光电信息技术实验一一电路分析实验指导书 实验五 叠加定理的验证 一、实验目的 1、验证线性电路叠加原理的正确性，加深对线性电路的叠加性和齐次性的 认识和理解。 2、学习复杂电路的连接方法 二、实验原理 如果把独立电源称为激励，由它引起的支路电压、电流称为响应，则叠加 原理可以简述为：在有多个独立源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件 的电流或其两端的电压，可以看成是每一个独立源单独作用时在该元件上所产 生的电流或电压的代数和 在含有受控源的线性电路中，叠加定理也是适用的。但叠加定理不适用于 功率计算，因为在线性网络中，功率是电压或者电流的二次函数 线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增加或减少K倍时， 电路的响应（即在电路其他各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增加或 减小K倍。 三、实验设备 序号名称 型号与规格 数量备注 可调直流稳压电源 030V或0-12V 2 直流稳压电源 6V、12V切换 3 万用表 MF500B或其他 4 直流数字毫安表 直流数字电压表 四、实验内容 实验线路如图5-1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 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 15 实验五 叠加定理的验证 一、实验目的 1、验证线性电路叠加原理的正确性，加深对线性电路的叠加性和齐次性的 认识和理解。 2、学习复杂电路的连接方法 二、实验原理 如果把独立电源称为激励，由它引起的支路电压、电流称为响应，则叠加 原理可以简述为：在有多个独立源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件 的电流或其两端的电压，可以看成是每一个独立源单独作用时在该元件上所产 生的电流或电压的代数和。 在含有受控源的线性电路中，叠加定理也是适用的。但叠加定理不适用于 功率计算，因为在线性网络中，功率是电压或者电流的二次函数。 线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增加或减少 K 倍时， 电路的响应（即在电路其他各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增加或 减小 K 倍。 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 直流稳压电源 6V 、 12V 切换 3 万用表 MF500B 或其他 1 4 直流数字毫安表 1 5 直流数字电压表 1 四、实验内容 实验线路如图 5-1 所示
光电信息技术实验一一电路分析实验指导书 R1 R2 B ●mA m4●d 510 510 R3 1K ●】 820 D1 K3 图51叠加原理验证单元 1、将两路稳压源的输出分别调节为12V和6V,接到U1和U2处 2、令U1电源单独作用（将开关K1投向U1,开关K2投向短路侧）。用直 流数字电压表和毫安表分别测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记 入表5-1. 表5-1 测量项 实验内 (V) (mA (mA (mA ww 容 U1单 独作 用 U2单 独作 U1、U2共 同作用 3、令U2电源单独作用（将开关K1投向短路侧，开关K2投向U2侧）， 重复实验步骤2的测量并记录，数据记入表5-1。 4、令U1和U2共同作用（开关K1和开关K2分别投向U1和U2侧），重 复上述测量，重复实验步骤2的测量并记录，数据记入表5-1。 5、将U2的数值调至+12V,重复上述第3项的测量并记录，数据记入表5-1 6、将R4换成二极管N4004,把开关K3打向二极管N4004侧，重复步骤 1~5。数据记入表5-2。 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 16 图 5-1 叠加原理验证单元 1、将两路稳压源的输出分别调节为 12V 和 6V，接到 U1 和 U2 处。 2、令 U1 电源单独作用（将开关 K1 投向 U1,开关 K2 投向短路侧）。用直 流数字电压表和毫安表分别测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记 入表 5-1。 表 5-1 测量项 目 实验内 容 U1 (V) U2 (V) I1 (mA ) I2 (mA ) I3 (mA ) UAB (V) UCD (V) UAD (V) UDE (V) UEA (V) U1 单 独作 用 U2 单 独作 用 U1、U2 共 同作用 3、令 U2 电源单独作用（将开关 K1 投向短路侧，开关 K2 投向 U2 侧）， 重复实验步骤 2 的测量并记录，数据记入表 5-1。 4、令 U1 和 U2 共同作用（开关 K1 和开关 K2 分别投向 U1 和 U2 侧），重 复上述测量，重复实验步骤 2 的测量并记录，数据记入表 5-1。 5、将 U2 的数值调至+12V，重复上述第 3 项的测量并记录，数据记入表 5-1。 6、将 R4 换成二极管 IN4004，把开关 K3 打向二极管 IN4004 侧，重复步骤 1～5。数据记入表 5-2
光电信息技术实验一一电路分析实验指导书 表5.2 测量项 I2 I3 目实验 U2 (V) (V) (mA (mA(mA UDE ) (V) 内容 U1单 作用 U2单独 作用 U1、U2 共同作用 五、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，应注意仪表 的极性，正确判断测得值的十、一号后，记入数据表格。 2、注意仪表量程的及时更换。 六、预习思考题 1、可否直接将不作用的电源(U1或U2)短接置零？ 2、实验电路中，若有一个电阻器改为二极管，试问叠加原理的叠加性与齐 次性还成立吗？为什么？ 七、实验报告 1、根据实验数据表格，进行分析、比较、归纳、总结实验结论，即验证线 性电路的叠加性与齐次性。 2、各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？试用上述实验数据， 进行计算并作结论。 3、通过实验步骤6及分析表格5-2的数据，你能得出什么样的结论？ 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 17
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 17 表 5-2 测量项 目实验 内容 U1 ( V ) U2 (V) I1 (mA ) I2 (mA ) I3 (mA ) UAB (V) UCD (V) UAD (V) UDE (V) UEA (V) U1 单 独 作 用 U2 单独 作 用 U1、U2 共同作用 五、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，应注意仪表 的极性，正确判断测得值的＋、－号后，记入数据表格。 2、注意仪表量程的及时更换。 六、预习思考题 1、可否直接将不作用的电源（U1 或 U2）短接置零？ 2、实验电路中，若有一个电阻器改为二极管，试问叠加原理的叠加性与齐 次性还成立吗？为什么？ 七、实验报告 1、根据实验数据表格，进行分析、比较、归纳、总结实验结论，即验证线 性电路的叠加性与齐次性。 2、各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？试用上述实验数据， 进行计算并作结论。 3、通过实验步骤 6 及分析表格 5-2 的数据，你能得出什么样的结论？
光电信息技术实验一一电路分析实验指导书 实验六戴维南定理和诺顿定理的验证 一、实验目的 1、验证戴维南定理和诺顿定理，加深对戴维南定理和诺顿定理的的理解。 2、掌握有源二端口网络等效电路参数的测量方法。 二、实验原理 1、任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电源，则可 将电路的其余部分看作是一个有源二端口网络（或称为有源二端网络）。 戴维南定理指出：任何一个线性有源二端口网络，总可以用一个电压源和 一个电阻的串联来等效代替，如图6-1 线性有源 二端口网 （。)原电路 (b〕戴维南等效电1路 图6-1 其电压源的电动势Us等于这个有源二端口网络的开路电压Uoc,其等效内 阻R,等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为 开路)时的等效电阻。 诺顿定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电流源与一个电阻 并联组成来等效代替，如图6-2 线性有源 二端口网铭 〔)原电路 〔b)诺顿定理等效电路 图6-2 此电流源的电流Is等于这个有源二端口网络的短路电流IsC,其等效内阻Ro 定义同戴维南定理。 Uoc(Us)和Ro或者Isc(Is)和Ro称为有源二端口网络的等效参数。 杭州电子科技大学理学院物理实验教学不范中心。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 实验六 戴维南定理和诺顿定理的验证 一、实验目的 1、验证戴维南定理和诺顿定理，加深对戴维南定理和诺顿定理的的理解。 2、掌握有源二端口网络等效电路参数的测量方法。 二、实验原理 1、任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电源，则可 将电路的其余部分看作是一个有源二端口网络（或称为有源二端网络）。 戴维南定理指出：任何一个线性有源二端口网络，总可以用一个电压源和 一个电阻的串联来等效代替，如图 6-1 图 6-1 其电压源的电动势US等于这个有源二端口网络的开路电压UOC，其等效内 阻R0等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为 开路）时的等效电阻。 诺顿定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电流源与一个电阻 并联组成来等效代替，如图 6-2 图 6-2 此电流源的电流IS等于这个有源二端口网络的短路电流ISC，其等效内阻R0 定义同戴维南定理。 UOC(US)和R0或者ISC(IS)和R0称为有源二端口网络的等效参数。 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 18
光电信息技术实验一一电路分析实验指导书 2、有源二端口网络等效参数的测量方法 (1)开路电压、短路电流法测R。 在有源二端口网络输出端开路时，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，用电流表测其短路电流Isc,其等效内阻为R。= Uoc/Isc。如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口短路则易损坏其内部元件， 因此不宜用此法。 (2)伏安法 用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性，如图6-3。根据外特性曲线 求出斜率gD,则内阻为R=UocU 用伏安法，主要是测量开路电压及电流为额定值、时的输出端电压值U、, 则内阻为R=Uoc-UN 若二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。 Uoc A 4△I ol Isc I 图6-3 (3)半电压法测R, 如图64所示，当负载RL的电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻 (由电阻箱的读数确定)即为被测有源二端口网络的等效内阻值。 Ro Us 源网络 Us 图6-4 (4)零示法测Uoc 在测量具有高内阻有源二端口网络的开路电压时，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6-5 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 10
光电信息技术实验――电路分析实验指导书 2、有源二端口网络等效参数的测量方法 （1）开路电压、短路电流法测R0 在有源二端口网络输出端开路时，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，用电流表测其短路电流ISC，其等效内阻为R0 = UOC/ISC。如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口短路则易损坏其内部元件， 因此不宜用此法。 （2）伏安法 用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性，如图 6-3。根据外特性曲线 求出斜率 tgФ，则内阻为 OC N 0 N U -U R = I 。 用伏安法，主要是测量开路电压及电流为额定值IN时的输出端电压值UN， 则内阻为 OC N 0 N U -U R = I 。 若二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。 图 6-3 （3）半电压法测R0 如图 6-4 所示，当负载 RL 的电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻 （由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端口网络的等效内阻值。 图 6-4 （4）零示法测UOC 在测量具有高内阻有源二端口网络的开路电压时，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 6-5 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 19