电路分析基础实验指导书

电路分析基础实验指导书编写审核实验一直流电路中电位、电压的测量一、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。3、学习实验箱直流稳压电源及直流数字毫安表的使用。4、学习用数字万用表测量直流电压5、熟悉电工仪表测量误差的计算方法二、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。误差计算绝对误差测量值基准值相对误差绝对误差/基准值电气测量的误差计算中，理论计算值可作为基准值。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012V12直流稳压电源12V3数字万用表14直流数字毫安表15叠加定理实验板1四、实验内容。1、分别将两路直流稳压电源接入电路，令U16V，U212V。（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31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，数据列于图11连接叠加定理实验板上的虚线和R4,R52分别将两路直流稳压源接入电路，令E112V，E26V。3将开关S1投向E1侧,开关S2投向E2侧4以图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。5以D点作为参考点，重复实验内容4的测量，测得数据填入表中。电位参考点与UABCDEFUABUBCUCDUDEUEFUFA计算值测量值A相对误差D计算值五、实验注意事项1测量电位，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）接被测各点。若数显表显示正值，则表明该点电位为正（即高于参考点电位）；若数显表显示负值，此时表明该点电位低于参考点电位。2测量电压U黑表笔应接第二下标B端。若数显表显示负值，此时表明ABA点电位低于参考点B点电位。测其他电压同理六、预习思考题若以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、实验报告要求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完成表格中计算值和相对误差值的计算，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。4心得体会及其他。测量值相对误差实验二基尔霍夫定律的验证一、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I0。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U0。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012V12直流稳压电源12V3数字万用表14直流数字毫安表15叠加定理实验板1四、实验内容如图连接叠加定理实验板上的虚线和R4,R51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。图中的I1、I2、I3的方向设定如图。三个闭合回路的电流正方向可设为ADEFA、BADCB和FBCEF。2分别将两路直流稳压源接入电路，令E112V，E26V。3将开关S1投向E1侧,开关S2投向E2侧4直流电流表端接红线，COM端（_端）接绿线作为测试线，测量I1,I2,I3记入表中。注意测量电流时应该断开被测回路，将电流表串联接入，电流表绿表笔接被测电流箭头处,测量值的正负按表指示值填写测完后将断开的被测回路复原,再用同样方法测量另一电流,测量时如果显示超量程符号,应该及时增大量程5用数字万用表直流电压档分别测量两路电源及表中其他电压值，记入表中。注意测量E、E时万用表黑表笔接”“端,测量UAB时万用表黑表笔接B12测量其他电压依此类推被测量I1MAI2MAI3MAE1VE2VUFAVUABVUADVUCDVUDEV计算值仪表量程测量值相对误差五、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。E、E也需测12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。六、预习内容1阅读“原理说明”及“实验内容”。2根据图中的电路参数，计算出待测的电流I1、I2、I3和各电阻上的电压值，记入表中理论值，以便实验测量时，可对照检查并正确地选定仪表的量程。七、实验报告1实验线路图2实验数据表格3根据实验数据，选定节点B，验证KCL的正确性。4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。5误差原因分析。实验六典型电信号的观察与测量一、实验目的1熟悉函数信号发生器各旋钮、开关的作用及其使用方法。2初步掌握用示波器观察电信号波形，定量测出正弦信号和脉冲信号的波形参数。二、实验说明1电子示波器是一种信号图形观测仪器，可测出电信号的波形参数。从荧光屏的Y轴刻度尺并结合其量程分档选择开关（Y轴输入电压灵敏度V/DIV分档选择开关）读得电信号的幅值；从荧光屏的X轴刻度尺并结合其量程分档（时间扫描速度T/DIV分档）选择开关，读得电信号的周期、脉宽、相位差等参数。为了完成对各种不同波形、不同要求的观察和测量，它还有一些其它的调节和控制旋钮，希望在实验中加以摸索和掌握。一台双踪示波器可以同时观察和测量两个信号的波形和参数。2SP1642B函数信号发生器使用操作说明（1）“直流偏移”调到“关”，”扫描/计数”调到选择灯全灭。（2）“波形对称”调到“关”。（3）调波形选择按钮可选择正弦波、三角波、脉冲波输出（4）调倍率增减按钮，迭择频段。（5）调频率微调旋钮与倍率增减按钮配合选择输出频率。（6）2V以上输出信号可直接调输出幅度调节旋钮得到所需的输出电压。2V以下的输出信号应配合衰减开关来得到所需电压，这样才能保证输出电压的准确性。输出电压为峰峰值。输出衰减的选择输出衰减分0DB、20DB、40DB、60DB四档，由两个“衰减”按键选择，具体选择方法如下20DB按键40DB按键衰减值（DB）衰减值弹起弹起00按下弹起201弹起按下40按下按下60（7）由函数信号输出端7输出多种函数信号。4交流毫伏表的使用可见书后附录。三、实验设备四、实验内容1双踪示波器的自检将示波器面板部分的“标准信号”插口，通过示波器专用同轴电缆接至双踪示波器的Y轴输入插口CH1或CH2端，然后开启示波器电源，指示灯亮。稍后，协调地调节示波器面板上的“辉度”、“聚焦”、“辅助聚焦”、“X轴位移”、“Y轴位移”等旋钮，使在荧光屏的中心部分显示出线条细而清晰、亮度适中的方波波形；通过选择幅度和扫描速度，并将它们的微调旋钮旋至“校准”位置，从荧光屏上读出该“标准信号”的幅值与频率，并与标称值（O5VP，1KHZ）作比较，如相差较大，请指导老师给予校准。2正弦波信号的观测1将示波器的幅度和扫描速度微调旋钮旋至“校准”位置。2通过电缆线，将信号发生器的输出口与示波器的CH1插座相连。3接通信号发生器的电源，选择正弦波输出。通过相应调节，使输出分别为250HZ01V，15KHZ1V,20KHZ3V均为峰峰值调节示波器Y轴和X轴的偏转灵敏度至合适的位置，从荧光屏上读得幅值及周期，分别记入表1,表2中。表1序号名称型号与规格数量备注1双踪示波器12函数信号发生器SP1642B13交流毫伏表1正弦波信号频率的测定所测项目01V250HZ1V15KHZ3V20KHZ示波器“T/DIV”旋钮位置一个周期占有的格数信号周期（S）计算所得频率（HZ）正弦波信号幅值的测定所测项目01V250HZ1V15KHZ3V20KHZ示波器“V/DIV”位置波形峰峰值格数表23方波脉冲信号的观察和测定选作1选择方波信号输出。2调节方波的输出幅度为30V，分别测出100HZ，3KHZ和30KHZ方P波信号的周期填入自拟表格（参照上表）。五、实验注意事项1示波器的辉度不要过亮。2调节仪器旋钮时，动作不要过快、过猛。3调节示波器时，要注意触发开关和电平调节旋钮的配合使用，以使显示的波形稳定。4作定量测定时，“T/DIV”和“V/DIV”的微调旋钮应旋置“校准”位置。5为防止外界干扰，信号发生器的接地端与示波器的接地端要相连（称共地）。6不同品牌的示波器,各旋钮、功能的标注不尽相同,请详细阅读所用示波器的说明书。示波器输入电缆的衰减值应选1即11。六、预习内容及思考题1示波器面板上“T/DIV”和“V/DIV”的含义是什么2观察本机“校正信号”时，要在荧光屏上得到两个周期的稳定波形，而幅度要求为五格，试问Y轴电压灵敏度应置于哪一档位置“T/DIV”又应置于哪一档位置3认真阅读信号发生器和示波器的使用说明书。七、实验报告要求（问答题均笔答，以后实验同）1实验数据表格。2实验内容3中的方波信号幅值为何不能用交流毫伏表测定峰峰值计算所得有效值用交流毫伏表测量值图13如用示波器观察正弦信号时，荧光屏上出现图1所示的几种情况时，试说明测试系统中哪些旋钮的位置不对应如何调节4应用双踪示波器观察到如图2所示的两个波形，CH1和CH2轴的“V/DIV”的指示均为05V，“T/DIV”指示为20S，试写出这两个波形信号的峰峰值和周期。图2实验七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1A所示。根据一阶微分方程的求解得知。当T时，UC0368UM。此时所对应的时间就等TRCTMUE于。亦可用零状态响应波形增加到0632UM所对应的时间测得，如图1C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、实验设备序名称型号与规格数量备注号1函数信号发生器12双踪示波器13实验箱1四、实验内容1、在实验箱元件组内选择R10K，C001F组成如图1B所示的RC充放电电路。US为脉冲信号发生器输出的56V，F1KHZ的方波电压信号，并通过两根同轴电缆线，将激励源US和响P应UC的信号分别连至示波器的两个输入口CH1和CH2，这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律，测算出时间常数，并用方格纸按11的比例描绘波形。2在实验箱元件组内选择R10K，C01F，观察并描绘响应UC的波形，继续增大C之值，使满足积分电路的条件,观察并描绘激励与响应的波形,并作记录。3在实验箱元件组内选择C001F，R1K，连线组成如图2A所示的微分电路。在同样的方波激励信号（U56V，F1KHZ）作用下观测并P描绘激励与响应的波形。并作记录。选做五、实验注意事项1、调节电子仪器各旋钮时，动作不要过快、过猛。实验前，需熟读双踪示波器的使用说明书。特别是观察双踪时，要特别注意相应开关、旋钮的操作与调节。2、信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起（称共地），以防外界干扰而影响测量的准确性。3、示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时，应将辉度调暗，以延长示波管的使用寿命。六、预习思考题1、什么样的电信号可作为RC一阶电路零输入响应、零状态响应和全响应的激励源2、已知RC一阶电路R10K，C001F，试计算时间常数，并根据值的物理意义，拟定测量的方案。3、何谓积分电路和微分电路，它们必须具有什么条件它们在方波序列脉冲的激励下，其输出信号波形的变化规律如何这两种电路有何功用4、预习要求熟读“原理说明”及仪器使用说明，回答上述问题，准备方格纸。七、实验报告1根据实验观测结果，在方格纸上绘出RC一阶电路充放电时U的变C化曲线，由曲线测得值，并与的计算结果作比较，分析误差原因。2根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，用方格纸按11比例描绘实验内容2、3的波形3选做。以上均要标出示波器的TIME/DIV和VOLTS/DIV值。实验九正弦交流电路电压关系及相位差测定一、实验目的1研究电阻、电容串联电路各元件端电压间的关系。2掌握用示波器和交流毫伏表测量RC串联电路电压、电流相位差的方法。二原理说明1在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路的电流值，用交流电压表测得回路各元件两端的电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律，即I0和U0。图12图1所示的RC串联电路，在正弦稳态信号U的激励下，U与U保持有90的相位差，RCU、U与U三者形成一个直角形的电压三C角形，如图2所示。电压大小的关系为图2URJXCUCURIRCR12COS,将电压三角形每边除以电流I,得到阻抗三角形如图3由图可得/1RXCTGFCC2/1由此可求得的理论值图33在RC串联电路中，电路电流与电阻端电压同相，电压与电流之间的相位差，即是电路电压U与电阻电压之间的相位差，可以用双踪示波器观察与R测量。根据U与两波形在水平方向差距X，及信号周期T，即可求得两波形R相位差。上式中X两波形在X轴方向差距格数。T周期所占格数。三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1双踪示波器12函数