电路理论实验指导书(1)

1SU1R2RVmA图10－1实验一电压源与电流源的等效变换与串并联的研究1、掌握建立电源模型的方法；23、加深对电压源和电流源特性的理解；4、研究电源模型等效变换的条件。二、原理说明1、电压源和电流源电压源具有端电压保持恒定不变，而输出电流的大小由负载决定的特性。其外特性，即端电压U与输出电流I的关系U＝f(I)是一条平行于Ｉ轴的直线。实验中使用的恒压源在规定的电流范围内，具有很小的内阻，可以将它视为一个电压源。电流源具有输出电流保持恒定不变，而端电压的大小由负载决定的特性。其外特性，即输出电流I与端电压U的关系I＝f(U)是一条平行于U轴的直线。实验中使用的恒流源在规定的电流范围内，具有极大的内阻，可以将它视为一个电流源。2、实际电压源和实际电流源实际上任何电源内部都存在电阻，通常称为内阻。因而，实际电压源可以用一个内阻RS和电压源US串联表示，其端电压U随输出电流I增大而降低。在实验中，可以用一个小阻值的电阻与恒压源相串联来模拟一个实际电压源。实际电流源是用一个内阻RS和电流源IS并联表示，其输出电流I随端电压U增大而减小。在实验中，可以用一个大阻值的电阻与恒流源相并联来模拟一个实际电流源。3、实际电压源和实际电流源的等效互换一个实际的电源，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，则可用一个电压源Us与一个电阻RS相串联表示；若视为电流源，则可用一个电流源IS与一个电阻RS相并联来表示。若它们向同样大小的负载供出同样大小的实际电压源与实际电流源等效变换的条件为：（1）取实际电压源与实际电流源的内阻均为RS；（2）已知实际电压源的参数为Us和RS，则实际电流源的参数为SSSRUI和RS，若已知实际电流源的参数为Is和RS，则实际电压源的参数为SSSRIU和RS。1、MEL－06组件（含直流数字电压表、直流数字毫安表）2、恒压源（含＋6V，＋12V，0～30V可调）3、恒源流0～500mA可调4、EEL－23组件（含固定电阻、电位器）四、实验内容2SU1R2RVmA图10－2SRmA2RSISRV图10－3SURVmASRRVmASRSI图10－4(a)(b)1、测定电压源（恒压源）与实际电压源的外特性实验电路如图10－1所示，图中的电源US用恒压源中的＋6V输出端，R1取200Ω的固定电阻，R2取470Ω的电位器。调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表10－1中。表10－1电压源（恒压源）外特性数据I(mA)U(V)在图10－1电路中，将电压源改成实际电压源，如图10－2所示，图中内阻RS取51Ω的固定电阻，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表10－2中。表10－2实际电压源外特性数据I(mA)U(V)2按图10－3接线，图中IS为恒流源，调节其输出为5mA（用毫安表测量），R2取470Ω的电位器，在RS分别为1kΩ和∞两种情况下，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入自拟的数据表格中。3按图10－4电路接线，其中(a)、(b)图中的内阻RS均为51Ω，负载电阻R均为200Ω。在图10－4(a)电路中，US用恒压源中的＋6V输出端，记录电流表、电压表的读数。然后调节图10－4(b)电路中恒流源IS，令两表的读数与图10－4(a)的数值相等，记录IS4、测定电压源串联的外特性将电压源改成实际电压源串联，只需将图10－2中的Us用两个3V的实际电压源串联代替即可（电压源串联后应保证电压表的读数在6V左右），图中内阻RS取51Ω的固定电阻，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入自拟的数据表格中。5、测定电流源并联的外特性请读者自行将第4步中的电压源串联改接成两个电流源并联。注意电流源值、内阻等数值的设计。将电流表、电压表的读数记入自拟的数据表格中五、实验注意事项1、在测电压源外特性时，不要忘记测空载（I＝0）时的电压值；测电流源外特性时，不要忘记测短路（U＝0）时的电流值，注意恒流源负载电压不可超过20伏，负载更不可开路；233六、预习与思考题1、电压源的输出端为什么不允许短路？电流源的输出端为什么不允许开路？2、说明电压源和电流源的特性，其输出是否在任何负载下能保持恒值？3、实际电压源与实际电流源的外特性为什么呈下降变化趋势，下降的快慢受哪个参数影响？4、实际电压源与实际电流源等效变换的条件是什么？所谓‘等效’是对谁而言？电压源与电流源能否等效变换？1、根据实验数据绘出电源的四条外特性，并总结、归纳两类电源的特性；23、回答思考题。4OCUSCIUUIONINU图11-1SUOCUSRLRV2OCU+-图11-2有源网络SUSRVU+-图11-3恒压源有源网络实验二戴维南定理及叠加定理的验证戴维南定理及叠加定理的验证：1、验证戴维宁定理、诺顿定2、掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。1、戴维宁定理和诺顿定理戴维宁定理指出：任何一个有源二端网络，总可以用一个电压源US和一个电阻RS串联组成的实际电压源来代替，其中：电压源US等于这个有源二端网络的开路电压UOC,内阻RS等于该网络中所有独立电源均置零(电压源短接，电流源开路)后的等效电阻RO。诺顿定理指出：任何一个有源二端网络，总可以用一个电流源IS和一个电阻RS并联组成的实际电流源来代替，其中：电流源IS等于这个有源二端网络的短路短路ISC,内阻RS等于该网络中所有独立电源均置零(电压源短接，电流源开路)后的等效电阻RO。US、RS和IS、RS称为有源二端网络的等效参数。2(1)在有源二端网络输出端开路时，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，测其短路电流ISＣ，且内阻为：SCOCSIUR。若有源二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电(2)伏安法一种方法是用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线，如图11－1所示。开路电压为UOC，根据外特性曲线求出斜率tgφ，则内阻为：IURtgS。另一种方法是测量有源二端网络的开路电压UOC，以及额定电流IN和对应的输出端额定电压UN，如图11－1所示，则内阻为：NNOCSIUUR。(3)半电压法如图11－2所示，当负载电压为被测网络开路电压UOC一半时，负载电阻RL的大小（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻RS数值。(4)零示法5在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表进行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11－3所示。零示法测量原理是用一低内阻的恒压源与被测有源二端网络进行比较，当恒压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，测量此时恒压源的输出电压U，即为被测有源二端网络的开路电压。三、实验设备1、MEL－06组件（含直流数字电压表、直流数字毫安表）2、恒压源（含＋6V，＋12V，0～30V可调）3、恒源流0～500mA可调4、EEL－23组件（含电阻箱、固定电阻）5、EEL－30组件（含实验电路）四、实验内容被测有源二端网络选用EEL－30组件中的网络1，并与负载电阻RL（用电阻箱）连接，如图11－4(a)所示.。1、开路电压、短路电流法测量有源二端网络的等效参数测开路电压UOC：在图11－4(a)电路中，断开负载RL，用电压表测量1、2两端电压，将数据记入表11－1中。测短路电流ISＣ：在图11－4(a)电路中，将负载RL短路，用电流表测量电流，将数据记入表11－1中。计算有源二端网络的等效参数US和RS。表11－1开路电压、短路电流数据UOC(V)ISＣ(mA)RS=UOC/ISＣ2、伏安法测量有源二端网络的等效参数测量有源二端网络的外特性：在图11－4(a)电路中，用电阻箱改变负载电阻RL的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表11－2中。并计算有源二端网络的等效参数US和RS。表11－2有源二端网络外特性数据RL()990900800700600500400300200100U12(V)I(mA)LR有源网络1212U＋－图11-4SUSRLR12＋－（ａ〕（ｂ〕SISRLR12－mAmAmA(c)＋3412U12U334463、验证有源二端网络等效定理绘制有源二端网络外特性曲线：根据表11－2数据绘制有源二端网络外特性曲线。测量有源二端网络等效电压源的外特性：图11－4(ｂ)电路是图(ａ)的等效电压源电路，图中，电压源US用恒压源的可调稳压输出端，调整到表11－1中的UOC数值，内阻RS按表11－1中计算出来的RS（取整）选取固定电阻。然后，用电阻箱改变负载电阻RL的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表11－3中。表11－3RL()990900800700600500400300200100UAB(V)I(mA)测量有源二端网络等效电流源的外特性：图11－4(ｃ)电路是图(ａ)的等效电流源电路，图中，电流源IS用恒流源，并调整到表11－1中的ISC数值，内阻RS按表11－1中计算出来的RS（取整）选取固定电阻。然后，用电阻箱改变负载电阻RL的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表11－4中。表11－4RL()990900800700600500400300200100UAB(V)I(mA)4、被测有源二端网络选用EEL－30组件中的网络2，重复上述步骤。5、用半电压法和零示法测量有源二端网络的等效参数半电压法：在图11－4(a)电路中，首先断开负载电阻RL，测量有源二端网络的开路电压UOC，然后接入负载电阻RL（用电阻箱），用电阻箱调整其大小，直到两端电压等于2OCU为止，此时负载电阻RL的大小即为等效电源的内阻RS的数值。记录UOC和RS数值。零示法测开路电压UOC：实验电路如图11－3所示，其中：有源二端网络选用网络1，恒压源用恒压电源的可调稳压输出端，调整输出电压U，观察电压表数值，当其等于零时输出电压U的数值即为有源二端网络的开路电压UOC，并记录UOC数值。五、实验注意事项12、改接线路时，要关掉电源。六、预习与思考题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？2七、实验报告要求1、回答思考题；2、根据表11－1和表11－2的数据，计算有源二端网络的等效参数US和RS；3、根据半电压法和零示法测量的数据，计算有源二端网络的等效参数US和RS；4、实验中用各种方法测得的UOC和RS是否相等？试分析其原因；5、根据表11－2、表11－3和表11－4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,验证戴维宁定理和诺顿定理的正确性；6、说明戴维宁定理和诺顿定理的应用场合。7RCSUcuS12图16－1SUV/cuSU632.00s/t图16－2SUV/cuSU368.00s/t图16－3SUSu0tT2T图16－4acua632.00t图16－5bx实验四一阶电路暂态过程的研究一、实验目的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；3、二、原理说明1、ＲＣ一阶电路的零状态响应ＲＣ一阶电路如图16－1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，ｕC（ｔ）称为零状态响应tUUu-SSce变化曲线如图16－2所示，当ｕC上升到S632.0U所需要的时间称为时间常数，RCτ。2、ＲＣ一阶电路的零输入响应在图16－1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，tUu-SceS368.0U变化曲线如图16－3所示，当ｕC下降到S368.0U所需要的时间称为时间常数，RCτ。3、测量ＲＣ一阶电路时间常数图16－1电路的上述暂态过程很难观察，为了用普通示波器观察电路的暂态过程，需