电路实验指导书 电工电子实验教学中心 2018年8月
电路实验指导书 电工电子实验教学中心 2018年8月
实验一 受控源VCCS、CCVS的实验研究 一、实验目的 通过测试受控源的外特性及其转移参数，进一步理解受控源的物理概念，加深对受控源 的认识和理解。 二、原避说明 1.电源有独立电源（如电池、发电机等）与非独立电源（或称为受控源）之分。 受控源与独立电源的不同点是：独立电源的电势E或电激流L,是某一固定的数值或是 时间的某一函数，它不随电路其余部分的状态而变。而受控源的电势或电激流则是随电路中 另一支路的由压或电流而变的一种电源。 受控源又与无源元件不同，无源元件两端的电压和它自身的电流有一定的函数关系，而 受控源的输出电压或电流则和另一支路（或元件）的电流或电压有某种函数关系。 2.独立源与无源元件是二端器件，受控源则是四端器件，或称为双口元件。它有一对 输入端(U1、1)和一对输出端(U2、2)。输入端可以控制输出端电压或电流的大小。施加 F输入端的控制量可以是电压或电流，因而有两种受控电压源（即电压控制电压源VCV 和电流控制电压源CCVS)和两种受控电流源（即电压控制电流源VCCS和电流控制电流源 CCCS)。它们的示意图见图1-1。 3.当受控源的输出电压（或电流）与控制支路的电压（或电流）成正比变化时，则称 该受控源是线性的 理想受控源的控制支路中只有一个独立变量（电压或电流），另一个独立变量等于零 即从输入口看，理想受控源或者是短路（即输入电阻R1=0,因而U1=0)或者是开路（即 输入电导G,=0,因而输入电流1，=0)：从输出口看，理想受控源或是一个理想电压源或者 是一个理想电流源 VCV VCCS CCVS 图1- 4.受控源的控制端与受控端的关系式称为转移函数。 四种受控源的转移函数参量的定义如下：
实验一 受控源 VCCS、CCVS 的实验研究 一、实验目的 通过测试受控源的外特性及其转移参数，进一步理解受控源的物理概念，加深对受控源 的认识和理解。 二、原理说明 1. 电源有独立电源（如电池、 发电机等）与非独立电源（或称为受控源）之分。 受控源与独立电源的不同点是：独立电源的电势 Es 或电激流 Is 是某一固定的数值或是 时间的某一函数，它不随电路其余部分的状态而变。而受控源的电势或电激流则是随电路中 另一支路的电压或电流而变的一种电源。 受控源又与无源元件不同，无源元件两端的电压和它自身的电流有一定的函数关系，而 受控源的输出电压或电流则和另一支路（或元件）的电流或电压有某种函数关系。 2. 独立源与无源元件是二端器件，受控源则是四端器件， 或称为双口元件。它有一对 输入端（U1、I1）和一对输出端（U2、I2）。输入端可以控制输出端电压或电流的大小。施加 于输入端的控制量可以是电压或电流，因而有两种受控电压源（即电压控制电压源 VCVS 和电流控制电压源 CCVS）和两种受控电流源（即电压控制电流源 VCCS 和电流控制电流源 CCCS）。它们的示意图见图 1-1。 3. 当受控源的输出电压（或电流）与控制支路的电压（或电流）成正比变化时，则称 该受控源是线性的。 理想受控源的控制支路中只有一个独立变量（电压或电流），另一个独立变量等于零， 即从输入口看，理想受控源或者是短路（即输入电阻 R1＝0，因而 U1＝0）或者是开路（即 输入电导 G1＝0，因而输入电流 I1＝0）；从输出口看，理想受控源或是一个理想电压源或者 是一个理想电流源。 VCVS VCCS 图 1-1 4. 受控源的控制端与受控端的关系式称为转移函数。 四种受控源的转移函数参量的定义如下： μ 1 U1 U2 U CCVS CCCS I I 1 I1 2 α
()压控电压源(VCVS:U2=fU,μ=UU1称为转移电压比（或电压增益）。 (2)压控电流源(VCCS):h=U),8m=lU1称为转移电导。 (3)流控电压源(CCVS):U2=fL),[m=UL1称为转移电阻。 ④)流控电流源(CCCS:上=， ▣=1称为转移电流比（或电流增益） 三、实验设备 序号 名称 型号与规格 数量 备注 1可调直流稳压酒 0~30V 1 2可调恒流源 0-500mA 1 3直流数字电压表 0~200V 1 4直流数字毫安表 0-200mA 1 5可变电阻箱 0-99999.90 1 DGJ-05 6受控源实验电路板 1 DGJ-08 四、实验内容 1.测量受控源VCCS的转移特性lh=fU)及负载特性l=U2,实验线路如图1-2 ml 图1-2 ()固定R=2K,调节稳压电源的输出电压U1,测出相应的IL值，绘制=U) 曲线，并由其线性部分求出转移电导gm。 U1(V)0.1 0.51.02.03.03.53.7 40 I(mA) 2)保持U=2V,令R从大到小变化，测出相应的1及U2,绘制=U)曲线 R(K2) 5 21 0.5 0.40.302 0.1 0 I (mA) U2(v) 2.测量受控源CCVS的转移特性U2=f)与负载特性U2=L),实验线路如图1-3
2 (1) 压控电压源(VCVS)：U2＝f(U1)，μ＝U2/U1 称为转移电压比（或电压增益）。 (2) 压控电流源(VCCS)：I2＝f(U1)，gm＝I2/U1 称为转移电导。 (3) 流控电压源(CCVS)：U2＝f(I1)，rm＝U2/I1 称为转移电阻。 (4) 流控电流源(CCCS)：I2＝f(I1)，α＝I2/I1 称为转移电流比（或电流增益）。 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 0～30V 1 2 可调恒流源 0～500mA 1 3 直流数字电压表 0～200V 1 4 直流数字毫安表 0～200mA 1 5 可变电阻箱 0～99999.9Ω 1 DGJ-05 6 受控源实验电路板 1 DGJ-08 四、实验内容 1. 测量受控源 VCCS 的转移特性 IL＝f(U1)及负载特性 IL＝f(U2)，实验线路如图 1-2。 VCCS 图 1-2 (1) 固定 RL＝2KΩ，调节稳压电源的输出电压 U1，测出相应的 I L 值，绘制 IL＝f(U1) 曲线，并由其线性部分求出转移电导 gm。 U1（V） 0.1 0.5 1.0 2.0 3.0 3.5 3.7 4.0 gm IL（mA） (2) 保持 U1＝2V，令 RL从大到小变化，测出相应的 IL及 U2，绘制 IL＝f(U2)曲线。 RL（KΩ） 5 4 2 1 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 IL（mA） U2（v） 2. 测量受控源 CCVS 的转移特性 U2＝f(I1)与负载特性 U2＝f(IL) ，实验线路如图 1-3。 mA U1 IL g U m 1 U R 2 L
CCVS U 图1-3 ()固定R=2KQ,调节恒流源的输出电流，按下表所列L,值，测出U2,绘制U2 U)曲线，并由其线性部分求出转移电阻[m。 11(mA)0.1 1.03.05.07.08.09.09.5rm U2 (v) (2)保持,=2mA,按下表所列RL值，测出U2及,绘制负载特性曲线U2=l) RL (KQ) 0.5 1 2 4 6 8 10 U2(v) I (mA) 五、实验注意事项 1.每次组装线路，必须事先断开供电电源，但不必关闭电源总开关。 2用恒流源供电的实验中，不要使恒流源的负载开路。 六、实验报告 1,根据实验数据，在方格纸上分别绘出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。 2.对实验的结果作出合理的分析和结论， 总结对受控源的认识和理解， 4.心得体会及其它
3 CCVS 图 1-3 (1) 固定 RL＝2KΩ，调节恒流源的输出电流 Is，按下表所列 Is 值，测出 U2，绘制 U2＝ f(I1)曲线，并由其线性部分求出转移电阻 rm。 I1（mA） 0.1 1.0 3.0 5.0 7.0 8.0 9.0 9.5 rm U2（v） (2) 保持 Is＝2mA，按下表所列 RL值，测出 U2 及 IL， 绘制负载特性曲线 U2＝f(IL)。 RL（KΩ） 0.5 1 2 4 6 8 10 U2（v） IL（mA） 五、实验注意事项 1. 每次组装线路，必须事先断开供电电源，但不必关闭电源总开关。 2 用恒流源供电的实验中，不要使恒流源的负载开路。 六、实验报告 1. 根据实验数据， 在方格纸上分别绘出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。 2. 对实验的结果作出合理的分析和结论， 总结对受控源的认识和理解。 4. 心得体会及其它。 m A 2 U I R 2 L L I s I1 m A 1 r I m 1
实验二戴维南定理和诺顿定理 一、实验目的 1.验证戴雏南定理和诺顿定理的正确性，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、原理说明 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流，则可将电路的其 余部分看作是一个有源二端网络（或称为含源一端口网络）。 戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等 效代替，此电压源的电动势Us等于这个有源二端网络的开路电压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的并联组合来 等效代替，此电流源的电流5等于这个有源二端网络的短路电流1,其等效内阻R定义同 藏维南定理。 U0c(Us)和R或者Lc(L。)和R称为有源一端网络的等效参数。 2.有源二端网络等效参数的测量方法 ()开路电压、短路电流法测R。 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Uo℃，然后再将其 输出端短路，用电流表测其短路电流15c,则等效内阻为 Ro= 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)伏安法测R。 用电压表、电流表测出有源二端网 络的外特性曲线，如图21所示。根据 图21 R0=g中= △IIsc 也可以先测量开路电压Uoc 再测量电流为额定值时的输出 有原网络 端电压值，则内图为风=儿。一少 w (③)半电压法测R。 图2-2 如图2-2所示，当负载电压为被测网络开 路电压的一半时，负载电阻（由电阻箱的读数 确定)即为被测有源二端网络的等效内阻值。 (4)零示法测Uoc
4 实验二 戴维南定理和诺顿定理 一、实验目的 1. 验证戴维南定理和诺顿定理的正确性，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、原理说明 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流，则可将电路的其 余部分看作是一个有源二端网络（或称为含源一端口网络）。 戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等 效代替，此电压源的电动势 Us 等于这个有源二端网络的开路电压 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的并联组合来 等效代替，此电流源的电流 Is 等于这个有源二端网络的短路电流 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、短路电流法测 R0 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，然后再将其 输出端短路，用电流表测其短路电流 Isc，则等效内阻为 Uoc R0＝ ── 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) 伏安法测 R0 用电压表、电流表测出有源二端网 络的外特性曲线，如图 2-1 所示。 根据 外特性曲线求出斜率 tgφ，则内阻 图 2-1 △U Uoc R0＝tgφ＝ ──＝── 。 △I Isc 也可以先测量开路电压 Uoc， 再测量电流为额定值 IN时的输出 Uoc－UN 端电压值 UN，则内阻为 R0＝──── 。 IN (3) 半电压法测 R0 图 2-2 如图 2-2 所示，当负载电压为被测网络开 路电压的一半时，负载电阻（由电阻箱的读数 确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。 (4) 零示法测 UOC U I A B I U O Δ U Δ I φ s c o c 被 测 有 源 网 络 V U U R0 RL oc/2 S