光电信息技术实验一一电路分析实验指导书 目录 第一篇基础型实验 实验一电工仪表的使用与测量误差的计算 实验二电路元件伏安特性的测量. .4 实验三直流电路中电位、电压的关系研究 .10 实验四基尔霍夫定律.12 实验五叠加定理的验证15 实验六戴维南定理和诺顿定理的验证 .18 实验七电压源与电流源的等效变换 23 实验八受控源特性测试， 26 第二篇综合型实验 .31 实验九RC一阶电路的动态过程研究实验 .31 实验十二阶动态电路响应的研究 .34 实验十一LC元件在正弦电路中的特性实验 .36 实验十二RLC串联谐振电路的研究 .39 实验十三双口网络测试. .42 实验十四RC选频网络特性测试 .45 实验十五负阻抗变换器. 实验十六回转器. .52 第三篇设计型实验. .56 实验十七万用表设计与制作 56 附1典型电信号的观察与测量. .97 杭州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心光电信息技术实验室
光电信息技术实验――电路分析实验指导书 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 目 录 第一篇 基础型实验 .1 实验一 电工仪表的使用与测量误差的计算.1 实验二 电路元件伏安特性的测量.4 实验三 直流电路中电位、电压的关系研究.10 实验四 基尔霍夫定律.12 实验五 叠加定理的验证.15 实验六 戴维南定理和诺顿定理的验证.18 实验七 电压源与电流源的等效变换.23 实验八 受控源特性测试.26 第二篇 综合型实验.31 实验九 RC 一阶电路的动态过程研究实验.31 实验十 二阶动态电路响应的研究.34 实验十一 RLC 元件在正弦电路中的特性实验.36 实验十二 RLC 串联谐振电路的研究.39 实验十三 双口网络测试.42 实验十四 RC 选频网络特性测试.45 实验十五 负阻抗变换器.48 实验十六 回转器.52 第三篇 设计型实验.56 实验十七 万用表设计与制作 .56 附 1 典型电信号的观察与测量.97
光电信息技术实验一一电路分析实验指导书 第一篇基础型实验 实验一常用电工仪表的使用与测量误差的计算 一、实验目的 1、熟悉各类测量仪表、各类电源的布局及使用方法 2、掌握电压表、电流表内电阻的测量方法 3、熟悉电工仪表测量误差的计算方法 二、实验说明 1、为了准确地测量电路中实际的电压和电流，必须保证仪表接入电路不会 改变被测电路的工作状态，这就要求电压表的内阻为无穷大：电流表的内阻为 零。而实际使用的电工仪表都不能满足上述要求。因此，当测量仪表一旦接) 电路，就会改变电路原有的工作状态，这就导致仪表的读数值与电路原有的实 际值之间出现误差，这种测量误差值的大小与仪表本身内阻值的大小密切相关 2、本实验测量电流表的内阻采用“分流法”，如图1-1所示。 RA IA A RB S IS R1 二①+ 图1-1 可调电流源 A为被测电阻(RA)的直流电流表，测量时先断开开关S,调节电流源的 输出电流1使A表指针满偏转，然后合上开关S,并保持1值不变，调节电阻 箱RB的阻值，使电流表的指针指在1/2满偏转位置，此时有IA=S=1/2, RA=RB/RI,RI为固定电阻器之值，RB由电阻箱的刻度盘上读得。 3、测量电压表的内阻采用分压法，如图1-2所示。 V为被测内阻(RV)的电压表，测量时先将开关S闭合，调节直流稳压源 的输出电压，使电压表V的指针为满偏转。然后断开开关S,调节RB使电压 表V的指示值减半。此时有 RV=RB+RI 电阻箱刻度盘读出值RB加上固定电阻R1,即为被测电压表的内阻值。 杭州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心光电信息技术实验室
光电信息技术实验――电路分析实验指导书 第一篇 基础型实验 实验一 常用电工仪表的使用与测量误差的计算 一、实验目的 1、熟悉各类测量仪表、各类电源的布局及使用方法 2、掌握电压表、电流表内电阻的测量方法 3、熟悉电工仪表测量误差的计算方法 二、实验说明 1、为了准确地测量电路中实际的电压和电流，必须保证仪表接入电路不会 改变被测电路的工作状态，这就要求电压表的内阻为无穷大；电流表的内阻为 零。而实际使用的电工仪表都不能满足上述要求。因此，当测量仪表一旦接入 电路，就会改变电路原有的工作状态，这就导致仪表的读数值与电路原有的实 际值之间出现误差，这种测量误差值的大小与仪表本身内阻值的大小密切相关。 2、本实验测量电流表的内阻采用“分流法”，如图 1-1 所示。 图 1-1 可调电流源 A 为被测电阻（RA）的直流电流表，测量时先断开开关 S，调节电流源的 输出电流 I 使 A 表指针满偏转，然后合上开关 S，并保持 I 值不变，调节电阻 箱 RB 的阻值，使电流表的指针指在 1/2 满偏转位置，此时有 IA=IS=1/2， RA=RB//R1，R1 为固定电阻器之值，RB 由电阻箱的刻度盘上读得。 3、测量电压表的内阻采用分压法，如图 1-2 所示。 V 为被测内阻（RV）的电压表，测量时先将开关 S 闭合，调节直流稳压源 的输出电压，使电压表 V 的指针为满偏转。然后断开开关 S，调节 RB 使电压 表 V 的指示值减半。此时有 RV=RB+R1 电阻箱刻度盘读出值 RB 加上固定电阻 R1，即为被测电压表的内阻值。 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 1
光电信息技术实验一一电路分析实验指导书 R2 RV U A◆ R1 ⊙t 图1-2可调稳压源 图1-3 电压表灵敏度为 S=RV/U (Q/V) 4、仪表内阻引入的测量误差（通常称之为方法误差，而仪表本身构造上引 起的误差称这仪表基本误差)的计算。 以图13所示电路为例，R1上的电压为 aR本元，若R=尼，则a 现有一内阻为RV的电压表来测量Um值，当RV与RI并联后，RB=RR Rv+Ri 以此来替代上式中的R1,则得 RrRI UR=RR+R Rv+RI Rv+R RvRi 为△U=U'R-UR=U Rv+R 人R+R+RR+R 化简后得△U= -RR2U RrR21+2RR2+R22+RR2(R1+R2) 若R1=R2=RV,则得 6 相对误差AU%x10%= URI -016x100%=-3.3 三、实验设备 序号 名称 型号与规格 数量 备注 可调直流稳压源 1可调恒流源 杭州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室
光电信息技术实验――电路分析实验指导书 图 1-2 可调稳压源 图 1-3 电压表灵敏度为 S=RV/U（Ω/V） 4、仪表内阻引入的测量误差（通常称之为方法误差，而仪表本身构造上引 起的误差称这仪表基本误差）的计算。 以图 1-3 所示电路为例，R1 上的电压为 U RR R UR 21 1 1 ，若 R R21 ，则 R UU 2 1 1 现有一内阻为 RV 的电压表来测量 值，当 UR1 RV 与 R1 并联后， 1 1 RR RR R V V AB 以此来替代上式中的 R1，则得 U R RR RR RR RR RU V V V V 2 1 1 1 1 1 21 1 2 1 1 1 1 11 RR R R RR RR RR RR UURR V V V V 为 UU 化简后得 21212 2 211 2 2 2 1 2 RRRRRRRRR URR U V 若 R1=R2=RV，则得 6 U U 相对误差 3.33%100 / 2 6/ % %100 1 11 U U U UU U R RR 三、实验设备 序号 名 称 型号与规格 数量 备注 1 可调直流稳压源 1 1 可调恒流源 1 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 2
光电信息技术实验一一电路分析实验指导书 3万用表 MF500B或其它 4电位器 10KO 5电阻器 8.2K2,10K2 四、实验内容 1、根据“分流法”原理测定MF500B型（或其他型号）万用表直流毫安1mA 和10mA档量限的内阻，线路如图1-1所示。 被测电流S断开时的 S闭合时的 RI 计算内阻 表量限 IA (mA) I'A (mA) (Q) (2) RA(2) 10 mA 2、根据“分压法”原理按图1-2接线，测定万用表直流电压10V和50V档量 限的内阻。 被测电压S闭合时的S新开时表 计算内阻 表量限 读数(V) 读数(V) (K2) (K2) RV(KQ) (2W) 10V 50V 3、用万用表直流电压50V档量程测量1-3电路中R1上的电压U:之值，并计 算测量的绝对误差与相对误差。 U R2 RI R50V 计算值 实测值U" 绝对误 相对误差 URI △ K2) R1(V) RI (V) 差△U 7×100% 20V10K220K2 五、实验注意事项： 1、实验台上提供所有实验的电源，直流稳压电源和恒流源均可调节其输出 量，并由数字电压表和数字毫安表显示其输出量的大小，启动电源之前，应使 其输出旋钮置于零位，实验时再缓缓地增、减输出。 2、稳压源的输出不允许短路，恒流源的输出不允许开路。 3、电压表应与电路并联使用，电流表与电路串联使用，并且都要注意极性 与量程的合理选择。 六、思考题 1、根据实验内容1和2，若己求出1mA档和10V档的内阻，可否直接计 算得出10mA档和50V档的内阻？ 2、用量程为10A的电流表测实际值为8A的电流时，实际读数为8.1A, 求测量的绝对误差和相对误差 杭州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心光电信息技术实验室
光电信息技术实验――电路分析实验指导书 3 万用表 MF500B 或其它 1 4 电位器 10KΩ 1 5 电阻器 8.2KΩ，10 KΩ 四、实验内容 1、根据“分流法”原理测定 MF500B 型（或其他型号）万用表直流毫安 1mA 和 10mA 档量限的内阻，线路如图 1-1 所示。 被测电流 表量限 S 断开时的 IA（mA） S 闭合时的 I’A (mA) RB (Ω) R1 (Ω) 计算内阻 RA(Ω) 1 mA 10 mA 2、根据“分压法”原理按图 1-2 接线，测定万用表直流电压 10V 和 50V 档量 限的内阻。 被测电压 表量限 S 闭合时的 读数（V） S 断开时表 读数（V） RB (KΩ) R1 (KΩ) 计算内阻 RV(KΩ) S （Ω/V） 10V 50V 3、用万用表直流电压 50V 档量程测量 1-3 电路中 R1 上的电压 之值，并计 算测量的绝对误差与相对误差。 UR1 U R2 R1 R50V (KΩ) 计算值 UR1 R1（V） 实测值U R1（V） 绝对误 差 U 相对误差 20V 10KΩ 20KΩ 五、实验注意事项： 1、实验台上提供所有实验的电源，直流稳压电源和恒流源均可调节其输出 量，并由数字电压表和数字毫安表显示其输出量的大小，启动电源之前，应使 其输出旋钮置于零位，实验时再缓缓地增、减输出。 2、稳压源的输出不允许短路，恒流源的输出不允许开路。 3、电压表应与电路并联使用，电流表与电路串联使用，并且都要注意极性 与量程的合理选择。 六、思考题 1、根据实验内容 1 和 2，若已求出 1 mA 档和 10V 档的内阻，可否直接计 算得出 10 mA 档和 50V 档的内阻？ 2、用量程为 10A 的电流表测实际值为 8A 的电流时，实际读数为 8.1A， 求测量的绝对误差和相对误差。 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 3
光电信息技术实验一一电路分析实验指导书 3、如图1-4(a)、(b)为伏安法测量电阻的两种电路，被测电阻的实际值为 RX,电压表的内阻为RV,电流表的内阻为RA,求两种电路测电阻RX的相对 误差。 )Rv(V (a) 图1-4 (b) 七、实验报告 1、列表记录实验数据，并计算各被测仪表的内阻值。 2、计算实验内容3的绝对误差与相对误差。 3、对思考题的计算。 实验二电路元件伏安特性的测量 一、实验目的 1、学会识别常用电路和元件的方法。 2、掌握线性电阻、非线性电阻元件及电压源和电流源的伏安特性的测试方 法。 3、学会常用直流电工仪表和设备的使用方法。 二、实验原理 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1 之间的函数关系=U)表示，即-U平面上的一条曲线来表征，即元件的伏安 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2-1中 曲线所示，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”的阻值相差几倍至几十倍，所以它的伏安特性曲线如图2-1中b 曲线所示。 杭州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心光电信息技术实验室
光电信息技术实验――电路分析实验指导书 3、如图 1-4（a）、(b)为伏安法测量电阻的两种电路，被测电阻的实际值为 RX，电压表的内阻为 RV，电流表的内阻为 RA，求两种电路测电阻 RX 的相对 误差。 (a) 图 1-4 (b) 七、实验报告 1、列表记录实验数据，并计算各被测仪表的内阻值。 2、计算实验内容 3 的绝对误差与相对误差。 3、对思考题的计算。 实验二 电路元件伏安特性的测量 一、实验目的 1、学会识别常用电路和元件的方法。 2、掌握线性电阻、非线性电阻元件及电压源和电流源的伏安特性的测试方 法。 3、学会常用直流电工仪表和设备的使用方法。 二、实验原理 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)表示，即 I-U 平面上的一条曲线来表征，即元件的伏安 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 2-1 中 a 曲线所示，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”的阻值相差几倍至几十倍，所以它的伏安特性曲线如图 2-1 中 b 曲线所示。 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 4
光电信息技术实验一一电路分析实验指导书 3、一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其伏安特性曲线如图21 中c曲线所示。正向压降很小（一般的锗管约为0.20.3V硅管约为0.50.7V) 正向电流随正向压降的升高而急剧上升，而反向电压从零一直增加到几十伏时， 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21中d曲线所示。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，以后它的端电压将维持恒定，不再随外 加的反向电压升高而增大。注意：流过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。 I(mA)A ca 30 -10 U( 图2-1各种电路元件的伏安特性曲线 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 030V或012V 2 万用表 MF500B或其他 3 直流数字毫安表 4 直流数字电压表 5 可调电位器或滑线变阻器 6 二极管 2CP15(或N4004) 7 稳压管 2CW51 8 白炽灯 12V 9 线性电阻 1K2/1W 四、实验内容 1、测定线性电阻器的伏安特性 按图2-2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。 杭州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心光电信息技术实验室
光电信息技术实验――电路分析实验指导书 3、一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其伏安特性曲线如图 2-1 中 c 曲线所示。正向压降很小（一般的锗管约为 0.2～0.3V, 硅管约为 0.5～0.7V）, 正向电流随正向压降的升高而急剧上升，而反向电压从零一直增加到几十伏时， 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 2-1 中 d 曲线所示。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，以后它的端电压将维持恒定，不再随外 加的反向电压升高而增大。注意：流过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。 图 2-1 各种电路元件的伏安特性曲线 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 0～30V 或 0～12V 1 2 万用表 MF500B 或其他 1 3 直流数字毫安表 1 4 直流数字电压表 1 5 可调电位器或滑线变阻器 1 6 二极管 2CP15（或 IN4004） 1 7 稳压管 2CW51 1 8 白炽灯 12V 1 9 线性电阻 1KΩ/1W 1 四、实验内容 1、测定线性电阻器的伏安特性 按图 2-2 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。 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 5
光电信息技术实验一一电路分析实验指导书 图2-2 UR(V) 0 4 10 ImA） 2、测定非线性白炽灯泡的伏安特性 将图2-2中的RL换成一只12V的汽车灯泡，重复1的步骤。 UR(V)0 5 810 I(mA) 3、测定半导体二极管的伏安特性 按图2-3接线，R为限流电阻器。测二极管的正向特性时，其正向电流不得 超过35mA,二极管D的正向施压UD+可在0~0.75V之间取值，特别是在0.5 0.75V之间更应多取几个测量点。做反向特性实验时，只需将图2-3中的二极 管D反接，且其反向施压UD-可加到30V。 R200 2CP15 图2-3 正向特性实验数据 U-V0.100.300.500.550.600.650.700.75 I (mA) 反向特性实验数据 UD- -3 -5 -10 -20 -30 -35 -40 (V) I(mA) 4、测定稳压二极管的伏安特性 只要将图2-3中的二极管换成稳压二极管，重复实验内容3的测量。测量 杭州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心光电信息技术实验室
光电信息技术实验――电路分析实验指导书 图 2-2 UR(V) 0 3 4 5 7 8 10 I(mA) 2、测定非线性白炽灯泡的伏安特性 将图 2-2 中的 RL 换成一只 12V 的汽车灯泡，重复 1 的步骤。 UR(V) 0 3 4 5 7 8 10 I(mA) 3、测定半导体二极管的伏安特性 按图 2-3 接线，R 为限流电阻器。测二极管的正向特性时，其正向电流不得 超过 35mA，二极管 D 的正向施压 UD+可在 0～0.75V 之间取值，特别是在 0.5～ 0.75V 之间更应多取几个测量点。做反向特性实验时，只需将图 2-3 中的二极 管 D 反接，且其反向施压 UD－可加到 30V。 图 2-3 正向特性实验数据 UD+(V) 0.10 0.30 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 I (mA) 反向特性实验数据 UD－ (V) -3 －5 －10 －20 －30 －35 －40 I (mA) 图 2-3 中的二极管换成稳压二极管，重复实验内容 3 的测量。测量 4、测定稳压二极管的伏安特性 只要将 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 6
光电信息技术实验一一电路分析实验指导书 点自定。 正向特性实验数据 UD+(V) I (mA) 反向特性实验数据 Up- (V) I(mA) 5、测定电压源伏安特性 A 图2-4 按图2-4连接电路图，调节U为5V,改变R1的值，测量U和的值。记入下 表中： RL(2) 100 200300 500 600700800 I(mA) UV 6、测定电流源伏安特性 mA 图2.5 按图2-5接好电路图，调节R的值，测出各种不同L值时的1和U,记入表 中： 杭州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心光电信息技术实验室
光电信息技术实验――电路分析实验指导书 点自定。 正向特性实验数据 UD+(V) I (mA) 反向特性实验数据 UD－ (V) I (mA) 5、测定电压源伏安特性 图 2-4 连接电路图，调节U为 ，改 的值，测量U 值。 下 表 R 100 200 300 500 600 700 800 按图 2-4 中 5V 变RL 和I的 记入 ： L（Ω） I(mA) U(V) 6、测定电流源伏安特性 图 2-5 图 2-5 接好电路图，调节RL的值，测出各种不同RL值时的I和U，记入表 中： 按 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 7
光电信息技术实验一一电路分析实验指导书 RL(2) 100200 300 500 600700 800 I(mA) U(V) 六、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35mA。 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，切勿 使仪表超量程，仪表的极性亦不可接错。 七、思考题 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=U,试问在逐点绘制曲线时， 其坐标变量应如何放置？ 3、在图2-3中，设U=3V,UD+=0.7V,则毫安表(mA)表读数为多少？ 4、稳压二极管与普通二极管有何区别，其用途如何？ 八、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 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、归纳各被测元件的特性。 3、必要的误差分析。 杭州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心光电信息技术实验室
光电信息技术实验――电路分析实验指导书 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 8 RL（Ω） 100 200 300 500 600 700 800 I(mA) U(V) 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，切勿 ，仪表的极性亦不可接错。 题 其坐 3、在图 2-3 中，设U=3V，UD+ = 0.7V，则毫安表（mA）表读数为多少？ 管与普通二极管有何区别，其用途如何？ 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 2、根据实验结果，总结、归纳各被测元件的特性。 3、必要的误差分析。 六、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 35mA。 使仪表超量程 七、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)，试问在逐点绘制曲线时， 标变量应如何放置？ 4、稳压二极 八、实验报告 1、根据各实验 比例尺）
光电信息技术实验一一电路分析实验指导书 实验三直流电路中电位、电压的关系研究 杭州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心光电信息技术实验室
光电信息技术实验――电路分析实验指导书 验三 直流电路中电位、电压的关系研究 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 9 实