0 電路實驗指導(dǎo)書 電信系 電路實驗所用設(shè)備有兩種，即：浙江天煌的電路實驗系統(tǒng)，方園的實驗系統(tǒng)，因此實驗指導(dǎo)書分兩部分： A、方園， B、天煌。 A 部分： 目 錄 實驗 1 基本電工儀表的使用與測量誤差計算 實驗 2 基爾霍夫定律與電位圖 實驗 3 疊加原理和替代定理 實驗 4 戴維南定理與諾頓定理 實驗 5 電壓源與電流源及其等效轉(zhuǎn)換 實驗 6 受控源特性測試 實驗 7 熒光燈功率因數(shù)提高實驗 實驗 8 串聯(lián)諧振電路實驗測試 實驗 9 一階電路瞬態(tài)響應(yīng) 實驗 10 三相交流電路電壓 電流的測量 實驗 11 三相電路中有功、無功功率的測量 實驗 1 基本電工儀表的使用與測量誤差計算 一、實驗?zāi)康?（ 1）熟悉常用基本電工儀表的使用與注意事項。 （ 2）熟悉電壓源、電流源的使用與注意事項。 （ 3）掌握電壓 表、電流內(nèi)電阻的測量方法。 （ 4）熟悉電工儀表測量誤差的計算方法。 二、實驗原理 （ 1）實驗中經(jīng)常要測量電路各部分的電壓、電流或功率，通常采用各種型式的直讀式指示儀表與被測電路作適當(dāng)聯(lián)接就可讀出被測的量。 電壓表在測量電路中某兩節(jié)點之間的電壓時應(yīng)與該兩節(jié)點并聯(lián)連接；電流表在測電路中某一支路中電流時應(yīng)與該支路串聯(lián)連接；同樣，功率表在測量某一負(fù)載中消耗的電功率時，它的電壓回路應(yīng)與負(fù)載兩端并聯(lián)，它的電流回路應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。 為了較準(zhǔn)確地測量出電路中實際的電壓、電流或功率值，首先必須保證儀表接入電路后不會改變被測電 路的原來狀態(tài)。 這就要求電壓表的內(nèi)阻無限大；電流表的內(nèi)阻為零；功率表電壓回路內(nèi)阻為無限大，電流回路的內(nèi)阻為零。 實際使用的電工儀表一般都不可能滿足上述要求，它們都具有一定值的內(nèi)電阻。因此當(dāng) 1 儀表接入電路時都會對電路原來狀態(tài)產(chǎn)生變化，使被測量的讀數(shù)值與電路原來實際值之間產(chǎn)生測量方法引入的測量誤差。 （ 2）上述測量誤差的大小與儀表內(nèi)阻大小密切相關(guān)，因此在測量前熟悉所使用的儀表的內(nèi)電阻對提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確度有重要意義。 電工儀表內(nèi)阻的表示形式有如下幾種： 對于電流表： 1直接標(biāo)明每個量限的內(nèi)電阻值。 2間接標(biāo)明 每個量限指針滿度時的電壓降，然后根據(jù)標(biāo)度電流值由歐姆定律計算出該量程時的內(nèi)電阻值。 對于電壓表： 1直接標(biāo)明每個量限的內(nèi)電阻值。 2間接標(biāo)明每個量限單位電壓時的內(nèi)電阻值，該量限的總內(nèi)阻值可根據(jù)計算得出。單位電壓的內(nèi)電阻（ /V）有時稱電壓表的靈敏度。 測量電工儀表的內(nèi)電阻的方法較多。本實驗中測量電流表內(nèi)阻采用“分流法”，如圖 中 A 為被測內(nèi)阻的電流表， 其內(nèi)電阻， R 為可調(diào)電阻（用 箱）。 在 箱自由接插板上預(yù)先接插電阻，也可選用阻值 20 阻或在 或可調(diào)電阻（ 箱）， K 為單刀開關(guān)（用的鈕子開關(guān)）。測試時先打開 K，調(diào)節(jié)電流源（ 箱）輸出電流使萬用表電流 20的滿標(biāo)值，然后保持電流源輸出電流 I 不變并合上開關(guān) K。調(diào)節(jié)電阻 R 的阻值使電流表的讀數(shù)是半標(biāo)值。 這時由于 I= 電流表是某一量程的滿標(biāo)電流值 S= 由于圖中兩支路并聯(lián)，所以流過電流相同時兩路的電阻值一定相等，即可測得電流表 的內(nèi)阻 1R R 及 接近萬用表 20的內(nèi)阻為宜 ,R 選用較大電阻，則阻值調(diào)節(jié)可比單只電阻箱本身更細(xì)微平滑。 測量萬用表電壓檔的內(nèi)電阻也可用“分壓法”，如圖 示。圖中 V 為被測內(nèi)阻的電壓表， R 為可調(diào)電阻箱。 固定電阻 ,以接近萬用表 20V 檔的內(nèi)阻為宜。測量時先將開關(guān) K 閉合，調(diào)節(jié)電壓源輸出電壓使被測電壓表顯示某一量程檔的滿標(biāo)值。然后打開 K， R 及 電壓源輸出電壓保持不變，調(diào)節(jié) R 使電壓表指示值為 ，根據(jù)串聯(lián)電阻回路中電壓降與電阻值成正比的原理可知 +壓表的靈敏度： S=1（ /V）。 2 - +R 1圖 R 1圖 - +R （ 2）由于測量儀表存在內(nèi)阻，所以儀表的測量誤差除了儀表本身構(gòu)造上引起的誤差（通常稱儀表基本誤差）外還必須注意由于儀表內(nèi)阻不理想而引入的測量誤差（一般稱方法誤差）。如果現(xiàn)在暫不考慮儀表基本誤差，以下面的電路來說明方法誤差的計算： 圖 個電阻 2串聯(lián)后接至穩(wěn)壓電 源，如調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源的輸出電壓為 U，則 的電壓應(yīng)為： 21 U （ 現(xiàn)有一內(nèi)阻為 電壓表與 A、 R11 用電壓表測到的 112112（ R 1R 2 . 1 - 3儀表 的讀數(shù) 顯然偏離了實際值離的程度一般與被測電路元件參數(shù)和儀表內(nèi)阻相對大小有關(guān) 1相差不在 ,會給測量結(jié)果帶來極在的誤差 . 絕對誤差 U=- （ 代入，化簡后得：化簡后得 U=)()2( 2121222121221 相對誤差 e%= %100111 3 為了準(zhǔn)確測量出實際電壓、電流和功率 ,必須研究下列兩方面內(nèi)容 : 1、 必須測量出儀表本身的內(nèi)電阻。 2、 必須研究各種減小儀表內(nèi)阻引入誤差的測量方法。 三、 儀表 設(shè)備及選用掛箱 名稱 數(shù)量 備注 穩(wěn)壓、穩(wěn)流源 (1 常規(guī)負(fù)載 或直流電路實驗 (全智能精密負(fù)載 (1 直流電壓、電流表 (1 萬用表（ 500 型） 1 另購 四、實驗任務(wù)及步驟 1、電流表內(nèi)阻測量： 根據(jù)分流法實驗原理測量出萬用表 20流檔的內(nèi)電阻： a. 按圖接好實驗電路，將萬用表置直流毫安表 20（或 直流電流表 20 ）。 b. 斷開單刀開關(guān) K，將 可調(diào)直流電流源的電流微調(diào)旋鈕（ 預(yù)先必須置零）由零緩慢按順時針方向調(diào)節(jié)至輸出電流顯示 20萬用表指針滿偏（或 直流電流表顯示 20 ，合上開關(guān) K，調(diào)節(jié) 電阻 R 的阻值，使萬用表指針半偏（或顯示 10將數(shù)據(jù)記入表 計算出電流表內(nèi)阻 2、電壓表內(nèi)阻測量 根據(jù)分壓法實驗原理測出萬用表直流電壓 20V 檔（或 直流電壓表 20V 檔）內(nèi)電阻。 將萬用表置直流電壓 20V 檔（或 直流電壓表 20V 檔），測 20V 檔內(nèi)阻。 好實驗電 路。 ，調(diào)節(jié) 壓源輸出電壓：先調(diào)電壓粗調(diào)旋鈕，再調(diào)電壓微調(diào)旋鈕（預(yù)先必須置零）緩慢按順時針方向調(diào)節(jié)至輸出電壓顯示 20V，且萬用表指針滿偏（或壓表顯示 20V），即 0V。 開 K，調(diào)節(jié) 電阻 R 的阻值，使萬用表指針半偏（或 壓表顯示 10V），即 =10V。將數(shù)據(jù)記入表 以計算出電壓表20V 檔內(nèi)阻。 3、電表內(nèi)阻產(chǎn)生的測量誤差 好實驗線路，電路中 10 ， 電阻提供。 =10V，由 可調(diào)直流電壓源輸出，調(diào)節(jié)方法同 2.中 b 的方法。 0V 檔（或 壓表 20V 檔）測 計算出絕對誤差和相對誤差。 4 五、實驗結(jié)果 表 流表內(nèi)阻測量 被測電流表量限 K 打開時電路 閉合時電流 +用表 20V 流電壓表 20 V 表 表內(nèi)阻產(chǎn)生的測量誤差 被測電壓表量限 電源 電壓 U 1 算值測值絕對誤差 U=用表 20V 流電壓表 20 V 相對誤差 U/U 100% 六、注意事項 （ 1）電壓源（穩(wěn)壓源）和電流源（穩(wěn)流源）在 ，輸出電壓（電流）均可 通過粗調(diào)旋鈕和細(xì)調(diào)旋鈕控制。輸出電壓或電流大小可分別通過 方電壓表和電流表粗略觀察。 （ 2）電壓輸出端不容許短路使用，如實驗中偶然短路會造成保險絲管中熔絲燒斷。 （ 3）電流源輸出端可長期短路使用，理想電流源不容許斷開輸出電路否則將會產(chǎn)生過大電壓，實際電流源可以開路。 （ 4）電壓源和電流源使用前應(yīng)使輸出電壓為零，實驗時緩慢增加輸出：具體的就是電壓（電流）調(diào)節(jié)旋鈕置 0，微調(diào)旋鈕到最左側(cè)。 （ 5）電壓表與電路并聯(lián)使用。電流表與電路串聯(lián)使用，并且均要防止超量限。 5 實驗 2 基爾霍夫定律 與電位圖 一、實驗?zāi)康?（ 1）加深對基爾霍夫定律的理解，用實驗數(shù)據(jù)驗證基爾霍夫定律。 （ 2）實驗證明電路中電位的相對性，電壓的絕對性及了解電路電位圖的繪制方法。 （ 3）熟練儀器儀表的使用技術(shù)。 二、實驗原理 基爾霍夫定律是電路理論中最基本的定律之一，它闡明了電路整體結(jié)構(gòu)必須遵守的規(guī)律，應(yīng)用極為廣泛。 基爾霍夫定律有兩條：一是電流定律，另一是電壓定律。 （ 1） 基爾霍夫電流定律（簡稱 ：在任一時刻，流入到電路任一節(jié)點的電流總和等于從該節(jié)點流出的電流總和，換句話說就是在任一時刻，流入到電路任一節(jié)點的電 流的代數(shù)和為零。這一定律實質(zhì)上是電流連續(xù)性的表現(xiàn)。運用這條定律時必須注意電流的方向，如果不知道電流的真實方向時可以先假設(shè)每一電流的正方向（也稱參考方向），根據(jù)參考方向就可寫出基爾霍夫的電流定律表達(dá)式。例如圖 示為電路中某一節(jié)點 N，共有五條支路與它相連，五個電流的參考正方向如圖，根據(jù)基爾霍夫定律就可寫出： 2+4+ I=0。顯然，這條定律與各支路上接的是什么樣的元件無關(guān)，不論是線性電路還是非線性電路，它是普遍適用的。 電流定律原是運用于某一節(jié) 點的，我們也可以把它推廣運用于電路中的任一假設(shè)的封閉面，例如圖 示封閉面 S 所包圍的電路有三條支路與電路其余部份相聯(lián)接，其電流為2, 2 因為對任一封閉面來說，電流仍然必須是邊續(xù)的。 圖 1 . 3 - 1I 5I 1I 2I 3I 4I 1I 2I 3圖 1 . 3 - 2N(2)基爾霍夫電壓定律（簡稱 ：在任一時刻，沿閉合回路電壓降的代數(shù)和總等于零。把這一定律寫出成一般形式即為 U=0，例如在圖 示的閉合回路中，電阻兩端的電壓參考正方向如箭頭所示，如果從節(jié)點 A 出發(fā)，順時針方向繞行一周又回到 a 點，便可寫出： 2+ 顯然，基爾霍夫電壓定律也是和沿閉合回路上元件的性質(zhì)無關(guān)，因此，不論是線性電路 6 還是非線性電路它是普遍適用的。 (3)一個由電動勢和電阻元件構(gòu)成的閉合回路中，必定存在電流的流動，電流是正電荷在電勢作用下沿電路移動的集合表現(xiàn)，并且我們習(xí)慣規(guī)定正電荷是由高電位點向低電位點移動的。因此，在一個閉合電路中各點都有確定的電位關(guān)系。但是，電路中各點的電位高低都只能是相對的，所以我們必須在電路中選定某一點作為比較點（或稱參考點），如果設(shè)定該點的電位為零，則電路中其余各點的電位就能以該零電位點為準(zhǔn)進(jìn)行計算或測量。 在一 個確定的閉合電路中，各點電位高低雖然相對參考點電位的高低而改變，但任意兩點間的電位差（電壓）則是絕對的，它不會因參考點電位變動而改變。 根據(jù)上述電位與電壓的性質(zhì)，我們就可用一個電壓表來測量各點電位與任何兩點間的電壓，如果電位作縱坐標(biāo)，電路中各點位置（電阻）作橫坐標(biāo)，將測量到的各點電位在坐標(biāo)平面中標(biāo)出，并把標(biāo)出點按順序用直線相連接就可得到電路的電位變化圖。每段直線即表示兩點間電位變化的情形。例如在圖 路中，如果選定點 a 為電位參考點，并且將點 a 連接到大地作為零電位點。從 a 點開始順鐘向或逆鐘向繞行作圖均 可。 圖 1 . 3 - 5ab c de 3 R 1 R 2E 1E 2 +E 2 圖 1 . 3 - 4U 4圖 1 . 3 - 3U 3R 3當(dāng)然，在電路中選任何點作參考點都可，不同參考點所作電位圖形是不同的，但說明電位變化規(guī)律則是一樣 。 如果以 a 點開始順時針方向作圖則可得圖 示電位圖。以 a 點置坐標(biāo)原點自 a 至 3，在橫坐標(biāo)上取 位比例尺得 b 點，因 b 點的電位是 b，作出點 b，因 a=0，所以 b a= b=流方向自 a 至 b， a 點電位應(yīng)較 b 點電位高，但 a=0,所以 b 是負(fù)電位。 線即表示電位在 變化情形。直線的斜率表示電 流的大小。自 b 至 c 為電池，如果內(nèi)電阻忽略，則 b 至 c 將升高一電位其值等于 C b= C = b+ 直線自 b垂直上升至 c, b c=此類推可作出完整的電位變化圖。顯見，沿回路一周，終點與起點同為 a 點，可見沿閉合回路一周所有電位升相加的總和必定等于所有電位降相加的總和。 如果把 降低）某一數(shù)值，則電路中各點電位也同樣升高（或降低）同樣的值，但二點間電位差仍然不變。 在電路中可能有二個或多個電位相等的點，如果將這些 點全部用導(dǎo)線連接起來，則連接導(dǎo)線中不會有電流，對整個電路的狀態(tài)也不會改變。 此外，作電位圖或?qū)嶒灉y量中必須正確區(qū)分電位和電位差的正負(fù)，按照慣例以電流方向的電位降為正，電位差 a b 如果為正即表示 果為負(fù)即表示 用電壓表測量時如果指針正偏轉(zhuǎn)則電表正極電位高于負(fù)極。 因此，不論是線性電路還是非線性電路：它是普遍適用的。 7 三、 儀表設(shè)備及選取用掛箱 設(shè)備名稱 數(shù)量 備注 穩(wěn)壓、穩(wěn)流源 直流電路實驗 或常規(guī)負(fù)載 光燈、可變電容 直流電壓、電流表 四、實驗任務(wù)及步驟 按照圖 示實驗線路驗證基爾霍夫兩條定律。（此為參考圖，實際實驗時，電路拓?fù)鋱D和阻值可自由選擇，以驗證基爾霍夫定律為最終目地）。 -+E = 1 0 V 可 調(diào) 穩(wěn) 壓 電 源圖 1 . 3 - 6510 1k R 1330 R 4R 5510 I 5 I 4I 1R 3510 I 3+按圖 示的實驗線路驗證基爾霍夫兩條定律。 1、圖中 E=10V 為 穩(wěn)壓源輸出電壓；調(diào)節(jié)時先調(diào)節(jié)電壓粗調(diào)旋鈕，再緩慢調(diào)節(jié)電壓微調(diào)旋鈕，直至電壓表指示 10V，實驗中電壓調(diào)節(jié)好后保持不變。 2,4, 電阻自行連接而成，或在 由活動區(qū)接插元件連接而成。在接線時各條支路都要串聯(lián)連接一個電流表插口，測量電流時只要把電流表所連接的插頭插入即可讀數(shù)。 2、測量各條支路電流用 的直流電流表，注意電流表量程及各支路電流流向，將測量結(jié)果填入表 3、用 的直流電壓表測量各支路電壓及總電壓，記入表 意電壓表量程及電壓方向。 4、通過實驗驗證四個節(jié)點 a、 b、 c、 d 的 I 是否等于零，驗證四個回路 + U 是否等于零。 8 五、實驗結(jié)果 表 流定律 支路電流 方式 I 2 4 算值 測量值 節(jié)點 相加 a b c d I（ 計算值） I（ 測量值） 誤差 I 表 壓定律 支路電流 方式 計算值 測量值 回路 相加 + U（ 計算值） U（ 測量值） 誤差 U 六、實驗報告 （ 1）完成實驗測試，數(shù)據(jù)列表。 （ 2）根據(jù)基爾霍夫定律及圖 電路參數(shù)計算出各支路電流及電壓。 （ 3）計算結(jié)果與實驗測量結(jié)果進(jìn)行比較，說明誤差原因。 （ 4）作出回路 -E+a 及 +a 的電位圖 （ 5）小結(jié)對基爾霍夫定律的認(rèn)識 .。 9 實驗 疊加原理和替代定理 一、實驗?zāi)康?（ 1）通過實驗來驗證線性電路中的疊加原理以及其適用范圍。 （ 2）學(xué)習(xí)直流儀器儀表的測試方法。 二、內(nèi)容說明 幾個電動勢在某線性網(wǎng)絡(luò)中共同作用時（也可以是 幾個電流源共同作用，或電動勢和電流源混合共同作用），它們在電路中任一支路產(chǎn)生的電流或在任意兩點間的所產(chǎn)生的電壓降，等于這些電動勢或電流源分別單獨作用時，在該部分所產(chǎn)生的電流或電壓降的代數(shù)和，這一結(jié)論稱為線性電路的疊加原理。如果網(wǎng)絡(luò)是非線性的，疊加原理不適用。圖 壓管），疊加原理不適用，如果將穩(wěn)壓管換成一線性電阻，則可以運用疊加原理。 本實驗中，先使電壓源和電流源分別單獨使用，測量各點間的電壓和各支路的電流，然后再使電壓源和電流源共同作用，測量各點間的電壓和各支路的電流，驗 證是否滿足疊加原理。 給定任意一個線性電阻電路，其中第 么這條支路就可以用一個具有電壓等于 者用一個具有電流等于 代后電路中全部電壓和電流均保持原值（電路在改變前后，各支路電壓和電流均應(yīng)是唯一的）。 三、儀表設(shè)備及選用掛箱 名稱 數(shù)量 備注 穩(wěn)壓、穩(wěn)流源 直流電路實驗 或常規(guī)負(fù)載 流電壓、電流表 四、實驗內(nèi)容 圖 1 . 4 - 135 4 1 0 0 5 1 0 1 k 5 1 0 = 3 0 m 圖 好實驗電路 用常規(guī)負(fù)載 的多功能實驗網(wǎng)絡(luò)上的元件，或 由區(qū)接插相應(yīng)元器件， 不接，接線時穩(wěn)壓、穩(wěn)流源先應(yīng)全部置零。 2、調(diào)節(jié) 的穩(wěn)流源，使電流源輸出為 30在實驗中應(yīng)保持此值不變。再調(diào)穩(wěn)壓源，使其輸出電壓為 10V，在實驗中也保持此值不變。 3、將電壓、電流源同時接通， E 和 同作用時測得的 ，記入表 10 4、驗證疊加原理 按圖 好實驗電路中 R 用上述步驟中 E 和 同作用時測得的 A、 B 端通過 鈕子開關(guān) 一根導(dǎo)線及電壓源 E 接通。將 的鈕子開關(guān)斷開，這就是電壓源單獨作用時的接線。測電壓源 E 單獨作用時，各條支路的電流和電壓，注意儀表量限和測量值的符號，所測數(shù)據(jù)記入表 將鈕子開關(guān) 開，使 A、 B 端連至短路側(cè)，同時將使 通，再測各支路兩端的電壓和各支路電流，此時為電流源單獨作用的值，也記入表 將電壓、電流源同時接通，重復(fù)以上測量，數(shù)據(jù)記入同一表格中。 5、驗證非線性元件不適用疊加定理 上圖 路的線性電阻 穩(wěn)壓管代替，按步驟 4，重復(fù)測量 各支路電流和電壓，與替代前的數(shù)值進(jìn)行比較，數(shù)據(jù)記入表 。 6、驗證替代定理 根據(jù)步驟 4 中當(dāng)電流源單獨作用時測量出的 ，將支路 代成電壓源 復(fù)測量各支路電壓、電流，與替代前 (電流源單獨作用時 )的數(shù)值進(jìn)行比較，數(shù)據(jù)記入表 五、實驗結(jié)果 表 證替代定理 項目 條件 S 單獨作用 E 和 同作用 表 證疊加原理 項目 條件 單獨作用 獨作用 E 和 同作用 表 路為穩(wěn)壓二極管時各支路電壓及 路電流 項目 條件 單獨作用 獨作用 同作用 11 表 路用 電壓源替代 項目 條件 S 單獨作用 路用電壓源替代 六、實驗報 告 （ 1）根據(jù)圖 示元件數(shù)值計算本實驗電路中（步驟 7 的線性電路） 數(shù)值，與實驗結(jié)果進(jìn)行比較。 （ 2）小結(jié)對疊加原理替代定理的認(rèn)識。 七、思考題 （ 1）與穩(wěn)流源 接的 510 電阻如果換成 1對電路種各支路電流有何影響？試用實驗測試證實。 （ 2）在進(jìn)行疊加實驗時，對不作用的穩(wěn)壓源和穩(wěn)流源應(yīng)如何處理？如果它們有內(nèi)電阻或內(nèi)電導(dǎo)，則應(yīng)如何處理？ 八、 注意事項 （ 1）穩(wěn)流源不應(yīng)開路，否則它兩端正電壓會很高。 為安全起見，在斷開 ，先用一短線將 接，然后斷開 （ 2）穩(wěn)壓源不應(yīng)短路，否則 電流會過大。 12 實驗 戴維南定理、諾頓 定理、互易定律及特勒根定理 一、實驗?zāi)康?（ 1） 用實驗來驗證 戴維南定理、 諾頓 定理、互易定律、特勒根定理實驗。 （ 2）進(jìn)一步學(xué)習(xí)常用直流儀器儀表的使用方法。 二、實驗原理 任何一個線性網(wǎng)絡(luò)，如果只研究其中的一個支路的電壓和電流，則可將電路的其余部分看作一個含源一端口網(wǎng)絡(luò)。而任何一個線性含源一端口網(wǎng)絡(luò)對外部電路的作用，可用一個等效電壓源來代替，該電壓源的電動勢 K，其等效內(nèi)阻 于這個含源一端口網(wǎng)絡(luò)中各電源均為零時（電 壓源短接，電流源斷開）無源一端口網(wǎng)絡(luò)的入端電阻。這個結(jié)論就是 戴維南定理。 如果用等效電流源來 代替 上述線性含源一端口網(wǎng)絡(luò)，其等效電流 d，其等效內(nèi)電導(dǎo)等于這個含源一端口網(wǎng)絡(luò)各電源均為零（電壓源短路，電流源開路）時所對應(yīng)的無源一端口網(wǎng)絡(luò)的入端電導(dǎo)，這個結(jié)論就是 諾頓 定理。 對于一個具有 n 個節(jié)點和 b 條支路的電路，設(shè)各支路電流和電壓取關(guān)聯(lián)參考方向，并令（ i1, , （ u1, 別為 b 條支路的電流和電壓，則對任何時間 t,有 bk 0，這個結(jié)論就是特勒根定理 1。 對于兩個具有 n 個節(jié)點和 b 條支路的電路，它們由不同的二端元件所組成，但它們的圖完全相同。假設(shè)各支路電流和電壓取關(guān)聯(lián)參考方向，并分別用（ i1, , （ u1, （ , 21 （ , 21 表示兩者的 b 條支路的電流和電壓，則對 任何時間 t,有 bk kk ， bk kk ，這個結(jié)論就是特勒根定理 2。 對一個僅含線性電阻的電路，在單一激勵的情況下，當(dāng)激勵和響應(yīng)互換位置時，將不改變同一激勵的所產(chǎn)生的響應(yīng)。這個結(jié)論就是互易定律。 三、儀器設(shè)備和選用掛箱 名稱 數(shù)量 備注 萬用表 1 外購 穩(wěn)壓、穩(wěn)流源 直流電路實驗 （或用常規(guī)負(fù)載 全智能精密負(fù)載 熒光燈、可變電容 直 流電壓、電流表 四、實驗任務(wù)及步驟 1、測出含源一端口網(wǎng)絡(luò)的端電壓 端電流 繪出它的外特性曲線 f（ a、按 a)圖接好實驗電路； (用 的多功能實驗網(wǎng)絡(luò)中元件 )，負(fù)載電阻 R 用可變電阻。 b、調(diào)節(jié) 直流電流源，使其輸出電流為 15調(diào)直流電壓源，使其輸出電壓為 10V，調(diào)節(jié)前直流直流源、電壓源均應(yīng)先置零。 c、改變負(fù)載電阻 R，對每一 R 值，測出 ，記入表 別注意要測出 13 R=（此時測出的 為 A、 B 端開路電壓 R=0（此時測出的電流即為 A、 B 端短路時的短路電流 的電壓和電流。作出 f(線。 2、測出無源一端口網(wǎng)絡(luò)的入端電阻 a、將圖 a)除源：即將電流源 路，將電壓源 將負(fù)載電阻 R 開路。 b、用萬用表電阻檔測 A、 B 兩點間電阻 為有源一端口網(wǎng)絡(luò)所對應(yīng)的無源一端口網(wǎng)絡(luò)的入端電阻，也就是此有源一端口網(wǎng)絡(luò)所對應(yīng)等效電壓源的內(nèi)電阻 3、 驗證戴 維南定理 a、 調(diào)節(jié) 電阻使其等于 然后將 壓電源輸出電 壓調(diào)至等于有源一端口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓 b)所示等效電壓源，負(fù)載電阻 R 仍用用 b、 改變負(fù)載電阻 R 的值（與表 R 值一一對應(yīng)，便于比較），重復(fù)測出 與步驟 1中所測得的值比較， 驗證 戴維南定理。 ( a ) 原 電 路510I S =302+-+( b ) 等 效 電 路(c) I S= E/R = 1/R 圖 AB=f（ R（ ） 0 V） 表 AB=f（ R（ ） 0 V） 4驗證諾頓 定理 調(diào)節(jié) 出電流等于本實驗 1 中步驟 C 中 R=0 時短路電流，將此電流源與一等效電導(dǎo) (本實驗 2 中無源一端口網(wǎng)絡(luò)的入端電阻 )并聯(lián)后組成的實際電流源圖 14 C )所示接上負(fù)載電阻 R，重復(fù)本實驗 1 中步驟 C 的測量，將測量數(shù)據(jù)記入表 與步驟 1 中數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，看看用等效電壓源 代替原有源一端口網(wǎng)絡(luò)與用等效電流源與用等效電流源代替同一有源一端口網(wǎng)絡(luò)對外部電路的作用是否等效。為便于比較，本實驗中電阻 R 的變化最好與步驟 1 中一一對應(yīng)相等。 表 （ ） 0 V） 5、驗證特勒根定理 a、按 a）及 b）圖接好實驗電路；各電阻可用 的多功能實驗網(wǎng)絡(luò)中的電阻，為了便于測量各支路的電流，需將電流插孔（ ）串入電路中。 b、調(diào)節(jié) 直流電流源，使其輸出電流為 15調(diào)直流電壓源，使其輸出電壓為 10V，調(diào)節(jié)前直流直流源、電壓源均應(yīng)先置零。 c、分別用 直流電壓表測出 (a)圖中 C,D,E,路的電壓、用 直 流 電 流 表 測 出 電 流 ， 并 將 數(shù) 據(jù) 記 入 表 (a) ， 以 及 (b) 圖中C,D,E,路的電壓、電流，并將數(shù)據(jù)記入表 (b)。 d、根據(jù)測量出的數(shù)據(jù)，計算 算結(jié)果是否為零，從而驗證特勒根定理。 表 a) 支路 C D E 壓（ 電流（ 表 b) 支路 C D E 壓（ 電流（ 圖 1 . 5 - 2 ( a )R 34 5S I S 圖 1 . 5 - 2 ( b )R 34S S 15 6、驗證互易定理 a、按 a)及 b)圖接好實驗電路；電路中電阻可用 的多功能實驗網(wǎng)絡(luò)中電阻。 b、調(diào)節(jié) 直流電流源，使其輸出電壓為 10V。（調(diào)節(jié)前直流直流 源、電壓源均應(yīng)先置零）。 c、分別測出 (a)圖中 路的電流 及 (b)圖中 路的電流 d、根據(jù)測量出的數(shù)據(jù)，比較 而驗證互易定理。 34 5S 34 5S . 5 - 3 ( a ) 圖 1 . 5 - 3 ( b )五、實驗報告 （ 1）根據(jù)實驗測得的 據(jù)，分別繪出曲線，驗證它們的等效性，并分析誤差產(chǎn)生的原因。 （ 2）根據(jù)步驟 1 所測得的開路電壓 d，計算有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻與步驟 a 中所測得的 行比較。 六、思考題 試說明幾種一端口網(wǎng)絡(luò)等效電阻的測量方法，并定性分析它們的優(yōu)缺點。 16 實驗 電壓源與電流源及其等效轉(zhuǎn)換 以及最大功率傳輸?shù)臈l件 一、實驗?zāi)康?（ 1）了解理想電流源與理想電壓源的外特性。 （ 2）驗證電壓源與電流源互相進(jìn)行等效轉(zhuǎn)換的條件以及負(fù)載獲得最大功率傳輸?shù)臈l件。 二、 實驗原理 (1) 在電工理論中，理想電源除理想電壓源這外，還有另一種電源，即理想電流源。理想電流源在接上負(fù)載后，當(dāng)負(fù)載電阻變化時，該電源供出的電流能維持不變，理想電壓源接上負(fù)載后，當(dāng)負(fù)載變化時其輸出電壓保持不變，它們的電路圖符號及其特性見圖 ( a ) 理 想 電 流 源O( b ) 理 想 電 壓 源E S 圖 對的理想電源是不存在的，但有一些電源其外特性與理想電源極為接近，在電子技術(shù)中，通常采用的晶體管電流源與電壓源就是其中的一例，因為用電子學(xué)的方法，可以使晶體管電壓源的串聯(lián)等效內(nèi)阻極小，一般為 10下，晶體管電流源并聯(lián)等效內(nèi)電導(dǎo)也極小，一般 10以下。因此，可以近似地將其視為理想電源。 (2)一個實際電源，就其外部特性而言，即可以看成是電壓源，又可以看成是電流源。 電流源用一個理想電流源 一電導(dǎo) 聯(lián)的組合來表示，電壓源用一個理想電壓源 一電阻 聯(lián)組合來表示，見圖 圖 框內(nèi)部分是一個實際的電壓源與一個實際的電流源，它們向同樣大小的負(fù)載供出同樣大小的電流 I，而電源的端電壓 U 也相等，那么這個電壓源和電流源是等效的，即電壓源與其等效電流源有相同的外特性。 一個電壓源與一個電流源相互進(jìn)行等效轉(zhuǎn)換的條件為： s/(3)一個實際的電壓源或電流源，不但它們可以互相等效轉(zhuǎn)換，而且也能進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)，電壓源串聯(lián)時其等效電壓 源的電勢為各電壓源電勢的代數(shù)和，其等效內(nèi)阻為各電壓源內(nèi)阻之和， 17 方向時為正，反之為負(fù)。 多個電流源并聯(lián)時，其等效電流源的電激流為各電流源電激流的代數(shù)和，其等效內(nèi)電導(dǎo)為各電流源內(nèi)電導(dǎo)之和，即 之為負(fù)。 （ 4）在實際問題中，有時需要研究負(fù)載在什么條件下能獲得最大功率。這類問題可以歸結(jié)為一個一端口向負(fù)載輸送功率的問題。根據(jù)戴維南定理，最終可以簡化為圖 示的電路來進(jìn)行研究，圖中 為等效電源的電壓相量（即一端口的開路電壓相量） 1+2+ 根據(jù)上述的等效電路，負(fù)載吸收的功率為： P= 22122122從上式可以看出，獲得最大功率的 條件要允許改變哪些參數(shù)而定。 一般來講， 1 和 不變的，若 能隨意改變，此時獲得最大功率的條件是： 圖 1 . 7 2+-（ 2） 2=0 2421212221)()(2)( =0 )(2)( 212221 =0 可得： 1 11* 這一條件稱為最佳匹配，此時的最大功率為： P=1242 ， 、儀表設(shè)備及所選 用組件 名稱 設(shè)備 備注 穩(wěn)壓、穩(wěn)流源 直流電路實驗 或 規(guī)負(fù)載 全智能精密負(fù)載 直流電壓、電流表 18 四、實驗內(nèi)容及步驟 1、測量理想電流源的外特性 當(dāng)負(fù)載電阻在一定的范圍內(nèi)變化時（注意必須使電流源兩端的電壓不超出額定值），電流基本不變，即可將其視為理想電流源。 （ 的電阻）接至穩(wěn)壓、穩(wěn)流源 (直流電流源 )的輸出端上，串聯(lián)接入直流電流表，并聯(lián)接入直流電壓表，即接成圖 實驗電路。 =0(電阻 )，調(diào)節(jié) 直流電流源，使其輸出電流 I=50出此時電流源的端電壓 U 和輸出電流 I 記入表 c 改變電阻箱電阻 R，每改變 R 值記下 U 和 I，但應(yīng)使 20V，可得至理想電流源的外特性。 2、測量理想電壓源的外特性 當(dāng)外接負(fù)載電阻在一定范圍內(nèi)變化時，電源輸出電壓基本不變，可將其視為理想電壓源。線，電阻箱 R 的值先放到 R= 可調(diào)直流電壓 源輸出電壓 10V，測此時電壓源端電壓 U 和輸出電流 I，記入表 改變一 R 值記下 U 和 I，將此數(shù)據(jù)一一記入表 ，即可得到理想電壓源的外特性。 V . 7 - 5電壓源 . 7 - 62 3、驗證實際電壓源與電流源等效轉(zhuǎn)換的條件 中，已測得理想電流源的電流 0在其輸出端 2 和 2間并聯(lián)一電阻 )例如 1從而構(gòu)成一實際電流源，將此 電流源接至負(fù)載電阻箱 R，并在電路中串聯(lián)接入直流毫安表，并聯(lián)接入直流電壓表， 即構(gòu)成如圖 示實驗電路。 的電阻值，每改變一個 R 值，記下相應(yīng)的端電壓 U 和輸出電流 I，且計算出電阻 R 上的功率 P 記入表 ，即可測出該實際電流源的外特性。 電壓源的輸出電壓調(diào)至 串接一個電阻成如圖 示的實際電壓源，再將該電壓源接至負(fù)載電阻箱 R，串聯(lián)接入測量用直流電流表和并聯(lián)接入直流電壓表，即構(gòu)成圖 示實驗電路。 ，對應(yīng)每一 R 值記下端電壓和輸出電流的值，且計算出 R 上的功率 P，記 入表 可測出實際電壓源的外特性。 在測量上述實際電壓源和實際電流源外特性中，在實驗中我們可以取兩種情況下的負(fù)載電阻箱 R 的值一一對應(yīng)相等，這樣便于比較，看一看當(dāng) R 值相同時，兩種情況下是否具有相同的電壓與電流。并觀察實際電壓源中電阻 R 上的功率最大時， R 與 壓源內(nèi)阻 )是否相等。實際電流源中電阻 R 上的功率 P=124大時， R 與 1/流源電導(dǎo) 是否相等。 19 從而驗證了最大功率傳輸?shù)臈l件。 . 7 - 8 E s 由 電 壓 源 輸 出 基 值 E S =I S R 0E . 7 - 7r 0 驗結(jié)果 表 想電流源外特性 電阻 R（ ） 0 電流 I（ 電壓 U(V) 表 想電壓外特性 電阻 R（ ） +1000 0 電壓 U(V) 電流 I（ 表 際電流源外特性 電流源 電流 I（ 0 電壓 U(V) 電阻 R（ ） P= 表 際電壓源外特性 電壓源 電流 I（ 0 電壓 U(V) 電阻 R（ ） P= 六、預(yù)習(xí)要求 明確了解理想電源的概念及其外特性，掌握實際電壓源，電流源相互轉(zhuǎn)換的條件。 七、總結(jié)報告 1、繪出所測電流源及電壓源的外特性曲線。 2、通過實驗搞清楚理想電壓源和理想電流源能否等效互換。 3、從實驗結(jié)果，驗證電壓源和電流源是否等效。 4、驗證負(fù)載獲得最大功率的條件。 20 實驗 受控源特性測試 一、實驗?zāi)康?（ 1）熟悉四種受控電源的基本特性 （ 2）掌握受控源轉(zhuǎn)移參數(shù)的測試方法 （） 了解受控源在電路中的應(yīng)用 二、內(nèi)容說明 電源可分為獨立電源（如干電池，發(fā)電機(jī)等）與非獨立電源（或稱受控源）兩種，受控源在網(wǎng)絡(luò)分析中已經(jīng)成為一個與電阻、電感、電容等無源元件同樣經(jīng)常遇到的電路元件。 受控源與獨立電源不同，獨立電源的電動勢或電流是某一固定數(shù)值或某一時間函數(shù)，不隨電路其余部分的狀態(tài)而改變，且理想獨立電壓源的電壓不隨其輸出電流而改變，理想獨立電流源的 電流不隨其端電壓而改變。獨立電源作為電路的輸入，它代表了外界對電路的作用。受控電源的電動勢或電流則隨網(wǎng)絡(luò)中另一支路的電流或電壓而變化，受控源又與無源元件不同，無源元件的電壓和它自身的電流有一定的函數(shù)關(guān)系，而受控源的電壓或電流則和另一支路（或元件）的電流或電壓有某種函數(shù)關(guān)系。 當(dāng)受控源的電壓（或電流）與控制元件的電壓（或電流）成正比變化時，該受控源是線性的。理想受控源的控制支路中只有一個獨立變量（電壓或電流），另一個獨立變量等于零，即從輸入口看，理想受控源或者是短路（即輸入電阻 ，因而 ）就是說控 制支路只有一個獨立變量電流 用，另一個獨立變量 ；或者是開路（即輸入電導(dǎo) ），因而輸入電流 ，只有輸入電壓 獨作用。從出口看