實驗指導手冊

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目錄

實驗一電路基本定律.....................................................1

實驗二RC一階電路響應測試.............................................5

說明：1）本實驗實訓指導手田，相關內容及格式僅供各系部參考；

2）實驗實訓指導手冊編寫過程中，各實驗內容建議包括但不限于實驗目的、實

驗要求、實驗原理、儀器設備、實驗內容及步驟、注意事項、實驗報告等。

實驗一電路基本定律

一、實驗目的

I.驗證基氏定律（KCL、KVL）

2.驗證迭加定理

3.驗證戴維南定理

4.加深對電流、電壓參考方向的理解

5.正確使用直流穩壓電源和萬用電表

二、儀器設備

1.TPE—DG2電路分析實驗箱1臺

2.A/F-10型萬用表及數字萬用表各1臺

三、預習內容

1.認真閱讀7PE—OG2電路分析實驗箱使用說明（見附錄）

2.預習實驗內容步驟：寫預習報告，設計測量表格并計算理論值

3.根據TPE-DG2電路分析實驗箱設計好連接線路

四、實驗原理

1.基爾霍夫電流、電壓定律及疊加定理

（1）基爾霍夫電流定律（KCL）

在集總電路中，任一瞬時，流向某一結點的電流之和等于由該結點流出的電流之和。

電路原理圖及電流的參考方向如圖1-1所示。根據KCL,當￡八￡2共同作用時，流入和流出

結點A的電流應有：入+/2-/3=0成立。

（2）基爾霍夫電壓定律（AIZ）

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在集總電路中，任?瞬時，沿任?回路所有支路電壓的代數和恒等于零。

其電路原理圖及電流的參考方向如圖1-1所示。根據KVL應有：E/-UK/?UK3=0;或

巴?以/+以2-及=0;或及-“/川內也成立。

（3）疊加定理

在線性電路中，任?支路中的電流（或電壓）等于電路中各個獨立源分別單獨作用時在該支

路產生的電流（或電壓）的代數和。所謂?個電源單獨作用是指除了該電源外其他所有電源的作

用都去掉，即理想電壓源所在處用短路代替，理想電流源所在處用開路代替，但保留它們的內阻,

且電路結構不作改變。由于功率是電壓或電流的二次函數，因此疊加定理不能用來宜接計算功率。

電路原理圖及電流的參考方向如圖1-1所示。分別測量修、心共同作用下的電流，八〃、人

以單獨作用下的電流〃'、〃'、才和號單獨作用下的電流。"、h\//；根據登加原理應有：；/=//+

h'\l2=h+h\成立。

2.戴維南定理

任何一個線性有源二端口網絡，對于外電路而言，總可以用一個理想電壓源和電阻的串聯形

式來代昔。理想電壓源的電壓等于原二端口網絡的開路電壓Uoc，其電限（乂稱等效電阻）等于

網絡中所有電壓源短路、電流源開路時的入端等效電阻凡『見圖1-2。

線性有

源二端

網絡

圖1-2戴維南定理示意圖

（1）開路電壓的測量方法

a.直接測量法:

當有源二端網絡的等效電阻R”與電壓表的內阻相比可以忽略不計時，可以直接用電壓表

測量開路電壓。

b.零不法:—<y

穩

在測量具有高內阻有源二端網絡的開路電壓時，用電壓表直接隊C壓

電

測量會造成較大誤差。為了消除電壓表內阻的影響，采用零示法。

&q源

即用一個低內阻的穩壓電源與被測有源二端網絡進行比較，當穩壓

電源的輸出電壓與二端網絡的開路電壓相等時，電壓表的讀數將為0。然后將電路斷開，測量

此時穩壓電源的輸出電壓，即為二端網絡的開路電壓Uoc。

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(2)等效電阻的測量方法

a.短路電流法：

用電壓表測得開?路電壓Ibc后，將開路端短路,測其短路電流Isc，則等效電阻Req=Uoc/lsCo

此方法測量簡便，但可能因短路電流過大會損壞電路內部的元件，對于等效電阻較小的二端網

絡，一般不宜采用。

b.兩次電壓測量法：

先測開路電壓Uoc，再在開路端接一個已知負載電阻RL，測心兩端的電壓UL，則等效電

c.半電壓測量法：

調電位器品.大小，當其兩端的電壓等于二端網絡開路電壓的一半

時，足的阻值即為等效電阻R”的值。

d.直接測量法：

當一端網絡的等效電阻與萬用衣內阻相比可忽略不計時，可用萬用表歐姆檔直接測量一端

網絡的等效電阻R“。

五、實驗內容與步驟

I、驗證基爾霍夫電流(KCL)、電壓(KVL)定律

實驗線路中取的后=3V、及=6V,R=R=/?3=lkC,連接電路，測量各支路電流及各元件兩端

的電壓值，驗證結果，自擬表格，

2、驗證疊加定理

測量后、氏單獨作用和共同作用時，各支路的電流值。數據填入表1-1。

表1-i驗證疊加定理

/](mA)h(mA)h(mA)

計算測量誤差計算測量誤差計算測量誤差

后作用

反作用

巴、反作用

3、驗證戴維南定理

用戴維南定理測量自支路的電流按實驗原理，選擇合適的測量方法測量開路電壓Uoc和

等效電阻飛的值。然后用直流電壓源和可變電位器分別調出Uoc和&q的值，再串上當支路,

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測量&支路的電流右。

A注意：

1.一定要接好線后再開電源，切勿帶電接線。

2.選定參考方向后，按參考方向插入指針式萬用表表筆。測量電壓或電流時，如果

指針正偏，測量值為正，電壓或電流的實際方向與參考方向一致；如指針反偏，則必須調換萬用

表表筆極性，重新測量，此時，測量值為負正，說明電壓或電流的實際方向與參考方向相反。

六、實驗報告要求

I.數據分析：用你所測得的實驗數據如何驗證定律及定理的？

2.與計算值比較，分析誤差原因。

3.請回答問題:

I）你是如何通過電流表的串入，測試并理解參考方向這?概念的？

2）在驗證戴維南定理的實驗中，如果線性二端網絡的內阻和你所用的萬用電表內阻接近

時，

應選用實臉原理中講述的哪種方法測量&q值？

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實驗二RC一階電路響應測試

一、實驗目的

I.掌握RC一階動態電路零狀態響應和零輸入響應的概念。

2.學習電路時間常數的測量方法。

3.掌握有關微分電路和積分電路的概念。

4.進一步學會用示波器觀測波形。

二、儀器設備

I.7PE—43模擬電路實驗箱1臺

2.FBI602P系列功率函數信號發生器或EM1652系列數孑信號源1臺

3.KENWOODCS-4125A20MHz2通道示波器I臺

三、實驗原理

I.RC電路的方波響應

圖2-1（a）所示為RC串聯電路。為了用示波器觀察電路的智態過程,用方波來代替輸入階

躍信號.在后端加方波信號時.電容兩端的響應波形如圖2-1（c：所求.

（b）輸入階躍信號

圖2-1方波激勵下電容的響應波形

圖（c）中，ab段曲線是電容器的充電過程，即零狀態響應過程。此過程維持時間的長短與

時間常數r有關，T=RCO當?時，電容電壓（z）=0.632Um（Um為方波信號的峰值）；當r=5r

時，電容電壓〃c（5r）=0.993Um，通常認為r=5?時，電路暫態過程結束，進入新的穩定狀態。be

段是電容器的放電過程，即零輸入響應過程。當片r時，電容電壓吹（了）=0368（/,,.：當片5:■時，

電容電壓HC（5r）=0.007Um，此時電路已接近穩定狀態。

圖2-2輸入正負勸稱方波時電容端的全響應波形

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由于函數信號發生器輸山的是正負對稱的方波，因此，當此信號作為AC電路的階跣信號時,

電路是一個輸入階躍和電容初始道均不為零的全響應過程，如圖2-2。

2.用示波器測量時間常數r

在電容充電響應波形上，沿波形在縱軸上找到0.632Um值的點，通過該點做垂線與橫軸相交,

讀出該點到充電波形起始端之間的格數小則時間常數尸aX掃播時間s/div。(注意掃描微調

要放在CAL校準位置)。

3.微分電路和積分電路

微分電路和積分電路是電容器充放電現象的一種應用，電路如圖2?3所示。微分電路中，當

時間常數很小時，輸出電壓〃R正比于輸入電壓心的微分，即〃魯；枳分電路中，當時■間

常數很大時，輸出電壓收正比于輸入電壓w的積分，即〃K=」一f%市。

KRCJ

(a)微分電路(b)積分電路

圖2-3微分電路與積分電路

當輸入電壓跖的波形為正負對稱的方波時，微、積分電路輸入、輸出電壓波形如圖2-4所示。

如改變時間常數?與方波脈沖寬度小的比值，電容器充放電的快慢就不同，因此輸出電壓的波形

就不同。

(b)積分電路〃c波形

圖2-4微分、積分電路輸出波形

在微分電路中，當r>>加時，電容器充電很慢，輸出電壓WR與輸入電壓3的波形很相近。隨

著r和加比值的減小，電阻兩端電壓〃R的波形逐漸變成正負尖脈沖，如圖2-4(a)所示。r越小，

尖脈沖越陡。因此，構成微分電路的條件是：3)KVP(通常MC.2/P),(2)從電阻兩端輸出。

在積分電路中，當心時，電容器充放電較快，電容兩端的波形如圖2-1(c)所示。當己力P

時，電容器充電緩慢，后又經電阻緩慢放電，電容兩端電壓的波形逐漸變成三角波，r越大，

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充放電越緩慢，輸出三角波的線性度越好，如圖24(b)所示。因此，構成積分電路的條件是:

(1)r?/P(通常55加),(2)從電容兩端輸出。

四、實驗內容

I.根據RC電路的全響應波形，觀察零狀態和零輸入響應過程，并通過波形測量時間常數？

由函數信號發生器輸出Upp=3V、f=lkHz(Zp=772=O.5ms)的方波作為階躍信號。設計實驗

電路，在元件參數滿足要求時，通過示波器測量時間常數并與計算值比較誤差。

2.觀察RC電路的微分響應

按實驗原理選擇電阻、電容參數及方波信號的頻率，觀察⑴(?般KO.2/P)時由和〃R

的波形，并測量“R峰峰值。改變電阻或電容的參數，使r值增大時，觀察〃R波形的變化。

3.觀察