物理实验讲义PPT课件

1、序号名 称型号与规格数量备注1直流稳压电源+12V1 2直流可调稳压电源012V1 3万用表 1 4直流数字电压表 1DICE-DG5指针毫安表020 mA0 1 mA1 6电流、电压测定实验电路板 1 三、实验设备第1页/共96页四、实验内容R1R2+12V-EI1I2+6V-1K图1-1510510I3R3BR4R5F510330DE2E1CA 根据基尔霍夫定律，测量电路图中各支路的电压和电流，验证基尔霍夫定律的正确性第2页/共96页1、实验前先任意设定三条支路的电流参考方向，如图中I1、I2、I3所示，并熟悉线路结构，掌握各开关的操作使用方法。2、分别将两电路直流稳压电源接入电路，令E1

2、=12V、E2=6V。3、将电流表分别接入三条支路中，读出并记录电流值。4 4、用直流数字电压表测量两路电源及电阻元件上的电压值，记录之。 第3页/共96页 被测值 I1（mA）I2（mA）I3（mA）E1（V）E2（V）UFA（V）UAB（V）UAD（V）UCD（V）UDE（V）计算值 测量值 相对误差 第4页/共96页五、实验注意事项1、 防止电源两端碰线短路。2、 正确的选定毫安表I1，I3 （020mA），I2（01mA）和电压表的量程。3、 用指针电流表进行测量时，若指针反偏（电流为负值时），必须调换电流表极性，此时读得的电流值必须冠以负号。第5页/共96页先接线后接通电源，先关断电

3、源后拆线在实验箱通电前直流稳压电源及恒流源用旋钮调至零点。稳压源输出不允许短路，恒流源输出不允许开路，以防烧坏电源（注意线头） 第6页/共96页六、实验报告1、根据实验数据，选定实验电路中的任一个节点，验证KCL的正确性。2、根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭和回路，验证KVL的正确性。3、误差原因分析。4 4、心得体会及其他。 第7页/共96页写实验报告的要求：1、 实验目的2、 实验原理3、 实验设备4、 实验内容（进行数据处理）5、 实验总结（误差分析、心得、体会） 第8页/共96页预习思考题：1、根据图1-1的电路参数，计算出待测电流I1，I2，I3和各电阻上电压值，计入表中，以便

4、实验测量时，可正确选定毫安表和电压表的量程。2、实验中，若用指针毫安表测各支路电流，什么情况下可能出现毫安表指针反偏，应如何处理，在记录数据时应注意什么？若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示呢？第9页/共96页实验二、叠加原理的验证一、实验目的 验证线性电路叠加原理的正确性，并验证元件的功率不能叠加，从而加深对线性电路的比例性和叠加性的认识和理解第10页/共96页二、实验原理叠加原理指出：在有几个独立源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。线性电路的齐次性是指当激励信号增加或减小K倍时，电路的

5、响应也将增加或减小K倍。 第11页/共96页三、实验设备：序号名 称型号与规格数量备注1直流稳压电源+12V1 2直流可调稳压电源012V1 3万用表 1 4直流数字电压表 1DICE-DG5直流数字毫安表 1DICE-DG6叠加原理实验电路板 1 第12页/共96页四、实验内容： 实验电路如图2-1所示。+12V-+6V-R1R2EI1I21K图1-1510510I3R3BR4R5F510330DE2E1CAS1S3S2第13页/共96页1、按图2-1，E1=+12V，E2为可调直流稳压电源，调至+6V。2 2、令E1电源单独作用时（将开关S1投向E1侧，开关S2投向短路侧），用直流数字电压

6、表和直流数字毫安表测量各支路电流及各电阻元件两端电压，数据记入表格中。 第14页/共96页测量项目实验内容E1（V）E2（V）I1（mA）I2（mA）I3（mA）UAB（V）UCD（V）UAD（V）UD E（V）UF A（V）E1单独作用 E2单独作用 E1、E2共同作用 2E2单独作用 第15页/共96页3、令E2电源单独作用时（将开关S1投向短路侧，开关S2投向E2侧），重复实验步骤2的测量和记录。4、令E1和E2共同作用时（开关S1和 S2分别投向E1和E2侧），重复实验步骤2的测量和记录。5 5、将E2的数值调至+12V，重复上述第3项的测量并记录。 第16页/共96页6 6、将R5换

7、成一只二极管IN4007（即将开关S3投向二极管D侧）重复15的测量过程，数据记入表格中。 测量项目实验内容E1（V）E2（V）I1（mA）I2（mA）I3（mA）UAB（V）UCD（V）UAD（V）UD E（V）UFA（V）E1单独作用 E2单独作用 E1、E2共同作用 2E2单独作用 第17页/共96页五、实验注意事项1、应注意仪表的极性，及数据表格中“+、-”号的记录。2 2、注意数字电压表、电流表档的及时更换。 第18页/共96页六、预习思考题1、叠加原理中E1、E2分别单独作用，在实验中应如何操作？可否直接将不作用的电源（E1或E2）置零（短接）？2 2、实验电路中，若有一个电阻器改

8、为二极管，试问叠加原理的叠加性与齐次性还成立吗？为什么 第19页/共96页七、实验报告1、根据实验数据验证线性电路的叠加性与齐次性。2、各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？试用上述实验数据进行计算并作结论。3、通过实验步骤6及分析表格中数据你能得出什么样的结论？4、 心得体会及其他第20页/共96页实验三、电压源与电流源的等效变换一、实验目的1. 掌握电源外特性的测试方法2. 验证电压源与电流源的等效变换的条件 第21页/共96页二、实验原理1.一个直流稳压电源在一定的电流范围内，具有很小的内阻，在实用中，常将它视为一个理想的电源，即其输出电压不随负载电流而变，其伏安特性U=f（I）是

9、一条平行于I轴的直线。一个恒流源在使用中，在一定的电压范围内，可视为一个理想的电流源，即其输出电流不随负载的改变而变。第22页/共96页2一个实际的电压源（或电流源），其端电压（或输出电流）不可能不随负载而变，因为它具有一定的内阻值。故在实验中，用一个小阻值的电阻（或大电阻）与理想电压源（或理想电流源 ）相串联（或并联）来模拟一个电压源（或电流源）的情况。 第23页/共96页3一个实际的电源，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，则可用一个理想的电压源ES与一个电阻R0相串联的组合来表示；若视为电流源，则可用一个理想的电流源IS与一电导g0相并联的组合

10、来表示，若它们向同样的负载供出同样大小的电流和电压，则称这两个电源是等效的，即其具有相同的外特性。 第24页/共96页一个电压源与一个电流源等效变换的条件为 或,REI0SS00R1g ,gIE0SS00g1R第25页/共96页序号名 称型号与规格数量备注1恒流源010mA1 2直流可调稳压电源012V1 3电阻箱 1 4直流数字电压表 1 5指针毫安表 0-20mA1 6实验电路板 1 三、实验设备： 第26页/共96页四、实验内容：1. 测定电压源的外特性（1）按图31（a）接线，ES为+6V直流稳压电源，视为理想电压源，RL为可调电阻箱，调节RL阻值，记录电压表和电流表读数。 RL（）2

11、00015001000800500300200U（V） I（mA） 第27页/共96页（2）按图31（b）接线，虚线框可模拟为一个实际的电压源，调节RL阻值，记录两表读数。RL（）200015001000800500300200U（V） I（mA） 第28页/共96页+ -mAV+_+ES-6V+ -R1R210K200（a）mAV+-6VR1R210K2 0 0（b）R051图31+ES-第29页/共96页2测定电流源的外特性按图32接线，IS为直流恒流源，视为理想电流源，调节其输出为5mA，令R0分别为1K和，调节RL阻值，记录这两种情况下的电压表和电流表读数。第30页/共96页+ -mA

12、V+-10KR01K或5mAIS图32RL第31页/共96页RL（）0 0200400600800100020005000I（mA） U（V） RL（）0 0200400600800100020005000I（mA） U（V） R0=1KR0=第32页/共96页3. 测定电源等效变换的条件按图33接线，首先读取33（a）线路两表的读数，然后调节33（b）线路中恒流源IS（取R0=R0），令两表的读数与33（a）的数值相等，记录IS之值，验证等效变换条件的正确性。第33页/共96页+ -mAV+ -R1200（a）mAV+-ISR1200（b）RS图33ES+-1KRS6V1K第34页/共96页

13、五、实验注意事项1在测试电压源外特性时，不要忘记测空载时的电压值；在改变负载时，不容许负载短路。测试电流源外特性时，不要忘记测短路时的电流值；在改变负载时，不容许负载开路。2换接线路时，必须关闭电压开关。3直流仪表的接入应注意极性与量程。 第35页/共96页六、预习思考题1分析理想电压源和电压源（理想电流源和电流源）输出端短路（开路）情况时，对电源的影响。2电压源与电流源的外特性为什么呈下降变化趋势，理想电压源和理想电流源的输出在热和负载下是否保持恒值？ 第36页/共96页七、实验报告1根据实验数据绘出电源的四条外特性，并总结、归纳各类电源的特性。2从实验结果，验证电源等效变换的条件。3心得体

14、会及其他。第37页/共96页实验四、戴维南定理有源二端网络等效参数的测定一、实验目的1. 验证戴维南定理的正确性，加深 对该定理的理解。2. 掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。第38页/共96页二、实验原理1、任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络（或称为含源一端口网络）。戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个等效电压源来代替，此电压源的电动势ES等于这个有源二端网络的开路电压UOC，其等效内阻R0等于该网络中所有独立源均置零时的等效电阻。UOC和 R0称为有源二端网络的等效参数。 第39页/共96页2、有源二端网络

15、等效参数的测量方法（1）开路电压、短路电流法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，用电流表测其短路电流ISC，则内阻为 SCOC0IUR 第40页/共96页（2）伏安法用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性如图4-1所示。根据外特性曲线求出斜率tg，则内阻用伏安法，主要是测量开路电压及电流为额定值时的输出端电压值UN，则内阻为SCOC0IUIUtgRNNOC0IUUR第41页/共96页图4-1AB0UOCISCIUIU若二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。第42页/共96页（3）半电压法如图4-2所示，当负载电压为被测网络开路电压一

16、半时，负载电阻（有电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。R0RL+E-V E/2被测有源网络图4-2第43页/共96页（4）零示法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4-3所示。R0+E-+ - V 被测有源网络图4-3稳压电源+ U -第44页/共96页 零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电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，测量此时稳压电源的输出电压，即为被测有源二端网络的开路电压。第45页/共96页

17、序号名 称型号与规格数量备注1直流稳压电源+12V1 2直流可调稳压电源012V1 3万用表 1 4直流数字电压表 1 5指针毫安表020mA1 6戴维南定理实验电路板 1 三、实验设备： 第46页/共96页四、实验内容：1. 用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的UOC和R0。按图4-4（a）电路接入稳压电源ES和恒流源IS及可变电阻箱RL，测定UOC和R0。UOC（V）ISC（mA）R0=UOC/ ISC（） 第47页/共96页（a） +mA - RLR2R1R3R4R0510510300200102K 12V+ -USR0RL+U-(b)+UOC-图4-4第48页/共96页2. 负载

18、实验按图4-4（a）改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性。0 020040060080010002000 RL（）U（V）I（mA）第49页/共96页3. 验证戴维南定理用一只1K的电位器，将其阻值调整到等于按步骤“1”所得的等效电阻R0之值，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压UOC之值）相串联，如图4-4（b）所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。0 020040060080010002000 RL（）U（V）I（mA）第50页/共96页4. 测定有源二端网络等效电阻(又称输入端电阻)的其它方法：将被测有源网络内的所有独立源置零（将电流源IS断开；去掉电

19、压源，并在源电压端所接的两点用一根短路导线相连），然后用伏安法或者直接用万用电表的欧姆档去测定负载RL开路后输出端两点间的电阻，此即被测网络的等效内阻R0或称网络的输入端电阻Ri。5. 用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻R0及其开路电压UOC，线路及数据表格自拟。第51页/共96页五、实验注意事项1、 注意测量时，电流表测量的更换。2、 步骤“4”中，电源置零时不可将稳压源短接。3、 用万用电表直接测R0时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用电表，其次，欧姆档必须经调零后再进行测量。4、 改接线路时，要关掉电源。第52页/共96页六、预习思考题1、 在求戴维南等效时，作短路实验，测I

20、SC的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？请实验前对线路4-4（a）预先作好计算，以调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。2、 说明测有源二端网络开路电压及等效电阻的几种方法，并比较其优缺点。第53页/共96页七、实验报告1、 根据步骤2和3，分别绘出曲线，验证戴维南定理的正确性，并分析产生误差的原因。2、 根据步骤1、4、5各种方法测得的UOC和R0与预习时电路计算的结果作比较，你能得出什么结论。3、 归纳总结实验结果。心得体会及其它。 第54页/共96页实验五、受控源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS的实验研究一、实验目的 通过测试受控源的外特性及其转移参数，进一步理解

21、受控源的物理概念，加深对受控源的认识和理解。第55页/共96页二、实验原理1、电源有独立电源（如电池、发电机等）与非独立电源（或称为受控源）之分。受控源与独立源不同点是：独立源的电动势或电激流是某一固定的数值或是某一时间的函数，它不随电路其余部分的状态而变，而受控源的电动势或电激流则是随电路中另一支路的电压或电流而变的一种电源。第56页/共96页 受控源又与无源元件不同，无源元件两端的电压和它自身的电流有一定的函数关系，而受控源的输出电压或电流则和另一支路（或元件）的电流或电压有某种函数关系。第57页/共96页2 2、独立源与无源元件是二端器件，受控源则是四端器件，或称为双口元件，它有一对输入

22、端（U1、I1）和一对输出端（U2、I2）。输入端用以控制输出端电压或电流的大小，施加于输入端控制量可以是电压或电流，因而有两种受控电压源（即VCVS和CCVS）和两种受控电流源（即VCCS和电流控制CCCS）。 第58页/共96页3、当受控源的电压（或电流）与控制支路的电压（或电流）成正比变化时，则该受控源是线性的。第59页/共96页 理想受控源的控制支路只有一个独立变量（电压或电流），另一个独立变量等于零，即从输入口看，理想受控源或者是短路（即输入电阻R1=0，因而输入电压U1=0）或者是开路（即输入电导G1=0，因而输入电流I1=0）；从输出口看，理想受控源或是一个理想电压源或者是一个理

23、想电流源，如图5-1所示。第60页/共96页图5-1CCCSCCVSVCVS+U1-+U2-+U2-I1I1I2rmI1I1U1VCCS+U1-I2gmU1第61页/共96页1、 受控源的控制端的关系式称为转移函数。四种受控源的定义及其转移函数参量的定义如下：（1）压控电压源（VCVS），U2=f（U1），=U2/U1称为转移电压比（或电压增益）。（2）压控电流源（VCCS），I2=f（U1），gm=I2/U1称为转移电导。（3）流控电压源（CCVS），U2=f（I1），rm=U2/I1称为转移电阻。（4）流控电流源（CCCS），I2=f（I1），=I2/I1称为转移电流比（或电流增益）。第6

24、2页/共96页序号名 称型号与规格数量备注1可调直流稳压电源012V1 2可调恒流源010mA1 3可变电阻箱 1 4直流数字电压表 1 5指针毫安表01mA 020mA1 6受控源实验电路板 1 三、实验设备 第63页/共96页四、实验内容1、测量受控源VCCS的转移特性IL=f（U1）及负载特性IL =f（U2），实验线路如图5-2所示。第64页/共96页RLVCCSI2_ + U1+-gmU1I1图5-2+U2-第65页/共96页（1）固定RL=2K，调节稳压电源的输出电压U1，测量相应的IL值，绘制IL=f（U1）曲线，并由其线性部分求出转移电导gm。U1（V）00.51.01.522

25、.533.5 IL（mA） 第66页/共96页（2）保持U1=2V，调节电阻箱RL的阻值，测U2及IL，绘制负载特性曲线IL =f（U2）。 RL（K） 5020108421U2（V） IL（mA） 第67页/共96页2、测量受控源CCVS的转移特性U2=f（I1）及负载特性U2=f（IL），实验线路如图5-3所示。+U2-CCVSI2+-rmI1RLI1图5-3I1第68页/共96页（1）固定RL=2K，调节恒流源的输出电流I1，使其在0.050.7mA范围内取8个数值，测量U2值，绘制U2=f（I1）曲线，并由其线性部分求出转移电阻rm。I1（mA）0.040.120.20.320.40.

26、520.60.72U2（V） 第69页/共96页（2）保持I1=0.5mA，调节电阻箱RL的阻值，测U2及IL，绘制负载特性曲线U2=f（IL）。 RL（K）12345678U2（V） IL（mA） 第70页/共96页五、实验注意事项1、每次组装线路，必须事先断开供电电源，但不必关闭电源总开关。2、用恒流源供电的实验中，不要使恒流源的负载开路。第71页/共96页预习思考题1、 受控源和独立源相比有何异同点？比较四种受控源的代号、电路模型、控制量与被控制量的关系如何？2、 四种受控源中的rm、gm、的意义是什么？如何测得？3、 若受控源控制量的极性反向，试问其输出极性是否发生变化？4、 受控源的

27、控制特性是否适合于交流信号？5、如何由两个基本的CCVS和VCCS获其它两个CCCS和VCVS，它们的输入输出如何连接？第72页/共96页实验报告1、根据实验数据，分别绘出四种受控源的转移特性和负载特性曲线，并求出相应的转移参量。2、对预习思考题作必要的回答。3、对实验结果作出合理地分析和结论，总结对四种受控源的认识和理解。4、心得体会及其它。第73页/共96页实验六、RC一阶电路的响应测试一、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学会用示波器测绘图形。第74页/共96页二、实验原理1、动态网络

28、的过度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。然而能用一般的双踪示波器观察过度过程和测量有关的参数，必须使这种单次变化的过程重复出现。第75页/共96页为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即令方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号，如图6-1（a）所示，方波下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号，如图6-1（b）所示，只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数。电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响应和直流接通与断开的过度过程是基本相同的。第76页/共96页E0图6-1激励信号E0（a）（b）第77页/共96页

29、2、RC一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化和快慢决定于电路的时间常数。第78页/共96页3、时间常数的测定方法用示波器测得零输入响应的波形如图6-2（a）所示。根据一阶微分方程的求解得知当 时， ，此时所对应的时间就等于，亦可用零状态响应波形增长到0.632E所对应的时间测得，如图6-2（c）所示。/ tEeEeURC/ tCt E368. 0UC第79页/共96页（a）零输入响应0.368E响应信号UC0E第80页/共96页+ E-（b）RC一阶电路+ UC-R第81页/共96页（c）零状态响应0.632E响应信号UC0E第82页/共96页4、微分电路和积分电路

30、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 时（T为方波脉冲的重复周期），且由R端作为响应输出，这就成了一个微分电路，因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比，如图6-3（a）所示。2/TRC第83页/共96页若将图6-3（a）中的R与C位置调换一下，即由C端作为响应输出，且电路参数的选择满足 条件时，如图6-3（b）所示，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。 从输出波形看，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与记录。 2/TRC 第84页/共96页UiTRRCT/2（a）微分电路C第85页/共96页UiT+ UC-CRRCT/2（b）积分电路第86页/共96页序号名 称型号与规格数量备注1脉冲信号发生器 1 2双踪示波器 1 3动态电路实验板 1 三、实验设备第87页/共96页四、实验内容 实验线路板的结构如图6-4所示，认清R、C元件的布局及其标称值，各开关的通断位置等等。 +Ui-图6