《电路原理》
实 验 指 导 书
适用专业：电子信息工程
电子科学与技术 电气工程及其自动化
撰写人：李美莲 审核人：赵守忠
安徽三联学院 信息与通信技术系 二00八 年 七 月
目 录
实验一 常用实验仪器的使用„„„„„„„„„„„„„3 实验二 基尔霍夫定律及电位的研究„„„„„„„„„„6 实验三 叠加定理和齐性定理的验证„„„„„„„„„„9 实验四 实验五 实验六 RC实验七 实验八 实验九 RLC实验十 戴维宁定理及负载获得最大功率的条件„„„„„13 典型信号的观察与测量„„„„„„„„„„„„16 一阶电路响应的测试„„„„„„„„„„„„19 照明电路的安装„„„„„„„„„„„„„„„23 功率因数的提高„„„„„„„„„„„„„„„25 串联谐振电路的研究„„„„„„„„„„„27 三相负载实验„„„„„„„„„„„„„„„„30
实验一 常用仪器的使用
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：必做 一、 实验目的：
1. 学会识别常用电路元件的方法。
2. 掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法。 3. 掌握实验装置上直流电工仪表和设备的使用方法。 二、 基本原理：
任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压U 与通过该元件的电流I之间的函数关系I＝f(U)来表示，即用I-U 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. 线性电阻器的伏安特性曲线是一条 通过坐标原点的直线，如图1-1中a所示， 该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。
2. 一般的白炽灯在工作时灯丝处于 高温状态， 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1-1中b曲线所示。
3. 一般的半导体二极管是一个非线性
电阻元件，其伏安特性如图1-1中 c所示。 图1-1 正向压降很小（一般的锗管约为0.2～0.3V，
硅管约为0.5～0.7V），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坏。
4. 稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，但其反向特性较特别，如图1-1中d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，以后它的端电压将基本维持恒定，当外加的反向电压继续升高时其端电压仅有少量增加。
注意：流过二极管或稳压二极管的电流不能超过管子的极限值，否则管子会被烧坏。
U(V)
三、 需用器件与单元：
1.万用电表 2.电阻箱 3.双路稳压电源 4.二极管 5.稳压管
四、实验步骤：
1. 测定线性电阻器的伏安特性
按图1-2接线，调节稳压电源的输出电压U，从0 伏开始缓慢地增加，一直到10V，记下相应的电压表和电流表的读数UR、I。
U
2. 测定半导体二极管的伏安特性
按图1-3接线，R为限流电阻器。测二极管D的正向特性时，其正向电流不得超过25mA，二极管D的正向施压UD+可在0～0.75V之间取值。在0.5～0.75V之间应多取几个测量点。测反向特性时，只需将图1-3 中的二极管D反接，且其反向施压UD－可达30V。 （1）正向特性实验：将图1-3中的二极管换成稳压二极管，重复实验内容3
（2）反向特性实验：将图1-3中的R换成510Ω，2CW51反接，测量2CW51的反向特性。稳压电源的输出电压UO从0～20V，测量2CW51二端的电压UZ
五、实验注意事项
1. 测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐渐增加， 应时刻注意电流表读数不得超过25mA。
2. 进行不同实验时，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量程， 勿使仪表超量程，仪表的极性亦不可接错。 六、预习要求
1. 线性电阻与非线性电阻的概念是什么？ 电阻器与二极管的伏安特性有何区别？
2. 设某器件伏安特性曲线的函数式为I＝f(U)，试问在逐点绘制曲线时，其坐标变量应如何放置？
3. 稳压二极管与普通二极管有何区别，其用途如何？ 七、实验报告
1. 根据各实验数据， 分别在方格纸上绘制出光滑的伏安特性曲线。（其中二极管和稳压管的正、反向特性均要求画在同一张图中，正、反向电压可取为不同的比例尺）
2. 根据实验结果，总结、归纳被测各元件的特性。 3. 必要的误差分析。 4. 心得体会及其他。
实验二 基尔霍夫定律及电位的研究
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：必做 一、实验目的：
1．用实验的方法验证基尔霍夫定律以提高对定理的理解和应用能力。 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、基本原理：
1．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；集中参数电路中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
2．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，但任意两点的电压（电位差）不变，即任意两点的电压与参考点的选择无关。 三、需用器件与单元：
1.万用电表 2.电阻箱 3.双路稳压电源 4.电阻 四、实验步骤： 1.验证基尔霍夫定理 1）、实验线路
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切换电源，
另一路E2为0～30V可调直流稳压源），令E1=6V，E2=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值，并记录之。 3）、实验记录
2、电位与电压的测量与验证
分别以节点b和d为参考点，测量abcd各节点电位，计算电压值。 不同参考点的电位与电压
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。
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。 4、当参考点选定后，节点电压便随之确定，这是节点电压的单值性；当参考点改变时，各节点电压均改变相对量值，这是节点电压的相对性。但各节点间电压的大小和极性应保持不变。 六、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，填入表中。 4．写出完整的预习报告。 七、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合回路，验证KVL的正确性。 3、计算理论值，并与实测值比较，计算误差并分析误差原因。 4．实验报告要整齐、全面，包含全部实验内容。 5．对实验中出现的一些问题进行讨论。 6．鼓励同学开动脑筋，自行设计合理的实验电路。
实验三 叠加定理和齐性定理的验证
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：必做 一、 实验目的：
1．用实验的方法验证叠加定理，以提高对定理的理解和应用能力。 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、 基本原理：
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在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）也将增加或减少K倍。
2．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，但任意两点的电压（电位差）不变，即任意两点的电压与参考点的选择无关。 三、 需用器件与单元：
1.万用电表 2.电阻箱 3.双路稳压电源 4.电阻 四、 实验步骤： 1、验证叠加定理 1）、实验线路
2）、实验步骤
（1）、按图，E1为+6V和+12V的切换电源，取E1=+12V，E2为可调直流稳压电源，调至+6V。
（2）、令E1单独作用时（将开关S1投向E1侧，开关S2投向短路侧），用直流数字电压表和毫安表（接电流插头）测量各支路电流及电阻元件两端的电压，数据记入表格中。
（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（将开关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（即将开关S3投向二极管D
侧）重复1～5的测量过程，数据记入表格中。
3、电位与电压的测量与验证
分别以节点b和d为参考点，测量abcd各节点电位，计算电压值。
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。
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。 4、当参考点选定后，节点电压便随之确定，这是节点电压的单值性；当参考点改变时，各节点电压均改变相对量值，这是节点电压的相对性。但各节点间电压的大小和极性应保持不变。 六、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，填入表中。
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？ 七、实验报告
1、根据实验数据，进行分析、比较、归纳、总结实验结论，验证线性电路的叠加性和齐次性。
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、计算理论值，并与实测值比较，计算误差并分析误差原因。
4．实验报告要整齐、全面，包含全部实验内容。 5．对实验中出现的一些问题进行讨论。
6．鼓励同学开动脑筋，自行设计合理的实验电路。
实验四 戴维宁定理及负载获得最大功率的条件
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：必做 一、
实验目的：
1、验证戴维宁定理的正确性。
2、掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法 3、验证输出功率获得最大的条件 二、
基本原理：
1、戴维宁定理：任何一个线性含源二端网络，总可以用一个等效电压源来代替，等效电压源的电动势E0等于这个有源二端网络的开路电压U0C；其等效电阻R0等于该网络中所有独立源均置零时的等效电阻。
所谓等值（等效）是指外部的特性而言，即在上图中a、b两端如果接相同的负载，其负载端的电流和电压也是相同的。
2、开路电压、短路电流法测量有源二端网络等效参数的方法
在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测量其输出端的开路电压U0C，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流ISC，则其内阻为：
R0
U0CISC
3、若要使负载获得最大的功率，必须使R0=RL，此时负载上的电压和电流的
乘积最大，即P=UI或P=I2RL，在极个别情况下，RL = 0或RL = ∞此时，负载上的电压和电流分别为零。 三、
需用器件与单元：
1.万用电表 2.电阻箱 3.双路稳压电源 4.电阻 5.可调电阻 四、实验步骤：
1、用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的参数U0C和R0。
按图4—1（a）接线，将负载断开，用电压表直接测量开路电压U0C；将负载短路，测量短路电流ISC，计算R0。
（a）
图4—1
（b）
2、负载实验
按图4—1（a）改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性
3、验证戴维南定理和输出功率获得最大的条件：用一只1KΩ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”所测得的开路电压U0C之值）相串联，按图4—1（b）接线，按步骤“2”测量其外特性。对戴氏定理进行验证。
1、短路电流、开路电压法确定等效电路的方法
2、记录整理测量数据，绘出外特性曲线U═f(IL)，验证戴氏定理的正确性，并分析产生误差的原因。
3、用坐标纸作P═f(RL)的曲线，说明获得最大功率的条件是什么？
实验五 典型信号的观察与测量
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：必做
一、 实验目的：
1．加深理解周期性信号的有效值和平均值的概念，学会计算方法；
2．了解几种周期性信号（正弦波、矩形波、三角波）的有效值、平均值和
幅值的关系；
3．掌握信号源和示波器的使用方法。
二、基本原理：
1. 正弦交流信号和方波脉冲信号是常用的电激励信号，可分别由低频信号发生器和脉冲信号发生器提供。正弦信号的波形参数是幅值Um、周期T（或频率f）和初相；脉冲信号的波形参数是幅值Um、周期T及脉宽tk。本实验装置能提供频率范围为20Hz～50KHz的正弦波及方波，并有6位LED数码管显示信号的频率。正弦波的幅度值在0～5V之间连续可调，方波的幅度为1～3.8V可调。 2. 电子示波器是一种信号图形观测仪器， 可测出电信号的波形参数。从荧光屏的Y轴刻度尺并结合其量程分档选择开关（Y轴输入电压灵敏度V/div分档选择开关）读得电信号的幅值；从荧光屏的X 轴刻度尺并结合其量程分档（时间扫描速度t /div分档）选择开关，读得电信号的周期、脉宽、相位差等参数。为了完成对各种不同波形、不同要求的观察和测量，它还有一些其它的调节和控制旋钮，希望在实验中加以摸索和掌握。
一台双踪示波器可以同时观察和测量两个信号的波形和参数。 三、需用器件与单元：
1. 双踪示波器 2. 低频、脉冲信号发生器 3. 交流毫伏表 4.电阻
四、实验步骤：
1. 双踪示波器的自检
将示波器面板部分的“标准信号”插口，通过示波器专用同轴电缆接至双踪示波器的Y轴输入插口YA或YB端，然后开启示波器电源，指示灯亮。稍后，协调地调节示波器面板上的“辉度”、“聚焦”、“辅助聚焦”、“X轴位移”、“Y轴位移”等旋钮，使在荧光屏的中心部分显示出线条细而清晰、亮度适中的方波波形；通过选择幅度和扫描速度，并将它们的微调旋钮旋至“校准”位置，从荧光屏上读出该“标准信号”的幅值与频率，并与标称值（1V，1KHz）作比较，如相差较大， 请指导老师给予校准。
2. 正弦波信号的观测
(1) 将示波器的幅度和扫描速度微调旋钮旋至“校准”位置。
(2) 通过电缆线，将信号发生器的正弦波输出口与示波器的YA插座相连。 (3) 接通信号发生器的电源，选择正弦波输出。通过相应调节，使输出频率分别为50Hz，1.5KHz和20KHz（由频率计读出）；再使输出幅值分别为有效值0.1V，1V， 3V（由交流毫伏表读得）。调节示波器Y轴和X轴的偏转灵敏度至合适的位置，从荧光屏上读得幅值及周期，记入表中。
(1) 将电缆插头换接在脉冲信号的输出插口上，选择方波信号输出。 (2) 调节方波的输出幅度为 3. 0VP－P（用示波器测定），分别观测100Hz，
3KHz和30KHz方波信号的波形参数。
(3) 使信号频率保持在3KHz，选择不同的幅度及脉宽，观测波形参数的变化。
五、实验注意事项
1. 示波器的辉度不要过亮。
2. 调节仪器旋钮时，动作不要过快、过猛。
3. 调节示波器时，要注意触发开关和电平调节旋钮的配合使用，以使显示的波形稳定。
4. 作定量测定时，“t/div” 和“V/div” 的微调旋钮应旋置“标准”位置。 5. 为防止外界干扰， 信号发生器的接地端与示波器的接地端要相连（称共地）。 6. 不同品牌的示波器,各旋钮、功能的标注不尽相同,实验前请详细阅读所用示波器的说明书。
7.实验前应认真阅读信号发生器的使用说明书。 六、预习要求
1. 示波器面板上“t/div” 和“V/div”的含义是什么?
2. 观察本机“标准信号”时， 要在荧光屏上得到两个周期的稳定波形， 而幅度要求为五格， 试问Y轴电压灵敏度应置于哪一档位置？“t/div”又应置于哪一档位置？
3. 应用双踪示波器观察到如图5-1所示的两个波形，YA和YB 轴的“V/div”的指示均为0.5V，“t/div” 指示为20μS， 试写出这两个波形信号的波形参数。 七、实验报告
1. 整理实验中显示的各种波形， 绘制有代表性的波形。
2. 总结实验中所用仪器的使用 方法及观测电信号的方法。
3. 如用示波器观察正弦信号时， 荧光屏上出现图5-2所示的几种情 况时， 试说明测试系统中哪些旋钮 的位置不对？应如何调节？
4. 心得体会及其它。
图
5-1
图 5-2
实验六 RC一阶电路响应的测试
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：必做
一、 实验目的：
1.测定RC一阶电路的零输入响应，零状态响应及全响应。 2.学习电路时间常数的测定方法。 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、 基本原理：
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τ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渡过程和测量有关参数，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出的方波来模拟阶跃信号，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；方波下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号，只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ，电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的影响和直流电源接通与断开的过渡过程是基本相同的。
2、RC一阶电路的零输入响应，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间常数τ。 3、时间常数τ的测定
用示波器测得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
tt--
uC=EeRC=Eeτ
当t=τ时， uτ=0.386Ec
此时所对应的时间就等于τ。
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6-1（c）所示。
图 6-1
5、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
T
τ=RC
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，因为此时的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。如图6-2（a）所
()
示。
图6-2
若将图6-2（a）中的R和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 τ = RC >> T条件时，如图6-2(b)所示称为积分电路，因为此时
2
的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。
从输出波形来看，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。
三、 需用器件与单元：
1.信号发生器 2.示波器 3.电阻、电容 4.电阻箱 5.电容箱 四、 实验步骤：
1、实验电路
图6-3 一阶、二阶实验电路板 2、实验步骤
【1】 选择动态电路板上的R、C元件，令 ① R=10KΩ，C=3300Pf
组成如图6-1 （b）所示的充放电电路，E为函数信号发生器输出Um=3V，
f=1KHZ的方波电压信号，用示波器同时观察激励和响应的波形，并求测时间常数τ，描绘激励和响应的波形。
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。
【2】选择动态板上的R、C元件，组成如图6-2(a)所示的微分电路，令R=10KΩ，C=0.01μf。
在同样的方波激励信号（Um=3V，f=1KHZ）作用下，观察并描绘激励与响应的波形。
增减R之值，定性地观察对响应的影响，并作记录，当增至1MΩ时，输入和输出波形有何本质的区别。 五、实验注意事项
1、示波器的辉度不要过亮。
2、调节仪器旋钮时，动作不要过猛。
3、调节示波器时，要注意触发开关和电平调节旋钮的配合使用，以使显示的波形稳定。
4、作定量测量时，“t/div”和“v/div”的微调旋钮置“标准” 位置。
5、为防止外界干扰，信号发生器的接地端与示波器的接地端要连接在一起（称共地）。 六、预习要求
1、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，拟定测定的方案
2、何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？它们在方波序列脉冲的激励下，其输出信号波形的变化规律如何？ 七、实验报告
1、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，由曲线测得τ值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。
2、根据实验观测结果，归纳积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的特征。 3、心得体会及其它
实验七 照明电路的安装
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：选做
一、 实验目的：
1、掌握简单照明电路的工作原理 ，正确进行照明电路的安装 2、了解电度表的工作原理，学会使用电度表。 二、 基本原理：
电流线圈
电压线圈
调 火线
压 ～
220V 器
三、 需用器件与单元： 电路实验台、灯泡、日光灯 四、 实验步骤：
电度表
日光灯
起辉器
V
1、按实验线路图安装照明电路。 2、测量白炽灯和日光灯所耗电能
接通电源，将调压器往右旋使电压达到220V，此时，灯泡和日光灯应正常发光，记录电度表转20圈所用时间为t，同时记录电流表和电压表的数值。记录电度表上标注的比例系数N，计算电能W=n/N。
3、比较实验值W=n/N和理论值W′= p′t（P′为电路所接负载额定功率之和）。
4、比较IU与负载功率之和： ※ 负载既有白炽灯，又有日光灯
※ 负载只有白炽灯（注意一定要拆下日光灯电路） ※ 负载只有日光灯（可以断开白炽灯开关）
5、观察日光灯起动的最低电压。
实验前必须先将调压器左旋至零位，逐渐将电压增大到日光灯启动时止。记录此时的电压值即为日光灯的启动电压。 五、实验注意事项
1、注意电度表的接线，分清电流线圈和电压线圈。 2、观察日光灯的启动电压时，电压调节不要太快。
3、联系平时观察到的住宅照明用电情况，认真思考，分析比较 六、预习要求
1、负载所耗电能是指的什么物理量。 2、 实验内容第4项说明了什么 七、实验报告
1、认真记录实验数据，整理分析实验结果。 2、通过实验得出什么结论。有什么心得和体会。
实验八 功率因数的提高
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：选做 一、实验目的
1、测量日光灯电路元件参数 2、学会使用瓦特表
3、了解提高功率因数的意义和方法 二、实验原理
I
POI2
P-PRL=R20
IR0=
⎛U I⎝
⎫2⎪()-R+RL0⎪⎭
2πf
2
L=
图
8-1 测量日光灯元件参数原理
四、实验仪器
电路实验台、灯泡、日光灯、功率表、交流电压表 五、实验内容
1、测量日光灯元件参数。
按8-1图接线，接通电路电源，记录电流表、电压表和功率表的读数，计算日光灯元件的参数，记入表格中。
2、测量未并联电容时的功率因数。
按8-1图接线，接通电路电源，记录电流表、电压表和功率表的读数，计算照明电路未并联电容时（电路中所有电容全部开路）的功率因数，记入表格中。 3、分别测量并进元件组上电容时功率因数（依次递加并进）。
在步骤2的基础上依次递加并进电容元件组，记录电流表、电压表和功率表的读数，计算照明电路并联电容时的功率因数，记入表格中。
4、比较C=P(tgϕ-tgϕ1)/(U2ω)所计算的C与元件组上所示电容量。 六、实验注意事项
1、实验前调压器应在零位，线路接好经检查后，方能接通电源，调压到220V即可。
2、注意功率表电流线圈和电压线圈不要接错，电流线圈要和负载串联，电压线圈则要和所检测的负载并联。 七、预习要求
1、提高电路的功率因数是否就是将负载的功率因数提高了？ 2、提高功率因数的意义在哪里？ 八、实验报告
1、按照实验步骤整理、归纳实验数据，并计算出相应的结果。 2、心得和体会。
实验九 RLC串联谐振电路的研究
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：选做 一、实验目的
1、学习用实验方法测试RLC串联谐振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Q的物理意义及其测定方法 二、实验原理说明
1、如图9-1所示的RLC串联电路中，当正弦交流信号的频率f改变时，电路的感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随之而变。取电路电流I作为响应，当输入电压Ui维持不变时，在不同信号频率的激励下，测出U0之值，则I=U0/R，然后以f为横坐标，以I 为纵坐标，绘出光滑的曲线即为电流I的幅频特性，如图9-2所示。
2、在f=f0=图9-1 图9-2
处（XL=XC）时，即幅频特性曲线尖峰所在的频率点，
2πLC
该频率称为谐振频率，此时电路呈纯阻性，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，且与输入电压同相位，从理论上讲，此时Ui=UR=U0, UL=UC=QUi
式中的Q为电路的品质因数。 3、电路品质因数的两种测量方法
UU
① 根据公式Q=L=C 测定
U0U0
UC与UL分别谐振时电容器C和电感线圈L上的电压 ② 通过测量谐振曲线的通频带宽度 ∆f=fh-fl
f0
再根据Q= 求出Q值。
fk-fl
f0为谐振频率，fh和 fl 是失谐时，幅度下降到最大值的0.707倍时的上、
下限频率。
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
1.函数信号发生器 2.双踪示波器 3.交流毫伏表 4.谐振电路实验电路板 四、实验内容 1、实验电路
2、实验步骤
【1】 按图9-3组成监视、测量电路。调节信号源输出电压为1V正弦信号
（保持不变），用交流毫伏表测电压，用示波器监视信号源输出
【2】 找出电路的谐振频率f0，其方法是：将交流毫伏表跨接在电阻R两端，
令信号源频率由小逐渐变大（注意维持信号幅值不变），当U0的读数最大时，读出频率计上的频率值即为谐振频率f0，并测量U0、UL0 、UC0之值（注意及时更换毫伏表的量值）。
【3】 在谐振点两侧，应先测出下限频率和上限频率及相对应的电压值，然
后逐点测出不同频率下的U0、UL 、UC。记入表格中。
【4】 改变电阻值，重复步骤2、3的测量过程，记入表格中。
五、实验注意事项
1、测试频率点的选择应在靠近谐振频率附近多取几点，在变换频率测试前，应调整信号输出幅度（用示波器监视输出幅度），使其维持在1V输出。
2、在测量UC和UL时，应及时更换毫伏表的量限，而且在测量UL与UC时毫伏表的“＋”端接C与L的公共点，其接地端分别触及L和C的近地端N2和N1。
3、实验过程中交流毫伏表电源线采用两线插头。 六、预习要求
1、根据实验电路板给出的元件参数值，估算电路的谐振频率。 2、电路中R的数值是否影响谐振频率，
3、如何判断电路是否发生谐振，测试谐振点的方案有哪些？ 七、实验报告
1、根据实验观测数据，绘出不同Q值时的三条幅频特性曲线。
2、计算出通频带与Q值，说明不同R值时对电路通频带与品质因数的影响。 3、对两种不同的测Q值的方法进行比较，分析误差原因。
4、 谐振时，比较输出电压U0与输入电压Ui是否相等？试分析原因。 5、通过本实验，总结、归纳串联谐振电路的特性。
实验十 三相负载实验
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：选做 一、 实验目的
1、学会负载的星形连接和三角形连接 2、学会三相交流电功率的测量
3、验证对称负载作星形连接时，负载线电压和负载相电压的关系 二、 实验原理图
三、 实验设备
1.三相负载 2.交流电压表 3.交流电流表 4.电路实验台 四、 实验内容 （一）、负载作星形连接
负载对称时，测负载相电压UA,UB,UC，线电压UAB,UBC,UCA，相电流IA,IB,IC，中线电流IN以及两中性点电压UOO’和总功率P。 负载不对称时，中线接通，重复测量内容1中的各量。
负载不对称时，取掉中线，重复测量内容2中的各量，比较2和3，明确中线的作用。
（二）、负载作三角形连接。
1、负载对称，测负载的相电压和线电压，相电流和线电流，以及负载的总功率PΔ。
2、使负载不对称时，重复内容1中各项测量。
3、由1、2明确三相三线制功率测量方法。
31
《电路原理》
实 验 指 导 书
适用专业：电子信息工程
电子科学与技术 电气工程及其自动化
撰写人：李美莲 审核人：赵守忠
安徽三联学院 信息与通信技术系 二00八 年 七 月
目 录
实验一 常用实验仪器的使用„„„„„„„„„„„„„3 实验二 基尔霍夫定律及电位的研究„„„„„„„„„„6 实验三 叠加定理和齐性定理的验证„„„„„„„„„„9 实验四 实验五 实验六 RC实验七 实验八 实验九 RLC实验十 戴维宁定理及负载获得最大功率的条件„„„„„13 典型信号的观察与测量„„„„„„„„„„„„16 一阶电路响应的测试„„„„„„„„„„„„19 照明电路的安装„„„„„„„„„„„„„„„23 功率因数的提高„„„„„„„„„„„„„„„25 串联谐振电路的研究„„„„„„„„„„„27 三相负载实验„„„„„„„„„„„„„„„„30
实验一 常用仪器的使用
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：必做 一、 实验目的：
1. 学会识别常用电路元件的方法。
2. 掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法。 3. 掌握实验装置上直流电工仪表和设备的使用方法。 二、 基本原理：
任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压U 与通过该元件的电流I之间的函数关系I＝f(U)来表示，即用I-U 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. 线性电阻器的伏安特性曲线是一条 通过坐标原点的直线，如图1-1中a所示， 该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。
2. 一般的白炽灯在工作时灯丝处于 高温状态， 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1-1中b曲线所示。
3. 一般的半导体二极管是一个非线性
电阻元件，其伏安特性如图1-1中 c所示。 图1-1 正向压降很小（一般的锗管约为0.2～0.3V，
硅管约为0.5～0.7V），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坏。
4. 稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，但其反向特性较特别，如图1-1中d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，以后它的端电压将基本维持恒定，当外加的反向电压继续升高时其端电压仅有少量增加。
注意：流过二极管或稳压二极管的电流不能超过管子的极限值，否则管子会被烧坏。
U(V)
三、 需用器件与单元：
1.万用电表 2.电阻箱 3.双路稳压电源 4.二极管 5.稳压管
四、实验步骤：
1. 测定线性电阻器的伏安特性
按图1-2接线，调节稳压电源的输出电压U，从0 伏开始缓慢地增加，一直到10V，记下相应的电压表和电流表的读数UR、I。
U
2. 测定半导体二极管的伏安特性
按图1-3接线，R为限流电阻器。测二极管D的正向特性时，其正向电流不得超过25mA，二极管D的正向施压UD+可在0～0.75V之间取值。在0.5～0.75V之间应多取几个测量点。测反向特性时，只需将图1-3 中的二极管D反接，且其反向施压UD－可达30V。 （1）正向特性实验：将图1-3中的二极管换成稳压二极管，重复实验内容3
（2）反向特性实验：将图1-3中的R换成510Ω，2CW51反接，测量2CW51的反向特性。稳压电源的输出电压UO从0～20V，测量2CW51二端的电压UZ
五、实验注意事项
1. 测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐渐增加， 应时刻注意电流表读数不得超过25mA。
2. 进行不同实验时，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量程， 勿使仪表超量程，仪表的极性亦不可接错。 六、预习要求
1. 线性电阻与非线性电阻的概念是什么？ 电阻器与二极管的伏安特性有何区别？
2. 设某器件伏安特性曲线的函数式为I＝f(U)，试问在逐点绘制曲线时，其坐标变量应如何放置？
3. 稳压二极管与普通二极管有何区别，其用途如何？ 七、实验报告
1. 根据各实验数据， 分别在方格纸上绘制出光滑的伏安特性曲线。（其中二极管和稳压管的正、反向特性均要求画在同一张图中，正、反向电压可取为不同的比例尺）
2. 根据实验结果，总结、归纳被测各元件的特性。 3. 必要的误差分析。 4. 心得体会及其他。
实验二 基尔霍夫定律及电位的研究
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：必做 一、实验目的：
1．用实验的方法验证基尔霍夫定律以提高对定理的理解和应用能力。 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、基本原理：
1．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；集中参数电路中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
2．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，但任意两点的电压（电位差）不变，即任意两点的电压与参考点的选择无关。 三、需用器件与单元：
1.万用电表 2.电阻箱 3.双路稳压电源 4.电阻 四、实验步骤： 1.验证基尔霍夫定理 1）、实验线路
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切换电源，
另一路E2为0～30V可调直流稳压源），令E1=6V，E2=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值，并记录之。 3）、实验记录
2、电位与电压的测量与验证
分别以节点b和d为参考点，测量abcd各节点电位，计算电压值。 不同参考点的电位与电压
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。
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。 4、当参考点选定后，节点电压便随之确定，这是节点电压的单值性；当参考点改变时，各节点电压均改变相对量值，这是节点电压的相对性。但各节点间电压的大小和极性应保持不变。 六、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，填入表中。 4．写出完整的预习报告。 七、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合回路，验证KVL的正确性。 3、计算理论值，并与实测值比较，计算误差并分析误差原因。 4．实验报告要整齐、全面，包含全部实验内容。 5．对实验中出现的一些问题进行讨论。 6．鼓励同学开动脑筋，自行设计合理的实验电路。
实验三 叠加定理和齐性定理的验证
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：必做 一、 实验目的：
1．用实验的方法验证叠加定理，以提高对定理的理解和应用能力。 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、 基本原理：
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在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）也将增加或减少K倍。
2．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，但任意两点的电压（电位差）不变，即任意两点的电压与参考点的选择无关。 三、 需用器件与单元：
1.万用电表 2.电阻箱 3.双路稳压电源 4.电阻 四、 实验步骤： 1、验证叠加定理 1）、实验线路
2）、实验步骤
（1）、按图，E1为+6V和+12V的切换电源，取E1=+12V，E2为可调直流稳压电源，调至+6V。
（2）、令E1单独作用时（将开关S1投向E1侧，开关S2投向短路侧），用直流数字电压表和毫安表（接电流插头）测量各支路电流及电阻元件两端的电压，数据记入表格中。
（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（将开关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（即将开关S3投向二极管D
侧）重复1～5的测量过程，数据记入表格中。
3、电位与电压的测量与验证
分别以节点b和d为参考点，测量abcd各节点电位，计算电压值。
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。
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。 4、当参考点选定后，节点电压便随之确定，这是节点电压的单值性；当参考点改变时，各节点电压均改变相对量值，这是节点电压的相对性。但各节点间电压的大小和极性应保持不变。 六、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，填入表中。
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？ 七、实验报告
1、根据实验数据，进行分析、比较、归纳、总结实验结论，验证线性电路的叠加性和齐次性。
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、计算理论值，并与实测值比较，计算误差并分析误差原因。
4．实验报告要整齐、全面，包含全部实验内容。 5．对实验中出现的一些问题进行讨论。
6．鼓励同学开动脑筋，自行设计合理的实验电路。
实验四 戴维宁定理及负载获得最大功率的条件
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：必做 一、
实验目的：
1、验证戴维宁定理的正确性。
2、掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法 3、验证输出功率获得最大的条件 二、
基本原理：
1、戴维宁定理：任何一个线性含源二端网络，总可以用一个等效电压源来代替，等效电压源的电动势E0等于这个有源二端网络的开路电压U0C；其等效电阻R0等于该网络中所有独立源均置零时的等效电阻。
所谓等值（等效）是指外部的特性而言，即在上图中a、b两端如果接相同的负载，其负载端的电流和电压也是相同的。
2、开路电压、短路电流法测量有源二端网络等效参数的方法
在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测量其输出端的开路电压U0C，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流ISC，则其内阻为：
R0
U0CISC
3、若要使负载获得最大的功率，必须使R0=RL，此时负载上的电压和电流的
乘积最大，即P=UI或P=I2RL，在极个别情况下，RL = 0或RL = ∞此时，负载上的电压和电流分别为零。 三、
需用器件与单元：
1.万用电表 2.电阻箱 3.双路稳压电源 4.电阻 5.可调电阻 四、实验步骤：
1、用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的参数U0C和R0。
按图4—1（a）接线，将负载断开，用电压表直接测量开路电压U0C；将负载短路，测量短路电流ISC，计算R0。
（a）
图4—1
（b）
2、负载实验
按图4—1（a）改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性
3、验证戴维南定理和输出功率获得最大的条件：用一只1KΩ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”所测得的开路电压U0C之值）相串联，按图4—1（b）接线，按步骤“2”测量其外特性。对戴氏定理进行验证。
1、短路电流、开路电压法确定等效电路的方法
2、记录整理测量数据，绘出外特性曲线U═f(IL)，验证戴氏定理的正确性，并分析产生误差的原因。
3、用坐标纸作P═f(RL)的曲线，说明获得最大功率的条件是什么？
实验五 典型信号的观察与测量
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：必做
一、 实验目的：
1．加深理解周期性信号的有效值和平均值的概念，学会计算方法；
2．了解几种周期性信号（正弦波、矩形波、三角波）的有效值、平均值和
幅值的关系；
3．掌握信号源和示波器的使用方法。
二、基本原理：
1. 正弦交流信号和方波脉冲信号是常用的电激励信号，可分别由低频信号发生器和脉冲信号发生器提供。正弦信号的波形参数是幅值Um、周期T（或频率f）和初相；脉冲信号的波形参数是幅值Um、周期T及脉宽tk。本实验装置能提供频率范围为20Hz～50KHz的正弦波及方波，并有6位LED数码管显示信号的频率。正弦波的幅度值在0～5V之间连续可调，方波的幅度为1～3.8V可调。 2. 电子示波器是一种信号图形观测仪器， 可测出电信号的波形参数。从荧光屏的Y轴刻度尺并结合其量程分档选择开关（Y轴输入电压灵敏度V/div分档选择开关）读得电信号的幅值；从荧光屏的X 轴刻度尺并结合其量程分档（时间扫描速度t /div分档）选择开关，读得电信号的周期、脉宽、相位差等参数。为了完成对各种不同波形、不同要求的观察和测量，它还有一些其它的调节和控制旋钮，希望在实验中加以摸索和掌握。
一台双踪示波器可以同时观察和测量两个信号的波形和参数。 三、需用器件与单元：
1. 双踪示波器 2. 低频、脉冲信号发生器 3. 交流毫伏表 4.电阻
四、实验步骤：
1. 双踪示波器的自检
将示波器面板部分的“标准信号”插口，通过示波器专用同轴电缆接至双踪示波器的Y轴输入插口YA或YB端，然后开启示波器电源，指示灯亮。稍后，协调地调节示波器面板上的“辉度”、“聚焦”、“辅助聚焦”、“X轴位移”、“Y轴位移”等旋钮，使在荧光屏的中心部分显示出线条细而清晰、亮度适中的方波波形；通过选择幅度和扫描速度，并将它们的微调旋钮旋至“校准”位置，从荧光屏上读出该“标准信号”的幅值与频率，并与标称值（1V，1KHz）作比较，如相差较大， 请指导老师给予校准。
2. 正弦波信号的观测
(1) 将示波器的幅度和扫描速度微调旋钮旋至“校准”位置。
(2) 通过电缆线，将信号发生器的正弦波输出口与示波器的YA插座相连。 (3) 接通信号发生器的电源，选择正弦波输出。通过相应调节，使输出频率分别为50Hz，1.5KHz和20KHz（由频率计读出）；再使输出幅值分别为有效值0.1V，1V， 3V（由交流毫伏表读得）。调节示波器Y轴和X轴的偏转灵敏度至合适的位置，从荧光屏上读得幅值及周期，记入表中。
(1) 将电缆插头换接在脉冲信号的输出插口上，选择方波信号输出。 (2) 调节方波的输出幅度为 3. 0VP－P（用示波器测定），分别观测100Hz，
3KHz和30KHz方波信号的波形参数。
(3) 使信号频率保持在3KHz，选择不同的幅度及脉宽，观测波形参数的变化。
五、实验注意事项
1. 示波器的辉度不要过亮。
2. 调节仪器旋钮时，动作不要过快、过猛。
3. 调节示波器时，要注意触发开关和电平调节旋钮的配合使用，以使显示的波形稳定。
4. 作定量测定时，“t/div” 和“V/div” 的微调旋钮应旋置“标准”位置。 5. 为防止外界干扰， 信号发生器的接地端与示波器的接地端要相连（称共地）。 6. 不同品牌的示波器,各旋钮、功能的标注不尽相同,实验前请详细阅读所用示波器的说明书。
7.实验前应认真阅读信号发生器的使用说明书。 六、预习要求
1. 示波器面板上“t/div” 和“V/div”的含义是什么?
2. 观察本机“标准信号”时， 要在荧光屏上得到两个周期的稳定波形， 而幅度要求为五格， 试问Y轴电压灵敏度应置于哪一档位置？“t/div”又应置于哪一档位置？
3. 应用双踪示波器观察到如图5-1所示的两个波形，YA和YB 轴的“V/div”的指示均为0.5V，“t/div” 指示为20μS， 试写出这两个波形信号的波形参数。 七、实验报告
1. 整理实验中显示的各种波形， 绘制有代表性的波形。
2. 总结实验中所用仪器的使用 方法及观测电信号的方法。
3. 如用示波器观察正弦信号时， 荧光屏上出现图5-2所示的几种情 况时， 试说明测试系统中哪些旋钮 的位置不对？应如何调节？
4. 心得体会及其它。
图
5-1
图 5-2
实验六 RC一阶电路响应的测试
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：必做
一、 实验目的：
1.测定RC一阶电路的零输入响应，零状态响应及全响应。 2.学习电路时间常数的测定方法。 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、 基本原理：
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τ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渡过程和测量有关参数，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出的方波来模拟阶跃信号，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；方波下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号，只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ，电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的影响和直流电源接通与断开的过渡过程是基本相同的。
2、RC一阶电路的零输入响应，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间常数τ。 3、时间常数τ的测定
用示波器测得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
tt--
uC=EeRC=Eeτ
当t=τ时， uτ=0.386Ec
此时所对应的时间就等于τ。
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6-1（c）所示。
图 6-1
5、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
T
τ=RC
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，因为此时的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。如图6-2（a）所
()
示。
图6-2
若将图6-2（a）中的R和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 τ = RC >> T条件时，如图6-2(b)所示称为积分电路，因为此时
2
的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。
从输出波形来看，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。
三、 需用器件与单元：
1.信号发生器 2.示波器 3.电阻、电容 4.电阻箱 5.电容箱 四、 实验步骤：
1、实验电路
图6-3 一阶、二阶实验电路板 2、实验步骤
【1】 选择动态电路板上的R、C元件，令 ① R=10KΩ，C=3300Pf
组成如图6-1 （b）所示的充放电电路，E为函数信号发生器输出Um=3V，
f=1KHZ的方波电压信号，用示波器同时观察激励和响应的波形，并求测时间常数τ，描绘激励和响应的波形。
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。
【2】选择动态板上的R、C元件，组成如图6-2(a)所示的微分电路，令R=10KΩ，C=0.01μf。
在同样的方波激励信号（Um=3V，f=1KHZ）作用下，观察并描绘激励与响应的波形。
增减R之值，定性地观察对响应的影响，并作记录，当增至1MΩ时，输入和输出波形有何本质的区别。 五、实验注意事项
1、示波器的辉度不要过亮。
2、调节仪器旋钮时，动作不要过猛。
3、调节示波器时，要注意触发开关和电平调节旋钮的配合使用，以使显示的波形稳定。
4、作定量测量时，“t/div”和“v/div”的微调旋钮置“标准” 位置。
5、为防止外界干扰，信号发生器的接地端与示波器的接地端要连接在一起（称共地）。 六、预习要求
1、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，拟定测定的方案
2、何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？它们在方波序列脉冲的激励下，其输出信号波形的变化规律如何？ 七、实验报告
1、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，由曲线测得τ值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。
2、根据实验观测结果，归纳积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的特征。 3、心得体会及其它
实验七 照明电路的安装
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：选做
一、 实验目的：
1、掌握简单照明电路的工作原理 ，正确进行照明电路的安装 2、了解电度表的工作原理，学会使用电度表。 二、 基本原理：
电流线圈
电压线圈
调 火线
压 ～
220V 器
三、 需用器件与单元： 电路实验台、灯泡、日光灯 四、 实验步骤：
电度表
日光灯
起辉器
V
1、按实验线路图安装照明电路。 2、测量白炽灯和日光灯所耗电能
接通电源，将调压器往右旋使电压达到220V，此时，灯泡和日光灯应正常发光，记录电度表转20圈所用时间为t，同时记录电流表和电压表的数值。记录电度表上标注的比例系数N，计算电能W=n/N。
3、比较实验值W=n/N和理论值W′= p′t（P′为电路所接负载额定功率之和）。
4、比较IU与负载功率之和： ※ 负载既有白炽灯，又有日光灯
※ 负载只有白炽灯（注意一定要拆下日光灯电路） ※ 负载只有日光灯（可以断开白炽灯开关）
5、观察日光灯起动的最低电压。
实验前必须先将调压器左旋至零位，逐渐将电压增大到日光灯启动时止。记录此时的电压值即为日光灯的启动电压。 五、实验注意事项
1、注意电度表的接线，分清电流线圈和电压线圈。 2、观察日光灯的启动电压时，电压调节不要太快。
3、联系平时观察到的住宅照明用电情况，认真思考，分析比较 六、预习要求
1、负载所耗电能是指的什么物理量。 2、 实验内容第4项说明了什么 七、实验报告
1、认真记录实验数据，整理分析实验结果。 2、通过实验得出什么结论。有什么心得和体会。
实验八 功率因数的提高
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：选做 一、实验目的
1、测量日光灯电路元件参数 2、学会使用瓦特表
3、了解提高功率因数的意义和方法 二、实验原理
I
POI2
P-PRL=R20
IR0=
⎛U I⎝
⎫2⎪()-R+RL0⎪⎭
2πf
2
L=
图
8-1 测量日光灯元件参数原理
四、实验仪器
电路实验台、灯泡、日光灯、功率表、交流电压表 五、实验内容
1、测量日光灯元件参数。
按8-1图接线，接通电路电源，记录电流表、电压表和功率表的读数，计算日光灯元件的参数，记入表格中。
2、测量未并联电容时的功率因数。
按8-1图接线，接通电路电源，记录电流表、电压表和功率表的读数，计算照明电路未并联电容时（电路中所有电容全部开路）的功率因数，记入表格中。 3、分别测量并进元件组上电容时功率因数（依次递加并进）。
在步骤2的基础上依次递加并进电容元件组，记录电流表、电压表和功率表的读数，计算照明电路并联电容时的功率因数，记入表格中。
4、比较C=P(tgϕ-tgϕ1)/(U2ω)所计算的C与元件组上所示电容量。 六、实验注意事项
1、实验前调压器应在零位，线路接好经检查后，方能接通电源，调压到220V即可。
2、注意功率表电流线圈和电压线圈不要接错，电流线圈要和负载串联，电压线圈则要和所检测的负载并联。 七、预习要求
1、提高电路的功率因数是否就是将负载的功率因数提高了？ 2、提高功率因数的意义在哪里？ 八、实验报告
1、按照实验步骤整理、归纳实验数据，并计算出相应的结果。 2、心得和体会。
实验九 RLC串联谐振电路的研究
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：选做 一、实验目的
1、学习用实验方法测试RLC串联谐振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Q的物理意义及其测定方法 二、实验原理说明
1、如图9-1所示的RLC串联电路中，当正弦交流信号的频率f改变时，电路的感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随之而变。取电路电流I作为响应，当输入电压Ui维持不变时，在不同信号频率的激励下，测出U0之值，则I=U0/R，然后以f为横坐标，以I 为纵坐标，绘出光滑的曲线即为电流I的幅频特性，如图9-2所示。
2、在f=f0=图9-1 图9-2
处（XL=XC）时，即幅频特性曲线尖峰所在的频率点，
2πLC
该频率称为谐振频率，此时电路呈纯阻性，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，且与输入电压同相位，从理论上讲，此时Ui=UR=U0, UL=UC=QUi
式中的Q为电路的品质因数。 3、电路品质因数的两种测量方法
UU
① 根据公式Q=L=C 测定
U0U0
UC与UL分别谐振时电容器C和电感线圈L上的电压 ② 通过测量谐振曲线的通频带宽度 ∆f=fh-fl
f0
再根据Q= 求出Q值。
fk-fl
f0为谐振频率，fh和 fl 是失谐时，幅度下降到最大值的0.707倍时的上、
下限频率。
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
1.函数信号发生器 2.双踪示波器 3.交流毫伏表 4.谐振电路实验电路板 四、实验内容 1、实验电路
2、实验步骤
【1】 按图9-3组成监视、测量电路。调节信号源输出电压为1V正弦信号
（保持不变），用交流毫伏表测电压，用示波器监视信号源输出
【2】 找出电路的谐振频率f0，其方法是：将交流毫伏表跨接在电阻R两端，
令信号源频率由小逐渐变大（注意维持信号幅值不变），当U0的读数最大时，读出频率计上的频率值即为谐振频率f0，并测量U0、UL0 、UC0之值（注意及时更换毫伏表的量值）。
【3】 在谐振点两侧，应先测出下限频率和上限频率及相对应的电压值，然
后逐点测出不同频率下的U0、UL 、UC。记入表格中。
【4】 改变电阻值，重复步骤2、3的测量过程，记入表格中。
五、实验注意事项
1、测试频率点的选择应在靠近谐振频率附近多取几点，在变换频率测试前，应调整信号输出幅度（用示波器监视输出幅度），使其维持在1V输出。
2、在测量UC和UL时，应及时更换毫伏表的量限，而且在测量UL与UC时毫伏表的“＋”端接C与L的公共点，其接地端分别触及L和C的近地端N2和N1。
3、实验过程中交流毫伏表电源线采用两线插头。 六、预习要求
1、根据实验电路板给出的元件参数值，估算电路的谐振频率。 2、电路中R的数值是否影响谐振频率，
3、如何判断电路是否发生谐振，测试谐振点的方案有哪些？ 七、实验报告
1、根据实验观测数据，绘出不同Q值时的三条幅频特性曲线。
2、计算出通频带与Q值，说明不同R值时对电路通频带与品质因数的影响。 3、对两种不同的测Q值的方法进行比较，分析误差原因。
4、 谐振时，比较输出电压U0与输入电压Ui是否相等？试分析原因。 5、通过本实验，总结、归纳串联谐振电路的特性。
实验十 三相负载实验
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：选做 一、 实验目的
1、学会负载的星形连接和三角形连接 2、学会三相交流电功率的测量
3、验证对称负载作星形连接时，负载线电压和负载相电压的关系 二、 实验原理图
三、 实验设备
1.三相负载 2.交流电压表 3.交流电流表 4.电路实验台 四、 实验内容 （一）、负载作星形连接
负载对称时，测负载相电压UA,UB,UC，线电压UAB,UBC,UCA，相电流IA,IB,IC，中线电流IN以及两中性点电压UOO’和总功率P。 负载不对称时，中线接通，重复测量内容1中的各量。
负载不对称时，取掉中线，重复测量内容2中的各量，比较2和3，明确中线的作用。
（二）、负载作三角形连接。
1、负载对称，测负载的相电压和线电压，相电流和线电流，以及负载的总功率PΔ。
2、使负载不对称时，重复内容1中各项测量。
3、由1、2明确三相三线制功率测量方法。
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