实验一 电压源与电流源的等效变换与串并联的研究
一、实验目的
1、掌握建立电源模型的方法；
2、掌握电源外特性的测试方法； 3、加深对电压源和电流源特性的理解； 4、研究电源模型等效变换的条件。 二、原理说明
1、电压源和电流源
电压源具有端电压保持恒定不变，而输出电流的大小由负载决定的特性。其外特性，即端电压U与输出电流I的关系U ＝ f (I) 是一条平行于Ｉ轴的直线。实验中使用的恒压源在规定的电流范围内，具有很小的内阻，可以将它视为一个电压源。
电流源具有输出电流保持恒定不变，而端电压的大小由负载决定的特性。其外特性，即输出电流I与端电压U的关系I ＝ f (U) 是一条平行于U轴的直线。实验中使用的恒流源在规定的电流范围内，具有极大的内阻，可以将它视为一个电流源。
2、实际电压源和实际电流源
实际上任何电源内部都存在电阻，通常称为内阻。因而，实际电压源可以用一个内阻RS和电压源US串联表示，其端电压U随输出电流I增大而降低。在实验中，可以用一个小阻值的电阻与恒压源相串联来模拟一个实际电压源。实际电流源是用一个内阻RS和电流源IS并联表示，其输出电流I随端电压U增大而减小。在实验中，可以用一个大阻值的电阻与恒流源相并联来模拟一个实际电流源。
3、实际电压源和实际电流源的等效互换
一个实际的电源，就其外部特性而言，既可以看成是一个电压源，又可以看成是一个电流源。若视为电压源，则可用一个电压源Us与一个电阻RS相串联表示；若视为电流源，则可用一个电流源IS与一个电阻RS相并联来表示。若它们向同样大小的负载供出同样大小的电流和端电压，则称这两个电源是等效的，即具有相同的外特性。
实际电压源与实际电流源等效变换的条件为：
（1）取实际电压源与实际电流源的内阻均为RS；
（2）已知实际电压源的参数为Us和RS，则实际电流源的参数为IS?USRS和RS，
若已知实际电流源的参数为Is和RS，则实际电压源的参数为US?ISRS和RS。
三、实验设备
1、 MEL－06组件 （含直流数字电压表、直流数字毫安表）
2、恒压源（含＋6V，＋12V，0～30V可调） 3、恒源流 0～500mA可调
4、EEL－23组件（含固定电阻、电位器）
四、实验内容
图 10－1mAR1USVR2 1
1、 测定电压源（恒压源）与实际电压源的外特性
实验电路如图10－1所示，图中的电源US用恒压源中的＋6V输出端，R1取200Ω的固定电阻，R2取470Ω的电位器。调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表10－1中。
表10－1 电压源（恒压源）外特性数据 I (mA) U (V) mA在图10－1 电路中，将电压源改成实际电压源，如图10－2所示，图中内阻RS取51Ω的固定电阻，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表10－2中。
表10－2 实际电压源外特性数据
I (mA) mAISRSR2RSUSR1VR2图 10－2 U (V) 2、测定电流源（恒流源）与实际电流源的外特性 按图10－3接线，图中IS为恒流源，调节其输出为5mA（用毫安表测量），R2取470Ω的电位器，在RS分别为1kΩ和∞两种情况下，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入自拟的数据表格中。
3、研究电源等效变换的条件
按图10－4电路接线，其中(a)、(b)图中的内阻RS均为51Ω，负载电阻R均为200Ω。
在图10－4 (a)电路中，US用恒压源中的＋6V输出端，记录电流表、电压表的读数。然后调节图10－4 (b)电路中恒流源IS，令两表的读数与图10－4(a)
(a)V图 10－3mARSUmARVSISRSRV(b)图 10－4的数值相等，记录IS之值，验证等效变换条件的正确性。
4、测定电压源串联的外特性
将电压源改成实际电压源串联，只需将图10－2中的Us用两个3V的实际电压源串联代替即可（电压源串联后应保证电压表的读数在6V左右），图中内阻RS取51Ω的固定电阻，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入自拟的数据表格中。 5、测定电流源并联的外特性
请读者自行将第4步中的电压源串联改接成两个电流源并联。注意电流源值、内阻等数值的设计。将电流表、电压表的读数记入自拟的数据表格中 五、实验注意事项
1、在测电压源外特性时，不要忘记测空载（I＝0）时的电压值；测电流源外特性时，不要忘记测短路（U＝0）时的电流值，注意恒流源负载电压不可超过20伏，负载更不可开路；
2、换接线路时，必须关闭电源开关； 3、直流仪表的接入应注意极性与量程。
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六、预习与思考题
1、电压源的输出端为什么不允许短路？电流源的输出端为什么不允许开路？ 2、说明电压源和电流源的特性，其输出是否在任何负载下能保持恒值？
3、实际电压源与实际电流源的外特性为什么呈下降变化趋势，下降的快慢受哪个参数影响？
4、实际电压源与实际电流源等效变换的条件是什么？所谓‘等效’是对谁而言？电压源与电流源能否等效变换？
七、实验报告要求
1、根据实验数据绘出电源的四条外特性，并总结、归纳两类电源的特性； 2、从实验结果，验证电源等效变换的条件； 3、回答思考题。
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实验二 戴维南定理及叠加定理的验证
戴维南定理及叠加定理的验证：
一、实验目的
1、验证戴维宁定理、诺顿定理的正确性，加深对该定理的理解； 2、掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。 二、实验原理
1、戴维宁定理和诺顿定理
戴维宁定理指出：任何一个有源二端网络，总可以用一个电压源US和一个电阻RS串联组成的实际电压源来代替，其中：电压源US等于这个有源二端网络的开路电压UOC, 内阻RS等于该网络中所有独立电源均置零(电压源短接，电流源开路)后的等效电阻RO。 诺顿定理指出：任何一个有源二端网络，总可以用一个电流源IS和一个电阻RS并联组成的实际电流源来代替，其中：电流源IS等于这个有源二端网络的短路短路ISC, 内阻RS等于该网络中所有独立电源均置零(电压源短接，电流源开路)后的等效电阻RO。
US、RS和IS、RS称为有源二端网络的等效参数。
2、有源二端网络等效参数的测量方法 (1)开路电压、短路电流法
在有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
U其输出端短路，测其短路电流ISＣ，且内阻为：
RS?UOCISC。
UOCUN 若有源二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。
(2)伏安法
一种方法是用电压表、电流表测出有源二端网络的外
?U?I?UOIN?IISC图 11-1特性曲线，如图11－1所示。开路电压为UOC，根据外特性曲线求出斜率tgφ，则内阻为：
RS?tg??。
另一种方法是测量有源二端网络的开路电压UOC，以及额定电流IN和对应的输出端额定电压UN，
RS?UOC?UINN如图11－1所示，则内阻为：(3)半电压法
。
如图11－2所示，当负载电压为被测网络开路电压UOC一半时，负载电阻RL的大小（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻RS数值。
有源网络
+UOC有源网络RSUS
VUOCVRSUS+U2RL-图 11-2 (4)零示法
恒压源-图 11-3 4
在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表进行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11－3所示。零示法测量原理是用一低内阻的恒压源与被测有源二端网络进行比较，当恒压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，测量此时恒压源的输出电压U，即为被测有源二端网络的开路电压。 三、实验设备
1、MEL－06组件 （含直流数字电压表、直流数字毫安表） 2、恒压源（含＋6V，＋12V，0～30V可调） 3、恒源流 0～500mA可调
4、EEL－23组件（含电阻箱、固定电阻） 5、EEL－30组件（含实验电路） 四、实验内容
被测有源二端网络选用 EEL－30组件中的网络1，并与负载电阻RL（用电阻箱）连接，如图11－4(a)所示.。
1有源网络1?＋－mA3?＋mA31＋?mA3U122?RSRL4U12－RLISRSU12－USRL2（ａ〕?42?4（ｂ〕图 11-4(c)1、开路电压、短路电流法测量有源二端网络的等效参数
测开路电压UOC：在图11－4(a)电路中，断开负载RL，用电压表测量1、2两端电压，将数据记入表11－1中。
测短路电流ISＣ：在图11－4(a)电路中，将负载RL短路，用电流表测量电流，将数据记入表11－1中。
计算有源二端网络的等效参数US和RS。
表11－1 开路电压、短路电流数据
UOC (V) ISＣ(mA) RS= UOC / ISＣ 2、伏安法测量有源二端网络的等效参数 测量有源二端网络的外特性：在图11－4(a)电路中，用电阻箱改变负载电阻RL 的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表11－2中。并计算有源二端网络的等效参数US和RS。
表11－2 有源二端网络外特性数据 RL(?) 990 U12(V) I(mA) 900 800 700 600 500 400 300 200 100 5
3、验证有源二端网络等效定理
绘制有源二端网络外特性曲线：根据表11－2数据绘制有源二端网络外特性曲线。 测量有源二端网络等效电压源的外特性：图11－4(ｂ)电路是图(ａ)的等效电压源电路，图中，电压源US用恒压源的可调稳压输出端，调整到表11－1中的UOC数值，内阻RS按表11－1中计算出来的RS（取整）选取固定电阻。然后，用电阻箱改变负载电阻RL 的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表11－3中。
表11－3有源二端网络等效电压源的外特性数据 RL(?) 990 UAB(V) I(mA) 测量有源二端网络等效电流源的外特性：图11－4(ｃ)电路是图(ａ)的等效电流源电路，图中，电流源IS用恒流源，并调整到表11－1中的ISC数值，内阻RS按表11－1中计算出来的RS（取整）选取固定电阻。然后，用电阻箱改变负载电阻RL 的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表11－4中。
表11－4有源二端网络等效电流源的外特性数据 RL(?) 990 UAB(V) 900 800 700 600 500 400 300 200 100 900 800 700 600 500 400 300 200 100 I(mA) 4、被测有源二端网络选用 EEL－30组件中的网络2，重复上述步骤。
5、用半电压法和零示法测量有源二端网络的等效参数
半电压法：在图11－4(a)电路中，首先断开负载电阻RL，测量有源二端网络的开路电
2压UOC，然后接入负载电阻RL（用电阻箱），用电阻箱调整其大小，直到两端电压等于UOC为止，此时负载电阻RL的大小即为等效电源的内阻RS的数值。记录UOC和RS数值。
零示法测开路电压UOC：实验电路如图11－3所示，其中：有源二端网络选用网络1，恒压源用恒压电源的可调稳压输出端，调整输出电压U，观察电压表数值，当其等于零时输出电压U的数值即为有源二端网络的开路电压UOC，并记录UOC数值。 五、实验注意事项
1、测量时，注意电流表量程的更换 2、改接线路时，要关掉电源。
六、预习与思考题
1、如何测量有源二端网络的开路电压和短路电流，在什么情况下不能直接测量开路电压和短路电流？
2、说明测量有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法，并比较其优缺点。 七、实验报告要求
1、回答思考题；
2、 根据表11－1和表11－2的数据，计算有源二端网络的等效参数US和RS； 3、 根据半电压法和零示法测量的数据，计算有源二端网络的等效参数US和RS； 4、 实验中用各种方法测得的UOC和RS是否相等？试分析其原因；
5、 根据表11－2、表11－3和表11－4的数据，绘出有源二端网络和有源二端网络等效电路的外特性曲线, 验证戴维宁定理和诺顿定理的正确性； 6、 说明戴维宁定理和诺顿定理的应用场合。
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实验四 一阶电路暂态过程的研究
一、实验目的
1、研究ＲＣ一阶电路的零输入响应、零状态响应和全响应的规律和特点； 2、学习一阶电路时间常数的测量方法，了解电路参数对时间常数的影响； 3、掌握微分电路和积分电路的基本概念。 二、原理说明
1、ＲＣ一阶电路的零状态响应
ＲＣ一阶电路如图16－1所示，开关S在‘1’的位置，ｕC＝0，处于零状态，当开关S合向‘2’的位置时，电源通过R向电容C充电，ｕC（ｔ）称为零状态响应
uc?US?USe2-t?
Ruc/V
CUS?USS1?
uc0.632US?图 16－1?
0
t/s
?图 16－2变化曲线如图16－2所示，当ｕC上升到0.632US所需要的时间称为时间常数?，τ?RC。 2、ＲＣ一阶电路的零输入响应
在图16－1中，开关S在‘2’的位置电路稳定后，再 合向‘1’的位置时，电容C通过R放电，ｕC（ｔ）称为
零输入响应，
uc?USe-tuc/VUS?0.368US
0.368US变化曲线如图16－3所示，当ｕC下降到0.368US所需要 的时间称为时间常数?，τ?RC。
3、测量ＲＣ一阶电路时间常数?
t/s0?图 16－3图16－1电路的上述暂态过程很难观察，为了用普通示波器观察电路的暂态过程，需采用图16－4所示的周期性方波ｕS作为电路的激励信号，方波信号的周期为T，只要满足
T2?5?，便可在示波器的荧光屏上形成稳定的响应波形。
uc
0T2uSUSab0.632aTt0?x图 16－5t图 16－4 7
电阻R、电容C串联与方波发生器的输出端连接，用双踪示波器观察电容电压ｕC，便可观察到稳定的指数曲线，如图16－5所示，在荧光屏上测得电容电压最大值
UCm?a(cm)
取 b?0.632a(cm)，与指数曲线交点对应时间ｔ轴的ｘ点，则根据时间ｔ轴比例尺（扫描时间
tcm），该电路的时间常数??x(cm)?tcm。
4、微分电路和积分电路
在方波信号ｕＳ作用在电阻R、电容C串联电路中，当满足电路时间常数?远远小于方波周期T的条件时，电阻两端（输出）的电压ｕＲ与方波输入信号ｕＳ呈微分关系，uR?RCduSdtuSUS，该电路称为微分电路。当满足电路时间常
0TuRt数?远远大于方波周期T的条件时，电容C两端（输出）的电压ｕC与方波输入信号ｕＳ 呈积分关系，uC?1RC0uC(b)T2t(a)?uSdt，该电路称为积分电路。
微分电路和积分电路的输出、输入关系如图16－6（ａ）、（ｂ）0所示。
三、实验设备
１、双踪示波器
２、信号源（方波输出）
３、ＥＥＬ—31组件（含电阻、电容） 四、实验内容
实验电路如图16－7所示，图中电阻R、电容C 从EEL－31组件上选取（请看懂线路板的走线，认清 激励与响应端口所在的位置；认清Ｒ、Ｃ元件的布局 及其标称值；各开关的通断位置等），用双踪示波器 观察电路激励（方波）信号和响应信号。ｕS为方波 输出信号，调节信号源输出，从示波器上观察，使方 波的峰－峰值ＶＰ－Ｐ＝２Ｖ，f=1ｋHz。
1、ＲＣ一阶电路的充、放电过程
（1）测量时间常数τ：选择EEL－31组件上的Ｒ、Ｃ元件，令Ｒ=１０ｋΩ，Ｃ＝0.0１μＦ，用示波器观察激励ｕS与响应ｕC的变化规律，测量并记录
信号?uS源（方波〕Tt图 16－6示波器?uR?CR???uC时间常数τ。
（2）观察时间常数τ（即电路参数R、C）对暂态过程的影响：令Ｒ＝１０kΩ，Ｃ= 0.0１μＦ，观察并描绘响应的波形，继续增大Ｃ（取0.0１μＦ～0.１μＦ）或增大R（取１０kΩ、30kΩ），定性地观察对响应的影响。
2、微分电路和积分电路
（1）积分电路：选择EEL－31组件上的Ｒ、Ｃ元件，令Ｒ=100ｋΩ，Ｃ＝0.0１μＦ，用示波器观察激励ｕS与响应ｕC的变化规律。
图 16－7 8
（2）微分电路：将实验电路中的Ｒ、Ｃ元件位置互换，令Ｒ=100Ω，Ｃ＝0.0１μＦ，用示波器观察激励ｕS与响应ｕR的变化规律。 五、实验注意事项
1、调节电子仪器各旋钮时，动作不要过猛。实验前，尚需熟读双踪示波器的使用说明，特别是观察双踪时，要特别注意开关，旋钮的操作与调节。
2、信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起（称共地），以防外界干扰而影响测量的准确性。
3、示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时，应将辉度调暗，以延长示波管的使用寿命。 六、预习与思考题
1、用示波器观察ＲＣ一阶电路零输入响应和零状态响应时，为什么激励必须是方波信号？
2、已知ＲＣ一阶电路的Ｒ=１０ｋΩ，Ｃ＝0.0１μＦ，试计算时间常数τ，并根据τ值的物理意义，拟定测量τ的方案。
3、在ＲＣ一阶电路中，当Ｒ、Ｃ的大小变化时，对电路的响应有何影响？
4、何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？它们在方波激励下，其输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功能？ 七、实验报告要求
1、根据实验1（1）观测结果，绘出ＲＣ—阶电路充、放电时ＵC与激励信号对应的变化曲线，由曲线测得τ值，并与参数值的理论计算结果作比较，分析误差原因。
2、根据实验2观测结果，绘出积分电路、微分电路输出信号与输入信号对应的波形。
3、回答思考题3、4。
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实验五 受控源研究
一、实验目的
1、加深对受控源的理解；
2、熟悉由运算放大器组成受控源电路的分析方法，了解运算放大器的应用； 3、掌握受控源特性的测量方法。 二、实验原理
1、受控源
受控源向外电路提供的电压或电流是受其它支路的电压或电流控制，因而受控源是双口元件：一个为控制端口，或称输入端口，输入控制量（电压或电流），另一个为受控端口或称输出端口，向外电路提供电压或电流。受控端口的电压或电流，受控制端口的电压或电流的控制。根据控制变量与受控变量的不同组合，受控源可分为四类： （1）电压控制电压源（VCVS），如图13－1（a）所示，其特性为： u2??u1 其中：??u2??u称为转移电压比
?????1u?1（即电压放大倍数）。
??u2??u1u1i2?gu1????（2）电压控制电流源（VCCS）， (a)(b)如图13－1（b）所示，其特性为： i1i1???? i2?gu1
?i1i2??i1??u2?r??? 其中：gi2m?u称为转移电导。
(c)(d)1图 13-1（3）电流控制电压源（CCVS），如图13－1（c）所示，其特性为： u2?ri1
其中：r?u2i称为转移电阻。
1（4）电流控制电流源（CCCS），如图13－1（d）所示，其特性为： i2??i1
其中：??i2i称为转移电流比（即电流放大倍数）。
12、用运算放大器组成的受控源
运算放大器的电路符号如图13－2所示，具有两个输入端：同相输入端ｕ＋和反相输入端ｕ－，一个输出端ｕｏ，放大倍数为A，则ｕｏ＝A（ｕ＋－ｕ－）。 对于理想运算放大器，放大倍数A为∞，输入电阻为∞，输出电阻为0，由此可得出两个特性： u?uO特性1：ｕ＋＝ｕ－；
?+++特性2：ｉu?-＋＝ｉ－＝０。
（1） 电压控制电压源（VCVS） 电压控制电压源电路如图13－3所示。
图 13-2 10
?由运算放大器的特性1可知：u??u??u1，则iR1?u2?u1R2u1R1 ??+-++??u1?u2iR2?由运算放大器的特性2可知： iR1?iR2
R2R1??R1.iR1R2iR2?? 代入iR1、iR2 得：u2?(1?)u1
图 13-3 可见，运算放大器的输出电压u2受输入电压u1控制，其电路模型如图13－2（a）所示，转移电压比：??(1?R2R1)。
（2） 电压控制电流源（VCCS）
电压控制电流源电路如图13－4所示。由运算放大器的特性1可知：u??u??u1
则iR?u1R1???i2+-++RL?u2u1?
??R1iR1图 13-4由运算放大器的特性2可知： i2?iR?u1R1
即i2只受输入电压u1控制，与负载RL无关（实际上要求RL为有限值）。其电路模型如图13－1（b）所示。 转移电导为：
g?i2u1?1R1
i1RiR（3） 电流控制电压源（CCVS）
电流控制电压源电路如图13－5所示。 由运算放大器的特性1可知：u??u??0 u2=R iR 由运算放大器的特性2可知： iR?i1 代入上式，得： u2?Ri1
?-+.??++??u1??u2??图 13-5即输出电压u2受输入电流i1的控制。其电路模型如图13－1（c）所示。 转移电阻为： r?u2i1?R
（4） 电流控制电流源（CCCS）
电流控制电流源电路如图13－6所示。 由运算放大器的特性1可知：u??u??0
11
R1iR1 iR1?R2R1?R2i2
??i1?-+++i2??u2由运算放大器的特性2可知： iR1??i1 代入上式，i2??(1?R1R2)i1
u1RLR2??.?.图 13-6 即输出电流i2只受输入电流i1的控制。与负载RL无关。它的电路模型如图13－1（d）所示。转移电流比 ?三、实验设备
1、MEL－06组件 （含直流数字电压表、直流数字毫安表） 2、恒压源（含＋6V，＋12V，0～30V可调） 3、恒流源
4、EEL－31组件（含运算放大器、电阻、电位器） 四、实验任务
1、测试电压控制电压源（VCVS）特性
实验电路如图13－7所示，图中，U1用恒压源的 可调电压输出端，R1＝R2＝10ｋΩ，RL＝2ｋΩ（用电阻箱）。 （1）测试VCVS的转移特性U2=f（U1）
+?i2i1??(1+R1R2)
+_∞+R1+U1RLU2_R2_ 调节恒压源输出电压U1（以电压表读数为准），用
电压表测量对应的输出电压U2，将数据记入表13－1中。 图13－7
表13－1 VCVS的转移特性数据 U1/V U2/V ?/V U20 1 2 3 4 5 6 7 8 ?表示，并将改变电阻R1，使其R1＝20ｋΩ，按上述方法测量对应的输出电压，用U2数据记入表13－1中。
（2）测试VCVS的负载特性U2=f（RL）
保持U1＝2V，负载电阻RL用电阻箱，并调节其大小，用电压表测量对应的输出电压U2，将数据记入表13－2中。
表13－2 VCVS的负载特性数据
RL/Ω 50 70 100 200 300 400 500 1000 ++_U12000 ∞+I2ARLU2/V 2、 试电压控制电流源（VCCS）特性 实验电路如图13－8所示，图中，U1用恒压源的 可调电压输出端，R1＝10ｋΩ，RL＝2ｋΩ（用电阻箱）。 （1）测试VCCS的转移特性I2=f（U1） 调节恒压源输出电压U1（以电压表读数为准），
用电流表测量对应的输出电流I2，将数据记入表13－3中。 8
_R1 图13－
12
表13－3 VCCS的转移特性数据 U1/V 0 0．５ １ １．５ ２ ２．５ ３ ３．５ ４ I2/mA （２）测试VCCS的负载特性I2=f（RL） 保持U1＝2V，负载电阻RL用电阻箱，并调节其大小，用电流表测量对应的输出电流I2，将数据记入表13－4中。
表13－4 VCVS的负载特性数据
RL/ｋΩ 50 20 10 5 3 1 0．5 ０．２ R1_+1０．１ I2/ｍＡ 3、测试电流控制电压源（ＣCＶS）特性 R1＝10ｋΩ，RL＝2ｋΩ（用电阻箱）。
实验电路如图１３－９所示，图中，Ｉ1用恒流源，
AI（1）测试CCVS的转移特性U2=f（U1）
调节恒流源输出电流I1（以电流表读数为准），
０．２
∞+RL+U2_用电压表测量对应的输出电压U2，将数据记入 表13－5中。 I1/ mA 0 ０．０５ ０．１ ０．１５ 图１３－９ ０．３ ０．４ 表13－5 CCVS的转移特性数据
０．２５ U2/V （２）测试ＣＣＶＳ 的负载特性Ｕ２=f（RL） 保持Ｉ1＝０．2ｍＡ，负载电阻RL用电阻箱，并调节其大小，用电压表测量对应的输出电压U2，将数据记入表13－6中。
表13－6 ＣＣＶＳ的负载特性数据 RL/Ω 50 100 150 200 500 1ｋ 2ｋ R1AAI1_+10ｋ ８0ｋ I2RLU2/Ｖ ４、测试电流控制电流源（ＣCCS）特性 实验电路如图１３－１０所示。图中，Ｉ1用 恒流源，R1＝R2＝10ｋΩ，RL＝2ｋΩ（用电阻箱）。 （1）测试ＣCCS的转移特性I2=f（I1）
调节恒流源输出电流I1（以电流表读数为准）， 用电流表测量对应的输出电流I2，I1、I2分别用EEL －31组件中的电流插座5－6和17－18测量，将数 据记入表13－7中。 I1/ mA 0 ０．０５
∞+R2 图１３－１０ 表13－7 CCCS的转移特性数据 ０．１ ０．１５ ０．２ ０．２５ ０．３ ０．４ I2/ mA （２）测试CCCS 的负载特性I２=f（RL）
保持Ｉ1＝０．2ｍＡ，负载电阻RL用电阻箱，并调节其大小，用电流表测量对应的输出电流I2，将数据记入表13－8中。
表13－8 CCCV的负载特性数据
RL/Ω I2/ mA 50 100 150 200 500 1ｋ 2ｋ 10ｋ ８0ｋ
五、实验注意事项
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1、用恒流源供电的实验中，不允许恒流源开路；
2、运算放大器输出端不能与地短路，输入端电压不宜过高（小于5V）。 六、预习与思考题
1、什么是受控源？了解四种受控源的缩写、电路模型、控制量与被控量的关系； 2、四种受控源中的转移参量μ、g、r和β的意义是什么？如何测得？
3、若受控源控制量的极性反向，试问其输出极性是否发生变化？
4、如何由两个基本的CCVC和VCCS获得其它两个CCCS和VCVS，它们的输入输出如何连接？
5、了解运算放大器的特性，分析四种受控源实验电路的输入、输出关系。 七、实验报告要求
1、根据实验数据，在方格纸上分别绘出四种受控源的转移特性和负载特性曲线，并求出相应的转移参量μ、g、r和β；
2、参考表13－1数据，说明转移参量μ、g、r和β受电路中哪些参数的影响？如何改变它们的大？
3、回答预习与思考题中的3、4题；
4、对实验的结果作出合理地分析和结论，总结对四种受控源的认识和理解。
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实验六 串联谐振电路特性的研究
一、实验目的
1、加深理解电路发生谐振的条件、特点，掌握电路品质因数（电路Ｑ值）、通频带的物
理意义及其测定方法； 2、学习用实验方法绘制Ｒ、Ｌ、Ｃ串联电路不同Q值下的幅频特性曲线； 3、熟练使用信号源、频率计和交流毫伏表。 二、原理说明
在图23—１所示的Ｒ、Ｌ、Ｃ串联电路中，电路复阻抗Z?R?j(?L?11?C)，
当?L??C?与I?同相，电路发生串联谐振，谐振角频率??时，Z＝R ，U0I?C1LC，
L谐振频率f0?12?LC。
??U
?为响应 ?为激励信号，U在图23－1电路中，若UR?图23-1R?UR信号，其幅频特性曲线如图23－2所示，在ｆ＝ｆ０时，
A＝1，UR＝U ，ｆ≠ｆ０时，UR＜U ，呈带通特性。A＝0.707，即UR＝0.707U 所对
应的两个频率ｆL和ｆｈ为下限频率和上限频率，ｆｈ－ｆL为通频带。通频带的宽窄与电阻
R有关，不同电阻值的幅频特性曲线如图23－3所示。
AAR?R?10.70710.707RR?0ffLf0fh图23-20f0图23-3f电路发生串联谐振时，UR＝U ，UL＝UC＝QU ，Q称为品质因数，与电路的参数R、L、C有关。Ｑ值越大，幅频特性曲线越尖锐，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。在本实验中，用交流毫伏表测量不同频率下的电压U 、UR、UL、UC，绘制Ｒ、Ｌ、Ｃ串联电路的幅频特性曲线，并根据? f?fh?fL计算出通频带，根据Q?Q?f0fh?fLUUL?UCU或
计算出品质因数,
三、实验设备
１、信号源（含频率计）
２、交流毫伏表
３、ＥＥＬ—33组件（含实验电路）
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四、实验内容
实验电路如图23－4所示（在ＥＥＬ—33组件上），图中：L＝16.5ｍH，R、C可选不 同数值，信号源输出正弦波电压作为输入电?uR?31压ｕ，调节信号源正弦波输出电压，并用交
50?流毫伏表测量，使输入电压ｕ的有效值Ｕ＝1?Ｖ，并保持不变，信号源正弦波输出电压的频率用频率计测量。
１、测量Ｒ、Ｌ、Ｃ串联电路谐振频率 选取R＝50Ω，C＝9000PF，调节信号
u2100?16.5mH1000pF8000pF??4uC0~540pF?uL?50~540pF?源正弦波输出电压频率，由小逐渐变大（注
图23-4意要维持信号源的输出电压不变，用交流毫伏表不断监视），并用交流毫伏表测量电阻R两端电压UR，当UR的读数为最大时，读得频率计上的频率值即为电路的谐振频率ｆ0，并测量此时的UC与UL值（注意及时更换毫伏表的量限），将测量数据记入自拟的数据表格中。
2、测量Ｒ、Ｌ、Ｃ串联电路的幅频特性 在上述实验电路的谐振点两侧，调节信号源正弦波输出频率，按频率递增或递减５００Ｈz或１KHz,依次各取7个测量点，逐点测出UR、UL和UC 值，记入表23－1中。
表23－1 幅频特性实验数据一
f(ｋHz) UR(V) UL(V) UC(V) 3、在上述实验电路中，改变电阻值，使R=100?,重复步骤1、２的测量过程，将幅频特性数据记入表23－2中。
表23－2 幅频特性实验数据二
f(ｋHz) UR(V) UL(V) UC(V) 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，在改变频率时，应调整信号输
出电压，使其维持在１Ｖ不变；
2、在测量UL和UC数值前，应将毫伏表的量限改大约十倍，而且在测量UL与UC时毫伏
表的“＋”端接电感与电容的公共点4。
六、预习与思考题
1、根据实验1、3的元件参数值，估算电路的谐振频率，自拟测量谐振频率的数据表格； 2、改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振，电路中Ｒ的数值是否影响谐振频率？ 3、如何判别电路是否发生谐振？测试谐振点的方案有哪些？
4、电路发生串联谐振时，为什么输入电压ｕ不能太大，如果信号源给出１Ｖ的电压，
电路谐振时，用交流毫伏表测ＵＬ和ＵＣ，应该选择用多大的量限？为什么？ 5、要提高Ｒ、Ｌ、Ｃ串联电路的品质因数，电路参数应如何改变？
七、实验报告要求
1、电路谐振时，比较输出电压UR与输入电压U是否相等？ＵＬ和ＵＣ是否相等？试分
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析原因。
2、根据测量数据，绘出不同Ｑ值的三条幅频特性曲线：
ＵR＝f (f), ＵＬ＝f (f), ＵＣ＝f (f)
3、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素的影响； 4、对两种不同的测Ｑ值的方法进行比较，分析误差原因； 5、回答思考题1、2、5； 6、试总结串联谐振的特点。
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实验七 单相照明电路及功率因数的改善
单相照明电路：
一、实验目的
1、学会使用交流数字仪表（电压表、电流表、功率表）和自耦调压器；
2、学习用交流数字仪表测量交流电路的电压、电流和功率； 3、学会用交流数字仪表测定交流电路参数的方法； 4、加深对阻抗、阻抗角及相位差等概念的理解。 二、原理说明
正弦交流电路中各个元件的参数值，可以用交流电压表、交流电流表及功率表，分别测量出元件两端的电压Ｕ，流过该元件的电流Ｉ和它所消耗的功率Ｐ，然后通过计算得到所求的各值，这种方法称为三表法，是用来测量５０Hz交流电路参数的基本方法。计算的基本公式为：
电阻元件的电阻：R?URIULIUCI或R?PI2
电感元件的感抗XL?，电感L?XL2?f1
电容元件的容抗XC?，电容C?2?fXC
串联电路复阻抗的模Z?UI，阻抗角 ? ?arctgXR
其中：等效电阻 R?PI2，等效电抗X?Z2?R2
本次实验电阻元件用白炽灯（非线性电阻）。电感线圈用镇流器，由于镇流器线圈的金属导线具有一定电阻，因而，镇流器可以由电感和电阻相串联来表示。电容器一般可认为是理想的电容元件。 在R、L、C串联电路中，各元件电压之间存在相位差，电源电压应等于各元件电压的相量和，而不能用它们的有效值直接相加。
电路功率用功率表测量，功率表（又称为瓦特表）是一种电动式仪表，其中电流线圈与负载串联，（具有两个电流线圈，可串联或并联，以便得到两个电流量程），而电压线圈与电源并联，电流线圈和电压线圈的同 名端（标有*号端）必须连在一起，如 图１9—1所示。本实验使用数字式功率表，连接方法与电动式功率表相同，电压、电流量程分别选450V和3A。 三、实验设备
1、交流电压表、电流表、功率表
?电源?3AI?450VU负载u?图19-1RL 18
2、自耦调压器（输出可调的交流电压）
3、ＥＥＬ—17组件（含白炽灯220V、40W，日光灯30W、镇流器，电容器４μＦ、 2μＦ／４００Ｖ） 四、实验内容
实验电路如图19－2所示，功率表的连接方法见图19－1，交流电源经自耦调压器调压后向负载Z供电。 1、测量白炽灯的电阻
图19－2电路中的Z为一个220V、40W的 白炽灯，用自耦调压器调压，使U为220V，（用 电压表测量），并测量电流和功率，记入自拟的 数据表格中。
将电压U调到110V，重复上述实验。
图19-22、测量电容器的容抗
将图19－2电路中的Z换为４μＦ的电容器（改接电路时必须断开交流电源），将电压
**WA220V?uVZ?U调到220V，测量电压、电流和功率，记入自拟的数据表格中。
将电容器换为2μＦ，重复上述实验。
3、测量镇流器的参数
将图19－2电路中的Z换为镇流器，将电压U分别 调到180V和90V，测量电压、电流和功率，记入自拟的 数据表格中。
4、测量日光灯电路
+u镇流器+uRL-+uR日光灯管启辉器S--日光灯电路如图19－3所示，用该电路取代图
图19-316－2电路中的Z，将电压U调到220V，测量日光灯
管两端电压UR、镇流器电压URL和总电压U以及电流和功率，并记入自拟的数据表格中。 五、实验注意事项
1、通常，功率表不单独使用，要有电压表和电流表监测，使电压表和电流表的读数不超过功率表电压和电流的量限；
2、注意功率表的正确接线，上电前必须经指导教师检查；
3、自耦调压器在接通电源前，应将其手柄置在零位上，调节时，使其输出电压从零开始逐渐升高。每次改接实验负载或实验完毕，都必须先将其旋柄慢慢调回零位，再断电源。必须严格遵守这一安全操作规程。 六、预习与思考题
1、自拟实验所需的全部表格；
2、在５０Hz的交流电路中，测得一只铁心线圈的Ｐ、Ｉ和Ｕ，如何计算得它的电阻值及电感量？
3、参阅课外资料，了解日光灯的电路连接和工作原理；
4、当日光灯上缺少启辉器时，人们常用一根导线将启辉器插座的两端短接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮；或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？
5、了解功率表的连接方法； 6、了解自耦调压器的操作方法。 七、实验报告要求
1、根据实验1的数据，计算白炽灯在不同电压下的电阻值； 2、根据实验2的数据，计算电容器的容抗和电容值；
3、根据实验3的数据，计算镇流器的参数（电阻R和电感L）；
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4、根据实验4的数据，计算日光灯的电阻值，画出各个电压和电流的相量图，说明各个电压之间的关系。
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实验八 三相交流电路电压、电流和相序的测量
三相电路电压、电流的测量
一、实验目的
1、练习三相负载的星形联接和三角形联接；
2、了解三相电路线电压与相电压，线电流与相电流之间的关系； 3、了解三相四线制供电系统中，中线的作用； 4、观察线路故障时的情况。 二、原理说明
电源用三相四线制向负载供电，三相负载可接成星形（又称‘Ｙ’形）或三角形（又称‘Δ’形）。
当三相对称负载作‘Ｙ’形联接时，线电压ＵＬ是相电压ＵＰ的3倍，线电流ＩＬ等于相电流ＩＰ，即：U?3UP, IL?IP ，流过中线的电流ＩN＝０；作‘Δ’形联接时，
3IP, U?UL线电压ＵＬ等于相电压ＵＰ，线电流ＩＬ是相电流ＩＰ的3倍，即：IL?
LP不对称三相负载作‘Ｙ’联接时，必须采用‘ＹＯ’接法，中线必须牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压等于电源的相电压（三相对称电压）。若中线断开，会导致三相负载电压的不对称，致使负载轻的那一相的相电压过高，使负载遭受损坏，负载重的一相相电压又过低，使负载不能正常工作；对于不对称负载作‘Δ’ 联接时，ＩＬ≠3ＩＰ，但只要电源的线电压ＵＬ对称，加在三相负载上的电压仍是对称的，对各相负载工作没有影响。 本实验中，用三相调压器调压输出作为三相交流电源，用三组白炽灯作为三相负载，线电流、相电流、中线电流用电流插头和插座测量。 三、实验设备
1、三相可调交流电源
2、交流电压表、电流表
3、ＥＥＬ—17B组件（含40W白炽灯9个、电流插座、电容） 四、实验内容
1、三相负载星形联接（三相四线制供电）
实验电路如图24－1所示，将白炽灯按图所示，连接成星形接法。用三相调压器调压输
出作为三相交流电源，具体操作如下：将三相调压器的旋钮置于三相电压输出为０Ｖ的位置（即逆时针旋到底的位置），然后旋转旋钮，调节调压器的输出，使输出的三相线电压为２２０Ｖ。测量线电压和相电压，并记录数据。
(1)在有中线的情况下，测量三相负载对称和不对称时的各相电流、中线电流和各相电压，将数据记入表24－1中，并记录各灯的亮度。
(2)在无中线的情况下，测量三相负载对称和
图 24-1UVABWNCN?21
不对称时的各相电流、各相电压和电源中点N到负载中点Nˊ的电压UNNˊ，将数据记入表24－1中，并记录各灯的亮度。
表２4—１ 负载星形联接实验数据
中线 每相灯数 负载相电压（Ｖ） 连接 A B C UA 有 1 1 1 1 2 1 1 断开 电流（A） UNNˊ IN （V） A亮度比较 A、B、C UB UC IA IB UIC 2 2 1 无 断开 1 2 1 1 1 1 1 短路 3 2、三相负载三角形联接 实验电路如图24－2所示，将白炽灯按图所示，连接成三角形接法。调节三相调压器的输出电压，使输出的三相线电压为２２０Ｖ。测量三相负载对称和不对称时的各相电流、线电流和各相电压，将数据记入表24－2中，并记录各灯的亮度。 表２4—２ 负载三角形联接实验数据 A-B 1 1 每相灯数 B-C 1 2 C-A 1 3 相电压（Ｖ） 线电流(Ａ） VBWC图 24-2 相电流(Ａ） 亮度UAB UBC UCA IA IB IC IAB IBC ICA 比 较 五、实验注意事项
1、每次接线完毕，同组同学应自查一遍，然后由指导教师检查后，方可接通电源，必须严格遵守先接线，后通电；先断电，后抓线的实验操作原则。 2、星形负载作短路实验时，必须首先断开中线，以免发生短路事故。
3、测量、记录各电压、电流时，注意分清它们是哪一相、哪一线，防止记错。 六、预习与思考题
1、三相负载根据什么原则作星形或三角形连接？本实验为什么将三相电源线电压设定
为220V？ 2、三相负载按星形或三角形连接，它们的线电压与相电压、线电流与相电流有何关系？
当三相负载对称时又有何关系？
3、说明在三相四线制供电系统中中线的作用，中线上能安装保险丝吗？为什么？ 七、实验报告要求
Ul?1、根据实验数据，在负载为星形连接时，
3Up在什么条件下成立？在三角形连
接时，Il?3Ip在什么条件下成立？
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2、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；
3、不对称三角形联接的负载，能否正常工作？实验是否能证明这一点？
根据不对称负载三角形联接时的实验数据，画出各相电压、相电流和线电流的相量图，并证实实验数据的正确性。
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