電路分析基礎
實驗指導書
楊杰編寫
東莞理工學院電子系
二00五年八月
目錄實驗一基爾霍夫定律的驗證2
實驗二電壓源與電流源的等效變換5
實驗三疊加定理的驗證8
實驗四戴維寧定理和諾頓定理的驗證13
實驗五一階rc電路的動態響應18
實驗六正弦穩態交流電路相量的研究22
實驗七設計性實驗——電阻變化量線性輸出電路設計25
實驗一基爾霍夫定律的驗證
一、實驗目的
1. 驗證基爾霍夫定律的正確性，加深對基爾霍夫定律的理解。
2. 掌握使用直流電工儀表測量電流、電壓的方法。
3. 學會應用電路的基本定律，分析、查詢電路故障的一般方法。
二、實驗原理
1. 基爾霍夫定律是電路的基本定律。測量某電路的各支路電流及多個元件兩端的電壓，應能分別滿足基爾霍夫電流定律和電壓定律。即：
對電路中任何乙個節點而言，應滿足σi＝0；
對電路中任何乙個閉合迴路而言，應滿足σu＝0。
運用上述定律時，必須注意電流、電壓的實際方向和參考方向的關係。
2. 依據基爾霍夫定律和歐姆定律可對電路的故障現象進行分析，準確定位故障點。若在乙個接有電源的閉合迴路中，電路的電流為零，則可能存在開路故障；若某元件上有電壓而無電流，則說明該元件開路；若某元件上有電流而無電壓，說明該元件出現了短路故障。
三、實驗內容
1. 先任意設定三條支路的電流參考方向，如圖1-2所示。三個迴路的正方向可設為adefa、badcb、fbcef。
k3圖1-1 實驗電路
（注：新裝置中i3的箭頭朝上，二極體的位置在i3所在支路，其它不變）
2. 分別將兩路直流穩壓源接入電路，令e1＝6v，e2＝12v。
3. 將電流插頭的兩端接至數字毫安表的「＋、－」兩端, 將電流插頭分別插入三條支路的三個電流插座中，讀出並記錄各電流值。圖1－2是電流插頭插座的用法示意。
4. 用直流數字電壓表分別測量、並記錄兩路電源及電阻元件上的電壓值。
5. 分別按下故障開關a、b、c，借助電壓表、電流錶，找出電路的故障性質和故障點。
圖1-2 使用插頭插座測量電流
表1－1 測量資料及計算值
電流單位： ma 電壓單位： v
表1－2 故障分析記錄
四、實驗裝置
五、注意事項
1. 測量驗證基爾霍夫定律的資料時，三個故障開關均不按下，即不設人為故障。
2. 實驗電路中的開關k3應向上，撥向330ω側。
3. 測量電壓時應注意表棒的使用。測uab，應該用數字直流電壓表的正表棒（紅色）接a點，負表棒（黑色）接b點，否則記錄測出的數值時，必須新增一負號。
4. 電源電壓也以電壓表實際測量的讀數為準。
六、實驗思考
1. 根據圖示的電路引數，計算出待測的各支路電流和各電阻上的電壓值，記入表1-1中，以便實際測量時，正確地選定毫安表和電壓表的量程。
2. 本實驗中判斷電路的簡單故障時，是否需要記錄具體的電流、電壓資料？
七、實驗報告要求
1. 根據實驗資料驗證基爾霍夫定律的正確性。
2. 完成資料**中的計算，對誤差作必要的分析。
3. 分析故障現象，說明定位故障點的理由。
實驗二電壓源與電流源的等效變換
一、實驗目的
1. 掌握電源外特性的測試方法。
2. 驗證電壓源與電流源等效變換的條件。
二、實驗原理
1. 乙個直流穩壓電源在一定的電流範圍內，其內阻很小。故在實用中，常將它視為乙個理想的電壓源，即認為輸出電壓不隨負載電流而變，其伏安特性v＝f ( i ) 是一條平行於i軸的直線。
同樣，乙個實際的恆流源在實用中，在一定的電壓範圍內，可視為乙個理想的電流源。
2. 乙個實際的電壓源（或電流源），其端電壓（或輸出電流）不可能不隨負載而變，因它具有一定的內阻值。故在實驗中，用乙個小阻值的電阻與穩壓源相串聯來摸擬乙個實際的電壓源，用乙個大電阻與恆流源併聯來模擬實際的電流源。
3. 乙個實際的電源，就其外部特性而言，即可以看成是乙個電壓源，又可以看成是乙個電流源。若視為電壓源，則可用乙個理想的電壓源es與乙個電阻r0相串聯的組合來表示；若視為電流源，則可用乙個理想電流源is與一電導g0相併聯的組合來表示。
若它們能向同樣的負載提供出同樣大小的電流和端電壓，則稱這兩個電源是等效的，它們具有相同的外特性。
乙個電壓源與乙個電流源等效變換的條件為：
圖2－1 電壓源與電流源的等效變換
三、實驗內容
1. 測定直流穩壓電源與電壓源的外特性
(1) 按圖2－2接線，us為＋6v直流穩壓電源，r1=200ω，r2=470ω。調節r2，令其阻值由大至小變化，記錄兩表的讀數於表2－1。
圖2－2 直流穩壓電源的外特性測量
表2－1 直流穩壓電源的外特性測量資料
電流單位： ma 電壓單位： v 電阻單位： ω
(2) 按圖2－3接線，虛線框可模擬為乙個實際的電壓源，調節電位器r2，令其阻值由大至小變化，記錄兩表的資料於2－2。
圖2－3 實際的電壓源的外特性測量
表2－2 實際的電壓源的外特性測量資料
電流單位： ma 電壓單位： v 電阻單位： ω
2. 測定電流源的外特性
按圖2－4接線，is為直流恆流源，調節其輸出為10ma，令rs分別為1kω和∞，（即接入或斷開），調節電位器rl（從0至470ω），測出這兩種情況下的電壓表和電流錶的讀數,記錄實驗資料於表2－3和表2－4。
圖2－4 電流源的外特性測量
表2－3 電流源內阻rs=∞時的外特性
表2－4 電流源內阻rs= 1kω時的外特性
3. 測定電源等效變換的條件
首先按圖2－5a線路接線，讀取其中兩表的讀數。然後按圖2-5b線路接線，調節其中恆流源is（取r's＝rs），直至兩表的讀數與左邊線路的數值相等，記錄is等數值於表2－5，驗證電源等效變換條件的正確性。
圖2－5a圖2－5b
表2－5 電壓源與電流源等效條件的驗證
四、實驗裝置
五、注意事項
1. 實驗中使用的恆壓源的輸出需要在負載開路時實際測出，恆流源的輸出也同樣需在負載短路時把資料測出。注意恆流源負載電壓不可超過20伏，負載更不可開路。
2. 改接線路時，必須關閉電源開關。
3. 直流儀表的接入應注意量程與極性，以保證資料的正確性。
六、實驗思考
1. 直流穩壓電源的輸出端為什麼不允許短路？直流恆流源的輸出端為什麼不允許開路？
2. 電壓源與電流源的外特性為什麼呈下降變化趨勢，穩壓源和恆流源的輸出在任何負載下是否保持恆值？
七、實驗報告要求
1. 根據實驗資料，驗證電源等效變換的條件。
2. 根據實驗資料，繪出實際電源的外特性曲線，並與理想電源的特性曲線作比較。
實驗三疊加定理的驗證
一、實驗目的
1. 驗證線性電路中疊加定理的正確性，加深對線性電路的疊加性和齊次性的理解。
2. 掌握疊加定理的適用範圍。
二、實驗原理
疊加定理指出：在有幾個獨立電源共同作用下的線性電路中，通過每乙個元件的電流或其兩端的電壓，可以看成是由每乙個獨立源單獨作用時在該元件上所產生的電流或電壓的代數和。
線性電路的齊次性是指當激勵訊號（某獨立源的值）增加或減小k 倍時，電路的響應（即在電路其他各電阻元件上所建立的電流和電壓值）也將增加或減小k倍。
三、實驗內容
1. 實驗線路如圖3－1。分別將兩路直流穩壓電源接入電路，令 e1＝12v，e2＝6v。
2. 將實驗電路中的開關k3向上，即撥向330ω側。進行步驟3－6的測量。
k3圖3－1 疊加定理實驗電路
（注：新裝置中i3的箭頭朝上，二極體的位置在i3所在支路，其它不變）
3. 令e1電源單獨作用（e1＝12v，e2＝0v），即將開關s1投向e1側，開關s2投向短路側，用直流數字電壓表和直流數字毫安表（接電流插頭）測量各支路電流及各電阻元件兩端的電壓，資料記入**3－1。
4. 令e2電源單獨作用（e1＝0v，e2＝6v），即將開關s2投向e2側，開關s1投向短路側，用直流數字電壓表和直流數字毫安表測量各支路電流及各電阻元件兩端的電壓，資料記入**3－1。
5. 令e1、e2電源共同作用（e1＝12v，e2＝6v），即將開關s1投向e1側，開關s2投向e2側，用直流數字電壓表和直流數字毫安表測量各支路電流及各電阻元件兩端的電壓，資料記入**3－1。
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