012

,共同作用612

单独作用120

（5）将开关S3投向二极管VD侧，即电阻R3换成一只二极管，重复步骤（1）～（4）的测量过程，并将数据记入表5.4.2中。测量项目实验内容（V）（V）(mA)(mA)(mA)（V）（V）（V）（V）（V）单独作用60

单独作用012

，共同作用612

单独作用120

（1）根据表5.4.1实验数据一，以支路电流和电阻元件两端电压为例，验证线性电路的叠加性与齐次性；（2）根据表5.4.2实验数据二，举例说明叠加性与齐次性是否适用该实验电路。谢谢实验四戴维南定理的研究与应用（1）验证戴维南定理，加深对该定理的理解。（2）掌握常用测量仪表的正确使用方法。（1）了解本实验的目的、原理和方法。（2）计算各表中要求的等效电压、等效电阻理论值，写出计算过程。数字万用表、直流稳压电源、电路分析实验箱。

（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

若有源二端网络的内阻值很小时，则不宜测其短路电流。

（2）有源二端网络等效参数的测量方法②伏安法

参数数据测量数据计算数据（V）(mA)理论值

实验值

（2）负载实验测量有源二端网络的外特性：改变负载电阻RL的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表5.5.2中，计算有源二端网络的等效参数US和RS。（Ω）900700500300100U（V）理论值

测量值

I（mA）理论值

测量值

实验注意事项：（1）改接电路时，要先关掉电源。（2）连接电路时，注意电压表、电流表和电源的正负极性不要接反。（3）连接电源时，注意恒流源和恒压源输出是连续可调的，连接前应先测量恒流源输出电流和恒压源输出电压并调至实验要求数值。（4）测量前，应先找到有源二端网络的输出端口，规划好测试点。（5）测量时，使用试验箱内置的电流表，注意选择合适的测量量程。

（3）验证戴维南定理对比两组伏安值，观察戴维南定理的等效作用。（Ω）900700500300100U（V）理论值

测量值

I（mA）理论值

测量值

（

）

（1）如何测量有源二端网络的开路电压和短路电流，在什么情况下不能直接测量开路电压和短路电流？（2）根据表5.5.2和表5.5.3的数据，绘出有源二端网络和有源二端网络等效电路的外特性曲线，验证戴维南定理的正确性。谢谢实验五一阶电路的研究（1）研究RC一阶电路的零输入响应、零状态响应和全响应的规律和特点。（2）学习一阶电路时间常数的测量方法，了解电路参数对时间常数的影响。（1）了解本实验的目的、原理和方法。（2）计算各表中要求的参数理论值，写出计算过程。电路分析实验箱、信号发生器、数字示波器。（1）RC一阶电路的零状态响应RC一阶电路零状态响应，即零初始状态响应，就是在电容零初始储能状态下，在初始时刻由施加于电路的激励源输入所产生的响应。RC一阶电路如图所示，开关S在“1”的位置，uc=0，处于零状态，当开关S合向“2”的位置时，电源通过R向电容C充电，uct称为零状态响应，

（2）RC一阶电路的零输入响应一阶RC电路在没有输入激励的情况下，由电容元件的初始状态uc(0)所产生的电路响应，称为零输入响应。在电路图中，开关S在“2”的位置电路稳定后，再合向“1”的位置时，电容C通过R放电，uc(t)称为零输入响应，

（3）测量RC一阶电路时间常数

实验注意事项：（1）调节电子仪器各旋钮时，动作不要过猛。实验前，需熟读双踪示波器的使用说明，特别是观察双踪时，要特别注意开关、旋钮的操作与调节，示波器两个探头的地线不允许连接不同电位的测试点。（2）信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起（称为共地），以防外界干扰而影响测量的准确性。（3）观察零状态响应和零输入响应时，为了便于比较激励信号与响应信号的幅度关系，应调整示波器的两个输入通道，使其垂直灵敏度相同、显示波形的零电平位置重合。

R（kΩ）C（μF）0.63（V）τ（μs）理论值测算值理论值实测值100.01

R（kΩ）C（μF）0.37（V）τ（μs）理论值测算值理论值实测值100.01

（3）观察时间常数τ（即电路参数R、C）对暂态过程的影响

令R＝10kΩ，C＝0.01μF，观察并描绘响应的波形，分别增大C（增加3300pF）和增大R（取30kΩ），定性地观察参数变化对响应的影响，绘制三种状态下的单周期响应波形，标明响应信号的幅度和周期。（1）用示波器观察RC一阶电路零输入响应和零状态响应时，为什么激励需要采用方波信号？（2）在RC一阶电路中，当R、C的大小变化时，对电路的响应有何影响？谢谢

实验六二阶电路响应的仿真（1）研究二阶动态电路响应的特点。（2）学习二阶电路衰减系数、振荡频率的测量方法，了解电路参数对它们的影响。（3）观察、分析二阶电路响应的三种变化曲线及其特点，加深对二阶电路响应的认识与理解。（1）了解本实验的目的、原理和方法。（2）学习Multisim软件使用方法。（3）计算参数理论值，写出计算过程。计算机；Multisim仿真软件；

二阶常系数齐次微分方程特征根的三种形式对应三种情况：

（2）欠阻尼状态下的衰减系数δ

和振荡角频率ωd可以通过示波器观测电容电压的波形求得。R、L、C串联电路接至方波激励时，呈现衰减振荡暂态过程的波形如图所示。

（1）用Multisim仿真工具绘出所示电路。（2）分别设定电阻R的阻值，C为0.2μF，L为100mH，电容和电感的初始条件参数均设为0（即默认值），方波信号源参数设定为：频率=50Hz，占空比=50%，电压幅度=2V。用瞬态分析法选定节点1和3，即对u(t)、uC(t)

的零状态响应和零输入响应进行仿真分析。仿真注意事项：为了方便修改元件参数，以及防止仿真数据的离散性，绘图时尽量选用虚拟元件。

R（Ω）阻尼状态属性(欠、临界、过)振荡角频率ωd衰减系数δ波形理论值测量值理论值测量值0

100

1400

2500

（1）当二阶动态电路处于过阻尼状态时，若再增加R的阻值，对过渡过程有何影响？当电路处于欠阻尼状态时，若再减小R的阻值，对过渡过程有何影响？（2）根据实验观测结果，定性描绘出过阻尼、临界阻尼、欠阻尼三种状态的过渡过程波形图。谢谢实验七RLC元件阻抗特性的测定（1）研究电阻、感抗、容抗与频率的关系，测定其随频率变化的特性曲线。（2）学习使用信号源和交流毫伏表。（1）了解本实验的目的、原理和方法。（2）计算测试参数理论值，写明计算过程。电路分析实验箱、函数信号发生器、交流毫伏表或数字万用表。

测量元件阻抗频率特性的电路如图所示，r是提供测量回路电流用的标准电阻，流过被测元件的电流（IR、IL、IC）可由r两端的电压Ur除以r阻值所得，又根据上述三个公式，用被测元件的电压除以对应的元件电流，便可得到R、XL和XC的数值。按实验电路接线，其中：r＝200Ω，R＝1KΩ、L＝15mH、C＝0.1uF。选择信号源正弦波输出作为输入电压u，调节信号源输出电压幅值，并用交流毫伏表测量，使输入电压u的有效值U＝2V，并保持不变。用导线分别接通R、L、C三个元件，调节信号源的输出频率，从100Hz逐渐增至20kHz，用交流毫伏表分别测量UR、UL、UC和Ur，将实验数据记入表格中。并通过计算得到各频率点的R、XL和XC。频率f（Hz）1001k5k10k15k20kR（kΩ）（V）

（V）

（mA）

XL（kΩ）（V）

（V）

（mA）

XC（kΩ）（V）

（V）

（mA）

（1）根据表格实验数据，在方格纸上绘制R、XL、XC与频率关系的特性曲线，并分析它们和频率的关系。（2）根据表格实验数据，定性画出R、L、C串联电路的阻抗与频率关系的特性曲线，并分析阻抗和频率的关系。谢谢实验八RLC串联谐振电路的研究（1）深入理解电路发生谐振的条件、特点，掌握电路品质因数（电路Q值）、通频带的物理意义及其测定方法。（2）通过对RLC串联电路频率特性的测量与分析，进一步理解串联谐振的特点