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电子信息工程专业实验系列

电路原理实验讲义

编

班级：

学号：

姓名：

内江***

物理学与电子信息工程系实验室

内江***教务处监制

2020年10月21日

学生实验守则

1、进实验室前，必须根据每个实验的预习要求，阅读有关资料。

2、按时进入实验室，保持安静和整洁，独立完成实验。

3、实验开始前，应仔细检查仪器、设备是否齐备和完好。若有不全或损坏情况，应及时报告指导教师。

4、爱护公物，正确使用实验仪器和设备，不得随意动用与本实验无关的仪器和设备。

5、接线完毕，先自行检查，再请指导教师检查，确认无误后，方可接通电源。

6、在实验过程中必须服从教师指导，严格遵守操作规程，精力高度集中，操作认真，要有严格的科学态度。

7、实验进行中，严禁用手触摸线路中带电部分，严禁在未切断电源的情况下改接线路；若有分工合作的情况，必须要分工明确，责任分明，操作要有序，以确保人身安全和设备安全。

8、实验中若出现事故或发现异常情况，应立即关断电源，报告指导教师，共同分析事故原因。

9、实验完毕，应报请指导教师检查实验报告，认为达到要求后，方可切断电源。并整理好实验装置，经指导教师检查后才能离开实验室。

实验一　基尔霍夫定律的验证

一、实验目的

　　1. 验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。

2. 学会用电流插头、插座测量各支路电流。

二、原理说明

　　基尔霍夫定律是电路的基本定律。测量某电路的各支路电流及每个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。即对电路中的任一个节点而言，应有ΣI＝0；对任何一个闭合回路而言，应有ΣU＝0。

　　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

直流可调稳压电源

0~30V

二路





2

万 用 表



1

自备



3

直流数字电压表

0~200V

1





4

电位、电压测定实验电路板



1

DGJ-03





四、实验内容

利用DGJ-03实验挂箱上的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路，按图2-1接线。

图2-1

　　1. 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4-1中的I1、I2、I3的方向已设定。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U1＝6V，U2＝12V。

3. 熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接至数字毫安表的“＋、－”两端。

4. 将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，读出并记录电流值。

5. 用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，记录之。

被测量

I1(mA)

I2(mA)

I3(mA)

U1(V)

U2(V)

UFA(V)

UAB(V)

UAD(V)

UCD(V)

UDE(V)



计某某























测量值























相对误差

























五、实验注意事项

1. 同实验四的注意1，但需用到电流插座。

2．所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。 U1、U2也需测量，不应取电源本身的显示值。

3. 防止稳压电源两个输出端碰线短路。

4. 用指针式电压表或电流表测量电压或电流时， 如果仪表指针反偏，则必须调换仪表极性，重新测量。此时指针正偏，可读得电压或电流值。若用数显电压表或电流表测量，则可直接读出电压或电流值。但应注意：所读得的电压或电流值的正确正、负号应根据设定的电流参考方向来判断。

六、预习思考题

　　1. 根据图4-1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，以便实验测量时，可正确地选定毫安表和电压表的量程。

　　2. 实验中，若用指针式万某某直流毫安档测各支路电流，在什么情况下可能出现指针反偏，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？

七、实验报告

　　1. 根据实验数据，选定节点A，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合回路，验证KVL的正确性。

3. 将支路和闭合回路的电流方向重新设定，重复1、2两项验证。

4. 误差原因分析。

5. 心得体会及其他。

实验二　戴某某定理和诺顿定理的验证

一、实验目的

　　1. 验证戴某某定理和诺顿定理的正确性，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。

二、原理说明

　　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，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）。

戴某某定理指出：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，此电压源的电动势Us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（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，此电流源的电流Is等于这个有源二端网络的短路电流ISC，其等效内阻R0定义同戴某某定理。

Uoc（Us）和R0或者ISC（IS）和R0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R0

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，则等效内阻为

　　　 　

如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口短路

则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。

(2) 伏安法测RO

用电压表、电流表测出有源二端网

络的外特性曲线，如图3-1所示。 根据 图3-1

外特性曲线求出斜率tgφ，则内阻

也可以先测量开路电压Uoc，

再测量电流为额定值IN时的输出

端电压值UN，则内阻为

图3-2

(3) 半电压法测RO

如图3-2所示，当负载电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻（由电阻箱的读确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。

(4) 零示法测UOC

在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表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3-3所示.。

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。

图3－3

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

0～30V

1





2

可调直流恒流源

0～500mA

1





3

直流数字电压表

0～200V

1





4

直流数字毫安表

0～200mA

1





5

万某某



1

自备



6

可调电阻箱

0～99999.9Ω

1

DGJ-05



7

电位器

1K/2W

1

DGJ-05



8

戴某某定理实验电路板



1

DGJ-05



 四、实验内容

被测有源二端网络如图8-4(a)。

(a) 图3-4 (b)

Uoc

(v)

Isc

(mA)

R0=Uoc/Isc

(Ω)











1. 用开路电压、短路电流法测定戴某某等效

电路的Uoc、R0和诺顿等效电路的ISC、R0。按

图3-4(a)接入稳压电源Us=12V和恒流源Is=10mA，

不接入RL。测出UOc和Isc,并计算出R0。（测UOC

时，不接入mA表。）

2. 负载实验

按图3-4(a)接入RL。改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。

U（v）





















I（mA）





















3. 验证戴某某定理：从电阻箱上取得按步骤“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3-4(b)所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。　　

U（v）





















I（mA）





















4. 验证诺顿定理：从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻R0之值， 然后令其与直流恒流源（调到步骤“1”时所测得的短路电流ISC之值）相并联，如图3-5所示，仿照步骤“2”测其外特性，对诺顿定理进行验证。　　

U（v）





















I（mA）





















5. 有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的直接测量法。见图8-4（a）。将被测有源网络内的所有独立源置零（去掉电流源IS和电压源US，并在原电压源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某某的欧姆档去测定负载RL开路时A、B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻RO，或称网络的入端电阻Ri 。

6. 用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻RO及其开路电压Uoc。线路及数据表格自拟。

五、实验注意事项

1. 测量时应注意电流表量程的更换。

2. 步骤“5”中，电压源置零时不可将

稳压源短接。

3. 用万表直接测RO时，网络内的独立

源必须先置零，以免损坏万某某。其次，欧

姆档必须经调零后再进行测量。 图3-5

4. 用零示法测量UOC时，应先将稳压电源的输出调至接近于UOC，再按图3-3测量。

5. 改接线路时，要关掉电源。

六、预习思考题

　　1. 在求戴某某或诺顿等效电路时，作短路试验，测ISC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8-4(a)预先作好计算，以便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内阻的几种方法， 并比较其优缺点。

七、实验报告

　　1. 根据步骤2、3、4，分别绘出曲线，验证戴某某定理和诺顿定理的正确性， 并分析产生误差的原因。

2. 根据步骤1、5、6的几种方法测得的Uoc与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。

4. 心得体会及其他。

实验五　正弦稳态交流电路相量的研究

一、实验目的

1．研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。

2. 掌握日光灯线路的接线。

3. 理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。

二、原理说明 图5-1

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 ΣI＝0和ΣU＝0 。

2. 图5-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信

号U的激励下，UR与UC保持有90o的相位差，即当 图5-2

R阻值改变时，UR的相量轨迹是一个半园。

U、UC与UR三者形成一个直角形的电压三

角形，如图5-2所示。R值改变时，可改

变φ角的大小，从而达到移相的目的。

3. 日光灯线路如图5-3所示，图中 A

是日光灯管，L 是镇流器， S是启辉器， 图5-3

C 是补偿电容器，用以改善电路的功率因数（cosφ值）。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。

三、实验设备

序号

名称

型号与规格

数量

备注



1

交流电压表

0～500V

1





2

交流电流表

０～5A

1





3

功率表



1

（DGJ-07）



4

自耦调压器



1





5

镇流器、启辉器

与40W灯管配用

各1

DGJ-04



6

日光灯灯管

40W

1

屏内



7

电容器

1μF,2.2μF,4.7μF/500V

各1

DGJ-05



8

白炽灯及灯座

220V，15W

1~3

DGJ-04



9

电流插座



3

DGJ-04





四、实验内容

1. 按图5-1 接线。R为220V、15W的白炽灯泡，电容器为4.7μF/450V。 经指导教师检查后，接通实验台电源， 将自耦调压器输出( 即U)调至220V。记录U、UR、UC值，验证电压三角形关系。

测 量 值

计 算 值



U（V）

UR（V）

UC（V）

U’（与UR，UC组成Rt△）

（U’=
）

△U=U’－U（V）

△U/U（%）



















2. 日光灯线路接线与测量。

图5-4

按图5－4接线。经指导教师检查后接通实验台电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止，记下三表的指示值。然后将电压调至220V，测量功率P， 电流I， 电压U，UL，UA等值，验证电压、电流相量关系。

测 量 数 值

计某某





P(W)

Cosφ

I(A)

U(V)

UL(V)

UA(V)

r(Ω)

Cosφ



启辉值



















正常工作值



















3. 并联电路──电路功率因数的改善。按图5－5组成实验线路。

经指导老师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器的输出调至220V，记录功率表、电压表读数。通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行三次重复测量。数据记入下页表中。

五、实验注意事项

　　1. 本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。

2. 功率表要正确接入电路。

3. 线路接线正确，日光灯不能启辉时， 应检查启辉器及其接触是否良好。

图5－5

电容值

测 量 数 值

计 算 值



(μF)

P(W)

COSφ

U(V)

I（A）

IL(A)

IC(A)

I’(A)

Cosφ



0



















1



















2.2



















4.7



















六、预习思考题

　　1. 参阅课外资料，了解日光灯的启辉原理。

2. 在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时， 人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮（DGJ-04实验挂箱上有短接按钮，可用它代替启辉器做试验。）；或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？

　　3. 为了改善电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器， 此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？

　　4. 提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法， 而不用串联法？所并的电容器是否越大越好？

七、实验报告

　　1. 完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。

2. 根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图， 验证相量形式的基尔霍夫定律。

3. 讨论改善电路功率因数的意义和方法。

4. 装接日光灯线路的心得体会及其他。

实验三　R、L、C串联谐振电路的研究

一、实验目的

　　1. 学习用实验方法绘制R、L、C串联电路的幅频特性曲线。

2. 加深理解电路发生谐振的条件、特点，掌握电路品质因数（电路Q值）的物理意义及其测定方法。

二、原理说明

　　1. 在图6-1所示的R、L、C串联电路中，当正弦交流信号源的频率 f改变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随f而变。 取电阻R上的电压uo作为响应，当输入电压ui的幅值维持不变时， 在不同频率的信号激励下，测出UO之值，然后以f为横坐标，以UO/Ui为纵坐标（因Ui不变，故也可直接以UO为纵坐标），绘出光滑的曲线，此即为幅频特性曲线，亦称谐振曲线，如图6－2所示。

图6－1 图6－2

2. 在
处，即幅频特性曲线尖峰所在的频率点称为谐振频率。此时XL＝Xc，电路呈纯阻性，电路阻抗的模为最小。在输入电压Ui为定值时，电路中的电流达到最大值，且与输入电压ui同相位。从理论上讲，此时 Ui＝UR＝UO，UL＝Uc＝QUi，式中的Q 称为电路的品质因数。

3. 电路品质因数Q值的两种测量方法

一是根据公式
测定，UC与UL分别为谐振时电容器C和电感线圈L上的电压；另一方法是通过测量谐振曲线的通频带宽度
，再根据
求出Q值。式中
为谐振频率，
和
是失谐时频率， 亦即输出电压的幅度下降到最大值的
(＝0.707)倍时的上、下频率点。Q值越大，曲线越尖锐，通频带越窄，电路的选择性越好。 在恒压源供电时，电路的品质因数、选择性与通频带只决定于电路本身的参数，而与信号源无关。

三、实验设备

序号

名 称

型号与规格

数量

备注



1

函数信号发生器



1





2

交流毫伏表

0～600V

1





3

双踪示波器



1

自备



4 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 源，必须严格遵守先断电、再接线、后通电；先断电、后拆线的实验操作原则。

3. 星形负载作短路实验时，必须首先断开中线，以免发生短路事故。

4．为避免烧坏灯泡，DGJ-04实验挂箱内设有过压保护装置。当任一相电压＞245~250V时，即声光报警并跳闸。因此，在做Y接不平衡负载或缺相实验时，所加线电压应以最高相电压＜240V为宜。

六、预习思考题

　　1. 三相负载根据什么条件作星形或三角形连接？

　　2. 复习三相交流电路有关内容， 试分析三相星形联接不对称负载在无中线情况下，当某相负载开路或短路时会出现什么情况？如果接上中线，情况又如何？

　　3. 本次实验中为什么要通过三相调压器将 380V 的市电线电压降为220V的线电压使用？

七、实验报告

　　1. 用实验测得的数据验证对称三相电路中的
关系。

　　2. 用实验数据和观察到的现象， 总结三相四线供电系统中中线的作用。

　　3. 不对称三角形联接的负载，能否正常工作？ 实验是否能证明这一点？

　　4. 根据不对称负载三角形联接时的相电流值作相量图， 并求出线电流值，然后与实验测得的线电流作比较，分析之。

5. 心得体会及其他。

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