電路分析實驗 課件全套 實驗1-8 常用電子儀器儀表的使用-RLC串聯(lián)諧振電路的研究

實驗一常用電子儀器儀表的使用掌握數(shù)字萬用表、直流穩(wěn)壓電源、函數(shù)信號發(fā)生器和雙蹤示波器的使用方法。（1）了解本實驗的目的、原理和方法，學(xué)習(xí)各種儀器的使用方法。（2）抄寫“1.1.1實驗紀(jì)律要求”和“1.2.1電工電子實驗安全操作規(guī)范”。數(shù)字萬用表、直流穩(wěn)壓電源、函數(shù)信號發(fā)生器、雙蹤示波器和電路分析實驗箱。實驗儀器與實驗電路之間的連接關(guān)系（1）數(shù)字萬用表用于測量直流和交流電壓、電流、電阻等。有些萬用表還可以測量晶體管、電容和頻率。①型號欄；②液晶顯示屏：顯示測量數(shù)值；③發(fā)光二極管：通斷檢測報警；④檔位開關(guān)：改變測量功能、量程及開關(guān)機(jī)；⑤20A電流測試正極插座；⑥200mA電流測試正極插座；⑦電容、溫度、及公共負(fù)極插座；⑧電壓、電阻及二極管正極插座；⑨三極管測試插座；⑩背光燈/自動關(guān)機(jī)開關(guān)。（2）測量電阻把萬用表撥到合適的電阻測量檔位，分別測量實驗箱中標(biāo)稱值為1KΩ和10KΩ電阻的阻值。將測量數(shù)據(jù)填入表5.1.1并計算測量誤差。標(biāo)稱值（Ω）1k10k萬用表檔位（Ω）2k20k測量值（Ω）

絕對誤差（Ω）

相對誤差（%）

（3）直流穩(wěn)壓電源的使用直流穩(wěn)壓電源用于輸出若干組可調(diào)電壓，為實驗電路供電。測量直流電壓：將萬用表撥到合適的直流電壓測量檔位，按照正確的極性連接到實驗箱電源，接通實驗箱電源開關(guān)，測量實驗箱電源輸出電壓，填入表5.1.2并計算測量誤差。穩(wěn)壓源輸出（V）＋12－12萬用表檔位（V）直流20直流20測量值（V）

絕對誤差（V）

相對誤差（%）

（4）信號發(fā)生器的使用函數(shù)信號發(fā)生器用于產(chǎn)生幅值和頻率可調(diào)的交流信號（正弦波、方波、三角波等）（5）示波器的使用雙蹤示波器可以同時觀察和測量兩路信號的波形，測量電路信號波形的幅值、周期等參數(shù)。

①調(diào)節(jié)信號發(fā)生器使其分別輸出信號為：U1=2V（峰峰值）、f1=1000Hz的正弦波；U2=4V（峰峰值）、f2=2000Hz的方波。②將示波器“CH1”通道的測試探頭連接到信號發(fā)生器輸出端：示波器探頭的信號輸入端和信號發(fā)生器輸出電纜的信號線（紅色鱷魚夾）連接，示波器探頭的地線（黑色鱷魚夾）和信號發(fā)生器輸出電纜的地線（黑色鱷魚夾）連接。用示波器測量各信號電壓及頻率值。測試數(shù)據(jù)填入表5.1.3中。10002000

峰峰值波形格數(shù)

————

周期格數(shù)

————

占空比（脈寬/周期，%）————

（1）使用萬用表和示波器時應(yīng)怎樣提高測量精度？（2）總結(jié)萬用表、示波器、信號源等儀器設(shè)備的使用方法及主要旋鈕、按鍵的功能。謝謝實驗二基爾霍夫定律的驗證（1）驗證基爾霍夫定律，加深對基爾霍夫定律的理解。（2）研究電路中各點電位與參考點的關(guān)系。（3）掌握電子儀表的使用和直流電路的實驗方法，學(xué)習(xí)檢查、分析電路簡單故障的能力。（1）了解本實驗的目的、原理和方法。（2）計算各表中要求的電壓、電流理論值，寫出計算過程。數(shù)字萬用表、直流穩(wěn)壓電源、電路分析實驗箱。（1）基爾霍夫電流定律和電壓定律是電路的基本定律，它們分別用來描述結(jié)點電流和回路電壓的規(guī)律。對電路中的任一結(jié)點而言，在設(shè)定電流的參考方向下，應(yīng)有ΣI＝0。一般定義流入結(jié)點的電流相加，流出結(jié)點的電流相減。對任何一個閉合回路而言，在設(shè)定電壓的參考方向下，繞行一周，應(yīng)有ΣU＝0。一般定義參考方向與繞行方向一致的電壓相加，參考方向與繞行方向相反的電壓相減。驗證步驟：①在實驗前，必須設(shè)定電路中所有電流、電壓的參考方向，建議電阻的電壓參考方向與電流參考方向關(guān)聯(lián)，電源的參考方向與標(biāo)示一致。②按照設(shè)定的電流、電壓參考方向，測試電流電壓數(shù)值。測量電壓時，設(shè)定參考方向電壓的正極應(yīng)接電壓表正極，設(shè)定參考方向電壓的負(fù)極應(yīng)接電壓表負(fù)極；測量電流時，設(shè)定參考方向電流應(yīng)從電流表正極流入，負(fù)極流出。③按照電流定律和電壓定律的一般定義規(guī)則求代數(shù)和。（2）電位：在直流電路中，電位是相對參考點的電壓；參考點不同，各點的電位也不同，任意兩點間電位差即電壓與參考點無關(guān)。實驗注意事項：（1）所有需要測量的電壓值，均以電壓表測量的讀數(shù)為準(zhǔn)。（2）防止電源輸出線正負(fù)極碰線短路。直流電壓源US1為+6V，直流電壓源US2為+12V。開關(guān)S1投向US1側(cè)，開關(guān)S2投向US2側(cè)，開關(guān)S3投向R3側(cè)。以A節(jié)點驗證KCL，以ADEF構(gòu)成回路I和ABCD構(gòu)成回路Ⅱ驗證KVL，實驗前先設(shè)定三條支路的電流參考方向，如圖中的I1、I2、I3所示，并熟悉線路結(jié)構(gòu)，掌握各開關(guān)的操作使用方法。（1）驗證KCL定理使用直流電流表按表5.3.1的要求進(jìn)行測量，以驗證KCL定理。按照設(shè)定的參考方向?qū)㈦娏鞅斫尤腚娐罚闺娏饔呻娏鞅淼恼龢O流入、負(fù)極流出，讀出各個支路電流值，并記入表5.3.1中。電流（mA）理論計算值

實驗測量值

（2）驗證KVL定理使用直流電壓表按表5.3.2的要求進(jìn)行測量，以驗證KVL定理。用直流電壓表分別測量兩個電源及電阻元件上的電壓值，將數(shù)據(jù)記入表5.3.2中，并計算回路電壓代數(shù)和。測量時電壓表的紅（正）接線端應(yīng)連接被測電壓參考方向的正極，黑（負(fù)）接線端應(yīng)連接被測電壓參考方向的負(fù)極。電壓（V）理論計算值

實驗測量值

（3）電位的研究在實驗電路中，分別以F、E、D為參考點，使用直流電壓表按表5.3.3的要求，測量各點電位值，計算電位差。電位測量電位計算參考點F

E

D

（1）在測量電壓、電流時，怎樣確定數(shù)值的正負(fù)？求電壓、電流代數(shù)和時，怎樣確定數(shù)值的加減？（2）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：選定實驗電路中的任一個結(jié)點，驗證霍夫電流定律（KCL）的正確性；選定實驗電路中的任一個閉合回路，驗證基爾霍夫電壓定律（KVL）的正確性。謝謝實驗三疊加原理的驗證（1）驗證疊加定理；（2）了解疊加定理的應(yīng)用場合；（3）理解線性電路的疊加性和齊次性。了解本實驗的目的、原理和方法。數(shù)字萬用表、直流穩(wěn)壓電源、電路分析實驗箱。疊加原理：

在有幾個電源共同作用下的線性電路中，通過每一個元件的電流或其兩端的電壓，可以看成是由每一個電源單獨(dú)作用時在該元件上所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。具體方法是：一個電源單獨(dú)作用時，其它的電源必須置零（電壓源置零為去掉后短路，電流源置零為開路）；在求電流或電壓的代數(shù)和時，當(dāng)電源單獨(dú)作用時電流或電壓的參考方向與共同作用時的參考方向一致時，符號取正，否則取負(fù)。

線性電路的齊次性：

當(dāng)所有激勵信號（電壓源和電流源）增加或減小K倍時，電路的響應(yīng)（電流和電壓值）也將增加或減小K倍。疊加性和齊次性都只適用于求解線性電路中的電流、電壓。對于非線性電路，疊加性和齊次性都不適用。

用實驗箱中的直流數(shù)字毫安表測量各支路電流：按照定義的電流參考方向，電流由數(shù)字電流表的正極接線端流入，由數(shù)字電流表的負(fù)極接線端流出，將各支路電流數(shù)據(jù)記入表5.4.1中。

用直流數(shù)字電壓表測量各電阻元件兩端電壓：電壓表的正極接線端應(yīng)連接被測電阻元件電壓參考方向的正極接線端，電壓表的負(fù)極接線端應(yīng)連接電阻元件電壓參考方向的負(fù)極接線端（電阻元件電壓參考方向定義應(yīng)與電流參考方向一致），將各電阻元件兩端電壓數(shù)據(jù)記入表5.4.1中。

測量項目實驗內(nèi)容60

012

612

120

（5）將開關(guān)S3投向二極管VD側(cè)，即電阻R3換成一只二極管，重復(fù)步驟（1）～（4）的測量過程，并將數(shù)據(jù)記入表5.4.2中。測量項目實驗內(nèi)容60

012

612

120

（1）根據(jù)表5.4.1實驗數(shù)據(jù)一，以支路電流和電阻元件兩端電壓為例，驗證線性電路的疊加性與齊次性；（2）根據(jù)表5.4.2實驗數(shù)據(jù)二，舉例說明疊加性與齊次性是否適用該實驗電路。謝謝實驗四戴維南定理的研究與應(yīng)用（1）驗證戴維南定理，加深對該定理的理解。（2）掌握常用測量儀表的正確使用方法。（1）了解本實驗的目的、原理和方法。（2）計算各表中要求的等效電壓、等效電阻理論值，寫出計算過程。數(shù)字萬用表、直流穩(wěn)壓電源、電路分析實驗箱。

（2）有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測量方法①開路電壓、短路電流法

若有源二端網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)阻值很小時，則不宜測其短路電流。

（2）有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測量方法②伏安法

參數(shù)數(shù)據(jù)測量數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)理論值

實驗值

（2）負(fù)載實驗測量有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性：改變負(fù)載電阻RL的阻值，逐點測量對應(yīng)的電壓、電流，將數(shù)據(jù)記入表5.5.2中，計算有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效參數(shù)US和RS。900700500300100U（V）理論值

測量值

I（mA）理論值

測量值

實驗注意事項：（1）改接電路時，要先關(guān)掉電源。（2）連接電路時，注意電壓表、電流表和電源的正負(fù)極性不要接反。（3）連接電源時，注意恒流源和恒壓源輸出是連續(xù)可調(diào)的，連接前應(yīng)先測量恒流源輸出電流和恒壓源輸出電壓并調(diào)至實驗要求數(shù)值。（4）測量前，應(yīng)先找到有源二端網(wǎng)絡(luò)的輸出端口，規(guī)劃好測試點。（5）測量時，使用試驗箱內(nèi)置的電流表，注意選擇合適的測量量程。

（3）驗證戴維南定理對比兩組伏安值，觀察戴維南定理的等效作用。900700500300100U（V）理論值

測量值

I（mA）理論值

測量值

（1）如何測量有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓和短路電流，在什么情況下不能直接測量開路電壓和短路電流？（2）根據(jù)表5.5.2和表5.5.3的數(shù)據(jù)，繪出有源二端網(wǎng)絡(luò)和有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電路的外特性曲線，驗證戴維南定理的正確性。謝謝實驗五一階電路的研究（1）研究RC一階電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)的規(guī)律和特點。（2）學(xué)習(xí)一階電路時間常數(shù)的測量方法，了解電路參數(shù)對時間常數(shù)的影響。（1）了解本實驗的目的、原理和方法。（2）計算各表中要求的參數(shù)理論值，寫出計算過程。電路分析實驗箱、信號發(fā)生器、數(shù)字示波器。（1）RC一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)RC一階電路零狀態(tài)響應(yīng)，即零初始狀態(tài)響應(yīng)，就是在電容零初始儲能狀態(tài)下，在初始時刻由施加于電路的激勵源輸入所產(chǎn)生的響應(yīng)。RC一階電路如圖所示，開關(guān)S在“1”的位置，uc=0，處于零狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)S合向“2”的位置時，電源通過R向電容C充電，uct稱為零狀態(tài)響應(yīng)，

（2）RC一階電路的零輸入響應(yīng)一階RC電路在沒有輸入激勵的情況下，由電容元件的初始狀態(tài)uc(0)所產(chǎn)生的電路響應(yīng)，稱為零輸入響應(yīng)。在電路圖中，開關(guān)S在“2”的位置電路穩(wěn)定后，再合向“1”的位置時，電容C通過R放電，uc(t)稱為零輸入響應(yīng)，

（3）測量RC一階電路時間常數(shù)

實驗注意事項：（1）調(diào)節(jié)電子儀器各旋鈕時，動作不要過猛。實驗前，需熟讀雙蹤示波器的使用說明，特別是觀察雙蹤時，要特別注意開關(guān)、旋鈕的操作與調(diào)節(jié)，示波器兩個探頭的地線不允許連接不同電位的測試點。（2）信號源的接地端與示波器的接地端要連在一起（稱為共地），以防外界干擾而影響測量的準(zhǔn)確性。（3）觀察零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng)時，為了便于比較激勵信號與響應(yīng)信號的幅度關(guān)系，應(yīng)調(diào)整示波器的兩個輸入通道，使其垂直靈敏度相同、顯示波形的零電平位置重合。

R（kΩ）C（μF）τ（μs）理論值測算值理論值實測值100.01

R（kΩ）C（μF）τ（μs）理論值測算值理論值實測值100.01

（3）觀察時間常數(shù)τ（即電路參數(shù)R、C）對暫態(tài)過程的影響

令R＝10kΩ，C＝0.01μF，觀察并描繪響應(yīng)的波形，分別增大C（增加3300pF）和增大R（取30kΩ），定性地觀察參數(shù)變化對響應(yīng)的影響，繪制三種狀態(tài)下的單周期響應(yīng)波形，標(biāo)明響應(yīng)信號的幅度和周期。（1）用示波器觀察RC一階電路零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)時，為什么激勵需要采用方波信號？（2）在RC一階電路中，當(dāng)R、C的大小變化時，對電路的響應(yīng)有何影響？謝謝

實驗六二階電路響應(yīng)的仿真（1）研究二階動態(tài)電路響應(yīng)的特點。（2）學(xué)習(xí)二階電路衰減系數(shù)、振蕩頻率的測量方法，了解電路參數(shù)對它們的影響。（3）觀察、分析二階電路響應(yīng)的三種變化曲線及其特點，加深對二階電路響應(yīng)的認(rèn)識與理解。（1）了解本實驗的目的、原理和方法。（2）學(xué)習(xí)Multisim軟件使用方法。（3）計算參數(shù)理論值，寫出計算過程。計算機(jī)；Multisim仿真軟件；

二階常系數(shù)齊次微分方程特征根的三種形式對應(yīng)三種情況：

（2）欠阻尼狀態(tài)下的衰減系數(shù)δ

和振蕩角頻率ωd可以通過示波器觀測電容電壓的波形求得。R、L、C串聯(lián)電路接至方波激勵時，呈現(xiàn)衰減振蕩暫態(tài)過程的波形如圖所示。

（1）用Multisim仿真工具繪出所示電路。（2）分別設(shè)定電阻R的阻值，C為0.2μF，L為100mH，電容和電感的初始條件參數(shù)均設(shè)為0（即默認(rèn)值），方波信號源參數(shù)設(shè)定為：頻率=50Hz，占空比=50%，電壓幅度=2V。用瞬態(tài)分析法選定節(jié)點1和3，即對u(t)、uC(t)

的零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng)進(jìn)行仿真分析。仿真注意事項：為了方便修改元件參數(shù)，以及防止仿真數(shù)據(jù)的離散性，繪圖時盡量選用虛擬元件。

R（Ω）阻尼狀態(tài)屬性(欠、臨界、過)振蕩角頻率ωd衰減系數(shù)δ波形理論值測量值理論值測量值0

100

1400

2500

（1）當(dāng)二階動態(tài)電路處于過阻尼狀態(tài)時，若再增加R的阻值，對過渡過程有何影響？當(dāng)電路處于欠阻尼狀態(tài)時，若再減小R的阻值，對過渡過程有何影響？（2）根據(jù)實驗觀測結(jié)果，定性描繪出過阻尼、臨界阻尼、欠阻尼三種狀態(tài)的過渡過程波形圖。謝謝實驗七RLC元件阻抗特性的測定（1）研究電阻、感抗、容抗與頻率的關(guān)系，測定其隨頻率變化的特性曲線。（2）學(xué)習(xí)使用信號源和交流毫伏表。（1）了解本實驗的目的、原理和方法。（2）計算測試參數(shù)理論值，寫明計算過程。電路分析實驗箱、函數(shù)信號發(fā)生器、交流毫伏表或數(shù)字萬用表。

測量元件阻抗頻率特性的電路如圖所示，r是提供測量回路電流用的標(biāo)準(zhǔn)電阻，流過被測元件的電流（IR、IL、IC）可由r兩端的電壓Ur除以r阻值所得，又根據(jù)上述三個公式，用被測元件的電壓除以對應(yīng)的元件電流，便可得到R、XL和XC的數(shù)值。按實驗電路接線，其中：r＝200Ω，R＝1KΩ、L＝15mH、C＝0.1uF。選擇信號源正弦波輸出作為輸入電壓u，調(diào)節(jié)信號源輸出電壓幅值，并用交流毫伏表測量，使輸入電壓u的有效值U＝2V，并保持不變。用導(dǎo)線分別接通R、L、C三個元件，調(diào)節(jié)信號源的輸出頻率，從100Hz逐漸增至20kHz，用交流毫伏表分別測量UR、UL、UC和Ur，將實驗數(shù)據(jù)記入表格中。并通過計算得到各頻率點的R、XL和XC。頻率f（Hz）1001k5k10k15k20kR（kΩ）

XL（kΩ）

XC（kΩ）

（1）根據(jù)表格實驗數(shù)據(jù)，在方格紙上繪制R、XL、XC與頻率關(guān)系的特性曲線，并分析它們和頻率的關(guān)系。（2）根據(jù)表格實驗數(shù)據(jù)，定性畫出R、L、C串聯(lián)電路的阻抗與頻率關(guān)系的特性曲線，并分析阻抗和頻率的關(guān)系。謝謝實驗八RLC串聯(lián)諧振電路的研究（1）深入理解電路發(fā)生諧振的條件、特點，掌握電路品質(zhì)因數(shù)（電路Q值）、通頻帶的物理意義及其測定方法。（2）通過對RLC串聯(lián)電路頻率特性的測量