《电路原理》实验讲义

发布 2023-05-16 22:23:28 阅读 2922

目录。实验一基尔霍夫定律 1

实验二线性有源一端口网络的研究 3

实验三 r、l、c元件性能的研究 7

实验四一阶、二阶动态电路 11

实验五 rlc串联电路的幅频特性与谐振现象 16

实验六二端口网络的研究 20

一、实验目的。

1. 熟悉电路分析实验箱、实验仪表的操作。

2. 验证基尔霍夫电流、电压定律,加深对基尔霍夫定律的理解。

3. 加深对电流、电压参考方向的理解。

二、实验原理。

基尔霍夫定律是集总电路的基本定律。它包括电流定律和电压定律。

基尔霍夫电流定律(kcl):在集总电路中,任何时刻,对任一结点,所有支路电流的代数和恒等于零。

基尔霍夫电压定律(kvl):在集总电路中,任何时刻,沿任一回路所有支路电压的代数和恒等于零。

三、仪器设备。

1. 电路电子综合实验箱一台。

2. 直流毫安表二只。

3. 数字万用表一台。

图1-1四、实验内容与步骤。

1. 实验前先任意设定三条支路的电流参考方向,可采用如图1-1中、、所示。

2. 按图1-1所示接线。

3. 按图1-1分别将、两路直流稳压电源接入电路,令=3v, =6v, 1k、1k、1k。

4. 将直流毫安表串联在、、支路中(注意:直流毫安表的“+、极与电流的参考方向)

5. 确认连线正确后,再通电,将直流毫安表的值记录在表1-1内。

6. 用数字万用表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值,记录在表2-1内。

表1-1五、实验报告要求。

1. 选定实路电路中的任一个结点,将测量数据代入基尔霍夫电流定律加以验证。

2. 选定实验电路中的任一闭合电路,将测量数据代入基尔霍夫电压定律,加以验证。

3. 将计算值与测量值比较,分析误差原因。

一、实验目的。

1. 验证戴维宁定理。

2. 测定线性有源一端口网络的外特性和戴维宁等效电路的外特性。

二、实验原理。

戴维宁定理指出:任何一个线性有源一端口网络,对于外电路而言,总可以用一个理想电压源和电阻的串联形式来代替,理想电压源的电压等于原一端口的开路电压,其电阻(又称等效内阻)等于网络中所有独立源置零时的入端等效电阻,见图2-1。

图2-1图2-2

1. 开路电压的测量方法。

方法一:直接测量法。当有源二端网络的等效内阻与电压表的内阻相比可以忽略不计时,可以直接用电压表测量开路电压。

方法二:补偿法。其测量电路如图2-2所示,为高精度的标准电压源,为标准分压电阻箱,为高灵敏度的检流计。

调节电阻箱的分压比,、两端的电压随之改变,当时,流过检流计的电流为零,因此。

式中为电阻箱的分压比。根据标准电压和分压比就可求得开路电压,因为电路平衡时,不消耗电能,所以此法测量精度较高。

2. 等效电阻的测量方法。

对于已知的线性有源一端口网络,其入端等效电阻可以从原网络计算得出,也可以通过实验测出,下面介绍几种测量方法:

方法一:将有源二端网络中的独立源都去掉,在端外加一已知电压,测量一端口的总电流,则等效电阻。

实际的电压源和电流源都具有一定的内阻,它并不能与电源本身分开,因此在去掉电源的同时,也把电源的内阻去掉了,无法将电源内阻保留下来,这将影响测量精度,因而这种方法只适用于电压源内阻较小和电流源内阻较大的情况。

方法二:测量端的开路电压及短路电流则等效电阻。

这种方法适用于端等效电阻较大,而短路电流不超过额定值的情形,否则有损坏电源的危险。

图2-3图2-4

方法三:两次电压测量法。

测量电路如图2-3所示,第一次测量端的开路,第二次在端接一已知电阻(负载电阻),测量此时、端的负载电压,则、端的等效电阻为:

第三种方法克服了第一和第二种方法的缺点和局限性,在实际测量中常被采用。

3. 如果用电压等于开路电压的理想电压源与等效电阻相串联的电路(称为戴维宁等效电路,参见图2-4)来代替原有源二端网络,则它的外特性应与有源二端网络的外特性完全相同。实验原理电路见图2-5b。

ab)图2-5

三、预习内容。

在图2-5(a)中设=10v, =6v, =1k,根据戴维宁定理将ab以左的电路化简为戴维宁等效电路。即计算图示虚线部分的开路电压,等效内阻及a、b直接短路时的短路电流之值,填入自拟的**中。

四、仪器设备。

1. 电路电子综合实验箱一台。

2. 直流毫安表一只。

3. 数字万用表一台。

五、实验内容与步骤。

1. 用戴维宁定理求支路电流。

测定有源二端网络的开路电压和等效电阻。

按图2-5(a)接线,经检查无误后,采用直接测量法测定有源二端网络的开路电压。电压表内阻应远大于二端网络的等效电阻。

用两种方法测定有源二端网络的等效电阻。

a. 采用原理中介绍的方法二测量:

首先利用上面测得的开路电压和预习中计算出的估算网络的短路电流大小,在之值不超过直流稳压电源电流的额定值和毫安表的最大量限的条件下,可直接测出短路电流,并将此短路电流数据记入**2-1中。

b. 采用原理中介绍的方法三测量:

接通负载电阻,调节电位器,使=1k,使毫安表短接,测出此时的负载端电压,并记入**2-1中。

表2-1取a、b两次测量的平均值作为(的计算在实验报告中完成)

2. 测定有源二端网络的外特性。

调节电位器即改变负载电阻之值,在不同负载的情况下,测量相应的负载端电压和流过负载的电流,共取五个点将数据记入自拟的**中。测量时注意,为了避免电表内阻的影响,测量电压时,应将接在ac间的毫安表短路,测量电流时,将电压表从a、b端拆除。若采用万用表进行测量,要特别注意换档。

3. 测定戴维宁等效电路的外特性。

将另一路直流稳压电源的输出电压调节到等于实测的开路电压值,以此作为理想电压源,调节电位器,使,并保持不变,以此作为等效内阻,将两者串联起来组成戴维宁等效电路。按图2-5(b)接线,经检查无误后,重复上述步骤测出负载电压和负载电流,并将数据记入自拟的**中。

六、实验报告要求。

1. 应用戴维宁定理,根据实验数据计算支路的电流,并与计算值进行比较。

2. 在同一坐标纸上作出两种情况下的外特性曲线,并作适当分析。判断戴维宁定理的正确性。

一、实验目的。

1. 用伏安法测定电阻、电感和电容元件的交流阻抗及其参数、、之值。

2. 研究、、元件阻抗随频率变化的关系。

3. 学会使用交流仪器。

二、实验说明。

电阻、电感和电容元件都是指理想的线性二端元件。

1. 电阻元件:在任何时刻电阻两端的电压与通过它。

的电流都服从欧姆定律。即。

式中是一个常数,称为线性非时变电阻,其大小与、的大小及方向无关,具有双向性。它的伏安特性是一条通过原点的直线。在正弦电路中,电阻元件的伏安关系可表示为:

式中为常数,与频率无关,只要测量出电阻端电压和其中的电流便可计算出电阻的阻值。电阻元件的一个重要特征是电流与电压同相。

2. 电感元件。

电感元件是实际电感器的理想化模型。它。

只具有储存磁场能量的功能。它是磁链与电流相。

约束的二端元件。即:

式中表示电感,对于线性非时变电感,是一个常数。电感电压在图示关联参考方向下为:

在正弦电路中:

式中称为感抗,其值可由电感电压、电流有效值之比求得。即。当常数时,与频率成正比,越大,越大,越小,越小,电感元件具有低通高阻的性质。若为已知,则电感元件的电感为:

理想电感的特征是电流滞后于电压。

3. 电容元件:

电容元件是实际电容器的理想化模型,它只具有储存电场能量的功能,它是电荷与电压相约束的元件。即:

式中表示电容,对于线性非时变电容,是一个常数。电容电流在关联参考方向下为:

在正弦电路中或。

式中称为容抗。其值为,可由实验测出。当=常数时,与成反比,越大,越小,,电容元件具有高通低阻和隔断直流的作用。当为已知时,电容元件的电容为:

电容元件的特点是电流的相位超前于电压。

三、仪器设备。

1. 电路电子综合实验箱一台。

(用rlc串联与谐振电路部分的元件参数)

2. 功率信号发生器一台。

3. 交流毫伏表一只。

3. 数字万用表一只。

四、实验内容与步骤。

1) 测定电阻、电感和电。

容元件的交流阻抗及其参数图3-1

1. 按图3-1接线确认无误后,将信号发生器的频率调节到50hz,并保持不变,分别接通、、元件的支路。改变信号发生器的电压(每一次都要用万用表进行测量),使之分别等于表3-1中的数值,再用万用表测出相应的电流值,并将数据记录于表3-1中。

(注意:电感本身还有一个电阻值)

50hz表3-1

2. 以测得的电压为横坐标,电流为纵坐标,分别作出电阻、电感和电容元件的有效值的伏安特性曲线(均为直线),如图3-2所示。在直线上任取一点a,过a点作横轴的垂线,交于b点,则ob代表电压,ab代表电流,则。

同理。图3-2

再按式3-1,3-2计算出和(此项可留到实验报告中完成。

(2)测定阻抗与频率的关系:

1. 按图3-1接线,经检查无误后,把信号发生器的输出电压调至5伏,分别测量在不同频率时,各元件上的电流值,将数据记入表3-2中。测量、元件上的电流值时,应在、元件支路中串联一个电阻=100,然后用交流毫伏表测量电阻上的电压,通过欧姆定律计算出电阻上的电流值,即、元件上的电流值。

(注意:电感本身还有一个电阻值)

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