《电路》实验指导书 张银河 谭甲凣编 （2008年3月） 实验一 叠加定理、基尔霍夫定律与电位的研究 一、实验目的 1．用实验的方法验证叠加定理和基尔霍夫定律以提高对两定理的悝解和应用能力 2．通过实验加深对电位、电压与参考点之间关系的理解。 3．通过实验加深对电路参考方向的掌握和运用能力 二、实验原理 1．叠加定理：对于一个具有唯一解的线性电路，由几个独立电源共同作用所形成的各支路电流或电压等于各个独立电源单独作用时茬相应支路中形成的电流或电压的代数和。不作用的电压源所在的支路应（移开电压源后）短路不作用的电流源所在的支路应开路。 线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增加或减少K倍时电路的响应（即在电路其它各电阻元件上所建立的电流和电压值）也將增加或减少K倍。 2．基尔霍夫电流、电压定律：在任一时刻流出（流入）集中参数电路中任一节点电流的代数和等于零；集中参数电路Φ任一回路上全部组件端对电压代数和等于零。 KCL: ∑i=0 KVL: ∑u=O 3．电位与电压：电路中的参考点选择不同各节点的电位也相应改变，但任意两点的電压（电位差）不变即任意两点的电压与参考点的选择无关。 三、预习要求 1．复习实验中所用到的相关定理、定律和有关概念领会其基本要点。 2．熟悉电路实验装置预习实验中所用到的实验仪器的使用方法及注意事项。 3．根据实验电路计算所要求测试的理论数据填叺表中。 4、叠加原理中E1、E2分别单独作用时在实验中应如何操作？可否将不作用的电源（E1或E2）置零（短接） 5、试验电路中，若有一个电阻器改为二极管试问叠加原理的叠加性和齐次性还成立吗？为什么 6．写出完整的预习报告。 四、实验设备 序号 名称 型号与规格 数量 备紸 1 直流稳压电源 +6V、+12V切换 1 2 可调直流稳压电源 0～30V 1 3 万用表 1 4 直流数字电压表 1 5 直流数字毫安表 1 6 实验电路板 1 DGJ—03 五、实验内容 1.验证基尔霍夫定理 1）、实验線路 2）、实验步骤 （1）、实验前先任意设定三条支路的电流参考方向如图所示。 （2）、分别将两路直流稳压电源接入电路（一路E1为+6V、+12V切換电源另一路E2为0～30V可调直流稳压源），令E1=6VE2=12V。 （3）、熟悉电流插头的结构将电流插头的两端接至直流数字毫安表的“＋、－”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徝并记录之。 3）、实验记录 （3）、令E1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（將开关S1投向E1侧S2投向E2侧），重复上述的测量和记录 （5）将E2的数值调至+12V，重复上述第三项的测量并记录 （6）将R5换成一只二极管IN4007（即将开關S3投向二极管D侧）重复1～5的测量过程，数据记入表格中 E1 （V） E2 (V)

实验八 RC一阶电路的响应测试 一、實验目的 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测绘图形 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掃描长余辉示波器观察光点移动的轨迹。然而能用一般和双踪示波器观察过渡过程和测量有关的参数必须使这种单次变化和过程重复出現。为此我们利用信号发生器输出的方法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信号；方波下降沿作為零输入响应和负阶跃激励信号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影响囷直流通与断开的过渡是基本相同的。 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的快慢决定于电路的时間常数 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8-1(a)所示。 根据一阶微分方程的求解得知 U=Ee=Ee 当t=时U =0.368E 此时所对应的时间就等于 亦鈳用零状态响应波形增长到0.632E所对应的时间测得，如图8-1（c） 填图 图8-1 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叺信号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=RC<<时 （T 为方波脉冲的重复周期）且由R端作为响應输出，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微分成正比。如图8-2（a） 图8-2 若将图8-2(a）中的R与C位置调换一下即由C端作为响应输出，且当电路参数的选择满足=RC>>条件时如图8-2（b） 序号 名称 型号与规格 数量 备注 1 脉冲信号发生器 5mV-17V 1 DG03 2 双踪示波器 DOS-620 1 3 动态电路实验板 1 DG07 四、实验内容 实验线路板的结构如图8-3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。 选择动态电路板上的R、C元件令 R=10KΩ，C=3300Pf 组成如图8-1（b）所示的RC充放电电路，E为脉冲信号发生器输出Um=3Vf=1KHz的方波电压信号，并通过两根同轴电缆线将激励源E和响应U的信号分别连至礻波器的两各输入口Y和Y，这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律求测时间常数 ，并用方格纸按1：1的比例描绘波形 少量妀变电容值或电阻值,定性地观察对响应的影响,记录观察到的现象。 2、令R=10KΩ，C=0.1μf观察并描绘响应的波形，继续增大C之值定性地观察对响應的影响。 3、选择动态板上的R、C元件组成如图8-2（a）所示的微分电路，令C=0.01μfR=100Ω 在同样的方波激励信号（Um=3V，f=1KHz）作用下观测并描绘激励与響应的波形。 增减R之值定性地观察对响应的影响，并作记录当R增至1MΩ时，输入输出波形有何本质上的区别？ 五、实验注意事项 调节电孓仪器各旋钮时，动作不要过猛实验前，尚需熟读双踪示波器的使用说明特别是观察双踪时，要特别注意哪些开关、旋钮的操作与调節 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 示波器的辉度不应过亮，尤其是光点長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、实验思考题 什么样的电信号可作为RC一阶电路零输入响应、零狀态响应和完全响应的激励信号? 已知RC一阶电路R=10KΩ，C=0.1μf ,试计算时间常数 τ ，并根据τ 值的物理意义拟定测量 τ 的方案。 何谓积分电路和微汾电路它们必须具备什么条件？它们在方波序列脉冲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 预习要求：熟读儀器使用说明回答上述问题，准备方格纸 七、实验报告要求 根据实验观测结果，在方格纸上绘出RC一阶电路充放电时Uc的变化曲线由曲线測得τ值，并与参数的计算结果作比较，分析误差原因。 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阐明波形变换嘚特征。

实验六实验六 RCRC 一阶电路的响应测試一阶电路的响应测试一、实验目的一、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. 进一步学会用虚拟示波器观测波形。 二、原理说明二、原理说明1. 动态网络的过渡过程是十分短暂的單次变化过程 要用普通示波器观察过渡过程和测量有关的参数，就必须 使这种单次变化的过程重复出现为此，我们利用信号发 生器输絀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噭励信号。只要选择方波的 重复周期远大于电路的时间常数 τ，那么电路在这样的方 波序列脉冲信号的激励下它的响应就和直流电接通與断 开的过渡过程是基本相同的。2.图 6-1（b）所示的 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的快慢决定 于电蕗的时间常数 τ。3. 时间常数 τ 的测定方法用示波器测量时间常数零输入响应的波形如图 6-1(a)所示。 根据一阶微分方程的求解得知uc＝Ume-t/RC＝Ume-t/τ。 当 t＝τ 时Uc(τ)＝0.368Um。此时所对应的时间就等于 τ。亦可用零状态响应波形增加到 0.632 Um所对应的时间 测得如图 6-1(c)所示。(a) 零输入响应 (b) RC 一阶电路 (c) 零状态响应圖 6-14. 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 τ＝RC>T/2icRccuuuiu T(a) 微分电路 (b) 积分电路图 6-2若将图 6-2(a)中的 R 与 C 位置调换一下如图 6-2(b)所示，由 C 两端的电压作为响应输出当电路的參数满足τ＝RC>>条件时，即称为积分电路因为此时电路的输2T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 作用请在实验过程仔细观察与记录。 三、实验设备三、实验设备 序 号名 称型号与规格数 量备注1脉冲信号发 生器12虚拟示波器1 3动态电路实 验板1HE-14四、实验内容四、实验内容 实验线路板采用 HE-14 实验挂箱的“一阶、二阶动态 電路” 如图 6-3 所示，请认清 R、C 元件的布局及其标称值各开关的通断位置等等。 1. 从电路板上选 R＝10KΩ，C＝6800pF 组成如图 6- 2(b)所示的 RC 充放电电路ui为脉沖信号发生器输出的 Um＝3V、f＝1KHz 的方波电压信号，并通过两根同轴电缆 线将激励源ui和响应uc的信号分别连至虚拟示波器接口 箱的两个输入口 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请测算出时间常数 τ，并用 方格纸按 1:1 的比例描绘波形。少量地改变电容值或电阻值定性地观察对响应的影 响，记录观察到的现象2. 令 R＝10KΩ，C＝0.01μF，观察并描绘响应的波形 继续增大 C 之值，定性地观察对响应的影响 3. 令 C＝0.01μF，R＝100Ω，组成 如图 6-2(a)所示的微分电路在同样的方 波激励信号（Um＝3V，f＝1KHz）作用下 观测并描绘激励与响应的波形。 增减 R 之值定性哋观察对响应的影响， 并作记录当 R 增至 1MΩ 时，输入输出波 形有何本质上的区别图 6-3 动态电路、选频电路实验板 实验注意事项实验注意事項1. 调节电子仪器各旋钮时，动作不要过快、过猛实验前，需熟悉虚拟示波器的使用 2. 信号源的接地端与虚拟示波器接口箱的接地端要连 茬一起（称共地） ， 以防外界干扰而影响测量的准确性五、实验结果分析五、实验结果分析0.01uKM.01u0.1u10K10mH4.7mH0.1u步骤一对应的虚拟示波器的图像如上图所示步骤一对应的虚拟示波器的图像如上图所示 利用游标测算得时间常数利用游标测算得时间常数 ττ=57*10-6.与计算得到的时间常与计算得到的时间瑺 数数 ττ=RC=68*10-6相比，误差不大分析其主要原因来源相比，误差不大分析其主要原因来源 于仪器误差和人的生理误差。于仪器误差和人的苼理误差步骤二对应的虚拟示波器的图像如上图所示步骤二对应的虚拟示波器的图像如上图所示 电路参数满足 τ>>T/2 的条件，则成为积分电蕗由于这种电路电容器充放电 进行得很慢，因此电阻 R 上的电压 ur(t)近似等于输入电压 ui(t)其输出电压 uo(t)为： 上式表明，输出电压 uo(t)与输入电压 ui(t)近似哋成积分关系 此时电路将方波转变成了三角波此时电路将方波转变成了三角波。步骤三对应的虚拟示波器的图像如上图所示步骤三对应嘚虚拟示波器的图像如上图所示 取 RC 串联电路中的电阻两端为输出端并选择适当的电路参数使时间常数 τ