电路分析基础实验指导书.doc

电路分析实验指导书 目 录实验一 电工仪表的使用与测量误差的计算1实验二 电路元件伏安特性的测量4实验三 直流电路中电位、电压的关系研究10实验四 基尔霍夫定律12实验五 叠加定理的验证15实验六 戴维南定理和诺顿定理的验证18实验七 电压源与电流源的等效变换23实验八 受控源特性测试26实验九 RC一阶电路的动态过程研究实验31实验十 二阶动态电路响应的研究34实验十一 RLC元件在正弦电路中的特性实验36实验十二 RLC串联谐振电路的研究39实验十三 双口网络测试42实验十四 RC选频网络特性测试45实验十五 负阻抗变换器48实验十六 回转器52附1 典型电信号的观察与测量5660实验一 常用电工仪表的使用与测量误差的计算一、实验目的 1、熟悉各类测量仪表、各类电源的布局及使用方法 2、掌握电压表、电流表内电阻的测量方法 3、熟悉电工仪表测量误差的计算方法二、实验说明 1、为了准确地测量电路中实际的电压和电流，必须保证仪表接入电路不会改变被测电路的工作状态，这就要求电压表的内阻为无穷大；电流表的内阻为零。而实际使用的电工仪表都不能满足上述要求。因此，当测量仪表一旦接入电路，就会改变电路原有的工作状态，这就导致仪表的读数值与电路原有的实际值之间出现误差，这种测量误差值的大小与仪表本身内阻值的大小密切相关。 2、本实验测量电流表的内阻采用“分流法”，如图1-1所示。图1-1 可调电流源 A为被测电阻（RA）的直流电流表，测量时先断开开关S，调节电流源的输出电流I使A表指针满偏转，然后合上开关S，并保持I值不变，调节电阻箱RB的阻值，使电流表的指针指在1/2满偏转位置，此时有IA=IS=1/2， RA=RB/R1，R1为固定电阻器之值，RB由电阻箱的刻度盘上读得。 3、测量电压表的内阻采用分压法，如图1-2所示。 图1-2 可调稳压源 图1-3 V为被测内阻（RV）的电压表，测量时先将开关S闭合，调节直流稳压源的输出电压，使电压表V的指针为满偏转。然后断开开关S，调节RB使电压表V的指示值减半。此时有 RV=RB+R1 电阻箱刻度盘读出值RB加上固定电阻R1，即为被测电压表的内阻值。 电压表灵敏度为 S=RV/U（/V） 4、仪表内阻引入的测量误差（通常称之为方法误差，而仪表本身构造上引起的误差称这仪表基本误差）的计算。 以图1-3所示电路为例，R1上的电压为 ，若，则 现有一内阻为RV的电压表来测量值，当RV与R1并联后，以此来替代上式中的R1，则得 为化简后得若R1=R2=RV，则得相对误差三、实验设备 序号名 称型号与规格数量备注1可调直流稳压源11可调恒流源13万用表MF500B或其它14电位器10K15电阻器8.2K，10 K四、实验内容 1、根据“分流法”原理测定MF500B型（或其他型号）万用表直流毫安1mA和10mA档量限的内阻，线路如图1-1所示。 被测电流表量限S断开时的IA（mA）S闭合时的IA (mA)RB()R1()计算内阻RA()1 mA10 mA 2、根据“分压法”原理按图1-2接线，测定万用表直流电压10V和50V档量限的内阻。被测电压表量限S闭合时的读数（V）S断开时表读数（V）RB(K)R1(K)计算内阻RV(K)S（/V）10V50V3、用万用表直流电压50V档量程测量1-3电路中R1上的电压之值，并计算测量的绝对误差与相对误差。UR2R1R50V(K)计算值UR1R1（V）实测值R1（V）绝对误差U相对误差20V10K20K五、实验注意事项： 1、实验台上提供所有实验的电源，直流稳压电源和恒流源均可调节其输出量，并由数字电压表和数字毫安表显示其输出量的大小，启动电源之前，应使其输出旋钮置于零位，实验时再缓缓地增、减输出。 2、稳压源的输出不允许短路，恒流源的输出不允许开路。 3、电压表应与电路并联使用，电流表与电路串联使用，并且都要注意极性与量程的合理选择。六、思考题 1、根据实验内容1和2，若已求出1 mA档和10V档的内阻，可否直接计算得出10 mA档和50V档的内阻？ 2、用量程为10A的电流表测实际值为8A的电流时，实际读数为8.1A，求测量的绝对误差和相对误差。 3、如图1-4（a）、(b)为伏安法测量电阻的两种电路，被测电阻的实际值为RX，电压表的内阻为RV，电流表的内阻为RA，求两种电路测电阻RX的相对误差。 (a) 图1-4 (b)七、实验报告 1、列表记录实验数据，并计算各被测仪表的内阻值。 2、计算实验内容3的绝对误差与相对误差。 3、对思考题的计算。实验二 电路元件伏安特性的测量一、实验目的1、学会识别常用电路和元件的方法。2、掌握线性电阻、非线性电阻元件及电压源和电流源的伏安特性的测试方法。3、学会常用直流电工仪表和设备的使用方法。二、实验原理任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系I=f(U)表示，即I-U平面上的一条曲线来表征，即元件的伏安特性曲线。1、线性电阻器的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图2-1中a曲线所示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。2、一般的白炽灯在工作时灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的升高而增大。通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大。一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”的阻值相差几倍至几十倍，所以它的伏安特性曲线如图2-1中b曲线所示。3、一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其伏安特性曲线如图2-1中c曲线所示。正向压降很小（一般的锗管约为0.20.3V, 硅管约为0.50.7V）,正向电流随正向压降的升高而急剧上升，而反向电压从零一直增加到几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。可见，二极管具有单向导电性，但反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。4、稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，但其反向特性较特别，如图2-1中d曲线所示。在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当电压增加到某一数值时（称为管子的稳压值，有各种不同稳压值的稳压管）电流将突然增加，以后它的端电压将维持恒定，不再随外加的反向电压升高而增大。注意：流过稳压二极管的电流不能超过管子的极限值，否则管子会被烧坏。图 2-1 各种电路元件的伏安特性曲线三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1可调直流稳压电源030V 或012V12万用表MF500B或其他13直流数字毫安表14直流数字电压表15可调电位器或滑线变阻器16二极管2CP15（或IN4004）17稳压管2CW5118白炽灯12V19线性电阻1K/1W1四、实验内容1、测定线性电阻器的伏安特性按图2-2接线，调节稳压电源的输出电压U，从0伏开始缓慢地增加，一直到10V，记下相应的电压表和电流表的读数UR、I。图2-2UR(V)03457810I(mA)2、测定非线性白炽灯泡的伏安特性将图2-2中的RL换成一只12V的汽车灯泡，重复1的步骤。UR(V)03457810I(mA)3、测定半导体二极管的伏安特性按图2-3接线，R为限流电阻器。测二极管的正向特性时，其正向电流不得超过35mA，二极管D的正向施压UD+可在00.75V之间取值，特别是在0.50.75V之间更应多取几个测量点。做反向特性实验时，只需将图2-3中的二极管D反接，且其反向施压UD可加到30V。图2-3正向特性实验数据 UD+(V)0.100.300.500.550.600.650.700.75I (mA)反向特性实验数据 UD(V)-351020303540I (mA)4、测定稳压二极管的伏安特性只要将图2-3中的二极管换成稳压二极管，重复实验内容3的测量。测量点自定。正向特性实验数据 UD+(V)I (mA)反向特性实验数据 UD(V)I (mA)5、测定电压源伏安特性图2-4按图2-4连接电路图，调节U为5V，改变RL的值，测量U和I的值。记入下表中：RL（）100200300500600700800I(mA)U(V)6、测定电流源伏安特性图2-5按图2-5接好电路图，调节RL的值，测出各种不同RL值时的I和U，记入表中： RL（）100200300500600700800I(mA)U(V)六、实验注意事项1、测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐渐增加，应时刻注意电流表读数不得超过35mA。2、进行不同实验时，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量程，切勿使仪表超量程，仪表的极性亦不可接错。七、思考题1、线性电阻与非线性电阻的概念是什么？电阻器与二极管的伏安特性有何区别？2、设某器件伏安特性曲线的函数式为I = f(U)，试问在逐点绘制曲线时，其坐标变量应如何放置？3、在图2-3中，设U=3V，UD+ = 0.7V，则毫安表（mA）表读数为多少？4、稳压二极管与普通二极管有何区别，其用途如何？八、实验报告1、根据各实验数据，分别在方格纸上绘制出光滑的伏安特性曲线。（其中二极管和稳压管的正、反向特性均要求画在同一张图中，正、反向电压可取为不同的比例尺）。2、根据实验结果，总结、归纳各被测元件的特性。3、必要的误差分析。 实验三 直流电路中电位、电压的关系研究一、实验目的1、验证电路中电位与电压的关系。2、掌握电路电位图的绘制方法。二、实验原理在一个闭合电路中，各点电位的高低视所选的电位参考点的不同而改变，但任意两点间的电位差（即电压）则是绝对的，它不因参考点的变动而改变。据此性质，我们可用一只电压表来测量出电路中各点的电位及任意两点间的电压。电位图是一种平面坐标一、四象限内的折线图，其纵坐标为电位值，横坐标为各被测点。要制作某一电路的电位图，应先以一定的顺序对电路中各被测点编号。以图3-1的电路为例，如图中AF，并在坐标轴上按顺序、均匀间隔标上A、B、C、D、E、F、A。再根据测得的各点电位值，在各点所在的垂直线上描点。用直线依次连接相邻两个电位点，即得该电路的电位图。在电位图中，任意两个被测点的纵坐标值之差即为两点之间的电压值。在电路中电位参考点可任意选定。对于不同的参考点，所绘出的电位图形是不同的，但其各点电位变化的规律却是一样的。在作电位图或实验测量时必须正确区分电位和电压的高低，按照惯例，是以电流方向上的电压降为正，所以，在用电压表测时，若仪表指针正向偏转，则说明电表正极的电位高于负极的电位。三、实验设备序号名 称型号与规格数量备注1可调直流稳压电源030V 或012V12直流稳压电源6V 、 12V3万用表MF500B或其他14直流数字毫安表15直流数字电压表1四、实验内容 图3-1按图3-1接线。1、分别将两路直流稳压电源接入电路，令U1 = 6V，U2 = 12V。（先调整输出电压值，再接入实验线路中。电压应该用万用表测）。2、以图3-1中的A点作为电位的参考点，分别测量B、C、D、E、F各点的电位值及相邻两点之间的电压值UAB、UBC、UCD、UDE、UEF及UFA，数据列于表中。3、 以D点作为参考点，重复实验内容2的测量，测得数据填入表中。电 位参 考点与UABCDEFUABUBCUCDUDEUEFUFAA计算值测量值相对误差D计算值测量值相对误差五、实验注意事项1、本实验电路单元可设计多个实验，在做本实验时根据给出的电路图选择开关位置，连成本实验电路。2、测量电位时，用万用表的直流电压档或用数字直流电压表测量时，用负表棒（黑色）接参考电位点，用正表棒（红色）接被测点，若指针正向偏转或显示正值，则表明该点电位为正（即高于参考点电位）；若指针反向偏转或显示负值，此时应调换万用表的表棒，然后读出数值，此时在电位值之前应加一负号（表明该点电位低于参考点电位）。六、思考题若以F点为参考电位点，实验测得各点的电位值，现令E点作为参考电位点，试问此时各点的电位值应有何变化？七、实验报告1、根据实验数据，绘制两个电位图形，并对照观察各对应两点间的电压情况。两个电位图的参考点不同，但各点的相对顺序应一致，以便对照。2、完成数据表格中的计算，对误差作必要的分析。3、总结电位相对性和电压绝对性的结论。实验四 基尔霍夫定律一、实验目的1、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。2、学会用电流表测量各支路电流。二、实验原理1、基尔霍夫电流定律（KCL）：基尔霍夫电流定律是电流的基本定律。即对电路中的任一个节点而言，流入到电路的任一节点的电流总和等于从该节点流出的电流总和，即应有I=0。2、基尔霍夫电压定律（KVL）：对任何一个闭合回路而言，沿闭合回路电压降的代数总和等于零，即应有U=0。这一定律实质上是电压与路径无关性质的反映。基尔霍夫定律的形式对各种不同的元件所组成的电路都适用，对线性和非线性都适用。运用上述定律时必须注意各支路或闭合回路中电流的正方向，此方向可预先任意设定。三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1可调直流稳压电源030V 或012V12直流稳压电源6V 、 12V3万用表MF500B或其他14直流数字毫安表15直流数字电压表1四、实验内容实验线路如图4-1。把开关K1接通U1，K2接通U2，K3接通R4。就可以连接出基尔霍夫定律的验证单元电路，如图4-2。图4-1图4-21、实验前先任意设定三条支路和三个闭合回路的电流正方向。图4-2中的I1、I2、I3的方向已设定。三个闭合回路的电流正方向可设为ADEFA、BADCB、FBCEF。2、分别将两路直流稳压源接入电路，令U1 = 8V，U2 = 12V。3、用电流表分别测量三条支路的电流，并记录电流值。4、用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，记录之。被测值I1mAI2mAI3mAU1(V)U2(V)UFA(V)UAB(V)UAD(V)UCD(V)UDE(V)计算值测量值相对误差五、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。U1、U2也需测量，不应取电源本身的显示值。2、防止稳压电源两个输出端碰线短路。3、所读得的电压或电流值的正、负号应根据设定的电流参考方向来判断。4、测量时，应先估算电流、电压的大小，以选择合适的量程，以免损坏电表。5、若用指针式电流表进行测量时，若指针反偏（电流为负值时），此时必须调换电流表极性，重新测量，此时指针正偏，但读得的电流值必须冠以负号。六、预习思考题1、根据图4-2的电路测量参数，计算出待测的电流I1、I2、I3和各电阻上的电压值，记入表中，以便实验测量时，可正确地选定毫安表和电压表的量程。2、实验中，若用指针式万用表直流毫安档测各支路电流，在什么情况下可能出现指针反偏，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，则会有什么显示呢？七、实验报告1、根据实验数据，选定节点A，验证KCL的正确性。2、根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证KVL的正确性。3、将支路和闭合回路的电流方向重新设定，重复1、2两项验证。4、误差原因分析。实验五 叠加定理的验证一、实验目的1、验证线性电路叠加原理的正确性，加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。2、学习复杂电路的连接方法二、实验原理如果把独立电源称为激励，由它引起的支路电压、电流称为响应，则叠加原理可以简述为：在有多个独立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，可以看成是每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。在含有受控源的线性电路中，叠加定理也是适用的。但叠加定理不适用于功率计算，因为在线性网络中，功率是电压或者电流的二次函数。线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增加或减少K倍时，电路的响应（即在电路其他各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增加或减小K倍。三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1可调直流稳压电源030V 或012V12直流稳压电源6V 、 12V切换3万用表MF500B或其他14直流数字毫安表15直流数字电压表1四、实验内容实验线路如图5-1所示。图5-1 叠加原理验证单元1、将两路稳压源的输出分别调节为12V和6V，接到U1和U2处。2、令U1电源单独作用（将开关K1投向U1,开关K2投向短路侧）。用直流数字电压表和毫安表分别测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表5-1。表5-1测量项目实验内容U1(V)U2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UEA(V)U1 单独作 用U2 单独作 用U1、U2共同作用3、令U2电源单独作用（将开关K1投向短路侧，开关K2投向U2侧），重复实验步骤2的测量并记录，数据记入表5-1。4、令U1和U2共同作用（开关K1和开关K2分别投向U1和U2侧），重复上述测量，重复实验步骤2的测量并记录，数据记入表5-1。5、将U2的数值调至+12V，重复上述第3项的测量并记录，数据记入表5-1。6、将R4换成二极管IN4004，把开关K3打向二极管IN4004侧，重复步骤15。数据记入表5-2。表5-2测量项目实验内容U1( V )U2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UEA(V)U1 单独作 用U2单独作 用U1、U2共同作用五、实验注意事项1、用电流表测量各支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性，正确判断测得值的、号后，记入数据表格。2、注意仪表量程的及时更换。六、预习思考题1、可否直接将不作用的电源（U1或U2）短接置零？2、实验电路中，若有一个电阻器改为二极管，试问叠加原理的叠加性与齐次性还成立吗？为什么？七、实验报告1、根据实验数据表格，进行分析、比较、归纳、总结实验结论，即验证线性电路的叠加性与齐次性。2、各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？试用上述实验数据，进行计算并作结论。3、通过实验步骤6及分析表格5-2的数据，你能得出什么样的结论？实验六 戴维南定理和诺顿定理的验证一、实验目的1、验证戴维南定理和诺顿定理，加深对戴维南定理和诺顿定理的的理解。2、掌握有源二端口网络等效电路参数的测量方法。二、实验原理1、任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电源，则可将电路的其余部分看作是一个有源二端口网络（或称为有源二端网络）。戴维南定理指出：任何一个线性有源二端口网络，总可以用一个电压源和一个电阻的串联来等效代替，如图6-1图6-1其电压源的电动势US等于这个有源二端口网络的开路电压UOC，其等效内阻R0等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。诺顿定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电流源与一个电阻并联组成来等效代替，如图6-2图6-2此电流源的电流IS等于这个有源二端口网络的短路电流ISC，其等效内阻R0定义同戴维南定理。 UOC(US)和R0或者ISC(IS)和R0称为有源二端口网络的等效参数。 2、有源二端口网络等效参数的测量方法（1）开路电压、短路电流法测R0在有源二端口网络输出端开路时，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，其等效内阻为R0 = UOC/ISC。如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口短路则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。（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6-3根据外特性曲线求出斜率tg,则内阻为。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。若二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。图6-3（3）半电压法测R0如图6-4所示，当负载RL的电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端口网络的等效内阻值。 图 6-4（4）零示法测UOC在测量具有高内阻有源二端口网络的开路电压时，用电压表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6-5所示。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，当稳压电源的输出电压与有源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。图6-5三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1可调直流稳压电源030V 或012V12可调直流恒流源13万用表MF500B或其他14直流数字毫安表15直流数字电压表16电位器4701四、实验内容被测有源二端网络如图6-6图6-6图6-61、用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的UOC、R0和诺顿等效电路的ISC、R0。按图6-6（a）接入稳压电源US2= 10V和恒流源IS2 = 10mA。接入负载RL（自已选定）。测出UOC和ISC，并计算出R0（测UOC时，不接入mA表）。UOC（V）ISC（mA）R0 = UOC/ISC（）2、负载实验按图6-6(a)接入RL，改变RL阻值，测量有源二端口网络的外特性曲线。RL（）U（V）I（mA）3、验证戴维南定理：用一只470的电位器作为R0，将其阻值调整到等于按步骤“1”所得的等效电阻R0之值，然后令其与直流稳压电源US1（调到步骤“1”时所测得的开路电压UOC之值）相串联，如图6-6（b）所示，把US1和RL串联成一个回路。仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。RL（）U（V）I（mA）4、验证诺顿定理：用一只470的电位器作为R0，将其阻值调整到等于按步骤“1” 所得的等效电阻R0之值，然后拿其与直流恒流源IS1（调到步骤“1”时所测得的短路电流ISC之值）相并联，如图6-6（c），把IS1和0然后再与R1串联。把R1改换不同的阻值测其外特性，对诺顿定理进行验证。RL（）U(V)I(mA)5、有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的直接测量法。见图6-6（a）。将被测有源网络的所有独立源置零（去掉电流源IS和电压源US，并在原电压源所接的两点用一根短路导线相连），然后用伏安法或者直接用万用表的欧姆档去测定负载RL开路时A、B两点间的电阻，此即为被测网络的等效电阻R0，或称网络的入端电阻Ri。6、用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻R0及其开路电压UOC。线路及数据表格自拟。五、实验注意事项1、测量时，应注意电流表量程的更换。2、步骤“5”中，电压源置零时不可将稳压源短接。3、用万用表直接测R0时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表；其次，欧姆表必须经调零后再进行测量。4、改接线路时，要关掉电源。六、预习思考题1、在求戴维南或诺顿等效电路时，作短路实验，测ISC的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？请实验前对线路图6-6预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。2、说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法，并比较其优缺点。七、实验报告1、据步骤2、3、4，分别绘出曲线，验证戴维南定理和诺顿定理的正确性，并分析产生误差的原因。2、根据步骤1、5、6的几种方法测得UOC与R0与预习时电路计算的结果作比较。3、归纳、总结实验结果。实验七 电压源与电流源的等效变换一、实验目的1、掌握电源外特性的测试方法。2、验证电压源与电流源等效变换的条件。二、实验原理1、一个直流稳压电源在一定的电流范围内，具有很小的内阻。故在实用中，常将它视为一个理想的电压源，即其输出电压不随电流而变化。其外特性曲线，即其伏安特性曲线U=f(I)是一条平行于I轴的直线。一个恒流源在使用中，在一定的电压范围内，可视为一个理想的电流源。2、一个实际的电压源（或电流源），其端电压（或输出电流）不可能不随负载而变，因为它具有一定的内阻值。故在实验中，用一个小阻值的电阻（或大电阻）与稳压源（或恒流源）相串联（或并联）来模拟一个实际的电压源（或电流源）。3、一个实际的电源，就其外部特性而言，既可以看成是一个电压源，又可以看成是一个电流源。若视为电压源，则可用一个理想的电压源US与一个电阻R0相串联的组合来表示：若视为一个电流源，则可用一个理想的电流源IS与一电导g0相并联的组合来表示。如果这两种电源能向同样大小的负载供出同样大小的电流和端电压，则称这两个电源是等效的，即具有相同的外特性。一个电压源和一个电流源等效变换的条件为：IS = US/R0，g0 = 1/R0 或 US = ISR0， R0 = 1/g0。如图7-1所示。图7-1三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1可调直流稳压电源030V 或012V12可调直流恒流源13万用表MF500B或其他14直流数字毫安表15直流数字电压表16电位器4701四、实验内容1、测定直流稳压电源与实际电压源的外特性（1）按图7-2(a)接线。US为+6V直流稳压电源。调节R2，令其阻值由大至小变化，记录两表的读数。U(V)I(mA)（2）按图7-2(b)接线，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，记录两表的读数。U(V)I(mA)图7-22、测定电流源的外特性按图7-3接线，IS为直流恒流源，调节其输出为10mA，令R0分别为200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。自拟数据表格，记录实验数据。图7-33、测定电源等效变换的条件先按图7-4(a)线路接线，记录线路中两表的读数。然后再按图7-4（b）接线。调节恒流源的输出电流IS。使两表的读数与图7-4（a）时的数值相等，记录IS之值，验证等效变换条件的正确性图7-4五、实验注意事项1、在测量电压源外特性时，不要忘记测空载时的电压值，测电流源外特性时，不要忘记测短路时的电流值，注意恒流源负载电压不要超过20伏，负载不要开路。2、换接线路时，必须关闭电源开关。3、直流仪表的接入应注意极性与量程。六、预习思考题1、通常直流稳压电源的输出端不允许短路，直流恒流源的输出端不允许开路，为什么？2、电压源与电流源的外特性为什么呈下降变化趋势，稳压源与恒流源的输出在任何负载下是否保持恒值？七、实验报告1、根据实验数据绘出电源的四条外特性曲线，并总结、归纳各类电源的特性。2、从实验结果，验证电源等效变换的条件。实验八 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，掌握受控源转移参数的测试方法。2、加深对受控源的认识和理解。二、原理说明1、电源有独立电源（如电池、发电机等）与非独立电源（或称为受控源）之分。受控源与独立源的不同点是：独立源的电势ES或电激流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。而受控源的电势或电激流则是随电路中另一支路的电压或电流而变的一种电源。受控源又与无源元件不同，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。2、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。它有一对输入端（U1、I1）和一对输出端（U2、I2）。输入端可以控制输出端电压或电流的大小。施加于输入端的控制量可以是电压或电流，因而有两种受控电压源（即电压控制电压源VCVS和电流控制电压源CCVS）和两种受控电流源（即电压控制电流源VCCS和电流控制电流源CCCS）。它们的示意图见图8-1。图8-12、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R1 = 0，因而U1 = 0）或者是开路（即输入电导G1 = 0，因而输入电流I1 = 0）；从输出口看，理想受控源或是一个理想电压源或者是一个理想电流源。4、控制端与受控端的关系式称为转移函数。四种受控源的转移函数参量的定义如下：（1）压控电压源(VCVS)：U2= f (U1)，= U2/U1 称为转移电压比。（2）压控电流源(VCCS)：I2= f (U1)，gm= I2/U1 称为转移电导。（3）流控电压源(CCVS)：U2= f (I1)，rm= U2/I1 称为转移电阻。（4）流控电流源(CCCS)：I2= f (I1)，= I2/I1 称为转移电流比（或电流增益）。 三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1可调直流稳压电源12可调恒流源13直流数字电压表14直流数字毫安表15可变电阻箱16受控源实验电路板1四、实验内容1、测量受控源VCVS的转移特性U2 = f（U1）及负载特性U2 = f (IL)，实验线路如图8-2。图8-2（1）不接电流表，固定RL = 1K，调节稳压电源输出电压U1，测量U1及相应的U2值，记入表8-1。在方格纸上绘出电压转移特性曲线U2 = f (U1)，并在其线性部分求出转移电压比。表8-1U1( V )012345678U2( V )（2）接入电流表，保持U1 = 3V，调节RL可变电阻箱的阻值，测U2及IL，绘制负载特性曲线U2 = f (IL)。RL()5070100200300400500U2(V)I2( mA )2、受控源VCCS的转移特性IL = f (U1)及负载特性IL = f (U2)，实验线路如图8-3。图8-3（1）固定RL = 1K，调节稳压电源的输出电压U1，测出相应的IL值，绘制IL = f (U1)曲线，并由其线性部分求出转移电导gm。U1( V )2.83.03.23.53.74.04.24.5gmIL( mA)（2）保持U1 =3V，令RL从大到小变化，测出相应的IL及U2，绘制IL = f (U2)曲线。RL(K)10.80.70.60.50.40.30.20.10IL( mA )U2( V )3、 测量受控源CCVS的转移特性U2 = f (I1)与负载特性U2 = f (IL)，实验线路如图8-4。图8-4（1）固定RL = 1K，调节恒流源的输出电流IS，使其在0.050.7mA范围内取8个数值，测出U2值，绘制U2 = f (I1)曲线，并由其线性部分求出转移电阻rm。Is (mA)rmU2 (V)（2）保持IS = 0.5mA，令RL值从1K增至8K，测出U2及IL，绘制负载特性曲线U2 = f (IL)。RL (K)U2 (V)IL ( mA )4、测量受控源CCCS的转移特性IL = f (I1)及负载特性IL = f (U2)，实验线路如图8-5。图8-5（1）固定RL = 1K，调节恒流源的输出电流IS，使其在0.050.7mA范围内取8个数值，测出IL，绘制IL = f (I1)曲线，并由其线性部分求出转移电流比。I1(mA)IL(mA)（2）保持IS = 0.05mA，令RL值从0，100，200增至20K，测出IL，绘制IL = f (U2)曲线。RL(K)00.20.40.60.81251020IL(mA)U2(V)五、实验注意事项1、每次组装线路，必须事先断开供电电源，但不必关闭电源总开关。2、用恒流源供电的实验中，不要使恒流源的负载开路。六、预习思考题1、受控源和独立源相比有何异同点？比较四种受控源的控制量与被控量的关系如何？2、四种受控源中的rm、gm、和的意义是什么？如何测得？3、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？4、受控源的控制特性是否适合于交流信号？5、如何由两个基本的CCVS和VCCS获得其它两个CCCS和VCVS，它们的输入输出应如何连接？七、实验报告1、根据实验数据，在方格纸上分别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量。2、对预习思考题作必要的回答。3、对实验的结果作出合理的分析和结论，总结对四种受控源的认识和理解。实验九 RC一阶电路的动态过程研究实验一、实验目的1、测定RC一阶电路的零输入响应、零状态响应及完全响应。2、学习电路时间常数的测量方法。3、掌握有关微分电路和积分电路的概念。4、进一步学会用示波器观测波形。二、实验原理1、动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程。对时间常数较大的电路，可用慢扫描长余辉示波器观察光点移动的轨迹。而要用普通的示波器观察过渡过程和测量有关的参数，就必须使这次单次变化的过程重复出现。为此，我们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，其响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的。2、图9-1所示的RC一阶电路的零输入响应与零状态响应分别按指数规律衰减与增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数。图 9-13、时间常数的测定方法：用示波器测量零输入响应的波形如图9-1(a)所示。根据一阶微分方程的求解得知。当t=时，UC()=0.368Um。此时所对应的时间就等于。亦可用零状态响应波形增加到0.632Um所对应的时间测得，如图9-1(c)所示。4、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=RCT/2，则该RC电路称为积分电路。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，请在实验过程中仔细观察和记录。三、实验设备序号名 称型号与规