信号线时钟线地址线GPIO串联小电阻作用
如果阻抗不匹配会有什么不良后果呢？如果不匹配，则会形成反射，能量传递不过去，降低效率；会在传输线上形成驻波（简单的理解，就是有些地方信号强，有些地方信号弱），导致传输线的有效功率容量降低；功率发射不出去，甚至会损坏发射设备；
&&&&1、概括：
&&&&高速信号线中才考虑使用这样的电阻，在低频情况下，一般是直接连接；
&&&&这个电阻有两个作用，第一是阻抗匹配。因为信号源的阻抗很低，跟信号线之间阻抗不匹配，串上一个电阻后，可改善匹配情况，以减少反射，避免振荡等；
&&&&第二是可以减少信号边沿的陡峭程度，从而减少高频噪声以及过冲等，因为串联的电阻，跟信号线的分布电容以及负载的输入电容等形成一个RC电路，这样就会降低信号边沿的陡峭程度，大家知道，如果一个信号的边沿非常陡峭，含有大量的高频成分，将会辐射干扰，另外，也容易产生过冲；
&&&&2、详述（阻抗匹配）
阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式阻抗匹配分为低频和高频两种情况讨论。
&&&&我们先从直流电压源驱动一个负载入手，由于实际的电压源，总是有内阻的（请参看输出阻抗一问），我们可以把一个实际电压源，等效成一个理想的电压源跟一个电阻r串联的模型，假设负载电阻为R，电源电动势为U，内阻为r，那么我们可以计算出流过电阻R的电流为：I=U/(R+r)，可以看出，负载电阻R越小，则输出电流越大负载R上的电压为：Uo=IR=U/[1+(r/R)]，可以看出，负载电阻R越大，则输出电压Uo越高再来计算一下电阻R消耗的功率为：
P=I2&R=[U/(R+r)]2&R=U2&R/(R2+2R&r+r2)
=U2&R/[(R-r)2+4&R&r]
=U2/{[(R-r)2/R]+4&r}
&&&&对于一个给定的信号源，其内阻r是固定的，而负载电阻R则是由我们来选择的注意式中[(R-r)2/R]，当R=r时，[(R-r)2/R]可取得最小值0，这时负载电阻R上可获得最大输出功率Pmax=U2/(4&；r)即，当负载电阻跟信号源内阻相等时，负载可获得最大输出功率，这就是我们常说的阻抗匹配之一，
对于纯电阻电路，此结论同样适用于低频电路及高频电路，当交流电路中含有容性或感性阻抗时，结论有所改变，就是需要信号源与负载阻抗的实部相等，虚部互为相反数，这叫做共扼匹配；
在低频电路中，我们一般不考虑传输线的匹配问题，只考虑信号源跟负载之间的情况，因为低频信号的波长相对于传输线来说很长，传输线可以看成是“短线”，反射可以不考虑（可以这么理解：因为线短，即使反射回来，跟原信号还是一样的）。
从以上分析我们可以得出结论：如果我们需要输出电流大，则选择小的负载R；如果我们需要输出电压大，则选择大的负载R；如果我们需要输出功率最大，则选择跟信号源内阻匹配的电阻R，有时阻抗不匹配还有另外一层意思，例如一些仪器输出端是在特定的负载条件下设计的，如果负载条件改变了，则可能达不到原来的性能，这时我们也会叫做阻抗失配；
在高频电路中，我们还必须考虑反射的问题当信号的频率很高时，则信号的波长就很短，当波长短得跟传输线长度可以比拟时，反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状，如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不相等（即不匹配）时，在负载端就会产生反射，为什么阻抗不匹配时会产生反射，以及特征阻抗的求解方法，牵涉到二阶偏微分方程的求解，在这里我们不细说了，有兴趣的可参看电磁场与微波方面书籍中的传输线理论传输线的特征阻抗（也叫做特性阻抗）是由传输线的结构以及材料决定的，而与传输线的长度，以及信号的幅度、频率等均无关
例如，常用的闭路电视同轴电缆特性阻抗为75Ω，而一些射频设备上则常用特征阻抗为50Ω的同轴电缆另外还有一种常见的传输线是特性阻抗为300Ω的扁平平行线，这在农村使用的电视天线架上比较常见，用来做八木天线的馈线因为电视机的射频输入端输入阻抗为75Ω，所以300Ω的馈线将与其不能匹配实际中是如何解决这个问题的呢？不知道大家有没有留意到，电视机的附件中，有一个300Ω到75Ω的阻抗转换器（一个塑料封装的，一端有一个圆形的插头的那个东东，大概有两个大拇指那么大）它里面其实就是一个传输线变压器，将300Ω的阻抗，变换成75Ω的，这样就可以匹配起来了这里需要强调一点的是，特性阻抗跟我们通常理解的电阻不是一个概念，它与传输线的长度无关，也不能通过使用欧姆表来测量为了不产生反射，负载阻抗跟传输线的特征阻抗应该相等，这就是传输线的阻抗匹配如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时，会产生震荡，辐射干扰等；
当阻抗不匹配时，有哪些办法让它匹配呢？第一，可以考虑使用变压器来做阻抗转换，就像上面所说的电视机中的那个例子那样；第二，可以考虑使用串联/并联电容或电感的办法，这在调试射频电路时常使用；第三，可以考虑使用串联/并联电阻的办法一些驱动器的阻抗比较低，可以串联一个合适的电阻来跟传输线匹配，例如高速信号线，有时会串联一个几十欧的电阻。而一些接收器的输入阻抗则比较高，可以使用并联电阻的方法，来跟传输线匹配，例如，485总线接收器，常在数据线终端并联120欧的匹配电阻；
&&&&浅谈四层板和33欧电阻
&&&&选用四层板不仅是电源和地的问题，高速数字电路对走线的阻抗有要求，二层板不好控制阻抗33欧电阻一般加在驱动器端，也是起阻抗匹配作用的；布线时要先布数据地址线，和需要保证的高速线在高频的时候，PCB板上的走线都要看成传输线传输线有其特征阻抗，学过传输线理论的都知道，当传输线上某处出现阻抗突变(不匹配)时，信号通过就会发生反射，反射对原信号造成干扰，严重时就会影响电路的正常工作采用四层板时，通常外层走信号线，中间两层分别为电源和地平面，这样一方面隔离了两个信号层，更重要的是外层的走线与它们所靠近的平面形成称为“微带”(microstrip)的传输线，它的阻抗比较固定，而且可以计算对于两层板就比较难以做到，这样这种传输线阻抗主要于走线的宽度、到参考平面的距离、敷铜的厚度以及介电材料的特性有关，有许多现成的公式和程序可供计算。
&&&33欧电阻通常串连放在驱动的一端(其实不一定33欧，从几欧到五、六十欧都有，视电路具体情况)
，其作用是与发送器的输出阻抗串连后与走线的阻抗匹配，使反射回来(假设解收端阻抗没有匹配)的信号不会再次反射回去(吸收掉)，这样接收端的信号就不会受到影响接收端也可以作匹配，例如采用电阻并联，但在数字系统比较少用，因为比较麻烦，而且很多时候是一发多收，如地址总线，不如源端匹配易做；
这里所说的高频，不一定是时钟频率很高的电路，是不是高频不止看频率，更重要是看信号的上升下降时间通常可以用上升(或下降)时间估计电路的频率，一般取上升时间倒数的一半，比如如果上升时间是1ns，那么它的倒数是1000MHz，也就是说在设计电路是要按500MHz的频带来考虑有时候要故意减慢边缘时间，许多高速IC其驱动器的输出斜率是可调的。
如果是高速信号线上串小电阻，那就应该是终端阻抗匹配。
如果是GPIO口上串了小电阻，很可能是抗小能量电压脉冲的。
简单的例子：一个串口通讯的提示信号，当接上串口时，因为瞬间的插拔产生了一个很窄的电压脉冲，如果这个脉冲直接打到GPIO口，很可能打坏芯片，但是串了一个小电阻，很容易把能力给消耗掉。
如果脉冲是5mA 5.1V，那么过了30ohm后就是5v左右了。。。。。[/QUOTE]
用在GPIO口上，除了这个保护功能之外，还有一个可能就是便于测试和兼容设计了。
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串联匹配电阻的作用
在电路设计中，经常需要使用匹配电阻，如闭路电视同轴电缆、时钟数据线等，如果阻抗不匹配会有什么不良后果呢？如果不匹配，则会形成反射，能量传递不过去，降低效率；会在传输线上形成驻波（简单的理解，就是有些地方信号强，有些地方信号弱），导致传输线的有效功率容量降低；功率发射不出去，甚至会损坏发射设备。
关于串联匹配电阻其作用：
高速信号线中才考虑使用这样的电阻，低频情况下，一般是直接连接。这个电阻有两个作用：
① 阻抗匹配：因为信号源的阻抗很低，跟信号线之间阻抗不匹配，串上一个电阻后，可改善匹配情况，以减少反射，避免振荡等。
② 减少信号边沿的陡峭程度：可以减少信号边沿的陡峭程度，从而减少高频噪声以及过冲等。因为串联的电阻，跟信号线的分布电容以及负载的输入电容等形成一个RC 电路，这样就会降低信号边沿的陡峭程度大家知道，如果一个信号的边沿非常陡峭，含有大量的高频成分，将会辐射干扰，另外，也容易产生过冲。
2、 详述（阻抗匹配）
阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。
阻抗匹配分为低频和高频两种情况讨论。
我们先从直流电压源驱动一个负载入手，由于实际的电压源，总是有内阻的，我们可以把一个实际电压源，等效成一个理想的电压源跟一个电阻r串联的模型。假设负载电阻为R，电源电动势为U，内阻为r，那么我们可以计算出流过电阻R的电流为：
可以看出，负载电阻R越小，则输出电流越大。
负载R上的电压为：
Uo=IR=U/[1+(r/R)]
负载电阻R越大，则输出电压Uo越高。
再来计算一下电阻R消耗的功率为：
P=I2×R=[U/(R+r)]2×R=U2×R/(R2+2R×r+r2)=U2×R/[(R-r)2+4×R×r]=U2/{[(R-r)2/R]+4×r}
对于一个给定的信号源，其内阻r是固定的，而负载电阻R则是由我们来选择的注意式中[(R-r)2/R]，当R=r时，[(R-r)2/R]可取得最小值0，这时负载电阻R上可获得最大输出功率Pmax=U2/(4×r)即，当负载电阻跟信号源内阻相等时，负载可获得最大输出功率，这就是我们常说的阻抗匹配之一。对于纯电阻电路，此结论同样适用于低频电路及高频电路。当交流电路中含有容性或感性阻抗时，结论有所改变，就是需要信号源与负载阻抗的的实部相等，虚部互为相反数，这叫做共扼匹配。
匹配电阻下低频电路与高频电路的比较：
① 在低频电路中，我们一般不考虑传输线的匹配问题，只考虑信号源跟负载之间的情况，因为低频信号的波长相对于传输线来说很长，传输线可以看成是“短线”，反射可以不考虑（可以这么理解：因为线短，即使反射回来，跟原信号还是一样的）。
从以上分析我们可以得出结论：如果我们需要输出电流大，则选择小的负载R；如果我们需要输出电压大，则选择大的负载R；如果我们需要输出功率最大，则选择跟信号源内阻匹配的电阻R。
注：有时阻抗不匹配还有另外一层意思，例如一些仪器输出端是在特定的负载条件下设计的，如果负载条件改变了，则可能达不到原来的性能，这时我们也会叫做阻抗失配。
② 在高频电路中，我们还必须考虑反射的问题。当信号的频率很高时，则信号的波长就很短，当波长短得跟传输线长度可以比拟时，反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状。如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不相等（即不匹配）时，在负载端就会产生反射。
为什么阻抗不匹配时会产生反射以及特征阻抗的求解方法，牵涉到二阶偏微分方程的求解，在这里我们不细说了，有兴趣的可参看电磁场与微波方面书籍中的传输线理论传输线的特征阻抗（也叫做特性阻抗）是由传输线的结构以及材料决定的，而与传输线的长度，以及信号的幅度、频率等均无关。
例如，常用的闭路电视同轴电缆特性阻抗为75Ω，而一些射频设备上则常用特征阻抗为50Ω的同轴电缆。另外还有一种常见的传输线是特性阻抗为300Ω的扁平平行线，这在农村使用的电视天线架上比较常见，用来做八木天线的馈线因为电视机的射频输入端输入阻抗为75Ω，所以300Ω的馈线将与其不能匹配实际中是如何解决这个问题的呢？不知道大家有没有留意到，电视机的附件中，有一个300Ω到75Ω的阻抗转换器（一个塑料封装的，一端有一个圆形的插头的那个东东，大概有两个大拇指那么大）它里面其实就是一个传输线变压器，将300Ω的阻抗，变换成75Ω的，这样就可以匹配起来了。这里需要强调一点的是，特性阻抗跟我们通常理解的电阻不是一个概念，它与传输线的长度无关，也不能通过使用欧姆表来测量为了不产生反射，负载阻抗跟传输线的特征阻抗应该相等，这就是传输线的阻抗匹配。如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时，会产生震荡，辐射干扰等。
当阻抗不匹配时，有哪些办法让它匹配呢？
① 可以考虑使用变压器来做阻抗转换，就像上面所说的电视机中的那个例子那样。
② 可以考虑使用串联/并联电容或电感的办法，这在调试射频电路时常使用。
③ 可以考虑使用串联/并联电阻的办法，一些驱动器的阻抗比较低，可以串联一个合适的电阻来跟传输线匹配，例如高速信号线，有时会串联一个几十欧的电阻。而一些接收器的输入阻抗则比较高，可以使用并联电阻的方法，来跟传输线匹配，例如，485总线接收器，常在数据线终端并联120欧的匹配电阻。
为了帮助大家理解阻抗不匹配时的反射问题，我来举两个例子：假设你在练习拳击——打沙包如果是一个重量合适的、硬度合适的沙包，你打上去会感觉很舒服但是，如果哪一天我把沙包做了手脚，例如，里面换成了铁沙，你还是用以前的力打上去，你的手可能就会受不了了——这就是负载过重的情况，会产生很大的反弹力相反，如果我把里面换成了很轻很轻的东西，你一出拳，则可能会扑空，手也可能会受不了——这就是负载过轻的情况。
另一个例子，不知道大家有没有过这样的经历：就是看不清楼梯时上/下楼梯，当你以为还有楼梯时，就会出现“负载不匹配”这样的感觉了当然，也许这样的例子不太恰当，但我们可以拿它来理解负载不匹配时的反射情况
附：浅谈四层板和33欧电阻
选用四层板不仅是电源和地的问题，高速数字电路对走线的阻抗有要求，二层板不好控制阻抗。33欧电阻一般加在驱动器端，也是起阻抗匹配作用的；布线时要先布数据地址线，和需要保证的高速线。
在高频的时候，PCB板上的走线都要看成传输线。传输线有其特征阻抗，学过传输线理论的都知道，当传输线上某处出现阻抗突变(不匹配)时，信号通过就会发生反射，反射对原信号造成干扰，严重时就会影响电路的正常工作采用四层板时，通常外层走信号线，中间两层分别为电源和地平面，这样一方面隔离了两个信号层，更重要的是外层的走线与它们所靠近的平面形成称为“微带”(microstrip) 的传输线，它的阻抗比较固定，而且可以计算。对于两层板就比较难以做到这样。这种传输线阻抗主要与走线的宽度、到参考平面的距离、敷铜的厚度以及介电材料的特性有关，有许多现成的公式和程序可供计算。
33欧电阻通常串连放在驱动的一端(其实不一定33欧，从几欧到五、六十欧都有，视电路具体情况) ，其作用是与发送器的输出阻抗串连后与走线的阻抗匹配，使反射回来(假设解收端阻抗没有匹配) 的信号不会再次反射回去(吸收掉)，这样接收端的信号就不会受到影响。接收端也可以作匹配，例如采用电阻并联，但在数字系统比较少用，因为比较麻烦，而且很多时候是一发多收，如地址总线，不如源端匹配易做。
注：这里所说的高频，不一定是时钟频率很高的电路，是不是高频不止看频率，更重要是看信号的上升下降时间。通常可以用上升(或下降) 时间估计电路的频率，一般取上升时间倒数的一半，比如如果上升时间是1ns，那么它的倒数是1000MHz，也就是说在设计电路是要按500MHz的频带来考虑。有时候要故意减慢边缘时间，许多高速IC其驱动器的输出斜率是可调的。
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电路实验报告答案
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【电路实验报告答案】实验一 元件特性的示波测量法一、实验目的 1、学习用示波器测量正弦信号的相位差。2、学习用示波器测量电压、电流、磁链、电荷等电路的基本变量 3、掌握元件特性的示波测量法，加深对元件特性的理解。二、实验任务 1、 用直接测量法和李萨如图形法测量 RC 移相器的相移 ? ? 即? u s ? ? uC 实验原理图如图 5-6 示。2、 图 5-3 接线，测量下列电阻元件的电流、电压波形及相应的伏安特性曲线（电源频率在 100Hz~1000Hz 内） （1）线性电阻元件（阻值自选） （2）给定非线性电阻元件（测量电压范围由指导给定）电路如图5-7 3、按图 5-4 接线，测量电容元件的库伏特性曲线。4、测量线性电感线圈的韦安特性曲线，电路如图 5-5 5、测量非线性电感线圈的韦安特性曲线，电源通过电源变压器供给，电路如图 5-8 所示。图 5-7图 5-8这里，电源变压器的副边没有保护接地，示波器的公共点可以选图示接地点，以减少误差。三、思考题 1、元件的特性曲线在示波器荧光屏上是如何形成的，试以线性电阻为例加以说明。1答：利用示波器的 X-Y 方式，此时锯齿波信号被切断，X 轴输入电阻的电流信号，经放大后加至 水平偏转板。轴输入电阻两端的电压信号经放大后加至垂直偏转板， Y 荧屏上呈现的是ux,uY 的合成 的图形。即电流电压的伏安特性曲线。3、 为什么用示波器测量电路中电流要加取样电阻 r，说明对 r 的阻值有何要求？ 答：因为示波器不识别电流信号，只识别电压信号。所以要把电流信号转化为电压信号，而电阻上 的电流、电压信号是同相的，只相差 r 倍。r 的阻值尽可能小，减少对电路的影响。一般取 1-9Ω 。四、实验结果 1．电阻元件输入输出波形及伏安特性22．二极管元件输入输出波形及伏安特性3实验二 基尔霍夫定律、叠加定理的验证 和线性有源一端口网络等效参数的测定一、实验目的 1、加深对基尔霍夫定律、叠加定理和戴维南定理的内容和使用范围的理解。2、学习线性有源一端口网络等效电路参数的测量方法 3、学习自拟实验方案，合理设计电路和正确选用元件、设备、提高分析问题和解决问题的能力 二、实验原理 1、基尔霍夫定律基尔霍夫定律是电路普遍适用的基本定律。无论是线性电路还是非线性电路，无论是非时变电 路还是时变电路，在任一时刻流进流出节点的电流代数和为零。沿闭合回路的电压降代数和为零。2、叠加定理 在线性电路中每一个元件的电位或电压可以看成每一个独立源单独作用于电路时，在该元件上 所产生的电流或电压的代数和。叠加定理只适用于线性电路中的电压和电流。功率是不能叠加的。3、戴维南定理 戴维南定理是指任何一个线性有源一端口网络，总可以用一个电压源与电阻串联的有源支路来 代替，电压等于该网络的开路电压Uoc，而电阻等于该网络所有独立源为零时端口等效电阻 Req 4、测量线性有源一端口网络等效参数的方法介绍 （1）线性有源一端口的开路电压U oc 及短路电流 I sc 的测量 用电压表、电流表直接测出开路电压U oc 或短路电流 I sc 。由于电压表及电流表的内阻会影响 测量结果，为了减少测量的误差，尽可能选用高内阻的电压表和低内阻的电流表，若仪表的内阻已 知，则可以在测量结果中引入相应的校正值，以免由于仪表内阻的存在而引起的方法误差。（2）线性有源一端口网络等效电阻 R eq 的测量方法 1） 线性有源一端口网络的开路U oc 及短路电流 I sc ， 则等效电阻为 R ?Uoc这种方法比较简便。I sc4但是，对于不允许将外部电路直接短路或开路的网络（例如有可能因短路电流过大而损坏内部的器 件） ，不能采用此法。2） 若被测网络的结构已知， 可先将线性有源一端口网络中的所有独立电源置零， 然后采用测量直流 电阻的方法测量 （3）用组合测量法求U oc ， R eq 测量线路如图1-1 所示。在被测网络端口接一可变电阻 R L ， 测得 R L 两端的电压U1 和 R L 的 电流 I1 后，改变电阻 R L 值，测得相应的U2、I2，则可列出方程组U oc ? R eq I 1? U 1 U oc ? R eq I 2 ? UU 1I 2 ? U 2 I1 I 2 ? I12解得：U oc ?R eq ?U1 ?U2I 2 ? I1图 1--1根据测量时电压表、 电流表的接法可知， 电压表内阻对解得的U oc 没有影响， 但解得的 R eq 中 包含了电流表的内阻，所以实际的等效电阻值 R eq 1 只要从解得的 R eq 中减去 R A 即可。由上可知，此法比起其它方法有消除电压表内阻影响及很容易对电流表内阻影响进行修正的特 点。同时它又适用于不允许将网络端口直接短路和开路的网络。(4). 参考方向 无论是应用网络定理分析电路还是进行实验测量，都要先假定电压和 电流的参考方向，只有这样才能确定电压和电流是正值还是负值。如图 1-2，如何测量该支路的电压U？首先假定一个电压降的方向，设U 的压降方向为从A 到B 这是电压 U 的参考方向。将电压表的正极和负极 分别与A 端和 B 端相联，若电压表指针正偏则读数取正，说明参考方向5 图 1―2和真实方向一致；反之电压表读数为负，说明参考方向和真实方向相反。三、实验任务 （一）基尔霍夫定律和叠加定理的验证 1、 根据图 1-3 实验原理电路图接线， 并按标出每个支路电流参考方向和电阻压降的正负号， 将理论 计算值填入表1-1 中图1―3 叠加定理实验原理电路图表 1-1Us1 单 独 作 用
（mA） 理论 计算 测量 结果 Us2 单 独 作 用 叠 加 后 电 流、 电 压 Us1、Us2 共同作用I1'I2'I3'I1&I2&I3&I1 + I1'&I2 +I2'&I3 +I3'&I1I2I337.3 -16. 0 37.0 -15. 8'21.3 21.0U3'-24. 0 -23. 8U1&36.0 36.0U& 212.0 11.9U3&13.3 13.2U 1 +U 1' &20 20.2U 2 +U' & 233.3 32.9U 3 +U 3' &13.3 20.0 13.0 20.0U1 U233.0 33.0U3单 位（V） U 1 理论 计算 测量 结果 *小灯泡测 量 结果U' 22.80 -3.2 0 2.70 -3.1 3I 3 =57.5 U 3 =1.20' '3.20 3.13-1.8 0 -1.7 5& &7.20 7.101.80 1.751.00 0.95' &4.00 3.975.00 4.881.00 4.00 0.96 3.98I 3 =82.0 U 3 =2.305.00 4.93I 3 =37.0 U 3 =0.40I 3 + I 3 =94.5 U 3 +U 3 =1.60' &四、思考题 1、 如果不标出每个支路电流电压参考方向，从理论计算和实验测量能否得出正确的结论？为什 么？ 答：不能得出正确结论。因为进行理论计算的第一步就是确定每条支路的参考方向，这是进行理论6计算的基础，不确定参考方向理论计算就无法进行；在实验测量中，如果不标出支路的参考方向， 就不能确定测出数据的正负，从而无法判别支路电流电压实际方向，不能得出正确数据。2、 如图 1-3 电路图，并将电阻 R3 改接二极管 2CZ82F，实验结果是二极管支路电流和电压降不符 合叠加定理，还是所有支路电流和电压均不符合叠加定理？ 答：所有支路电流和电压均不符合叠加定理。3、 用 C31-V 直流电压表和MF18 万用表电压档测开路电压，哪个值更接近于理论值，为什么？ 答：用MF18 测量更接近于理论值。因为 MF18 的内阻大于C31-V 的内阻， 所以用MF18 测量电压 对于外电路的影响比C31-V 小。7实验三 交流参数的测定及功率因数的提高一、实验目的 1、加深理解正弦交流电路中电压和电流的相量概念。2、学习单相交流电路的电流、电压、功率的测量方法。3、学习用交流电流表，交流电压表、功率表、单相调压器测量元件的交流等效参数。4、了解并联电容提高感性负载功率因数的原理与方法 二、实验任务 1、分别测量电阻 R、电感元件 L，电容 C 的交流参数，接线如图3-33。图3-32、分别测量R、L，C 及电容与电感串联，并联时的等效的阻抗，并用实验的方法判别阻抗性质 3、 现有电流表、 电压表和滑线变阻器、 调压器， 如何用实验的方法测试某电感线圈的等效参数， 设 计出实验方案及电路图。4、实验方法及要求 按图 3-3 接线，检查无误后通电， 先接通 SW4， 调电压慢慢上升使电源表读数为 0.5A， 注意读 电流时，电压表，功率表开关要断开， （这三个表在读数时要分别读。）再接通电压表读出电压值， 记下此时的电压值，以这个值为基准不变，保持不变，以后调节电阻值使 II C ? 0 .5 AR? 0 .5 A调电容值使，接通功率表分别读出三个元件的功率值；保持电压不变，再测出 3 个并联电路的电压和电流值，以及功率值， 三、实验数据测 被测元件 U（V） 电 容 97 I（A） 0.5 P（W） 0.240 得 值 计 算 |Z|（Ω） 194 值 X（Ω） 193..99 L（H） C（F） 1.642?F 8cos ?0.005R（Ω） 0.96电感 R R||L （R 串L） R||C （R 串C） R||L||C97 97 970.5 0.5 0..94 62.00.254 1.03 0. 122. 99.. 72.970.136.6..0.151..52、电路功率因数提高的研究 （1）按自己设计的电路图接线，数据表据自拟，测出 C=0 时，UL、UR、I、PL、PR 及总功率、计 算负载端的 cos ? 。（2）依次增加电容 C 值，使电路负载端的功率因数逐步提高，直至电路呈容性为止，测出不同 C 值时的U、I、P 计算 cos ? 。（3）测出 cos ? =1 时的电容值。记录表格 功率表 Um=300V Im=0.5A CW=0.2（w/格） r=7.36Ω U=218（V） U 镇=198（V） IL（A） 0.340 0.340 0.340 0.340 0.340 IC（A） 0.000 0.135 0.330 0.430 0.580 U 灯=61（V） P（W） 25.8 26.0 26.0 26.3 27.2? ? ? 结论U ? U 镇 ? U 灯基本电路测量值 C(μ F) 0 2 4.47(谐振) 6 8 I（A） 0.340 0.230 0.155 0.195 0.325U（V） 218 218 218 218 218P 表损 W） P 实际 W） cos ? （ （ 0.85 0.39 0.18 0.28 0.78 25.0 25.6 25.8 26.0 26.4 0.34 0.51 0.76 0.61 0.37四、思考题 1、 实验时，若单相调压器原边和副边接反，会发生了什么情况，为什么？ 答：原边和副边接反会使调压器烧毁。2、 用三表法测参数，为什么在被测元件两端并接试验电容可以判断元件的性质，用相量图说明。答：并接电容后，总电流会发生变化，如果电流变大则说明是感性，电流变小则说明是容性。3、 测元件 Z 所消耗的有功功率，试判别下图中功率表的指针是正偏还是反偏，接法正确吗？9(a)(b) 图 3-5(c)（d）答：(a)图反偏，(b)图正偏，(c)图正偏，(d)图正偏。(a) (b)图正确，(c) (d)图不正确。4、 感性负载的功率因数用并联电容的办法而不用串联的办法？ 答：电路并联电容后，可以使总支路上的电流减小，从而减小视在功率，而不影响感性负载的正常 工作即感性负载所消耗的有功功率不变。如果采用串联电容， 当两端电压不变的情况下， 感性负载 两端电压会发生变化，而回路中的电流随着电容的增大而增大，当容抗和感抗相抵消时，回路中的 电流最大，这样，视在功率是增大的，负载消耗的有功功率也增大，所以串联电容不能有效地提高 功率因数。答：用电容实现功率因数的提高是利用了在交流电路中电容两端电流相位超前电压 900 的特性，在 感性电路中串联电容，电流受到电感的影响不能超前电压 900。10实验四 一阶电路的响应一、实验目的 1、学习用示波器观察和分析动态电路的过渡过程。2、学习用示波器测量一阶电路的时间常数。3、研究一阶电路阶跃响应和方波响应的基本规律和特点。4、研究RC 微分电路和积分电路 二、实验任务 1、研究RC 电路的零输入响应与零状态响应和全响应 实验电路如图 6-8 所示。U s 为直流电压源，r 为初始值的充电电阻。开关首先置于位置 2，当 电容器电压为零以后，开关由位置 2 转到位置 1，即可用示波器观察到零状态响应波形；电路达到 稳态以后，记录下电路到达稳态的时间。开关再由位置 1 转到位置 2，即可观察到零输入响应的波 形。在 R、C 两端分别观察零输入响应和零状态响应时u c ?t ? 和i c ?t ? 的波形。分别改变R、C 的数 值观察零输入响应和零状态响应时，u c ?t ? 和i c ?t ? 的波形的变化情况。观测全响应时， 取Us1 分别 为 2V,10V,12V.接线时注意电源极性,在Us 分别大于、 小于、 等于Us1 三种情况下， 观察uc(t)的波形， 注意不能同时将 K 和 K1 投向电源。图6-8 观察RC 电路响应的实验电路2、按要求设计一个微积分分器电路。（电容值选在 0 . 1 ? F ~ 1 ? F 之间） 三、实验数据111．电容器充放电实验数据记录 时 间 (秒) 充电电压 0 (V) 放电电压 10 (V) 2．描录 RC 微分电路和 RC 积分电路的输入，输出波形，并计论构成上述两种电路的条件。3.57 1.32 0.5 0.16 0.08 0.02 0.01 0 0 0 6.27 8.61 9.42 9.7 9.86 9.91 9.93 9.93 9.93 9.93 0 10 20 30 40 50 60 70 80 100 200图 9-9RC 微分电路的输入输出波形12图9-10 RC 积分电路的输入输出波形13实验五一、实验目的二阶电路的响应1、研究RLC 串联电路响应的模式及其元件参数的关系 2、学习用示波器测量衰减振荡角频率和衰减系数 3、观察分析各种响应模式的状态轨迹 4、初步了解二阶电路的设计方法 二、实验任务 1、研究RLC 串联电路的零输入零状态响应，电路如图 7-4 改变 R 的阻值，观察过阻尼、欠阻尼情 况下的零输入，零状态响应，画出波形。2、 按预习要求设计的电路连接线路， 观察并描绘经过阻尼欠阻尼情况下的方波响应及相应的状态轨 迹。并测量欠阻尼情况下的振荡角频率和衰减系数? 。3、通过实验观测欠阻尼 RLC 电路的电流经过多长时间衰减为零，可近似测定阻尼因子? 。电流 衰减为零的时间大约等于 5 倍的时间常数。一倍的时间 ωo 常数可由下式求出：τ =1/ α 欠阻尼 RLC 电路的阻尼因子? 趋近于零时的振荡频率等于谐振频率 ωo， ，欠阻尼 RLC 电路的振荡 频率 ω 用下式计算? ? ?o ? ?2 24、 在电子工作平台上建立如图 7-4 的实验电路，用信号发生器和示波器对该电路进行动态分析。A、根据元件参数计算出相应的衰减因子 α 和谐振频率 ωo，改变电阻值计算出新的衰减因子 α，观 测并画出电阻电压随时间变化的曲线，标明电流衰减到零的时间，并近似计算出电流衰减到零的时 间。根据新的衰减因子 α 和谐振频率ωo 计算欠阻尼RLC 电路的电流曲线图的振荡频率 ω 。B、 改变电容值， 根据新的元件值计算出新的谐振频率 ωo， 观测并画出电阻电压随时间变化的曲线 o 并根据新的衰减因子α 和新的谐振频率ωo， 计算欠阻尼RLC 电路的电流曲线图的新的振荡频率ω 。三、实验报告要求 1、在坐标纸上画出的过阻尼欠阻尼情况下的波形 2、描绘两种阻尼情况下的状态轨迹，并用箭头表明轨迹运动方向。143、列出设计的参数设计值的实验值。4、整理实验数据并与理论值比较，回答思考题 1、2，并注意在实验中观察验证。四、思考题 1、在激励电源发生跃变瞬间，一阶 RC 串联电路中的电流和二阶 RLC 串联电路的过阻尼情况下的 电流有何质的区别，如何在波形上加以体观？ 2、 从方波响应，当RLC 串联电路处于过阻尼情况时，若减少回路电阻，iL 衰减到零的时间变长还 是变短，当电路处于欠阻尼情况下，若增加回路电阻，振荡幅变慢还是变快？ 答减小电阻， iL 衰减到零的时间变长。， 当电路处于欠阻尼情况下， 若增加回路电阻， 振荡幅变慢。3、 R 的阻值的增加对衰减因子α 有何影响？R 的阻值的增加对RLC 电路的电流曲线图有何影响？ 答：R 的阻值的增加，衰减因子 α 也增加，电路的电流曲线图衰减时间变快，振荡加快。4、 C 的容量的增加对欠阻尼RLC 电路的振荡频率有何影响？ 答：欠阻尼RLC 电路的振荡频率减小。15实验六 串联谐振电路一、实验目的 1、加深对串联谐振电路特性的理解 2、学习测定RLC 串联谐振电路的频率特性曲线 二、实验任务 1、自己设计实验线路及参数。2、测量 RLC 串联电路在Q ? 2 .25 时电流幅度特性和U L 、U C 的频率特性曲线。3、改变 R 的数值，使Q=12.5，保持 L 、 C 数值不变，重复上述实验。4．测量 RLC 串联电路在Q=2.25 时的相频特性。三、实验报告要求 1、 根据实验数据，在坐标纸上绘出不同 Q 值下的串联谐振电路的通用曲线以及 Uc、UL 的频率特 性曲线，分别与理论值进行比较，并作简略分析。表格：U=500mV f(Hz)U L 100 ?( mV )L ? 50mH(53.59mH) 400 226 690 168 36 0.567 1.68 1.80 0.35 0.12 600 750
0.85 3.75 6.25 0.85 0.43rL ? 12Ω (12.91Ω ) C ? 1μ F(0.9779μ F) fc=640 895
0.91 4.20 9.25 0.95 0.63 fo=705 0 292 1.00 4.40 14.6 1.00 1.00 fL=770
185 1.09 4.15 9.25 0.94 0.63 900 920 560 310 81 1.28 3.10 4.05 0.70 0.27
174 38 1.70 1.74 1.90 0.40 0.13 2 fo 640 160 135 28 2.00 1.35 1.40 0.31 0. 66 13 0.28 0.66 0.65 0.15 0.04U C 100 ?U( mV ) R 100 ?( mV )U R 20 ?( mV )f/f0(100Ω)I 100 ? (mA) I 20 ?(mA)I/I0(100Ω) I/I0(20Ω)2、通过实验 RLC 串联谐振电路的主要特点。16作出在两种电容情况下的电流谐振曲线； ⑴C=0.1uF 时⑵C=0.01uF 时2．比较上述两种曲线的特点； 答：⑴ 电容越小，谐振频率越大；17⑵ 电容越小，电流谐振曲线越尖，Q 越大四．思考题 1、 当 RLC 串联电路发生谐振时，是否有UR=US 和UC=UL？若关系不成立，试分析其原因。答：这两个关系式都成立。2、 可以用哪些实验方法判别电路处于谐振状态？ 答：当电路处于谐振状态是整个电路阻抗最小，电流最大，可以通过电流的变化趋势得出何时处于 谐振状态；也可以用示波器观察 C、L 两端电压相位，通过李萨如图形分析。3、 在测试电路频率特性时，信号源输出电压会随着频率的变化而变化，为什么？ 答：因为信号源有内阻，当外接负载后，负载的阻抗随着频率的变化而变化，则回路中的电流也随 着频率的变化而变化，内阻上压降也随着频率的变化而变化，所以信号源输出电压会随着频率的变 化而变化。4、电阻值的变化对谐振频率和带宽的影响？ 答：电阻变化对谐振频率没有影响；电阻增大带宽减小，反之增大。5、 串联谐振电路的阻抗随频率的是如何变化的？ 答：频率从小到大变化阻抗从大变小再从小变大，阻抗最小点就是谐振发生时。18实验七 互感的研究一、 实验目的 1、加深对互感电路概念的理解 2、学习耦合线圈同名端的判断方法 2、学习耦合线圈互感系数、耦合系数的测量方法 二、实验任务 （一） 、判别耦合线圈的同名端 1．直流通断法实验电路如图 1-38，按图接线后，合上开关的瞬间，观察并记录实验现象，写出判 别结论。图 9-22．电流大小法 根据等效电感的思路， 自拟实验电路， 通过改变线圈的不同接法 （同名端相连和异名端相连） ， 测出回路中电流的值，比较两次电流值的大小，判别线圈的同名端。注意保持电压值不变，取 U=5~10V 3．电压高低法 根据等效电感的思路，自拟实验电路，通过比较端口电压值的不同，判别线圈的同名端 。（二）测量线圈互感 M 1．等效电感法 用三表法或交流电桥测出两个耦合线圈正向和反向串联时的等效电感，则互感 M=L 正-L 负/4 2．次级开路法19如图 9-3 电路，当电压表内阻足够大，则有 U2=ω M21I1 M21=U2/ω I1 耦合系数可由下式计算：k=M/(L1L2)1/2 U1=ω M12I2 （1）M12=U1/ωI2图 9-3图 9-4按图 9-3 接线，调电源频率为 1000Hz，测电阻上的电压为 1V，然后测量 U20； ；以同样的条件 L2 接 电源，保证电阻上的电压为 1V，测量U10 。将U10 U20 代入上式（1）即可求出M。3．正反向串联法 按图 9-4 接线，调电源频率为1000Hz，调节电源电压使得UR=1V，测量U1、U2、U12；将线圈 对角线连线，调节电源电压使得UR=1V，再测量U1、U2、U12，记录测量的数据。则 正接 U12=ωL1I+ω L 2I+2Mω I 反接 U12=ωL1I+ω L 2I-2Mω IU 12 ?正接 ? ? U 12 ?反接 ? ? 4? MIM=U12（正接）- U12（反接）/4Ωi 由上述实验值计算 L1L2 的值正接：U12=r1?+jωL1?+jωM≈jω(L1+M)? 反接：U12=r2?+jωL2?+jωM≈jω(L2+M)? 当条件为 f=1000Hz I=1/1000(A)时 则 L1≈U1 正/ωI-M L2≈U2 正/ωI-M U1=ω(L1+M)? U2= ω(L2+M)?（三）耦合系数大小的研究20按图 1-41 实验电路接线， 测量记录两个线圈在平行靠紧、 垂直靠紧时的U20 值， 计算M 值， 分析 K 值大小，并观察平行拉开和垂直拉开以及任意位置时的 U20 值的变化情况，从而可知 M 值和 K 值的变化情况。图 1-41三、数据表格 电流大小法（a）I=123mA 电压高低法 （a）U1=1V （b）U1=1V 接法：反接 U2=1.9V U2=1.85V （b）I=40mA U0=2.9V U0=0.8V 接法：顺接 接法：顺接 接法：顺接次级开路法 L1 接电源 L2 接电源 改变频率UR（V） 1V 1V 1Vf（Hz） 00U20 或U10（V） 0.59 0.59 1.22M（mH） 93.9 93.9 97.0正、反向串 联法 顺接（a） 反接（b） UR（V） 1 1测 U1（V） 0.95 0.265量值 U2（V） 2.8 1.55 U12（V） 3.75 1.30计 M（mH） 97.5算值 K 0.713四、思考题（1） 说出你判别同名端的方法及其原理21答：若两线圈的异名端相联，称为正相串联。其等效电感 L 正=L1+L2+2M。显然，等效电抗 X 正&X 反 利用这个关系，在两个线圈串联方式不同，加上相同的正弦电压，根据回路中电流值的不同，即可 判断出同名端，同样的，当回路中流过相同的电流，通过测量不同的端口电压也可判断出同名端。线圈1 中磁通发生突变，线圈2 产生一个互感电动势，电表的指针就会偏转，根据同名端的定 义电压接正端与电源接“+”端为同名端，若反偏则为异名端。（2） 在用正反的串联法测互感时，为何要保证UR=1V？答：因为保证UR=1V，就可以保证回路中电流是一个定值。（3） 还可以用什么方法测互感系数？答：用三表法或交流电桥法测出两个耦合线圈正向串联和反向串联的等效电感，则互感M ? L正 ? L反 4（4）还可以用什么方法判别同名端？答：用交流电桥直接测量不同串联方式时的两线圈的等效电感，也可以判断其同名端。22实验八 三相电路的研究一、实验目的 1、通过实验研究和掌握三相电路的基本特征和相序判定方法 2、学习三相负载的星形连接，三角形接法，以及两种接法下，线电压、相电压，线电流，相电流测 试方法。3、 研究三相负载作星形联接和三角形联接时， 对称负载和不对称负载情况下线电压与相电压， 线电 流和相电流的关系。4、分析和比较对称、不对称负载星形联接时中线的作用。5、观察了解三相负载各种联接方式下出现断线，断相时，电压、电流的变化。6、学会用三瓦特表法和二瓦特表法测量三相负载的有功功率。二、实验任务 1、三相负载星形联接，按照Y 接法原则，自拟实验电路，并按图接线测量电流、电压、负载功率， 自拟数据表格，将数据填入表中。观察实验现象，负载不对称有中线时各相灯泡亮度是否一样，无中线时，各相灯泡亮度如何变 化，测量当其中一相负载断开后，其它两相负载的相电压，相电流的变化情况。2、 测量三相负载三角形联接电路的电压、 电流和负载功率填入表中， 表格自拟 （分对称负载和不对 称负载两种情况） 3、电源相序的测定 实验电路参照教材中电路自画，设 A 相电容C=4 ? F B 相、C 相灯泡均为 220V、60W 各一只，接通电源，在无中线情况下观察两只灯泡的亮暗顺 序，按容亮暗，对应ABC 判别电源相序。4、三相电动机负载功耗的测量 测量三相电动机星形接法和三角形接法两种情况下的空载功耗，自拟实验电路，测量步骤和数 据表格。三、实验数据231．星形接法电压、电流测量值记录表格2．三角形接法电压、电流测量值记录表格：待测 数据 实验 内容UABUBCU CA（V）U AN '（V）U BN '（V）U CN '（V）IA（A）IB（A）IC（A）U NN '（V）IN（A）（V）（V）对 有 称 中 220 负 线 载 无 中 220 线 不 有 对 中 220 称 线 负 有 载 中 219 线 待测数据 实验内容 三角形 接法 对称负载 不对称负载UAB.0.23.0.9.0.275.00.647UBCU CA（V）IA（A）IB（A）IC（A）I AB（A）I BC（A）I CA（A）（V）（V）220 220 ......4703．三相负载有功功率测量记录表格测量值与计算值 实验内容 PA（W） PB （W） P（W） P（W） P（W） C 1 2 Y0 负载对称 负载不对称 一瓦法 三瓦法 44 18 26 44 测 量 值 计 算 值三相总功率Σ P （W） 44? 3=132 18+16+44=8824负载对称 一、二瓦法 Y 负载不对称 二、三瓦法 △ 负载对称 负载不对称 二瓦法 二瓦法? 3=132 66.4+68=134.2.5 141
+20.7=78.932.5+49.7=82.2 141+154=295 115+80=195四、思考题1、 对于照明负载来说，为什么中线上不允线接保险丝。答：因为照明负载是不对称负载，中线上有电流，而且电流是变化，当电流变化使保险丝烧断，就 会发生不对称负载无中线的情况。2、 试分析，负载对称星形连接无中线，若有一相负载短路或断路对其余两相负载的影响 答：若有一相负载短路或断路，其余两相负载两端的电压为380V，就会烧坏其余两相负载。3、 用二瓦法三瓦法测量三相四线制（不对称）负载功率，核算三相总功率时，两种方法得到的功 率值不同，为什么，哪种对？ 答：因为三相四线制（不对称）负载时，中线上有电流，两瓦法测量的是电路上消耗的总功率，而 三瓦法测量的是各相负载上消耗的功率，用三瓦法测量的功率对，它反映的是三相负载消耗的实际 功率。4、三相电源相序判别它的原理是什么？ 4、 负载星形联接无中线时，若其中两相断，余下一相能否正常工作，为什么？若断一相，其余两 相能否正常工作？ 答负载星形联接无中线时， 若其中两相断， 余下一相不能正常工作， 因为无中线， 不能形成回路。若断一相，其余两相不能正常工作因为其余两相构成串联回路，他们的端电压是 380V。5、 为什么星形联接的负载一相变动会影响其他两相，而三角形接时，一相负载变动对其他两相没 有影响？ 答：因为星形联接的负载一相变动，各相的相电压就发生变化，从而影响负载的正常工作，而而三 角形接时，相电压等于线电压是一个定值，不受其他相的影响。25实验三 运算放大器和受控源一．实验目的 1．获得运算放大器和有源器件的感性知识 2．学习含有运算放大器电路的分析方法。3．测试受控源的特性，并通过测试受控源的特性加深对受控源特性的认识。二. 实验原理 运算放大器是一种有源三端元件，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 考地端。“+”端称为非倒相输入端，信号从非倒相输入端输入时，输出信号与输入信号对参考地端 来说极性相同。“-”端称为倒相输入端，信号从倒相输入端输入时，输出信号与输入信号对参考地 端来说极性相反。运算放大器的电路模型为一受控源， 在它的外部接入不同的电路元件， 可以实现信号的模拟运 算或模拟变换，它的应用极其广泛。含有运算放大器的电路是一种有源网络，在电路实验中主要研 究它的端口特性以及了解其功能。本实验将要研究由运算放大器组成的几种基本线性受控源电路。受控源是一种非独立电源， 这种电源的电压或电流是电路中其他部分的电压或电流的函数， 或者 说它的电流或电压受到电路中其他部分的电压或电流的控制。根据控制量和受控量的不同组合，受 控源可分为电压控制电压源（VCVS） ，电压控制电流源（VCCS） ，电流控制电压源（CCVS） ，电 流控制电流源（CCCS） 。实际的受控源，其控制量与被控量之间不是线性关系，它们可用一条曲线来表示。通常，曲线 在某一范围内比较接近直线，即在直线范围内，受控量的大小与控制量成正比，其斜率（μ，g，γ， β）为常数。若超出直线范围就不能保持这一关系。1．如图 2-1 是一个电压控制电压源（VCVS）图 2-1 电压控制电压源和电压控制电流源由理想放大器的重要性质可知 Un=Up=Us IR1=Un/R2 IR2=IR1 Uo=IR1R1+IR2R2=IR1(R1+R2)=U1/R2（R1+R2）=(1+R1/R2)Us μ =Us/Us=1+R1/R2 该电路的电压控制系数μ ，反映了输入电压对输出电压的控制，它的等效电路模型为图 2-2 μ 的大小由R1/R2 控制，μ 称为电压放大系数 2．将该图中 R1 看成负载电阻，则这个电路就成为一个电压控制型电流源（VCCS） μ=1+R1/R2 g=1/R26图 2-2图 2-3is=iR=ui/R2 g=is/u1=1/R2 g 受 R 的控制，而与负载无关。G 称为转移电导，其等效电路模型为图2-3 3．如图 2-4 是电流控制电压源（CCVS） 用运算放大器的基本特性分析可知， 运算放大器输出电压 u2=-i1R 输出电压受输入电流的控制， 控制系数为-R，称为转移电阻。其等效电路模型如图 2-5图2-4图 2-54．如图 2-6 运算放大器组成一个电流控制电流源（CCCS） I1= -Ua/R2= -US/R1 I3=-Ua/R3=I1R2/R3 Io=I1+I3=I1+I1R2/R3=I1 (1+R2/R3) α =Io/I1= 1+R2/R3 输出电流受输入电流的控制而与负载无关，只与组成电路的参数有关，α 称为电流放大系数。其等效电路模型如图 2-7图2-6图 2-7 27三．实验任务 1．测试电压控制电压源和电压控制电流源（如图 2-1） （1）电路接好后，检查线路无误，先调节输入电压 Ui=0，然后接通运放供电电源，调节分压器使 V+，V-各为15V，当运放工作正常时，有Uo=0 和Ics=0。（2） 接入激励电源 U1，取 U1 分别为 0，0.5V，1V,1.5V.2V 的值，记录于表2-1 中。表 2-1 给定值 U1（V） 0．5 1．0 1．5 2．0 0.99 2.0 2.97 4.0 测量值 U2（V） VCVS 计算值 μ 1.98 2.00 1.98 2.00 μ 2 2 2 2 理论值 1.0 1.5 2.0 测量值 Io（mA） 0.5 VCCS 计算值 g(ms) 1 1 1 1 g(ms) 1 1 1 1 理论值 .2.5V,3V,在不同的 U1 时，测出 U2 及 Io2．5 4.97 1.99 2 2.5 1 13.0 6.0 2.00 2 3.0 1 1（3）保持 Us 为1.5V，改变 R1 的值，分别测量Uo，Io 记录于表 2-2 表 2-2 U1=1.5V R2=1KΩ 给定值 R1（KΩ） 1．0 2．0 3．0 4．0 5．0 3.00 4.50 5.95 7.50 9.00 测量值 Uo（V） VCVS 计算值 μ 2.00 3.00 3.97 5.00 6.00 μ 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 理论值 1.50 1.50 1.50 1.50 测量值 Io（mA） 1.50 VCCS 计算值 g(ms) 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 g(ms) 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 理论值6. 0 10.45 6.97 7.00 1.50 0.001 0.001（4）将输入电压 Ui 从3V 继续增加至7V 左右，测量记录 Uo,观测 Uo 的变化规律及运放的线性工作范 围并说明原因。*(5)试用双踪示波器观测图2-4 电路的控制特性Uo=?(Ui),测试方法及测试表格自拟。2．测试电流控制电压源的特性如图2-4 （1）给定 R2 为 1KΩ ，Ui 为 1.5V,改变 R1 的阻值，分别测量 Ii 和 Uo 的值，记录于表格，表格自拟。注意倒相输入时Uo 的实际方向。CCVS Ui=1.5V R2=1KΩ 给定值 R1（KΩ ） 0.5 1 2 3 4 5 测量值 I1（mA） 3.00 1.50 0.75 0.50 0.375 0.30 U2（V） -3.00 -1.50 -0.75 -0.50 -0.38 -0.30 计算值 rm（Ω ） - - - （2）保持 Ui 为1.5V,R1 为1KΩ ，改变R2 的阻值，分别测量 Ii 和Uo 的值，记录于表格，表格自拟。CCVS Ui=1.5V R1=1KΩ28给定值 测量值 计算值R2（KΩ ） I1（mA） U2（V） rm（Ω ）1 1.50 -1.50 - -2.97 - -4.45 - -5.92 - -7.42 -49473．测试电流控制电流源特性（如图2-6） （1）给定 Us 为 1.5V,R1 为 3KΩ ，R2 和 R3 为 1KΩ ，负载 RL 分别为 0Ω ，500Ω ，2KΩ ，3KΩ ，测量并 记录 Ii 及Io 的值 CCCS Ui=1.5V R1=3KΩ R2=R3=1KΩ 给定值 RL（KΩ ） 0.5 1 2 3 4 测量值 I1（mA） 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 U2（V） 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 计算值 α 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 （2）保持US 为 1.5V，RL 为1KΩ ，R2 和 R3 为1KΩ ，R1 分别为1KΩ ，1.5KΩ ，2KΩ ，2.5KΩ ,3KΩ ,测 量并记录Ii 和 Io 的值 CCCS Ui=1.5V RL=1KΩ R2=R3=1KΩ 给定值 R1（KΩ ） 1 1.5 2 2.5 3 测量值 I1（mA） 0.50 0.60 0.75 1.00 1.50 U2（V） 1.00 1.20 1.50 2.00 3.00 计算值 α 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 （3）保持 Ui 为1.5V，RL，R3 为 1KΩ ，R1 为 3KΩ ，分别取 R2 为1KΩ ，2KΩ ，3KΩ ，4KΩ ，5KΩ ，测 量并记录Ii 和 Io 的值 CCCS 给定值 R2（KΩ ） 测量值 I1（mA） U2（V） 计算值 α Ui=1.5V 1 0.50 1.00 2.00 R1=3KΩ 2 0.50 1.52 3.04 RL=R3=1KΩ 3 4 0.50 0.50 2.03 2.55 4.06 5.105 0.50 3.05 6.10（4）实验表格自拟，并计算上述三种情况下β 的值 四．注意事项 1． 运算放大器必须外接一组直流工作电源才能正常工作， 电源电压不能超过规定值， 电源极性不能 搞错，以免损坏运放。运放的工作电压|Ucc|〈18，运放的输出端不能直接接地。2．实验中，运放的输出端不能与地端短接，否则会烧坏运放。3．实验电路应检查无误后方可接通供电电源，当运放外部换接元件时，要先断开供电电源。4．做电流源实验时，不要使电流源负载开路。5． 实验中数据有问题时， 应首先检查供电电源是否工作正常， 再用万用表检查运放是否工作在线性 区。五．预习要求291．复习运算放大器及受控源的有关理论知识。2．根据实验电路参数，计算出实验任务1，2 中的每个控制系数的理论值。3．设计任务 2，3 的实验数据表格。六、实验报告要求 1．整理各组实验数据，并对表 2-2 中的测量数据变化规律作出解释。2．分析测量值误差的原因 七、思考题 1、 写出受控源与独立源的相同点与不同点。答：相同点：它们都能输出电流或电压，在进行电路计算时，受控源可看成独立源。不同点：受控源的输出量受其控制量的影响，随控制量的改变而改变。2、 运放管脚有电源端子 V+、 为什么运放在工作时必须接上V+、 V-， V-电源？实验用的运放板上还 接上二只二极管起何作用？实验中若电源接反会出现什么情况？ 答：接二极管起保护作用，防止正负输入端电压差太大将运放烧坏。电源接反会将运放烧坏。30实验十 负阻抗变换器及其应用一、实验目的 1、获得负阻变换器的感性认识。2、学习和了解负阻抗变换器的特性，会运用运算放大器构成负阻抗变换器， 3、 应用戴维南定理测定含有负电阻的电压源的伏安特性， 能根据测试要求制定合理的实验方案， 选 用合适的仪器仪表，正确测量负电阻的阻值、伏安特性曲线。4、观测RLC 串联电路的方波响应和状态轨迹， 能正确记录绘制响应波形和状态轨迹。二、实验任务 1．测定负电阻的伏安特性 实验线路如图10-6 所示：图 10－6分别测定 R L =620Ω 和 R L =1000Ω 时，等效负阻抗的伏安特性。实验记录表格自拟 R1= R2=3KΩ RL(Ω ) U1(V) I1(mA) Z(Ω ) Us=1.5V 400 1.5 -3.75 -395 620 1.5 -2.42 -626
1.5 1000使 U s 在 0―3V 的范围内，取不同的值，测量相应的 I 1 值（即测量图中 U R 1 ，注意 U R 1 的正 负号） 。计算负电阻的数值， 绘出负电阻的特性曲线。31U1 (V) I1(mA) Z(Ω )0.5(V) -0.854 -585.481 (V) -1.586 -6301.5(V) -2.403 -624.221K 620Ω 400ΩU1 (V)I1(mA) 0图 10－72．自拟实验方案和实验电路测定含有负内阻电压的外特性曲线，数据表格自拟。Rs=300Ω Us=1.5VRL(Ω ) U2 (V) I2(mA)400 5.75 14. 7..908 4..14 2.14323．观测负阻抗变换器的u―i 特性曲线，并读取 ? R 值。自拟实验电路和数据表格，观测并记录 R L 取 1000Ω 和 500Ω 时，负阻抗变换器伏安特性斜率的 变化，如图10-7。4．观测负阻抗变换器的u、i 相位关系 输入信号为幅值1V 的正弦波，R=300Ω ，R1= R2=1KΩ ,CH1 看 a 点，CH2 看a’点,用示波器观 测并记录u、i 的波形。5．观测R、L、C 串联电路的方波响应和状态轨迹。33R=500Ω 时R=5kΩ 时34实验十三 万用表的设计、组装与校准一、实验目的 1 学会设计、计算万用表各类测量电路； 2 学习万用表电路的组装、调试与校准的方法； 3 通过实际组装万用表，了解处理实际问题的方法。培养学生的工程设计和实践 能力。二、设计任务 根据实验室提供的表头参数要求设计量程为 10mA、50mA、100mA、 500mA 的直 流电流表电路。量程为 2.5V、10V、100V 的直流电压表，量程为 25V、50V、100V 的交流电压表电路以及 R ? 1 、 R ? 1 0 、 R ? 100 的欧姆表电路。1）表头灵敏度 I 0 ? 150 μ A ;或 1mA 表头； 2）表头内阻 r0(自己给定或实验室给定)； 3）中心电阻 R n 1 ? 40 Ω ； 4）U1=9V(层叠电池)，U2=1.5V(一节一号干电池)； 5）转换开关 K(多挡级或单层三刀多掷转换开关)。设计技术指标如下①直流电流测量电路。量程为 0.5mA、2.5mA、25mA、250mA 四挡，由转换开 关切换，要求准确度等级为 2.5 级。② 直流电压测量电路。量程为 2.5V、5V、25V、250V、500V 共五挡，由转换开 关切换，要求准确度等级为 5 级，电压灵敏度 m =2kΩ V。③ 交流电压测量电路。量程为 5V、 25V、 250V、 500V 共四挡， 由转换开关切换， 准确度等级为 5 级，电压灵敏度 n =2kΩ V。④ 直流电阻测量电路。中心电阻 R n 1 ? 40 Ω ， 准确度为 2.5 级， “× 、 100” 分 lk”“× 、 “× 、 1”四挡，由转换开关切换。10”“×35三、设计方案 1 采用阻容器件设计万用表的量程； 2 采用运算放大器扩展万用表的量程。（一） 方案一的设计过程 万用表是把磁电系微安表或毫安表头， 配以不同的测量电路而形成了各种用途的 仪表，如电流表、电压表、欧姆表和整流式交流电流表、电压表等测量仪表。再利用 转换开关，使它在不同位置时，把表头接在不同的测量电路上，这样就把几种仪表统 一在一个仪表中，这就是万用表。万用表是一个多用途，多量程的仪表，可以用来测 量直流或交流电流、电压以及电阻，有的还可以测量电容、电感、晶体管的静态参数 等，它的电路是由分流、分压、欧姆测量以及整流等电路和转换开关组成、表头用以 指示被测量的数值，它的满度电流一般为几微安到数百微安，满度的电流愈小，表头 的灵敏度愈高。测量电路的目的是把多种被测物理量转换为适合表头工作的直流电压 或电流。转换开关用来实现对不同测量电路的选择和不同量程的切换。1．直流电流测量电路的计算 一只表头只能允许通过小于它的灵敏度(I0)的电流， 否则会烧毁表头， 为了扩大被 测电流的范围，就要根据所测电流在表头上并联合适的分流电阻，使流过表头的电流 为被测电流的一部分，被测电流愈大，分流电阻愈小。万用表的直流电流挡是多量程的， 由转换开关的位置改变量程。通常采用闭环抽 头转换式分流电路，如图 11－1 所示。因考虑各测量电路共用一个表头，在表头支路 中串联可变电阻 W1(300Ω )用作校准时使用， 另外串联电位器 W2(850Ω )作为欧姆挡调 零时使用。这时表头支路电阻 R g ? rg ? RW 1 ? RW 2 ， 表头灵敏度 I 0 (150 μ A ) 仍然不变。如图 11－1 所示分流电阻值计算如下设R1? r1 ? r2 ? r3 ? r4R 2 ? r2 ? r3 ? r436R 3 ? r3 ? r4 R 4 ? r4当在最小量程挡，最小量程挡电流为 I 最 小R1 I 1 ? R 2 I 2 ? R 3 I 3 ? R 4 I 4Rg I g I1 ? I g? I 1 时，由分流关系（13.1） （13.2）得：R1 ?R 2 ? R1 R 3 ? R1 R 4 ? R1I1 I2 I1 I3 I1 I4因此，如图 11－1, 已知 Rg、I1 、I2 、I3 、I4,可以先算出 R1、 R2、 R3、 R4 再 求出分流电阻 r1、r2、r3、 r4 从而完成直流电流测试电路的参数计算。图13－1多量程电流表这种测量直流电流电路的优点是，当转换开关接触不良时，被测电流不会流人 表头，对表头来说是的，因而获得广泛应用。缺点是分流电阻值计算较繁琐。举例说明电流表量程 I1=1mA; I2=10mA; I3=100mA; I4=500mA 设微安表的量程 Ig=150uA, 内阻 Rg=2.5KΩ 。W1=300Ω ， W2=850Ω , Rg’=3 KΩ 。Ug’=150*10-3*3=0.45V37R1 ?Rg I g I1 ? I g=441ΩR2=44Ω R3=4.4Ω R4=0.44 R3=4.4Ω 3．直流电压测量电路的计算 根据欧姆定律 U=IR，一只灵敏度为 I0、内阻为 r0 的表头本身就是一只量限为 U0 ＝Ioro 的电压表，但可测量的范围很小。若要测量较高的电压，并且要有多个量程，应 采用图 11－2 所示并串式分压电路，它是常用的直流电压测量电路，实际上是在直流 电流测量电路的基础上， 串联适当的电阻而组成的。图中保留了电流挡的分流电阻 R1， 为了提高电压表内阻，还串联了电阻 R ? ， R ? 可根据已知电压灵敏度 m 求出。图13－2直流电压测量电路（1）串联电阻 R ? 的计算 测量每伏电压所需的内阻值，即为电压灵敏度，用下式表示mk ? R0k Uk所以有R 0 k ? m kU k(13.3)式中，mk 为电压灵敏度，R0k 为 k 挡内阻，Uk 为 k 挡量程。Ul 量程挡的内阻为38R 01 ? m 1 ? U 1而 其中令 故串联电阻R 0 1 ? R g ? R1 ? R ? R eq ? R''R eq ? R g ? R1 ?R g ? R1 R g ? R1R ? ? m 1 ? U 1 ? R eq(13.4)? 选择 R ? 电阻元件时用了两个电阻串联，即 R ? ? R1? ? R 2 ， R 2? 为固定值， R 2? 在校准直流电压挡时使用。（2）各挡内阻值 R 0 k 与各挡串联电阻值 R j 的计算 设量程 U1、U2、U3、U4、U5 的内阻分别为只 R01、R02、R03、R04、R05，由式(11.3) 可分别求出各挡内阻值，即 R 0 k ? m k ? U k ，而直流电压测量电路中各挡的内阻 R0k 与 各挡串联电阻值 Rj 的关系为R 02 ? R 01 ? R 8 , R 03 ? R 02 ? R 7 , R 04 ? R 03 ? R 6 , R 05 ? R 04 ? R 5(13.5)用式（11.3）和式（11.5） ，结合图 11－2 就可计算出各挡串联的电阻值 R5、R6、 R7、R8、 。4．交流电压测量电路的计算 现有的万用表表头几乎全部使用磁电系的。磁电系表头不能直接测量交流电，必 须先将交流电压经整流电路变换成直流电压，使表头指针偏转，再根据整流后的直流 电压与被测正弦交流电压有效值之间的关系，确定被测正弦交流电压的有效值。这种 由磁电系表头与整流电路构成的测量交流电压的电表，称为整流系仪表。39图13--3 是串并式半波整流交流电压测量电路。其中 D1、D2 是整流二极管；为了提高内阻，串联了电阻 R ?? ；R8 是直流电压挡的 分压电阻，在这里可与直流挡共用。（1）串联电阻 R ?? 的计算 图 11.3 中，Ul 量程挡的内阻R 01 ? R ?? ? R 8 ? R D 1 ? R ab(13.6)式中，RD1 为二极管正向工作电阻(可查手册得到其值，一般半导体二极管的正向电阻 为几百欧左右)；Rab,为考虑半波整流波形影响，ab 两端的等效电阻。半波整流时，波形因数 k 为k ? I eff I av ? 2 . 22（13.7）式中，Ieff 为正弦电流有效值，Iav 为半波整流后的电流平均值。因此R a b ? ( rg ? RW 1 ) ? ( R P 4 ? RW 2 ) 1 2 .2 2(13.8)由式(11.3)又可得 U1 量程挡内阻 R01 电压灵敏度 n× 量程 Ul 则R ?? ? ( n ? U 1 ) ? ( R D 1 ? R ab ? R 8 )(13.9)电位器 W1 的右边滑动触头是用来在校准时调节表头支路电流的，以提高电压表40的准确度。（2）各量程内阻和各挡串联电阻值的计算 Uk 量程挡内阻 R0k：电压灵敏度 n× 量程 Uk (13.10)根据计算出的各量程内阻值 Rok,，计算各挡串联电阻值 R9、R10、R11。注意，此电路各挡串联电阻值的计算结果分别与直流电压各挡串联电阻值相等， 所以两种测量电路可以共用电阻。5．电阻测量电路的计算 用万用表测量电流和电压时，由于被测电路本身已有电流和电压，所以不必另加 电源。但是在测量电阻时，由于被测电阻上没有电流和电压，就需要另加电源，使表 头指针能够随着被测电阻的大小做不同程度的偏转。电阻测量电路如图 8.6.4 所示。图中 U1 为 9V 层叠电池，U2 为 1.5V 干电池。（1）中心电阻只 Rn设欧姆表直流电源电压为 US， a、 两端短路时， 当 b 调节 RS 使表头指针达到满偏。由欧姆定律得图 11-4（a）所示电路中电流 I 为I ? US R且R ? R S ? PP 4 ? rg(13.11)式中，R 为欧姆表内阻。当被测电阻 Rx 接于 a、b 两端，且有 Rx=R 时，则电路中的 电流 I 将相应减少为(1/2)I0。表头指针偏转到表盘的中心位置， 称此时 R 值为欧姆表的中心电阻 Rn。一般设计 计算欧姆表电阻是先求出最大量程挡时的中心电阻值， 如图 11-4 （b） 中先计算出 lk” “× 挡的，其它各挡中心电阻用并联电阻的方法依次降低 10 倍。根据已给定的“× 1”挡 中心电阻 R n 1 ? 40 Ω ，则“× 10”挡中心电阻为 10Rn1， 100”挡中心电阻为 100Rl， “× “× lk”挡为 1 000Rn1，并由此可计算串联电阻 R13、R17 及各挡并联电阻。中心电阻对欧姆表是十分重要的一个参数，它确定后，欧姆表的标尺刻度就可确 定。欧姆表量程的设计都以中心位置刻度为准， 然后分别求出相当于各个被测电阻 Rx41的刻度值。由上述可知，各挡中心电阻等于该挡内阻值。将转换开关置“× ”挡位置时，欧 lk 姆表内阻 Rlk 为R1 k ? R13 ? r0?? ? 1000 R n 1 ? 40 kΩ其中 所以r0?? ? ( r0 ? RW 1 ?RW 22) ? ( R1 ?RW 22)R13 ? 1000 R n 1 ? r0??(13.12)此时，表头满偏转电流值(两表笔短路时) I 0? 为? I0 ? U1 ? U 2 R1 k ? (9 ? 1 .5 ) 40 ? 2 . 625 (mA)(13.13)将转换开关置“× 100”挡位置，并使满偏电流 I 0? 保持不变，则R17 ? r0?? ? U2 ? I0 ? r0?? ? 1 .5 ? I0串联电阻R17 ?U2 ? I0(13.14)(2)各挡并联电阻的计算 转换开关置“× 100”挡时，有( R17 ? r0??) ? R14 R17 ? r0?? ? R14 ? R n 100(13.15)由该式可求出并联电阻凡。同理，置“× 10”挡时，并联电阻 R15 可由下式求出( R17 ? r0??) ? R15 R17 ? r0?? ? R15 ? R n 10(13.16)置“× 1”挡时，并联电阻 R16 可由下式求出42( R17 ? r0??) ? R16 R17 ? r0?? ? R16? Rn1(13.17)(3)零欧姆调节器 W2 的计算 欧姆表层叠电池和干电池使用长久后，内阻增大，电压下降，使通过表头支路的 电流降低，从而当两表笔短路时，指针到不了指示零欧姆的位置(即达不到满偏电流 值)。为了使电池电压降低到一定程度仍能保持正常测量，即延长电池使用寿命，在表 头支路串接一电位器 W2 作为零欧姆调节器，使无论新电池或使用一时间后的旧电 池都能保证两表笔短路时指针指示零欧姆位置。按此原则计算 W2。设新换上的电池电压较高， 如干电池为 1.6V， 层叠电池为 9.5V， 此时， 欧姆表短 路电流将超过表头满偏电流值且较大， 应调节电位器 W2， 使它在表头支路中电阻值最 大，这样表头支路电流就不会超过满偏电流值，而略小于(或等于)满偏电流值。“× lk”挡时应有以下关系式（ r0? ? r0 ? RW 1 ? RW 2 ）U1 ?U 2 R1 ? R g ? R1 3 ? R1 R1 ? R g ? I0(13.18)“×100”“×10”“×1”挡时，应有 、 、U2 R1 ? R g ? R1 7 ? R1 R1 ? R g ? I0(13.19)当电池使用时间长久后，电压下降，两表笔短路时电流变小，指针偏转不到零欧 姆位置，此时，应将电位器 W2 的电阻值调至在表头支路中最小(或等于零)，使表头中 电流略大于(或等于)灵敏度电流 I0，这时干电池可按 1.35V、层叠电池可按 8.5V 计算。表头支路电流应 有以下关系“× lk”挡时U1 ? U 2 ( rg ? R W 1 ) ? ( R1 ? R W 2 ) ? R1 ? R W 2 R1 ? R g ? I0(11.20)43“× 100”“× 、 1”挡时，应有 、 10”“×U2 ( rg ? RW 1 ) ? ( R1 ? RW 2 ) ? R1 7 ? R1 ? R W 2 R1 ? R g ? I0(13.21)当满足式(8.6.20)～式(8.6.23)时， 说明干电池在 1.35～1.6V、 层叠电池在 8.5～9.5V 范围内变化，通过调节零欧姆调节器，可使表笔短路时指针能偏转到零欧姆位置，从 而保证测量的准确度。（二）方案二的设计过程1．用直流表头（满偏电流 1mA）测量电压,表头电阻为 150Ω ，如图 12-4 所示。按图接线并测 量所示电路的电压测试范围。调节参数，测量电流的放大范围，自行设计数据表格。若需把直流电压量程扩大到 100v, 调整R1,RP1，电压测试范围（RP1＝33 kΩ ）输入电压（V）10 0. 350 3.48 570 4.87
10输出电压（V）表头读数（满刻 1 度为 10）+1 5 V4U1 A R1 + 0 .2 M 10 K 2 LM 3 2 4 R3 3 111-1 5 VR9直流电压信号输入 （一级放大）R2 1 .5 K R5 51 K R2 10 KRP 110 0K6 .8 K－ 直 流电 流计A-GN D图13-4 直流表头测量电压3. 用直流表头测量电流（一级放大） ，如图 11-5 所示，调节参数，测量电流的放大范围，自行 设计数据表格。需把直流电流程扩大到1A,则电路44电流测试范围（ RP1＝0.72 kΩ ）输入电流（A）0.1 0.690.3 2.09 30.5 3.48 50.7 4.87 71 6.96 10输出电压（V）表头读数（满刻 1 度为 10）图13-5 直流表头测量电流四 万用表的焊接组装 将选好的元件阻值用电桥进行测量，二极管极性用万用表欧姆“× lk”挡判别。根据装配图焊接元件，弄清开关结构及其对应位置，要求元件布放整齐，焊点美 观，焊接牢固(不得有虚焊)。焊好后用万用表欧姆挡检查电路是否连接有误或是否存 在虚焊(假焊)，将焊好的电路板及其它部件组装到一个外壳中。45
【电路实验报告答案】实验九 在 50Hz 交流电路中，测得一只铁芯的 P、I 和 U，如何计算其阻值和电感量？ 答阻抗三角形如下：首先根据cosφ =P U *I U I P I2Z ＝ 得出：R ＝ Z cosφ ＝ 然后根据X = ωL = 2πfL = Z sinφ = Z 得出：1?cos?2Z 1?cos?2 L ＝ 2π f接于 220V 交流电源的一个线圈， 尽管 L 较大， R 较小能否接到 220V 的直流电源上， 若 为什么？ 答：不能，因为对于直流电来说，电感线圈的感抗为 0，这样其阻抗就等于其电阻 R， 如果 R 较小，那么会导致电流很大，从而发热烧坏线圈。1实验十 为了提高电路的功率因数，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了，此时感性元件上的电流和功率是否改变？为什么？ 答：电流的总电流可能会增大，可能会减小，也可能会不变。感性元件上的电流和功率 都不会变。在感性负载上并联电容器后，电路的电流路径如下图所示：其中 I1 是感性负载电流，I2 是电容中流过的电流，I0 是总电流，三者的相位关系如下：图中 φ1 是接入电容之前，U、I0 之间的相位角（此时 I0 就是 I1） ，φ0 是接入电容之后， U、I0 之间的相位角。可见，当接入的电容逐渐增大时，会使电路总电流 I0 越来越小，但 是达到一个最小值，再增大电容时，电流 I0 又会逐步增大，并且有可能超过之前的电流 I1， 如下图所示：I0 I φ0 φ1 I1I2 U在这个过程中，感性负载两端的电压一直不变，因此其电流和功率也一直不变。本次实验中，用测得的 U、I 计算出来的功率 U*I 与用功率表测量出来的功率 P 为什么 会有不一样的情况，据此思考提高功率因数对电路有什么影响，有什么实际意义？ 答：用测得的 U、I 计算出来的功率是视在功率，它包括有功功率和无功功率，而用功 率表测量出来的功率是有功功率，当电路的无功功率不为 0 时，两者就会不一样，两者的关 系用功率因数来衡量cosφ =P U *I当功率因数提高时，在有功功率保持不变的情况下，会降低视在功率，从而提高电源利 用率，降低传输线的上的传输损耗。2实验十一 三相负载根据什么条件作星形或三角形连接？ 答：根据负载所要求的额定电压来选择。在三相负载的三种接法中，Y 型一般不用，因 为现实中不可能有一直保持对称的负载，实际情况中只用 Y0 型和三角形。对于 Y0 型接法， 负载电压是电网的相电压 220V， 而三角形接法负载两端电压是线电压 380V。当负载额定电 压要求是 220V 时，用 Y0 型接法，当负载额定电压要求 380V 时，用三角形接法。用实验数据和观察到的现象，总结三相四线制供电系统中中线的作用。答：从实验数据可知：在三相四线制供电系统中，因为中线的存在，不论负载是各自不 平衡，还是某一相完全断开，负载电压都保持为恒定的电网相电压，从而可见中线的作用就 是使各相各自保持独立，不会相互影响。在三角形接法中，根据相电流计算线电流。解：以根据 IAB、IBC 计算 IB 为例。三者的相位图如下图所示：根据余弦定律，可得IB＝IAB+IBC＝2 2 2 2 IAB + IBC + 2IAB *IBC cos? = IAB + IBC +2IAB *IBC cos60o3电路实验 II 复习要点实验九 实验台交流电的使用、自耦变压器的调节 线电压、相电压的区分 功率表的接法 cosφ 的测量 容性、感性的判断 等效电阻、电容、电感的计算（等效电容和等效电感不应该同时计算） 实验十 日光灯电路的连接实验十一 Y、Y0、三角形电路的接法，分清三角形接法中哪个是相电流，哪个是线电流 三角形接法中，线电流、相电流的相位关系，以及通过相电流计算线电流的方法 实验十二 一瓦特法与二瓦特法的接法（特别注意二瓦特法连接） 实验七 信号发生器的使用 f0(理论)的计算与 f0(实测)的测量 f1 与 f2 的测量 通频带的理论计算与实际测量 Q 值的理论计算与实际测量（两种测量方法） 考试注意事项1、带好学生证、准考证等证件，考试时要检查； 2、带好答题笔、铅笔、直尺（考试有可能要求作图） 、计算器，不用带坐标纸； 3、闭卷考试，不能带任何资料，每人一个实验台；如发现夹带资料、相互交流等现象，按 作弊现象处理，上报； 4、考试过程中如果怀疑实验仪器有问题，尽快举手向老师求助，如果经检查确实是仪器问 题，可以适当延长考试时间； 4、考试时有关操作如果实在不会，可以举手向老师求助，但老师会决定是否给予提醒；如 果给予提醒，会酌情扣分。4
【电路实验报告答案】目录电位, 实验一 电位,电压的测定及电路电位图的绘制实验二 基尔霍夫定律的验证实验三 线性电路叠加性和齐次性的研究实验四 受控源研究实验六 交流串联电路的研究实验八 三相电路电压,电流的测量 三相电路电压,实验九 三相电路功率的测量―1―电位, 实验一 电位,电压的测定及电路电位图的绘制一.实验目的1.学会测量电路中各点电位和电压方法.理解电位的相对性和电压的绝对性; 2.学会电路电位图的测量,绘制方法; 3.掌握使用直流稳压电源,直流电压表的使用方法.二.原理说明在一个确定的闭合电路中, 各点电位的大小视所选的电位参考点的不同而异, 但任意两点之间的电 压(即两点之间的电位差)则是不变的,这一性质称为电位的相对性和电压的绝对性.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. 若以电路中的电位值作纵坐标,电路中各点位置(电阻或电源)作横坐标,将测量到的各点电位在 该平面中标出,并把标出点按顺序用直线条相连接,就可得到电路的电位图,每一段直线段即表示该两 点电位的变化情况.而且,任意两点的电位变化,即为该两点之间的电压. 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,但其各点电位 变化的规律却是一样的.三.实验设备1.直流数字电压表,直流数字毫安表 2.恒压源(EEL-I,II,III,IV均含在主控制屏上,可能有两种配置(1)+6V(+5V) ,+12 V,0～30V 可调或(2)双路0～30V可调. ) 3.EEL-30组件(含实验电路)或EEL-53组件四.实验内容实验电路如图1-1所示,图中的电源US1用恒压源中的+6V(+5V)输出端,US2用0～+30V可调电源 输出端,并将输出电压调到+12V. 1.测量电路中各点电位 . 以图1-1中的A点作为电位参考点,分别测量B,C,D,E,F各点的电位. 用电压表的黑笔端插入A点,红笔端分别插入B,C,D,E,F各点进行测量,数据记入表1-1中. 以D点作为电位参考点,重复上述步骤,测得数据记入表1-1中.图 1-1 2.电路中相邻两点之间的电压值 . 在图1-1中,测量电压UAB:将电压表的红笔端插入A点,黑笔端插入B点,读电压表读数,记入表 1-1中.按同样方法测量UBC,UCD,UDE,UEF,及UFA,测量数据记入表1-1中.―2―表 1-1 电路中各点电位和电压数据 电位:V 电位 参考点 A D VA 0 3.75 VB 6.10 9.85 VC -5.74 -1.99 VD -3.74 0 VE -4.36 -0.61 VF 0.62 4.37 UAB 6.08 UBC 11.85 UCD -1.99 UDE 0.62 UEF -4.99 UFA 0.62五.实验注意事项1.EEL-30组件中的实验电路供多个实验通用,本次实验没有利用到电流插头和插座. 2.实验电路中使用的电源US2用0～+30V可调电源输出端,应将输出电压调到+12V后,再接入电路中. 并防止电源输出端短路. 3.数字直流电压表测量电位时,用黑笔端插入参考电位点,红笔端插入被测各点,若显示正值,则表 明该点电位为正 (即高于参考电位点) 若显示负值, ; 表明该点电位为负 (即该点电位低于参考点电位) . 4.用数字直流电压表测量电压时,红笔端插入被测电压参考方向的正(+)端,黑笔端插入被测电压参 考方向的负(-)端,若显示正值,则表明电压参考方向与实际方向一致;若显示负值,表明电压参考 方向与实际方向相反.六.预习与思考题1.电位参考点不同,各点电位是否相同?任两点的电压是否相同,为什么? .电位参考点不同,各点电位是否相同?任两点的电压是否相同,为什么? 答:在一个确定的闭合回路中电位参考点不同,各点的电位也不相同,但任意两点之间的电压是不变的, 这一性质称为电位的相对性和电压的绝对性. 2.在测量电位,电压时,为何数据前会出现±号,它们各表示什么意义? .在测量电位,电压时,为何数据前会出现± 它们各表示什么意义? 答:电位参考点选定后,各点电位不同, &+&表示该点电位比参考点大,&-&表示该点电位比参考点小;测 电压时,&+&&-&表示两点的电位相对大小,由电压电流是否关联决定. 3.什么是电位图形?不同的电位参考点电位图形是否相同?如何利用电位图形求出各点的电位和任意 .什么是电位图形?不同的电位参考点电位图形是否相同? 两点之间的电压 两点之间的电压. 答:以电路中电位值作为纵坐标,电路各点位置作为横坐标,将测得的各点电位在该坐标平面画出,并把 这些点用线连接,所得的图形称电位图;不同的电位参考点电位图形是不同的;在电位图中,各点的电位 为该点对应的纵坐标,而两点间的电压则为该两点间的纵坐标的差.七.实验报告要求1.根据实验数据,分别绘制出电位参考点为A点和 点的两个电位图形. .根据实验数据,分别绘制出电位参考点为 点和 点的两个电位图形. 点和D点的两个电位图形―3―电位图 20 电位值 0 -20 VA D 3.75 0 A VB VC VD VE VF9.85 -1.99 0 -0.61 4.37 6.1 -5.74 -3.74 -4.36 0.62 被测点 A D2. . 根据电路参数计算出各点电位和相邻两点之间的电压值, 与实验数据相比较, 对误差作必要的分析. 根据电路参数计算出各点电位和相邻两点之间的电压值, 与实验数据相比较, 对误差作必要的分析. 答:可能造成误差的原因有:电压表的精确度等仪器造成的误差. 3.回答思考题. .回答思考题.实验二 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的方法; 3.学习检查,分析电路简单的故障分析能力.二.原理说明1.基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 基尔霍夫电流定律和电压定律是电路的基本定律, 它们分别用来描述结点电流和回路电压, 即对电 路中的任一结点而言,在设定电流的参考方向下,应有∑I=0,一般流出结点的电流取正号,流入结点 的电流取负号;对任何一个闭合回路而言,在设定电压的参考方向下,绕行一周,应有∑U=0,一般电 压方向与绕行方向一致的电压取正号,电压方向与绕行方向相反的电压取负号. 在实验前, 必须设定电路中所有电流, 电压的参考方向, 其中电阻上的电压方向应与电流方向一致, 见图 2-1 所示. 2.检查,分析电路的简单故障 .检查, 电路常见的简单故障一般出现在连线或元件部分. 连线部分的故障通常有连线接错, 接触不良而造 成的断路等;元件部分的故障通常有接错元件,元件值错,电源输出数值(电压或电流)错等. 故障检查的方法是用万用表(电压档或电阻档)或电压表在通电或断电状态下检查电路故障. (1)通电检查法:在接通电源的情况下,用万用表的电压档或电压表,根据电路工作原理,如果 电路某两点应该有电压,电压表测不出电压,或某两点不该有电压,而电压表测出了电压,或所测电压 值与电路原理不符,则故障必然出现在此两点之间. (2)电检查法:在断开电源的情况下,用万用表的电阻档,根据电路工作原理,如果电路中某两 点应该导通而无电阻 (或电阻极小) 万用表测出开路 , (或电阻极大) 或某两点应该开路 , (或电阻很大) ,―4―而测得的结果为短路(或电阻极小) ,则故障必然出现在此两点之间. 本实验用电压表按通电检查法检查,分析电路的简单故障.三.实验设备1.直流数字电压表,直流数字毫安表 2.恒压源 3.EEL-30组件(含实验电路)或EEL-53组件四.实验内容实验电路如图 2-1 所示,图中的电源 US1 用恒压源中的+6V(+5V)输出端,US2 用 0～+30V 可调 电源输出端,并将输出电压调到+12V(以直流数字电压表读数为准) .实验前先设定三条支路的电流参 考方向,如图中的 I1,I2,I3 所示,并熟悉线路结构,掌握各开关的操作使用方法.图 2-1 1.熟悉电流插头的结构 . 将电流插头的红线端插入数字毫安表的红 (正) 接线端, 电流插头的黑线端插入数字毫安表的黑 (负) 接线端. 2.测量支路电流 . 将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中,读出各电流值.按规定:在节点A,电流表读数 为&+&,表示电流流出节点,读数为&-&,表示电流流入节点,然后根据图2-1中的电流参考方向,确定 各支路电流的正,负号,并记入表2-1中. 表 2-1 支路电流数据 支路电流( I2 I3 支路电流(mA) ) I1 -1.21 -6.14 7.35 计算值 -1.22 -6.18 7.43 测量值 0.01 0.04 0.08 相对误差 3.测量元件电压 . 用直流数字电压表分别测量两个电源及电阻元件上的电压值, 将数据记入表2-2中. 测量时电压表 的红(正)接线端应插入被测电压参考方向的高电位(正)端,黑(负)接线端应插入被测电压参考方 向的低电位(负)端. 表 2-2 各元件电压数据 各元件电压( ) US2 UR1 UR2 UR3 UR4 UR5 各元件电压(V) US1 5.00 12.00 1.02 6.16 -3.81 1.02 2.02 计算值( ) 计算值(V) 5.00 12.00 0.62 6.1 -3.74 0.62 2 测量值( ) 测量值(V) 0.00 0.00 0.40 0.06 0.07 0.40 0.02 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,不以电源表盘指示值为准.―5―2.防止电源两端碰线短路. 3.若用指针式电流表进行测量时,要识别电流插头所接电流表的&+,-&极性,倘若不换接极性,则 电表指针可能反偏(电流为负值时) ,此时必须调换电流表极性,重新测量,此时指针正偏,但读得的 电流值必须冠以负号.六.预习与思考题1.根据图2-1的电路参数,计算出待测的电流 1,I2,I3和各电阻上的电压值,记入表 -2中,以便实 .根据图 - 的电路参数 计算出待测的电流I 的电路参数, 和各电阻上的电压值,记入表2- 中 以便实 验测量时,可正确地选定毫安表和电压表的量程; 验测量时,可正确地选定毫安表和电压表的量程; 2.在图 -1的电路中A,D两节点的电流方程是否相同?为什么? 的电路中A 两节点的电流方程是否相同?为什么? .在图2- 的电路中 答:电路中A,D两节点的电流方程不同.电流流过A,B两点的方向相反. 3.在图2-1的电路中可以列出几个电压方程?它们与绕行方向有无关系? .在图 - 的电路中可以列出几个电压方程 它们与绕行方向有无关系? 的电路中可以列出几个电压方程? 答:可以列出三个电压方程.它们与绕行方向有关系.4.在实验中若用指 针万用表直流毫安档测各支路电流,什么情况下可能出现毫安表指针反偏,应如 在实验中若用指3针万用表直流毫安档测各支路电流 什么情况下可能出现毫安表指针反偏, 针万用表直流毫安档测各支路电流, 何处理,在记录数据时应注意什么?若用直流数字毫安表测量时,则会有什么显示呢? 何处理,在记录数据时应注意什么?若用直流数字毫安表测量时,则会有什么显示呢? 答:用万用表测量时,当接线反接时指针会反偏,记录时注意数据时要改变正负号.若用数字表测量, 会有正负显示.七.实验报告要求1.回答思考题; .回答思考题; 2.根据实验数据,选定试验电路中的任一节点,验证基尔霍夫电流定律(KCL)的正确性; .根据实验数据,选定试验电路中的任一节点,验证基尔霍夫电流定律( )的正确性; 选择接点A, I1+I2+I3=-1.18-6.26+7.42=-0.02≈0, 忽略实验误差, 满足基尔霍夫定理电流I1+I2+I3=0. 答3.根据实验数据,选定试验电路中的任一闭合回路,验证基尔霍夫电压定律(KVL)的正确性; .根据实验数据,选定试验电路中的任一闭合回路,验证基尔霍夫电压定律( )的正确性; 答:选择回路FADEF,UR1+ UR3+ UR4+ US1=-0.60-3.79-0.59+5.00=0.02≈0,忽略实验误差,满足基尔霍 夫电压定律UR1+ UR3+ UR4+ US1=0. 4.列出求解电压UEA和UCA的电压方程,并根据实验数据求出它们的数值; .列出求解电压 的电压方程,并根据实验数据求出它们的数值; 答:UEA=-(UR3+ UR4)=-(-3.79-0.59)=4.38V UCA= US2+ UR2=12.01-6.18=5.83V. 5.写出实验中检查,分析电路故障的方法,总结查找故障. .写出实验中检查,分析电路故障的方法,总结查找故障体会. 故障 1 故障 2 测得 R5 两端无电压, 2 两端有电 测得 R4 两端无电压, 1 两端有电 R R 压 6.1V,可得 R5 短路 压 0.62V,可得 R4 短路故障 3 忽略实验误差,IR2= IR1,可得 R3 断开.实验三 线性电路叠加性和齐次性的研究一.实验目的1.验证叠加定理; 2.了解叠加定理的应用场合; 3.理解线性电路的叠加性和齐次性.―6―二.原理说明叠加原理指出:在有几个电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电源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和. 具体方法是一个电源 单独作用时,其它的电源必须去掉(电压源短路,电流源开路) ;再求电流或电压的代数和时,当电源 单独作用时电流或电压的参考方向与共同作用时的参考方向一致时,符号取正,否则取负.在图3-1 中:I1= I1'- I1&, I2=- I2'+ I2&, I3= I3'+ I3&, U=U'+U& .(b) (c) 图 3-1 叠加原理反映了线性电路的叠加性,线性电路的齐次性是指当激励信号(如电源作用)增加或减小 K倍时,电路的响应(即在电路其它各电阻元件上所产生的电流和电压值)也将增加或减小K倍.叠加 性和齐次性都只适用于求解线性电路中的电流,电压.对于非线性电路,叠加性和齐次性都不适用.(a)三.实验设备1.直流数字电压表,直流数字毫安表 2.恒压源 3.EEL-30组件(含实验电路)或EEL-53组件四.实验内容实验电路如图3-2所示,图中:R1=R2=R3=510 , R2=1K , R5=330 ,电源US1用恒压源中的+12V 输出端,US2用0～30V可调电压输出端,并将输出电压调到+6V(以直流数字电压表读数为准) ,将开关 S3投向R5侧.图 3-2 1.US1 电源单独作用( 将开关 S1 投向 US1 侧,开关 S2 投向短路侧),参考图 3-1(b) ,画出电路图, 表明各电流,电压的参考方向. 用直流数字毫安表接电流插头测量各支路电流:将电流插头的红接线端插入数字毫安表的红(正) 接线端,电流插头的黑接线端插入数字毫安表的黑(负)接线端,测量各支路电流,按规定:在结点 A, 电流表的读数为&+&,表示电流流出结点,读数为&-&,表示电流流入结点,然后根据电路中的电 流参考方向,确定各支路电流的正,负号,并将数据记入表 3-1 中. 用直流数字电压表测量各电阻元件两端电压:电压表的红(正)接线端应插入被测电阻元件电压参 考方向的正端,电压表的黑(负)接线端插入电阻元件的另一端(电阻元件的电压参考方向与电流的参 考方向一致) ,测量各电阻元件两端电压,数据记入表 3-1 中.―7―表 3-1 实验数据一 测量项目 US2 I1 I2 I3 UAB UCD UAD UDE UFA US1 (V) (V) (mA) (mA) (mA) (V) (V) (V) (V) (V) 实验内容 -0.78 -3.18 -4.34 -4.33 8.6 -2.40 -6.2 -2.37 US1单独作用 12 0 -1.16 1.29 -0.62 -0.62 1.1 -3.6 2.4 -3.56 US2单独作用 0 6 9.8 -5.9 -3.7 -6.02 -1.99 -2.04 -4.82 -4.91 12 6 US1US2共同作用 2.2 -7.2 4.8 -7.12 -2.32 2.58 -1.24 -1.24 0 12 US2单独作用 2.US2电源单独作用(将开关S1投向短路侧,开关S2投向US2侧) ,参考图3-1(c),画出电路图, 标明各电流,电压的参考方向. 重复步骤1的测量并将数据记录记入表格3-1中. 3.US1和US2共同作用时(开关S1和S2分别投向US1和US2侧) ,各电流,电压的参考方向见图3-2. 完成上述电流,电压的测量并将数据记入表格3-1中. 4.将US2的数值调至+12V,重复第2步的测量,并将数据记录在表3-1中. 5.将开关S3投向二极管VD侧,即电阻R5换成一只二极管1N4007,重复步骤1～4的测量过程,并 将数据记入表3-2中. 表 3-2 实验数据二 测量项目 测量项目 US1 US2 I1 I2 I3 UAB UCD UAD UDE UFA (V) (V) (mA) (mA) (mA) (V) (V) (V) (V) (V) 实验内容 -5.1 0 -5.04 -1.65 -6.7 -2.58 -2.58 US1单独作用 12 0 5.0 -4.1 3.4 -3.91 1.31 0.83 -0.35 -0.35 0 6 US2单独作用 0.06 -7.6 0 -7.6 -2.49 -4.08 -3.89 -3.90 12 6 US1US2共同作用 7.7 0.12 -8.2 6.8 -7.82 -2.62 1.66 -0.7 -0.7 US2单独作用 0 12五.实验注意事项1.用电流插头测量各支路电流时,应注意仪表的极性,即数据表格中&+,-&号的纪录; 2.注意仪表量程的及时更换; 3.电源单独作用时,去掉另一个电压源,只能在实验板上用开关K1和K2}