《电路实验与仿真设计》-华南理工大学

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1、电路实验与仿真设计（第四版）电路实验教材编写小组二一一年七月目录第一章电路实验概述11.1实验目的和实验要求11.2实验课进行方式21.3实验中的几个问题4第二章电路实验（含仿真）92.1 实验一伏安特性的测试92.2 实验二叠加定理和基尔霍夫定律162.3 实验三戴维南定理及诺顿定理的验证202.4 实验四运算放大器与受控源252.5 实验五一阶电路的时域响应362.6 实验六二阶电路的时域响应472.7 实验七谐振电路的特性研究542.8 实验八正弦交流电路中元器件参数测量632.9 实验九阻抗的串联、并联和混联722.10实验十二端口网络参数的测定77第三章仿真工具Multisim200

2、1813.1 Multisim2001简介813.2 Multisim2001操作界面823.3 元器库介绍883.4 Multisim2001中的虚拟仪器913.5 Multisim2001的分析功能99附录ASBL型电路实验台103附录B常用仪器设备简介107B.1DM-441B型数字万用表107B.2EE1641B型函数信号发生器110B.3OS-5020型示波器117B.4MVT172D型交流数字毫伏表123B.5DW-8 功率表的使用方法126附录C实验预习与实验报告要求130第一章电路实验概述电路实验教学是电路课程教学的重要组成部分，是培养学生科学精神、独立分析问题和解决问题能力的

3、重要环节。通过必要的实验技能训练和验证性实验，使学生将理论与实践相结合，巩固所学知识。通过实验培训有关电路连接、电工测量及故障排除等实验技巧，学会掌握常用仪器仪表的基本原理、使用与选择方法。在实验测量中学习实验数据的采集与处理、各种现象的观察与分析。随着计算机应用的广泛普及，电路的计算机辅助分析成为培养电气工程技术人员必需的基本训练。总之，电路实验课及电路仿真设计训练可为今后从事工程技术工作、科学研究以及开拓技术领域工作打下坚实的基础。1.1实验目的和实验要求1.1.1实验目的1. 进行实验基本技能的训练，可在下列几个方面培养学生的能力：（1）电路接线能力，学会按电路图连接线路。（2）读说明书

4、使用仪器的能力，为今后使用新仪器打下基础。（3）分析处理实验数据的能力，找出不合理数据，培养独立完成高质量实验的能力。（4）分析处理电路故障的能力（故障包括开路、短路、连线错误等）。（5）写工程报告的能力。2. 巩固加深并扩大所学到的理论知识，培养运用基本理论分析来处理实际问题的能力。3. 培养实事求是、严肃认真、细致踏实的科学作风和良好的实验习惯，为今后的专业实践与科学研究打下坚实的基础。1.1.2实验课程的要求经过做几个简单电路实验之后，要求学生在实验技能方面达到下列要求：（1）正确使用电流表、电压表、台式数字万用表、数显相位表、功率表以及一些常用的电工电子实验设备。初步掌握模拟双踪示波器

5、、函数信号发生器、稳压电源和数字交流毫伏表等电子仪器和SBL电路实验装置的使用方法。（2）学会按电路图正确连接实验电路，做到合理布线、方便测试，并能初步分析出故障的原因并排除故障。（3）能够认真观察和分析实验现象，运用正确的实验手段，采集实验数据，绘制图表、曲线。科学分析实验数据，正确书写实验报告和分析实验结果，并能找出造成误差的原因。（4）正确地运用实验手段验证一些定理和结论。（5）对于设计性实验，要能根据实验任务，在实验前确定实验方案，设计实验电路，正确选择仪器、仪表、元器件，并能独立完成实验要求的内容。（6）了解Multisim软件，利用Multisim所提供的元件来搭制模拟电路。通过M

6、ultisim所提供的测量仪器仪表，来观察电路现象，由此来提高实验分析和研究的能力。1.2实验课进行方式实验课一般分为课前预习、实验过程及课后写实验报告三个阶段。1.2.1课前预习实验能否顺利进行及收到预期效果，很大程度上取决于预习准备是否充分。预习的要求是：（1）明确了解实验的目的、原理、实验仪器、实验任务及步骤。（2）画出实验电路图，了解电路图的连接方法。（3）画好需要填写实验数据的表格及绘制曲线的坐标等。（4）根据每个实验的给定条件和具体要求，通过理论计算完成对实验待测数据的预测。（5）完成书中的思考题和计算题。以上预习内容写在统一的“实验报告”纸上，上实验课时带到实验室，由指导实验的老

7、师检查并签名。凡未按要求预习者不得进行该次实验，也不能补做。1.2.2实验过程良好的工作方法和操作程序，是使实验顺利进行的有效保证，一般实验按照下列程序进行：（1）教师在实验前讲授实验要求及注意事项。（2）学生在规定的实验台上进行实验。做好以下准备：按本次实验仪器设备清单清点元件设备，注意仪器设备类型、规格和数量是否符合实验要求，辅助设备是否齐全，检查仪器设备是否完好。若发现设备不足或损坏，应立即报告老师。了解设备的使用方法及注意事项。凡是较为复杂的仪器，要清楚了解其使用方法之后才能使用。在实验指导书的附录中，对SBL实验装置和部分仪器设备的原理及使用方法作了简单介绍，学生应自行查阅，培养通过

8、阅读说明、掌握正确使用仪器的能力。若阅读说明仍不知道如何使用该仪器，应向指导教师询问。按电路图接线时，应注意仪表的排列位置，以便于实验操作和读取实验数据。暂不用的设备在一边摆放整齐，保持台面整洁。做好记录的准备工作。学生应携带以下文具：水性笔、铅笔、橡皮擦、计算器、直尺、圆规、方格纸等，以便在实验的每一阶段完成时，立即分析所测数据是否合理。（3）连接电路。仪器设备应布置到便于操作和读数的位置，接线时，按照电路图先接主要串联电路（由电源的一端开始，顺次而行，再回到电源的另一端），然后连接分支电路，应尽量避免同一端上有很多的导线，连线完毕后，不要急于通电，应仔细检查，经自查无误并请老师复查同意后，

9、才能通电开始实验。（4）设备的操作和数据的记录。按照实验指导书上的实验步骤进行操作。操作时要注意：“手合电源，眼观全局；先看现象，再读数据”。读数据前要清楚仪表的量程及刻度。读数姿势要正确，要求“眼、针、影成一线”。记录要完整清晰，一目了然。数据记录在事先准备好的统一的原始数据记录纸上，要尊重原始数据，实验后不得涂改。当需要把数据绘成曲线时，应以足够绘制一条光滑而完整的曲线为准，来确定读数的多少。读取数据后，可先把曲线粗略地描绘一下，发现不足之处，应及时弥补。学生实验时要避免只测数据而不加以分析。为了培养分析数据的能力，在做每一步实验时，要求记录下来的实验数据（或绘制的波形）与预习时的计算值或

10、者理论分析（值）应基本相符，才能改接线路进行下一步实验；如果不相符，应查找原因并重做该步骤。（5）结束工作。完成规定的全部实验内容后，先断电，但不要急于拆除线路。应先自行核查实验数据，有无遗漏或不合理的情况（必要时可以请老师复查分析）。检查完毕之后，方可进行下列结尾工作：拆除实验线路（注意：一定要先断电，再拆除）。做好仪器设备、桌面、周围的清洁工作。经老师同意后方可离开教室。1.2.3整理实验报告实验报告是对实验工作的全面总结，是实验课的重要环节。其目的是培养学生严谨的科学态度，要用简明的形式将实验结果表达出来。实验报告必须使用华南理工大学实验报告纸；除画图、画表格可以用铅笔，其它部分均不许用

11、铅笔及荧光笔，且用笔颜色应统一；作图画表均要使用直尺，不允许徒手画。实验报告要求文理通顺、简明扼要、字迹端正、图表清晰、结论正确、分析合理、讨论深入。实验报告由预习报告、现场数据、数据整理及处理三个部分组成。在预习实验时，写好预习报告。预习报告包括下列内容：（1）实验目的。（2）实验仪器与设备：列出实验所需的仪器和设备的名称、型号、规格和数量等。（3）实验原理：包括实验原理和公式。（4）任务和步骤：列出具体实验内容与要求，画出实验电路图，拟订主要步骤和数据记录表格。注意事项：实验中应注意哪些问题。（5）数据预测。（6）预习要求中的思考题与计算题。现场数据即实验过程中记录原始数据的实验报告纸。要

12、求纸张完整、记录清晰、数据带单位。数据整理及处理，即将现场数据整理（并列表），按实验指导书每个实验中“七、实验报告要求”及教师的要求，对实验数据进行分析计算（并列表），要求作图的，必须严格按要求（用方格纸、直尺、圆规等）作图，将方格纸剪成块、按处理顺序贴在实验报告纸上，勿将所有图形画在一大张方格纸上订在实验报告最前页或者最后页；根据对实验数据的分析和计算，分析误差产生的原因；回答课后思考题；并记录该次实验中出现的问题，写下心得体会。预习报告、现场数据和数据整理及处理，三个部分按先后顺序摆放整齐并装订，成为一本实验报告，下次实验时上交。1.3实验中的几个问题1.3.1学生实验守则（1）凡进入实验

13、室进行教学、科研活动的学生，必须严格遵守实验室的各项规章制度；（2）实验前必须接受安全教育，认真做好预习准备，未做预习或无故迟到者，教师有权停止其实验；（3）进入实验室应衣着整洁，不得随便串走，禁止喧哗、打闹；未经允许，不得拆改实验器材和摆弄与本实验无关的设备；（4）学生应以实事求是的科学态度对待实验，细心观察现象，认真记录数据，原始数据须留一复印备份稿在教师处；实验后应独立完成数据处理，按时交任课教师，不得抄袭或臆造；（5）实验过程中，贵重仪器设备需在专人指导下使用；仪器设备如发生故障，应马上报告当值教师及时处理；（6）实验完毕，需将仪器设备、实验工具及实验场地等按原样进行清理，借用的物品应

14、归还，经教师同意后方可离场。1.3.2人身安全和设备安全要求切实遵守实验室各项安全操作规程，以确保实验过程中的安全。为此，应注意以下几个方面：（1）不得擅自接通电源。（2）不得触及带电部分，遵守“先接线后通电源，先断电源后拆线”的操作程序。（3）发现异常现象（声响、过热、焦臭味等）应立刻断开电源，并及时报告指导老师检查。（4）注意仪器设备的规格、量程和操作规程，不了解性能和用法时不得随意使用该设备。1.3.3仪器仪表的选择与使用注意仪器设备的容量、参数要适当。工作电源电压不能超过额定值。仪器仪表种类、量程、准确度要合适。1、仪表量程的选择（1）电流表、电压表仪表量程应大于被测电量，加大幅度一般

15、在1.11.5倍，以减少测量误差。选用仪表时被测值愈接近仪表的量程，则所测值精度愈高。（2）功率表功率表的量程是电流量程与电压量程的乘积。但功率表一般不标功率量程，只标明电流量程和电压量程。因此，在选用功率表时，要使功率表中电流线圈和电压线圈的额定值大于被测负载的最大电流值和最大电压值。（3）调压器交流实验中的电源有时采用调压器，调压器的输出电压是可调的。实验时，在将调压器接入电路前，应先将调压器的调节手轮逆时针旋转到“0”位。如果调节调压器手轮的丝杆滑丝，可将电压表接在调压器的副边通电检查，使电压表指针为零伏，以确保实验时，调压器的输出电压从零伏开始。当顺时针转调节手轮（或旋钮）时，要使实验

16、电压从零伏缓慢上升，同时注意仪表指示是否正确，有无声响、冒烟、焦臭味等异常现象。一旦发生上述现象，应立即切断电源或把调压器的手轮退到零位再切断电源，然后根据现象分析原因，查找故障。此注意事项适用于其他类型的交流电源。2、使用电子仪器的一般规则（1）预热实验中常用的电子仪器有示波器、信号发生器、毫伏表、直流稳压电源，这些仪器都需要交流供电。为了保证仪器的稳定性和测量精度，一般需预热35分钟后才能使用。（2）接地实验中信号电压或电流在传递和测量时，易受到干扰。一般应致意以下两点：第一，各仪器和实验装置应实现共地，即把各仪器和实验装置的接地端可靠地接在一起。第二，各仪器及实验装置之间的连线尽可能短。

17、1.3.4线路的连接1、合理布局将仪器设备合理布置，使之便于操作、读数和接线。合理布局的原则是：安全、方便、整齐，防止相互影响。2、正确连线根据电路的结构特点，选择合理的接线步骤，一般是“先串后并，先主后辅”。接线前把元件参数调到应有的数值，调压设备及电源设备应放在输出电压最小的位置，仪表的指针要调整对零（包括机械调整和电调零），然后按电路图接线。理清电路图上的节点与实验电路中各元件的对应关系实验线路应力求接得简单、清楚、便于检查。养成良好的接线习惯，走线要合理，导线的长度、粗细选择要适当，防止连线短路。接线端头不要过于集中于某一点，电表接头上非不得已不接两根导线。接线松紧要适当，不允许在线路

18、中出现没固定端钮的裸露接头。1.3.5操作、观察、读数和记录操作时要注意：手合电源、眼观全局；先看现象，再读数据。数据测量和实验观察是实验的核心部分，读数前一定要先弄清楚仪表的量程和表盘上的每一小格所代表的实际数值，仪表的实际读数为：对于普通功率表，其读数值为：对于低功率因数功率表，其读数值为：上列式中，K为仪表某量程时每一小格代表的数值。正确读取数据，读数时应注意姿势要正确。要求“眼、针、影成一线”，即读数时应使自己的视线同仪表的刻度标尺相垂直。当刻度标尺下有弧形玻璃片时，要看到指针和镜片中的指针影子完全重合时，才能开始读数。要随时观察和分析数据。测量时既要忠实于仪表读数，又要观察和分析数据

19、的变化。数据记录要求完整，力求表格化，一目了然，并合理取舍有效数字（最后一位为估计数字）。数据须记在规定的实验原始数据记录纸上，要尊重原始数据记录，实验后不得随意修改。交报告时须将原始数据一起附上。波形、曲线一律画在方格纸上，坐标要适当。坐标轴上应注明量的符号和单位，标明比例和波形、曲线的名称。1.3.5故障分析实验过程中常会遇到因断线、接错线等原因造成的故障，使电路工作不正常，严重时可能损坏设备，甚至危及人身安全。为尽量避免故障的出现，实验前一定要预习，实验中，按电路图有顺序地接线，避免在同一端钮上接很多导线，接线完毕后应对电路认真检查，不要急于通电。实验室用到的电源一般都是可调的，对于交流

20、电源，实验时电压应从零缓慢上升，同时注意仪表指示是否正常；对于直流电，则应先将电源的输出调到电路所需的规定值（如果实验没有要求，则也是从零开始缓慢上调），然后关掉开关再接线。不论是交流电还是直流电，在接通时都应注意观察有无声响、冒烟、焦臭味等异常现象，一旦发现上述异常现象，应立即切断电源并将电压输出调节旋钮调回零位（以下简称“调零”，此举防止处理完故障后、重新通电时再次将大电压加入电路，造成损坏）。然后根据现象分析原因，查找故障并进行处理。在实验课上出现一些故障是难免的，关键是在出现故障时能够通过自己的分析，检查出故障原因并排除，使实验顺利进行下去，这样才能提高分析问题和解决问题的能力。处理故

21、障的一般步骤是：（1）若电路出现短路现象或其他损坏设备的故障时，应立即切断电源并调零，查找故障。一般首先检查接线是否正确。（2）根据出现的故障现象和电路的具体结构判断故障原因，确定可能发生故障的范围。（3）逐步缩小故障范围，直到找出故障点为止。检查电路故障可以用以下两种方法：（1）电压表法，此法适用于无异常现象。不切断电源，用电压表测量电路各节点的电压，根据电压大小或有无，判断电路故障。（2）欧姆表法，此法适用于有异常现象。一定要切断电源调零，用欧姆表检查各支路是否连通，元件或仪表是否良好。总之，在实验过程中遇到故障时，要耐心细致地去分析查找或请老师帮助查找，切不可遇难而退，只有动脑筋分析查找

22、故障，才能提高自己分析问题和解决问题的能力，才能为今后的专业实验、生产实践与科学研究打下坚实的基础。第二章电路实验（含仿真）2.1实验一伏安特性的测试一、实验目的（1）了解线性电阻与非线性电阻伏安特性的差别。（2）掌握独立电源伏安特性的测量方法，加深对电压源、电流源特性的认识。（3）掌握交直流稳压电源、台式数字万用表的使用方法（4）练习实验曲线的绘制。二、实验仪器名称型号规格数量SBL电路实验装置交、直流稳压电源挂箱（AC024V、DC030V）1插件板2导线18连接片10元件盒小灯泡（12V，0.1A）1电阻 100/2W、150/2W、200/2W各1可调电流源模块工作电压：DC15V，输

23、出电流：DC1050mA1稳压电压源模块工作电压：DC10V，输出电压：DC6V1滑线电阻器0150,2A1台式数字万用表DM-411B1三、实验原理1、无源器件任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压与通过该元件的电流之间的函数关系来表示，即用平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该元件的伏安特性曲线。（1）线性电阻器是理想元件，在任何时刻它两端的电压与其电流的关系服从欧姆定律。线性电阻器的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图2.1.1中（a）曲线所示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。在一定的条件下，金属膜电阻器、绕线电阻器等的伏安特性近似为一直线。非线性电阻器元件的伏安特性不是一条

24、直线，它在ui平面上的特性曲线各不相同，下图所示的分别是钨丝电阻灯泡2.1.1（b）、稳压管2.1.1（c）、普通二极管2.1.1（d）的特性曲线。另外，如光敏电阻、气敏电阻、湿敏电阻、压敏电阻等也是非线性电阻器。由于它们的特性各异，被广泛应用在工程检测、电路保护和控制电路中。图2.1.1无源器件的伏安特性曲线（2）一般的白炽灯在工作时灯丝处于高温状态时，其灯丝电阻随着温度的升高而增大，通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍，所以它的伏安特性如图2.1.1中（b）曲线所示。（3）稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，其正向特性与普通

25、二极管类似，但其反向特性较特别，如图2.1.1中（c）曲线所示。在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当电压增加到某一数值时（称为管子的稳压值，有各种不同稳压值的稳压管）电流将突然增加，以后它的端电压将维持恒定，不再随外加的反向电压升高而增大。（4）一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其特性如图2.1.1中（d）曲线所示。正向压降很小（一般的锗管约为0.20.3V，硅管约为0.50.7V），正向电流随正向压降的升高而急骤上升，而反向电压从零一直增加到十多至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。可见，二极管具有单向导电性，但反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损

26、坏。2、有源器件有源器件是能够输出电能的装置，发电机、电池是典型的有源器件。其特性可用该器件的端电压与输出电流之间函数关系来表示，将此关系绘制成平面上的一条曲线，即为该器件的“伏安关系曲线”（或称外特性曲线）。图2.1.2为某一电源的外特性曲线。其特点是：在段随着电流的增加，端电压直线下降，过了以后，电压急剧下降。图2.1.2电源器件的伏安特性下面，研究该有源器件的模型。如果我们只考虑工作于范围内，此电压伏安关系特性用数学公式表示为一直线，即： （1）该电源器件在段工作时的电路模型如图2.1.3b，即为电压源与电阻的串联组合。为电压源电压，为内阻，显然由该直线对轴的斜率来确定。（a） （b）图

27、2.1.3电源器件的电压源、电阻串联电路模型如果工作于范围，图2.1.2中段不是直线，而是弯曲的，若仍用图2.1.3b的电路模型，则不是常数，即内阻随着输出电流而改变。如果工作于大电流，即范围，图2.1.2中的段可近似看作一直线，此段直线的数学表示式可写为： （2）在范围内，该电源器件的电路模型如图2.1.4b所示，即为电流源与电导并联组合电流源电流为，显然之值由直线与纵轴的夹角的正切确定。 （a） （b）图2.1.4电源器件的电流源、电导并联电路模型时的电源器件称为“恒压源”（即理想电压源），其特性曲线与横轴平行。（即）的电源器件称为“恒流源”（即理想电流源），其特性曲线与纵轴平行。可见，同

28、一电源器件，不同的工作范围，所用的电路模型不同。四、任务与步骤步骤1：测量线性电阻的外特性闭合交、直流稳压电源挂箱的电源开关，调整AC024V稳压电源的电压输出旋钮，使其“U”表表盘上的指针指示为AC2024V。再将DC030V稳压电源的“U/I”选择开关选在“U”的位置（即输出电压而不是电流）。调整DC030V稳压电源的输出调节旋钮，使其表盘上的指针指示为DC0V。断开挂箱电源开关。图2.1.5测量线性电阻的外特性按图2.1.5接线，台式数字万用表先选择电压表功能接入电路。将DC030V稳压电源的输出电压，从0V开始缓慢增加，按表2.1.1中对电源电压的要求进行调整，记录相应的电压表的读数，

29、填入表2.1.1中。测完表2.1.1中全部电压之后，将台式数字万用表从电路中断开，将红表笔改至“mA”的红表笔孔，选好电流功能和电流量程，接入图2.1.5中电流表的位置，倒序测量电源电压从6V减小至0时通过电阻的电流，对应记录在表2.1.1的“（mA）”数据行。测量过程中，直流稳压电源的开关、台式数字万用表的开关均勿频繁通断。表2.1.1（V）0123456（V）（mA）步骤2：测量非线性电阻的外特性将图2.1.5中的电阻换成一只12V、0.1A的小灯泡，按表2.1.2的要求，将测量数据填入表中相应位置。表2.1.2（V）024681012（V）（mA）步骤3：测量电流源的外特性将步骤2的电路

30、拆除，调整DC030V稳压电源的输出调节旋钮，使其表盘上的指针指示为DC15V（可接上台式数字万用表调整至较精确的程度，也可省去）。断开挂箱电源开关。将DC030V稳压电源的输出孔接至电流源模块的工作电压输入端（注意正负不可接反）。将台式数字万用表改为200mA档，接在电流源模块的输出端。闭合电源开关，调节电流源模块的输出调节旋钮，使其输出电流为30mA。断开电源开关。图2.1.6测量电流源的外特性按图2.1.6接线，按表2.1.3的要求进行测量，记录相应数据。表2.1.3 ()0100200300350（V）（mA）步骤4：测量电压源的外特性将步骤3的电路拆除，调整DC030V稳压电源的输出

31、调节旋钮，使其表盘上的指针指示为DC10V。将DC10V接至稳压电源模块的输入端，测量并记录此时稳压电源模块的输出电压，即时的。图2.1.7测量稳压电源的外特性按图2.1.7接线，调节滑线电阻器，使得接入电路的电阻从最大变到最小，观察电压表读数的变化情况。然后将台式数字万用表从电路中断开，改成10A量程的电流表，再串入电路，重复上述过程，观察电流表的读数变化，记住大致的规律。然后调整滑线电阻器，使万用表示数为“DC0.1A”，再将万用表从电路中断开，改为电压表，测量滑线变阻器两端的电压，并记录。重复操作，完成表2.1.4。表2.1.4（A）00.10.20.30.40.50.60.70.8（V

32、）五、预测与仿真（1）根据已知实验条件，预测实验中所有待测量，将得到的理论数据填入预习报告对应的表中。（2）请自行设计步骤1-4的仿真电路。六、预习（1）复习电源等效变换的有关内容。（2）计算题：测得电压源特性如下：时，；时，问测得电流源特性如下：时，；时，,问（3）步骤14中，台式数字万用表测量电压与电流时，表笔孔的位置、功能键与量程键应该如何选择？为什么？（4）步骤4中，滑线变阻器接入电路前，滑块应该放在什么位置？（5）完成“五、预测与仿真”中的内容。七、实验报告要求（1）将所有数据分别在方格纸上绘制曲线，直角坐标的纵轴一律用来表示电压。应注意在绘制的曲线上标明刻度、合理取值并符合工程要求

33、。（2）计算电流源模块的并联电路模型中理想电流源及并联电导，如果电流源模块的电路模型用图2.1.3表示，求及。（3）计算稳压源模块线性工作区的串联电路模型中的电压源和串联电阻。八、思考与体会（1）实验心得与体会。2.2实验二叠加定理和基尔霍夫定律一、实验目的（1）加深对叠加定理的理解。（2）验证基尔霍夫定律。（3）理解参考方向与真实方向的关系。二、实验仪器名称型号规格数量SBL电路实验装置交、直流稳压电源挂箱（AC024V、DC030V）1插件板2导线18连接片10元件盒电阻1001电阻1501电阻2001电阻3001电阻5101运算放大器模块LM7411非线性元件1可调电流源模块工作电压：D

34、C15V，输出电流：DC1050mA1直流稳压源DC030V可调，带运放电源1台式数字万用表DM-411B1三、实验原理1、叠加定理如果把独立电源称为激励，由它引起的电压、电流称为响应，则叠加定理可简述为：在任一线性网络中，多个激励同时作用时的总响应等于每个激励单独作用时引起的响应之和。所谓某个激励单独作用，就是除此激励外，其它激励均为零值，即独立电压源短路，独立电流源开路。对于实际电源，电源的内阻和内电导必须保留在原电路中。叠加定理不适用于功率计算，因为在线性网络中，功率是电压或电流的二次函数。对含受控源的线性电路，叠加定理也是适用的。2、基尔霍夫定律（1）基尔霍夫电流定律在集总电路中，任何

35、时刻，对任一结点，所有流出该结点的支路电流的代数和恒等于零。即（2）基尔霍夫电压定律在集总电路中，任何时刻，沿任一闭合回路，所有支路电压的代数和恒等于零。即四、任务与步骤步骤1：验证叠加定理图2.2.1电路中，电流源采用实验一中所用的电流源模块，IS为它的输出电流（即短路电流），Ri2为电流源本身的并联等效电阻，其值在实验一中已计算得出。电压源用两节1.5V的1号干电池，Ri1为两节1号电池内阻，新电池内阻很小，因此Ri1忽略不计。US为两节电池串联的开路电压，可用电压表测出。将电流源的输出电流IS调至20mA，然后关闭电流源的工作电源。按图2.2.1所示连接实验电路。图2.2.1验证叠加定理

36、按以下三种情况进行实验：与共同作用；单独作用，不作用；单独作用，不作用，分别测出各支路的电压和电流，填入表2.2.1中。单独作用，不作用，把电流源的工作电源（DC030V稳压电源）断开即可。单独作用，不作用，把电池去掉，用短路线代替即可。表2.2.1测量项测量值/V/V/V/mA/mA/mA与共同作用单独作用单独作用步骤2：验证基尔霍夫定律（1）按图2.2.2连接实验电路，选择节点a验证基尔霍夫电流定律（KCL）。图2.2.2验证基尔霍夫定律（2）选择abca和acda两个网孔，验证基尔霍夫电压定律（KVL）：表2.2.2 验证KCL数据测量项/ mA/ mA/ mA测量值表2.2.3 验证K

37、VL数据回路1（abca）测量项/V/V/V/V测量值回路2（acda）测量项/V/V/V/V测量值*步骤3：研究叠加定理对含有非线性元件网络的适用性将图2.2.1中的用非线性元件代替。自拟实验步骤（测试点不要全部选择在非线性元件的线性区内。*步骤4：研究叠加定理对含有受控源的线性网络的适用性按图2.2.3接线，电路参数由实验室给定，自拟实验步骤，验证电压是否符合叠加定理。五、预测与仿真（1）根据已知实验条件，预测实验中所有待测量，将得到的理论数据填入相应的表中。（2）对每个步骤进行仿真。图2.2.3研究叠加定理对含有受控源的线性网络的适用性六、预习（1）复习叠加定理和基尔霍夫定律的有关内容。

38、（2）在叠加原理实验中，要令、分别单独作用，应如何操作？可否直接将不作用的电源短接置零？（3）自行选定图2.2.2、图2.2.3中各电阻的阻值，利用仿真工具，确定所选电阻值不会造成电路中电压电流超出额定范围。（4）完成“五、预测与仿真”中的内容。七、实验报告要求（1）根据表2.2.1的实验数据，验证叠加定理。（2）各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？试用表2.2.1的实验数据，进行计算并作结论。（3）根据实验数据，验证KCL的正确性。（4）根据实验数据，验证KVL的正确性。八、思考与体会（1）在验证叠加原理时，如果电源内阻不能忽略，实验该如何进行。（2）叠加原理的使用条件是什么？（3）

39、实验心得与体会。2.3实验三戴维南定理及诺顿定理的验证一、实验目的（1）掌握有源二端网络等效电源的实验测定方法。（2）验证戴维南定理和诺顿定理。（3）验证电压源与电流源相互进行等效转换的条件。二、实验仪器名称型号规格数量SBL电路实验装置交、直流稳压电源挂箱（AC024V、DC030V）1插件板2导线18连接片10元件盒电阻1001电阻2001电阻3001电阻3901电阻5101可调电流源模块工作电压：DC15V，输出电流：DC1050mA1干电池1.5V，1号1可调电阻箱099991台式数字万用表DM-411B1三、实验原理1、有源二端网络的等效参数任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支

40、路的电压和电流，则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，总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替。电压源的电动势等于这个有源二端网络的开路电压，其等效内阻等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。诺顿定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电流源与一个电阻的并联组合来等效代替。电流源的电流等于这个有源二端网络的短路电流，其等效内阻定义同戴维南定理。()和，或者 ()和称为有源二端网络的等效参数。2、有源二端网络等效参数的测量方法（1）开路电压、短路电流法测。在有源二端网络输出端开

41、路时，用电压表直接测其输出端的开路电压，然后再将其输出端用电流表短路，测其短路电流，则等效内阻为（1）如果二端网络的内阻很小，若将其输出端短路则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。（2）伏安法测用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线，如图2.3.1所示，根据外特性曲线求出斜率,则内阻为（2）图2.3.1有源二端网络的外特性也可以先测量开路电压，再测量电流为额定值时的输出端电压值,则内阻为（3）四、任务与步骤用实验方法测图2.3.2a所示有源二端网络的电路等效参数：、及。图2.3.2a电路中，电流源仍采用实验一所用的电流源模块，它的输出电流（即短路电流）mA，为电流源本身的并联等效电阻，其值

42、在实验一中已计算得出。电压源用两节1.5V的1号干电池，Ri1为两节1号电池内阻，新电池内阻很小，因此Ri1忽略不计。US为两节电池串联的开路电压，可用电压表测出。a有源二端网络b等效电源图2.3.2步骤1：开路电压、短路电流法测戴维南等效电阻。用台式数字万用表分别测出图2.3.2a中、端的开路电压及短路电流并记录，根据（1）式计算等效电阻。步骤2：电压表-电阻器法测戴维南等效电阻。在图2.3.2a中、端接入电阻，测出两端的电压，并按公式（4）计算等效电阻。步骤3：直接法测戴维南等效电阻。把电池去掉，用短路线代替，把电流源的工作电源（DC030V稳压电源）断开，然后用台式数字万用电表的电阻挡测

43、图2.3.2a中、两端的电阻，其值即为。步骤4：验证戴维南定理的正确性。在图2.3.2a中的端接上电阻，测量两端的电压，填入表2.3.1。再将DC030V稳压电源从电路中断开，调节DC030V稳压电源的输出调节旋钮，用台式数字万用表监测，使其输出电压等于步骤1测出的；调节可变电阻箱，用台式数字万用表监测，使其电阻值等于步骤2计算得出的。然后用DC030V稳压电源和可变电阻箱组成如图2.3.2b所示的等效电源。在图2.3.2b的端接上电阻，测量两端的电压，填入表2.3.1。表2.3.1（）100200300390490（V）图2.3.2a图2.3.2b步骤5：验证诺顿定理将DC030V稳压电源从

44、图2.3.2b电路中断开，重新调回DC15V的输出，接至电流源模块的输入端，调节电流源模块的输出电流，使之等于，将电流源模块与阻值为的可变电阻箱并联，组成图2.3.3所示的诺顿等效电源。再接上负载电阻，测量电阻两端的电压值，并记录在表2.3.2。图2.3.3诺顿等效电源表2.3.2（）100200300390490（V）比较表2.3.1中“图2.3.2a”行与2.3.2中的的值，分析原因，计算与电流源模块并联的的值，重复步骤5，将结果记录在表2.3.3中。表2.3.3（）100200300390490（V）五、预测与仿真（1）根据已知实验条件，预测实验中所有待测量，将得到的理论数据填入相应的表

45、中。（2）自行设计所有步骤的仿真电路。六、预习（1）复习戴维南定理和诺顿定理相关内容。（2）在求有源二端网络的等效参数时，做短路实验测的条件是什么？在本实验中可否直接做负载短路实验？（3）步骤2中使用的方法实际上是从原理中的哪个内容变化而来的？（4）步骤3中，能否将电流源模块从电路中断开？为什么？（5）考虑实验过程中不可避免的内阻（测量仪表、电源等），理论分析步骤13得出的会有何不同。（6）步骤4和步骤5中，组成等效电源时，和的值要用图2.3.2a中测量和的同一块仪表测量，电压源、电阻箱上的仪表指示值不能作为和的测量值，为什么？（7）完成“五、预测与仿真”中的内容。七、实验报告要求（1）根据步

46、骤1的数据，画出等效电路图2.3.2a的戴维南等效电路图及诺顿等效电路图，并标明参数名称及数值，如需计算，应写出计算过程。（2）将步骤1，2，3三种不同方法测出的电阻值进行比较，如差别大，找出原因。（3）根据表2.3.1中的数据，在方格纸上作出图2.3.2a有源二端网络的外特性曲线,，并求出、和。八、思考与体会（1）戴维南定理的适用条件是被等效的有源二端网络必须是线性的，那么如何判断被测有源二端网络是线性的？（2）实验心得与体会。2.4实验四运算放大器与受控源一、实验目的（1）加深对受控电源的理解 。（2）学习运算放大器的使用方法，形成有源器件的概念 。（3）测量电压控制型电流源和电压源，电流

47、控制型电流源和电压源的特性。二、实验仪器名称型号规格数量SBL电路实验装置交、直流稳压电源挂箱（AC024V、DC030V）1双路直流稳压电源挂箱（DC015V，1A）1插件板2导线18连接片10元件盒电阻1k1电阻2k1电阻5k1运算放大器模块LM7411数字万用表DM-441B1直流毫安表5mA2可变电阻箱ZX36（09999/0.25W）1三、实验原理运算放大器是一种高增益，高输入阻抗和低输出阻抗的放大器，常用图2.4.1（a）所示电路符号来表示。它有两个输入端，一个输出端和一个对输入和输出信号的参考接地端。“”端为正相输入端，当信号从正相输入端输入时，输出信号与输入信号极性相同；“”为

48、反向输入端，当信号从反向输入端输入时，输出信号与输入信号极性相反。（a） （b）图2.4.1 运算放大器的电路符号及等效电路当两输入端同时有电压作用时，输出电压其中称为运算放大器的开环放大倍数。理想情况下，和输入电阻为无穷大，因此有：上述式子表明：（1）运算放大器“”端与“”端电位相等，通常称为“虚短路”；（2）运算放大器的输入端电流等于零，通常称为“虚断路”；（3）理想运算放大器的输出电阻很小，可以认为是零。这些重要性质是简化分析含有运算放大器网络的依据。运算放大器的电路模型为一受控电源，如图2.4.1（b）所示。在它的外部接入不同的电源元件，可以实现信号的模拟运算或模拟变换，它的应用极其广

49、泛。含有运算放大器的电路是一种有源网络，本次实验将要研究由运算放大器组成的几种基本线性受控电源电路。（1）图2.4.2（a）所示是一个由运算放大器构成的电压控制电压源（VCVS）。由于运算放大器的同相输入端“”和反相输出端“”为“虚短路”，所以有（a）（b）图2.4.2 VCVS故又因所以即运算放大器的输出电压受输入电压控制，其电压比为无量纲，又称为电压放大系数。该电路是一个正相比例放大器，其输入和输出端有公共接地点，这种连接方式称为共地连接。（2）将图2.4.3（a）电路中的看作一只负载电阻，这个电阻就成为一个电压控制型电流源（VCCS），如图2.4.3（b）所示。运算放大器的输出电流（a）

50、（b）图2.4.3 VCCS即只受运算放大器输入电压的控制，与负载电阻无关。比例系数称为转移电导。（3）简单的电流控制电压源的电路如图2.4.4（a）。由于运算放大器的“+”端接地，即,流过电阻的电流即为输入端口的电流。运算放大器的输出电压，它受电流控制，比例系数称为转移电阻。（a）（b）图2.4.4 CCVS（4）运算放大器还可以构成一个电流控制电流源（CCCS），如图2.4.5（a）所示。（a）（b）图2.4.5 CCCS由于又所以即输出电流受网络输入端口电流控制，与负载电阻无关，其电流比为称为电流放大系数。四、实验内容及步骤步骤1：测试电压控制电压源（VCVS）和电压控制电流源（VCCS

51、）的受控特性。（1）按图2.4.6接线，为电阻箱，先调至，。由DC030V可调稳压电源提供，接入电路前先调节输出为零。运算放大器的工作电源由双路直流稳压电源提供，先将两路电源输出均调节为15V，然后把的负端与的正端连接作为公共端，再与的负端（地）接至一起，关闭双路直流稳压电源，用导线将的正端（+15V）与的负端（15V）分别引至运放模块上对应的接孔处，详见图2.4.6。电路接好后，先不加电源，将运算放大器的同相输入端“”端对地短路（即接至的负端），然后接通运算放大器的工作电源。运算放大器工作正常时，应有。若，可进行调零操作。调零后，将运算放大器的同相输入端从地断开，重新接入，进行下一步测量。图

52、2.4.6测试VCVS和VCCS的受控特性（2）按表2.4.1的要求，测量并记录及的值。表2.4.1（V）0.51.01.52.02.53.0VCVS（V）VCCS(mA)(ms)（3）保持，按表2.4.2的要求，测量并记录及的值。表2.4.2(k)0.51.01.52.02.53.0VCVS（V）VCCS(mA)(ms)步骤2：测试电流控制电压源（CCVS）的特性。实验电路如图2.4.7。输入电流由电压源串联电阻提供。注：此步骤中的电路图为直观易看，未画出运放的工作电源，但是不可将其拆除，否则运放无法工作。步骤3同理。图2.4.7 CCVS（1），为电阻箱，调至。调节，使按表2.4.3的要求

53、改变，测量并记录。（2）保持，按表2.4.4的要求改变的值，测量并记录。表2.4.3（mA）0.10.20.30.40.5（V）（k）表2.4.4（k）12345（V）（k）步骤3：测试电流控制电流源（CCCS）的特性。实验电路如图2.4.8。（1），为可变电阻箱。调节，使并保持不变，按表2.4.5的要求改变的值，测量并记录的值。图2.4.8 电流控制电流源表2.4.5（k）012345（mA）（2），调为，调节，按表2.4.6的要求改变的值，测量并记录的值。表2.4.6（mA）0.10.20.30.40.5（mA）（3），将换为固定电阻，换为可变电阻箱。调节，使，按表2.4.7的要求改变的值

54、，测量并记录的值。表2.4.7（k）11.522.53（mA）（4），将换为固定电阻，换为可变电阻箱，调节，使，按表2.4.8的要求改变的值，测量并记录的值。表2.4.8（k）11.522.53（mA）五、预测与仿真（1）测试电压控制电压源（VCVS）和电压控制电流源（VCCS）的受控特性图2.4.9测试VCVS和VCCS受控特性的仿真电路图（2）测量电流控制电压源的特性图2.4.10测试CCVS受控特性的仿真电路图（3）测量电流控制电流源的特性图2.4.11测试CCCS受控特性的仿真电路图六、预习（1）复习运算放大器及受控源的有关理念知识。（2）根据已知实验条件，计算出实验任务中的每个控制系

55、数的理论值，预测实验中所有待测量，将得到的理论数据填入相应的表中。七、实验报告要求（1）整理各组实验数据，并对表2.4.2和表2.4.4中的测量数据变化规律作出解释。（2）回答思考题（1）、（2）的问题。八、思考与体会（1）分析图2.4.12所示电路中受控源的特性，分别求出转移电阻和转移电导。（2）图2.4.13所示运算放大器工作在线性区，试判断电路中是否等于，为什么？试用实验数据证明(、为运放供电电源)。 （3）实验心得与体会。 图2.4.12 用运算放大器实现受控源图 图2.4.13 运算放大器电路小 知 识LM741是通用型运算放大器电路，他的应用很广泛，可以构成各种功能电路,下面是管脚

56、资料和调零电路。图2.4.12 LM741管脚资料和调零电路2.5实验五一阶电路的时域响应一、实验目的（1）学会双踪示波器的使用方法。（2）学习用示波器观察和分析一阶电路的零输入响应、零状态响应。（3）验证时间常数对过渡过程的影响，并掌握其测量方法。二、实验仪器名称型号规格数量SBL电路实验装置插件板2导线18连接片10元件盒电阻5.1k1电阻51k1电容3900pF1电容0.047F1双踪示波器OS-50201函数信号发生器EE1641B1电阻箱ZX36（09999/0.25W）1三、实验原理1、一阶电路的零输入响应电路在无激励情况下，由储能元件的初始状态引起的响应称为零输入响应。在图2.5.1中，当时开关置于位置a，。当时将开关转到位置b，电容上的初始电压通过放电，称为一阶电路的零输入响应。图2.5.1一阶电路由方程 初始值可以得出在过渡过程中，电路中响应随时间变化规律如下：式中，为时间常数，其物理意义为电容电压值由初始值衰减到稳态值的（即）处所需的时间。电容电压变化曲线如图2.5.2所示。图2.5.2一阶电路的零输入响应2、一阶电路的零状态响应储能元件初始值为零的电路对外