电路及电子技术.doc

《电路与电子技术》（电路分析和模拟电路部分）

实
验
指
导

咸宁学院计算机科学与技术学院
电路实验的基本知识
一 、实验的性质和目的
实验是人类认识客观事物的重要手段。很多科学成果都是通过大量探索性实验而取得的。在理工科大学里，实验课程与课堂理论讲授一样，是教学中不可缺少的重要环节。实验课程中安排的实验课题，其内容是成熟的，目的是明确的，结果是预知的，实验过程有老师的指导，虽然没有探索性实验那样复杂，但是对帮助学生较为系统地获得有关实验的理论知识和培养有关实验的基本技能是必不可少的。
通过电路实验课程的学习，学生应：
1．掌握常用电子仪器仪表（包括万用表、直流稳压电源、低频信号发生器、晶体管毫伏表、及电子示波器）的性能、使用方法。
2．学习并掌握基本的测量方法。（包括电流、电压、阻抗的测量；网络伏安特性的测量；网络频率特性的测量；以及网络动态特性的测量。）
3．初步掌握专业实验技能，（包括正确选用仪器、仪表，合理制定实验方案，实验现象的观察和判断，实验数据的读取和处理，误差分析，实验报告的编写。）
二 实验的过程和任务
一般讲，一次完整的实验应包括以下几个过程：
1． 设计----根据实验目的制定实验方案。
2． 安装调试----创造实验方案设计的实验条件。
3．观测----定性的观察和定量的测量。做实验首先强调观察，集中精力于研究的对象，观察它的现象、它对某一些影响因素的响应、它的变化规律和性质等等；同时对研究对象本身的量值、和它随外部条件而变化的程度等等作数量上的测量和分析。
4．整理和分析----对数据资料进行认真的整理和分析，以求对实验的现象和结果得出正确的理解和认识。
三 电路实验的三个阶段
（一）预习阶段
实验收获的大小和实验进行得是否顺利，在很大程度上取决于学生事先预习、准备的情况。学生实验前必须做到：
1．认真阅读实验指导书，明确实验目的、原理及实验所用测量仪器的使用方法。回答预习思考题。
2．预定实验操作步骤，明确要测量那些数据？如何测得？对设计性实验，预习时必须设计实验电路、拟定测试方案和选择测量仪器，考虑实验中可能出现的误差和问题。
3．写预习报告。预习报告要包含实验名称、实验目的、实验线路图等，对设计性实验还应包含设计计算的主要公式和计算结果的列表说明。另外，还要准备实验记录纸，并画好记录数据的表格，对一些重要的数据，表格中还应该包含其估算值，以便实验测量时选择量程和记录时对照。
（二）实验操作阶段
实验操作可分为接线、查线、观测及数据检查、分析等几个阶段。
1．接线：接线前应先熟悉本次实验所用的设备，合理安排位置，以方便接线、查线、现象的观察和数据的测量。
接线时要按一定的次序，做到认真仔细。
连接仪表时要特别注意量程和极性。
电源总是在查线无误后才接入。
同一插孔（或接线柱）上的连接导线不要太多（一般不超过3根），以防松动或脱落。
2．查线：按照接线同样的次序进行查线。先查线路的结构，再查元件的参数、仪表的量程等。
经查线无误后，方可接上电源。
3．观测：接上电源后，不要急于读取和记录数据，应先进行调试，观察出现的各种现象，注意观察仪表的指示及有关量的变化情况，与事先的估计比较，若相差得很大，就有可能是电路发生故障，必须先排除。
调试正常后，就可进行测量、数据及现象的记录。测量时应合理选择仪表的量程，读取数值的有效数字位数应充分发挥仪表的准确度等级。
4．数据的检查与分析：观察和测量完毕后不要急于拆除线路，应先对数据进行检查。首先检查数据是否测全。第二检查测量点的间隔选择是否合适，在曲线的平滑部分可少测几点，而在曲线的弯曲部分要多测几点。第三检查测量得的数据与事先估算的数据是否相符，如果相差很大，则应检查估算值，重做实验排除可能出现的故障，（在教学实验中出现上述现象可能存在的故障有仪器或线路故障、测试方法不对、测试点不对、读数错误等。）并如实记录两次实验的结果，以备事后分析讨论。第四自查完毕，将实验记录交给指导老师检查，经指导老师认可签字后方可结束实验。
实验完毕后应在实验记录纸上记下实验所用设备的名称规格和编号，以备核查。
离开实验室前，应拆除实验线路，将仪器设备放回原位，并且填好使用过的仪器使用记录卡。
（三）总结报告阶段
在实验操作阶段完成了定性的观察和定量的测量取得资料数据后，工作并未结束。实验的重要一环是对数据资料进行认真的整理和分析，写出实验报告。
实验的总结报告是在实验的预习报告的基础上完成的，在实验的预习报告的基础上还应增加以下内容：
1． 实验所用设备的名称、规格、编号和数量。
2．将实验记录数据重新抄列，表中还须列出由实验数据算出的数值，列出计算中主要的计算公式。
3．根据实验测得及计算得到的数据绘制曲线，以便从曲线中清晰地看出各物理量之间的关系和发展趋势。
4． 讨论与总结
对实验结果进行充分的分析后得出实验的结论，误差分析，对实验中出现的各种现象进行解释，提出自己的见解，说明心得体会、改进意见及遗留问题。
5． 回答问题
回答实验指导书中提出的或老师指定的问题。
四 测量误差与实验数据处理
关于误差、有效数字等概念在物理实验中已经介绍。这里仅简单归纳产生的原因，重点讲述减小或消除误差的办法和试验结果的图示处理方法。
（一） 误差的性质和分类
根据误差的性质和产生的原因可将误差分成系统误差、随机误差、和过失误差。
1． 系统误差
在测量过程中，如果测量数据的误差具有恒定的或遵循某一规律而变化的性质则称为系统误差。
2． 偶然误差(又称随机误差)
在相同的条件下对同一物理量进行多次重复测量时其值具有随机特性的误差称为随机误差。
3． 过失误差
又称粗差，它是因仪器故障测量者操作读数计算记录错误或存在不能容许的干扰导致的。这种误差通常很大，明显超过正常条件下的系统误差或随机误差。
（二） 减小测量误差的方法
根据误差的性质和产生的原因，可采取不同的方法来消除或减小其对结果的影响。
偶然误差服从正态分布的统计规律，影响测量的精密度。通常偶然误差较小，可不予考虑。在需考虑时，采用重复测量多次取其平均值的方法，来减小其对测量结果的影响。
过失误差，应在测量中尽量避免。如果出现，则在确认后予以舍去。
系统误差影响测量的准确度。需要通过试验研究分析产生的原因加以消除或减小其影响。系统误差大体可分为以下几类：
1． 仪器误差：指因仪器自身机电性能的不完善引起的误差。
2．操作误差：它是指在使用时对仪器的安装调节操作不当造成的误差。减小或消除使用误差的方法是严格按照仪器的技术规程操作使用，熟练掌握实验操作技巧。
3．方法误差：测量中依据的理论不严密，或者不适当地简化测量计算公式所引起的误差。
4．环境误差：指外界环境（温度、湿度、电磁场等）超出仪器允许的工作条件引起的误差。
5．人为误差：测量者个人的习惯、偏向以及由于个人的感觉器官不完善而造成的误差。为消除这类误差，要求实验者提高操作技巧，改善不良习惯。
对系统误差，如不能用简单的方法确定或消除，还可以用一些特殊的测量方法来加以抵消。以下介绍两种：
1．代替法：在测量时，先对被测量进行测量，并记录测量数据，然后用一已知标准量替代被测量，并改变已知标准量的数值，使测量装置恢复到原来的测量数值，则这时已知标准量的数值就是备测量的数值。
2．正负误差抵消法：在相反的情况下进行两次测量，使两次所发生的误差等值而异号，然后取两次结果的平均值，便可将误差消除。

（三） 实验结果的图示处理
为了直观地反映量之间的关系或变化规律，常需将实验结果用曲线的形式来表达。
在坐标中（以直角坐标为例）根据n对离散的测量数据（xj, y j ）( j=1,2,3,。。。，n )绘制出能反映所给数据的一般变化趋势的光滑曲线的方法称为“曲线拟合”。
在要求不高的情况下曲线拟合的最简单办法是观察法，通过观察画出一条光滑的曲线，使所给的数据均匀地分布在曲线的两侧。这种方法不够精确，如图 1 所示。
工程上最常用的曲线拟合法是“分段平均法”。先把所有数据点在坐标图上标出；再根据数据分布情况，把相邻的2 ~ 4个数据点划为一组，然后求出每组数据点的几何重心把它们标于坐标图上，然后根据它们绘制出光滑的曲线，如图 2 所示。
精度要求更高时，可采用最小二乘法进行数据曲线拟合。这里不作介绍，可参阅有关资料。

图 1 图 2

实验报告格式
姓名 专业班级 实验时间 成绩
实验课程 实验题目
一、实验目的：
二、实验原理：实验方法、原理图、定理和定律等简单叙述
三、实验仪器与设备：仪器设备或关键组件的名称、型号与规格及其数量等
四、实验内容与实验过程：
1、 实验接线图
2、 实验步骤（明确每步的实验原理、实验注意事项、记录实验测试资料）
五、实验数据处理（实验原始资料应附在实验报告中）
1、对记录下来实验资料整理进行处理（包括曲线绘制）
2、对实验资料进行理论分析（包括理论计算、实验测试数值与理论计算值进行误差分析、找出实验产生误差的原因等）
3、 实验结论
六、实验体会
1、 实验中出现问题的解决
2、 实验思考题回答
3、 实验方法的改进

预备实验 常用仪器的使用

一、实验目的
1．熟悉函数信号发生器的各旋纽、开关的作用及其使用方法。
2．熟悉示波器各旋纽、开关的作用及其使用方法，初步掌握用示波器观察电信号波形，定量测出正弦信号和脉冲信号的波形参数。
二、实验说明
1．正弦交流信号和方波脉冲信号是常用的电激励信号，由函数信号发生器提供。
正弦信号的波形参数是幅值Um、周期T（或频率f）和初相Φ：方波脉冲信号的波形参数是幅值Um、脉冲重复周期T及脉宽tk。本实验装置能提供频率范围为20Hz～100KHz，幅值可在0～5V之间连续可谓的上述信号。并由六位LED数码管显示信号的频率，不同类型的输出信号可由波形选择开关来选取。
2．电子示波器是一种信号图形观察和测量仪器，可定量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选择开关（时间扫描速度s/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波形。
3．实验设备
序号
名 称
型号与规格
数量
备注
1
双踪示波器

1

2
函数信号发生器

1

3
交流毫伏表

1

4
频率计

1

三、实验内容
1．双踪示波器的自检
(1)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线接至双踪示波器的Y轴输入插口CH1或CH2端。
（2）开启示波器电源，指示灯亮，稍后，荧光屏将出现一条或两条水平扫描基线，调节 “辉度”、“聚焦”、“辅助聚焦”、使扫描基线粗细、亮度适中。如果找不到扫描基线，可调节“X轴位移”或“Y轴位移”旋钮。
（3）通过选择幅度和扫描速度灵敏度，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（0.5V，1KHz的方波信号）作比较。
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）将函数信号发生器的波形选择开关置“正弦”位置，通过电缆线将“信号输出”口与示波器的CH1（或CH2）插座相连。
（3）接通电源，调节信号源的频率旋钮，使输出频率分别为50Hz，0.5KHz和20KHz(由频率计读出)，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轴灵敏度至合适的位置，并将它们的微调旋钮旋至“校准”位置。从荧光屏上读得周期及幅值，记入表中。
频率计读数
项目测定
正弦波信号频率的测定
50Hz
500Hz
20000Hz
示波器“SEC/DIV”位置

一个周期占有的格数

信号周期（s）

计算所得频率（Hz）

交流毫伏表读数
项目测定
正弦波信号幅值的测定
0.1V
1V
3V
示波器“VOLTS/DIV”位置

峰峰值波形格数

峰值

计算所得有效值

3．方波脉冲信号的测定
（1）将函数信号发生器的波形选择开关置“方波”位置。
（2）调节信号源的输出幅度为3.0V(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，调节幅度和脉宽旋钮，观测波形参数的变化。记录之。
4．将方波信号和正弦信号同时分别加到示波器的CH1和CH2两个输入口，调节有关旋钮，观测两路信号的波形（定性地观察，具体内容自拟）。

四、预习思考题
认真阅读示波器的使用说明
1．示波器面板上“sec/div”和“volts/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1-8-1所示的两个波形，Y轴的“v/div”的指示为0.5V，“t/div”指示为20μS，试问这两个波形信号的波形参数为多少？
五、实验报告要求
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，荧光屏上出现图1-8-2所示情况，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。
六、实验注意现项
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．作定量测试时，“sec/div”和“volts/div”的微调旋钮应旋置“标准”位置。
5．为防止外界干扰，函数信号发生器的接地端与示波器的接地端要连续在一起（称共地）。
图1-8-1 用双踪示波器观察波形

图1-8-2 示波器调节研究

实验一 元件伏安特性的测量
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、 实验方案说明
（一）理论基础
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．电阻器的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图1-2-1中曲线a所示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。
图1-2-1 伏安特性曲线
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”的阻值可相差几倍或几十倍，所以它的伏安特性如图1-2-1中的曲线b所示。
3.一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其特性如图1-2-1中曲线c所示。正向压降很小（一般的锗管约为0.2~0.3V,硅管约为0.5~0.7）,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升到十多伏到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二极管，其正向特性与普通的二极管类似，但其反向特性较特别，如图1-2-1中曲线d。在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当反向电压增加到某一定数值时（此值称为管子的稳压值，有各种不同稳压值的稳压管）电流将突然增加，以后它的端电压将维持稳定，不再随外加的反向电压的升高而增大。
（二）方案说明
本实验将按图1-2-2和图1-2-3接线，逐点测量二端元件的电流和对应的电压值，并根据结果数据在坐标纸上绘出元件的伏安特性。
图1-2-2 测电阻伏安特性 图1-2-3 测二极管正向伏安特性
（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（箱内）
0~30V
1

2
电路实验箱

1

3
万用电表
MF-500
1

4
二极管
2CP15
1
DGJ-05
5
稳压管
2CW51
1
DGJ-05
6
白炽灯泡
12V/0.1A
1
DGJ-05
7
线性电阻器
200Ω，1KΩ
1
DGJ-05
三、实验内容
1.测定线性电阻器的伏安特性
按图1-2-2接线，调节直流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地读数。
U (v)
0
2
4
6
8
10
I (mA)

2.测定非线性白炽灯泡的伏安特性
将图2-2中地R1换成一只12V的小灯泡，重复一的步骤。
U（V）
0
2
4
6
8
10
I（mA）

3.测定半导体二极管的伏安特性
按图1-2-3接线，R为限流电阻，测二极管D的正向特性时，其正向电流不得超过25 mA，正向压降可在0~7.5V之间取值。特别是在0.5~0.75之间更要多取几个测量点。作反向特性实验时，只需将图1-2-3中的二极管D反接，且其反向电压可以加到30V左右。
正向特性实验数据
U（V）
0
0.2
0.4
0.5
0.55
…
…
0.75
I(mA)

反向特性实验数据
U(v)
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
I(mA)

4.测定稳压二极管的伏安特性
只要将图1-2-3中的二极管换成稳压管，重复实验内容3的测量。
正向特性实验数据
U(v)

I(mA)

反向特性实验数据
U(V)

I(mA)

三、 讨论与思考
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),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？
四、 实验报告要求
1.根据各实验结果数据分别在方格纸上绘制出光滑的伏安特性曲线。（其中二极管和稳压二极管的正向、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。
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30mA，稳压源输出端切勿碰线短路。
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，仪表的极性也不可接错。

实验二 基尔霍夫定律的验证
一、实验目的：
掌握基尔霍夫定律，加深对电路参考方向的理解。
二、实验原理及方法：
基尔霍夫定律是电路普遍适用的基本定律。不论是线性电路还是非线性电路，不论是非时变电路还是时变电路。在任一节点的各支路电流必须满足∑I=0，此定律也称为基尔霍夫节点电流定律（KCL）；同时任一回路的各个元件电压和电源电压必定满足
∑U=0，此定律也称为基尔霍夫回路电压定律（KVL）。
运用上述两个定律时必须注意各支路或闭合回路中电流的正（即参考）方向，此方向可预先任意设定。
本实验将采用图1-3-1 所示电路，用电流表和电压表直接测量电流和电压。
图1-3-1基尔霍夫定律的验证实验线路
实验设备同上。
三 、实验内容和实验步骤：
实验线路如图1-3-1所示．
　1、实验前先设定三条支路的电流参考方向，如图中I1、I2、I3所示。
2、分别将两路直流稳压电源接入电路，令E1＝12V（采用12V固定电源），E2＝6V（采用0-30V可调电源）。
3、用直流数字电流表分别测量各支路的电流，串接入电流表时必须注意其正负极性要按图中的规定。纪录测得的数据。
4、用直流数字电压表分别测量两路电源电压及各电阻元件的电压值，并接电压表时应注意电位高低要按图中的规定。记录测得的数据。
5、数据处理。分析测量误差，提出减少测量误差的方法。
被测量
I1（mA）
I2（mA）
I3（mA）
E1（V）
E2（V）
UDA （V）
UAB（V）
UAC（V）
计算值

测量值

误差

5（选做）调节E2使I2的读数为零。测量各支路的电流和各元件两端的电压值，记录、列表。
四、实验主意事项
1、电压源绝不能碰线或短路。
2、仪表使用时注意档位、连接及极性、量程、读数等。
五、预习要求与思考题
根据图1-3-1的电路参数，计算出待测电流I1、I2、I3和各电阻上电压值，填入表中，以便实验测量时，可正确选定电表的量程。
六、试验报告要求
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、误差原因分析。
4、实验心得体会及其实验改进想法。

实验三 叠加定理验证
【实验目的】
1）加深对叠加定理的理解
2）进一步熟悉实验箱的使用方法
【实验原理】
在多个独立电源共同作用的线性电路中，任一支路的电流（或电压）等于各个电源单独作用时在该支路所产生的电流（或电压）的代数和。所谓一个电源单独作用，是指除了该电源外其他所有电源的作用都去掉，即理想电压源所有处用短路代替，理想电流源所在处用开路代替，保留它们的内阻，电路结构也不作改变。
实验原理电路如图1所示。为求R3上的电压和通过R3上的电流，用叠加定理求解则为：先求U1单独作用时对R3的贡献；然后求U2单独作用时对R3的贡献。

图1 实验原理电路

（a） （b）
图2 电源分别单独作用时的电路结构
U1单独作用时（见图2a），

U2单独作用时（见图2b），

则
【实验器材】
直流电路实验箱（RXDI-1型）
【实验方法及步骤】

图3 叠加定理实验电路
实验电路如图3所示。
（1） 从o点分别接到a、b、c，且接d和f，再将两路稳压源的输出分别调节为12V和6V，接入U1和U2处。
（2） 令U1电源单独作用（此时不接U2，且将C和D短接），用实验箱上的电压表和电流表测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表1中。
（3） 令U2电源单独作用（此时不接U1，且将A和B短接），用实验箱上的电压表和电流表测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表1中。
（4） 令U1和U2同时作用，用实验箱上的电压表和电流表测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表1中。
（5） 将U2的数值调至+12V，用实验箱上的电压表和电流表测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表1中。
（6） 将R5换成二极管D（即接通d和e），重复步骤1-5的测量过程，数据记入表2中。

【实验数据记录及处理】
表1 线性电路叠加定理实验数据记录
测量项目
实验内容
U1
(V)
U2
(V)
IAa
(mA)
ICb
(mA)
Icd
(mA)
Ucd
(V)
UAa
(V)
UbC
(V)
UDf
(V)
UdB
(V)
U1单独作用

U2单独作用

U1、U2共同作用

2U2单独作用

表2 非线性电路叠加定理实验数据记录
测量项目
实验内容
U1
(V)
U2
(V)
IAa
(mA)
ICb
(mA)
Icd
(mA)
Ucd
(V)
UAa
(V)
UbC
(V)
UDf
(V)
UdB
(V)
U1单独作用

U2单独作用

U1、U2共同作用

2U2单独作用

【实验报告】
1） 用实验数据验证支路的电流和电压是否符合叠加定理，并对实验误差进行分析。
2） 将所测数据与理论计算值比较，说明得出的结论。
3） 各电阻所消耗的功率是否符合叠加原理？试通过计算来回答。
【实验注意事项】
1）用电流表测量各支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意电表的正负，正确判断测得值的“＋”、“－”号后，记入数据表格。
2）注意电表的量程的切换。
【思考题】
1） 在叠加定理实验中，要令U1、U2分别单独作用，应如何操作？可否直接将不作用的电源（U1或U2）短接置零或不连接？
2） 若将U2改为电流源，则如何验证叠加原理？
3） 实验电路中，若有一个电阻器改为半导体二极管，试问叠加定理的叠加性还成立吗？
实验四 戴维南定理的验证
【实验目的】
1. 验证戴维南定理的正确性，加深对该定理的理解。
2. 掌握有源二端网络的开路电压和等效电阻的测定方法，并了解各种测量方法的特点
【实验原理】
1. 戴维南定理表述
任何一个线性有源的电路，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将该支路从电路中分离出来，把电路的其余部分看作是一个有源二端网络。戴维南定理指出：任何一个线性有源的二端网络，都可以用一个电压源和一个电阻串联的支路来等效。电压源的电压US等于这个有源二端网络的开路电压UOC，电阻RO等于该网络中所有独立源均取0（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。UOC和RO称为有源二端网络的戴维南等效参数。
2. 有源二端网络的戴维南等效参数的测量方法
1)开路电压的测量方法
方法1：直接测量法。
当有源二端网络的等效内阻Req与电压表的内阻Rv相比可以忽略不计时，可以直接用电压表测量开路电压。
方法2：零示法
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1所示。

图1 零示法测开路电压
零示法测量原理是用一个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Uoc。
与零示法类似的还有补偿法。该方法采用检流计及补偿电路进行测量，因此测量结果也更加准确。
2）等效电阻Req的测量方法
方法1：开路电压、短路电流测量法
在含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，测其短路电流ISC，则等效电阻为
(4-1)
这种方法虽然比较简便，但是，可能因短路电流过大会损坏电路内部的器件。对于等效电阻较小的二端网络，一般不宜采用。
方法2：两次电压测量法
图4-2所示电路中，第一次先测量A、B两端的开路电压UOC；第二次在A、B端接一个已知的负载电阻RL，测量此时A、B两端的负载电压U。这样，A、B端的等效电阻为
(4-2)
方法3：半电压测量法
图4-2所示电路中，调节负载电阻RL的大小，当负载电压等于被测含源二端网络开路电压的一半时，负载电阻的值即为被测含源二端网络的等效电阻值，即。

图4-2 电压测量法

3.戴维南定理等效电路法
若用电压等于开路电压Uoc的理想电压源与等效电阻Req相串联的电路（即戴维南等效电路，见图3）来代替原有源二端网络，则它的外特性U=f(I)应与有源二端网络的外特性完全相同。实验原理电路如图4所示。

图3 戴维南等效电路

图4 戴维南定理实验电路
【实验器材】
直流电阻电路原理实验箱（RXDI型）
【实验内容及步骤】
戴维南定理实验电路如图5所示。

图5 实验原理图
1）用开路电压、短路电流法测量戴维南等效电路的Uoc、Req。
按图5接入稳压电源Us=12V（F和E之间）和恒流源Is=10mA（G和H之间），不接入RL。测出Uoc和Isc，并计算出Req=Uoc/Req。将数据记入表1中。（注：测Uoc和Isc时，要适当调整实验箱上的量程）
表1 开路电压和短路法测量值
Uoc(V)
ISC(mA)
Req(Ω)

2）负载实验
按图5接入负载RL（即A和C、B和D分别相连）。改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。将数据记入表2中。
（注：RL可用伏安法测得，在所用电阻上加1-5V，测通过其上的电流和电压，计算即可得）
表2 二端网络的外特性测量值
U(V)

I(mA)

3）验证戴维南定理：从实验箱的电阻中取得按步骤1所得的等效电阻Req的值，然后令其与直流稳压电源（调到步骤1所得的开路电压Uoc的值）相串联，如图4中的等效电路部分，仿照步骤2测其外特性，对戴维南定理进行验证。将数据记入表3中。
表3 验证外特性测量值
U(V)

I(mA)

4）有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的直接测量法。如图5所示。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，并在原电压源即E、F间接一短路线，电流源G和H间开路），然后用伏安法或直接用万用表的欧姆档去测定负载RL开路时C、D两点间的电阻，此即为被测网络的等效电阻Req（即网络的入端电阻Ri）。
5）用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻Req和开路电压Uoc。线路及数据表格自拟。
【实验报告要求】
1. 根据表2和表3，分别绘出外特性曲线，验证戴维南定理的正确性，并分析产生误差的原因。
2. 根据各种方法测得的UOC与Req与预习时电路计算的结果作比较，能得出什么结论。
3. 归纳、总结实验结果

【实验注意事项】
1.测量时注意电流表量程的更换。
2. 用万用表欧姆档直接测定二端网络的等效电阻时，所有独立电源都应置零。电流源置零，就是把电流源从电路中断开即可；电压源置零，就是把电压源先从电路中断开，再用短路线连接该处电路。绝不可将电压源直接短接。
3. 改接线路时，要先关掉电源。
【思考题】
1. 在求解戴维南等效电路参数时，作短路试验，测量短路电流ISC的条件是什么 在本实验中可否直接作负载短路实验
2．实际操作实验前应先计算图5电路，以便在测量时可准确地选取电压表、电流表的量程。
3. 说明测定含源二端网络的等效电阻的几种方法，并比较其优缺点。

实验五 RC一阶电路响应测试
【实验目的】
1．测定RC一阶电路的零输入响应，零状态况响应及完全响应。
2．掌握电路时间常数的测定方法。
3．了解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。
【实验方案与原理】
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。而要用普通的示波器观察过渡过程和测量有关的参数，就必须使这次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激励信号。只要选择方波的重复周期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，其响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的。
2、图5-1所示的RC一阶电路的零输入响应与零状态响应分别按指数规律衰减与增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数τ。

图 5-1
3、时间常数τ的测定方法：
用示波器测量零输入响应的波形如图5-1(a)所示。根据一阶微分方程的求解得知。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0.632Um所对应的时间测得，如图5-1(c)所示。
4、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/2时（T为方波脉冲的重复周期），且由R两端的电压作为响应输出，则该电路就是一个微分电路。因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。如图5-2（a）。利用微分电路可以将方波转变成冲激脉冲。

图5-2
若将图5-2(a)中的R与C位置调换一下，如图5-2(b)所示，由C两端的电压作为响应输出，且当电路的参数满足τ=RC >>T/2，则该RC电路称为积分电路。因为此时电路的输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，请在实验过程中仔细观察和记录。
【实验设备】
直流电路原理实验箱（RXDI型）、双踪示波器（J4652型，一台）
【实验内容】
实验线路板的结构如图5-3所示。

图5-3 动态电路、选频电路实验电路

1、在一阶电路单元上选择R、C元件，令R1=10KΩ，C=3300PF，
组成如图5-1(b)所示的RC充放电电路。US为脉冲信号发生器输出的Um=3V，f=1KHz的方波电压信号（用示波器测量，以下同），并通过两根同轴电缆线，将激励源US和响应UC的信号分别连至示波器的两个输入口YA和YB，这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律，测算出时间常数τ，并用方格纸按1:1的比例描绘波形。测算出的τ值与其计算值进行比较。
表 τ测量数据与计算比较
计算值
测量值
R/kΩ
C/μF
扫描时间t/div
读出时间(幅度63.2%处)

τ=
τ=
     少量改变电容值或电阻值，定性观察对响应的影响，记录观察到的现象。
     2、令R=10KΩ，C=0.1µF，组成如图5-2(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。