电路理论实验指导
目录
实验一、基尔霍夫定理验证
实验二、戴维南定理——有源二端网络等效参数的测定
实验三、双口网络的测试
实验四、RC一阶电路的响应测试
实验五、RLC串联谐振电路的研究
实验六、磁滞回线的观测
实验七、互感电路的实验
实验八、日光灯电路实验、改善功率因素实验
实验九、变压器同名端判断
实验十、三相交流电路电压、电流及功率的测量
实验十一三相交流电路功率的测量
实验十二、功率因数及相序的测量
实验一基尔霍夫定律的验证
一、实验目的
1、验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。
2、进一步掌握仪器、仪表的使用方法。
二、原理说明
基尔霍夫定律是电路的基本定律。测量某电路的各支路电流及多个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律和电压定律。即对电路中的任一个节点而言，应有ΣI=0；对任何一个闭合回路而言，应有ΣU=0。
运用上述定律时必须注意电流的正方向，此方向可预先任意设定。
三、实验设备
1、RXDI-1电路原理实验箱1台
2、万用表1台
四、实验内容及步骤
实验线路如图A所示
图A
1、实验前先任意设定三条支路的电流参考方向，如图中的I1、I
2、I3所示。
2、分别将两路直流稳压电源（如：一路U2为+12V电源，另一路U1为0～24V可调直流稳压源）接入电路，令U1=6V、U2=12V。
3、将电源分别接入三条支路中，记录电流值。
4、用电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，并记录。
五、实验报告
1、根据实验数据，选定实验电路中的任一个节点，验证KCL的正确性。
2、根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证KVL的正确性。
3、分析误差原因。
4、实验总结。
实验二戴维南定理
—有源二端网络等效参数的测定—
一、实验目的
1、验证戴维南定理的正确性
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（或称为含源二端口网络）。
戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个等效电压源来代替，此电压源的电动势E S等于这个有源二端网络的开路电压U0C，其等效内阻R0等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短路，理想电流视为开路）时的等效电阻。
U0C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
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U0C，然后将其输出端短路，用电流表测其短路电流I SC，则内阻为R0=U OC/I SC
（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A所示。根据外特性曲线求出斜率tgΦ，则内阻R O=tgΦ=△U/△I=U OC/I SC
图A 图B
用伏安法，主要是测量开路电压及电流为额定值I N时的输出端电压值U N，则内阻为R O=U OC-U N/I N
若二端网络的内阻值很低短路电流很大时，则不宜测短路电流。
（3）半电压法
如图B所示，当负载电压为被测网络开路电压一半时，负载电阻（负载电阻由万用表测量），即为被测有源二端网络的等效内阻值。
（4）零示法
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C所示。
图C
零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时，电压表的读数为“0”，然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压，即为被测有源二端网络的开路电压。
图D
三、实验设备
1、RXDI-1电路原理实验箱1台
2、万用表1台
四、实验内容及步骤
被测有源二端网络如图D（a）所示。
1、用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的U OC和R O。
按图D（a）电路接入稳压电源E S和恒流源I S及可变电阻R L，测定U OC和R O。
2、负载实验
按图D(a)改变R L 阻值，测量有源二端网络的外特性。
3、验证戴维南定理
用一只10K 的电位器，将其阻值调整到等于按步骤1所得的等效电阻R 0之值，然后令
其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压U OC 之值）相串联，如图D （b ）所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴维南定理进行验证。
4、测定有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的其它方法，将被测有源网络内的所有独立源置零（将电流源断开，短路电压源），然后用伏安法或者直接用万用电表的欧姆档去测定负载R L 开路后输出端两点间的电阻，即为被测网络的等效内阻R O 或称网络的入端电阻R1。
5、用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻R 0及其开路电压U OC ，电路及数据表格自拟。
五、实验注意事项
1、注意测量时及时更换电流表量程的。
2、步骤“4”中，电源置零时不可将稳压源短接。
3、用万用表直接测R 0时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表。
4、改接线路时，需关掉电源。 六、实验报告
1、根据步骤2和3，分别绘出曲线，验证戴维南定理的正确性，并分析产生误差的原因。
2、根据步骤1、4、5，用各种方法测得的U OC 、
R O 和预先的电路计算的结果作比较，你能得出什么结论？
3、总结实验结果。
实验三双口网络测试
一、实验目的
1、加深理解双口网络的基本理论
2、掌握直流双口网络传输参数的测量技术
二、原理说明
对于任何一个线性网络，我们所关心的往往只是输入端口和输出端口电压和电流间的相互关系，通过实验测定方法求取一个极其简单的等值双口电路来替代原网络，此即“黑盒理论”的基本内容。
1、一个双口网络两端口的电压和电流四个变量之间的关系，可以用多种形式的参数方程来表示。本实验采用输出口的电压U2和电流I2作为自变量，以输入口的电压U1和电流I1作为应变量，所得的方程称为双口网络的传输方程，如图A所示的无源线性双口网络（又
称为四端网络）的传输方
程为：
图A
U1=AU2+BI2 I1=CU2+DI2
式中的A、B、C、D为双口网络的传输参数，其值完全决定于网络的拓扑结构及各支路元件的参数值，这四个参数表征了该双口网络的基本特性，它们的含义是：A=U1O/U2O（令I2=0，即输出口开路时）
B=U1S/I2S（令U2=0，即输出口短路时）
C=I1O/U2O（令I2=0，即输出口开路时）
D=I1S/I2S （令U2=0，即输出口短路时）
由上可知，只要在网络的输入口加上电压，在两个端口同时测量其电压和电流，即可求出A、B、C、D四个参数，此即为双端口同时测量法。
2、若要测量一条远距离输电线构成的双口网络，采用同时测量法就很不方便，这时可采用分别测量法，即先在输入口加电压，而将输出口开路和短路，在输入口测量电压和电流，由传输方程可得：
R10=U10/I10=A/C （令I2=0，即输出口开路时）
R IS=U IS/I IS=B/D （令U2=0，即输出口短路时）
然后在输出口加电压测量，而将输入口开路和短路，此时可得：
R20=U20/I20=D/C（令I1=0，即输入口开路时）
R2S=U2S/I2S=B/A（令U1=0，即输入口短路时）
R10、R1S、R20、R2S分别表示一个端口开路和短路时另一端口的等效输入电阻，这四个参数中的有三个是独立的（R10/R20=R1S/R2S=A/D）即：
AD-BC=1
至此，可求出四个传输参数
A=R10/(R20-R2S)，B=R S5A，C=A/R10，D=R20C
3、双口网络级联后的等效双口网络的传输参数亦可采用前述的方法之一求得。从理论推得两双口网络级联后的传输参数与每一个参加级联的双口网络的传输参数之间有如下的关系：
A=A1A2+B1C2B=A1B2+B1D2
C=C1A2+D1C2 D=C1B2+D1D2
三、实验设备
1、RXDI-1电路原理实验箱1台
2、万用表1台
四、实验内容及步骤
双口网络实验线路
如图B示。
将直流稳压电源输
出电压调至10V，作为双
口网络的输入。
图B
1、按同时测量法分别测定两个双口网络的传输参数A1、B1、C1、D1和A
2、B2、
C2、D2，并列出它们的传输方程。
2、将两个双口网络级联后，用两端口分别测量法测量级联后等效双口网络的传输参数A、
B、C、D，并验证等效双口网络传输参数与级联的两个双口网络传输参数之间关系。
五、注意事项
1、测量电流时，要注意电流表选取适合的量程（根据所给的电路参数，估算电流表量程）。
2、两个双口网络级联时，应将一个双口网络I的输出端与另一双口网络II的输入端联接。
六、实验报告
1、完成对数据表格的测量和计算任务。
2、列写参数方程。
3、验证级联后等效双口网络的传输参数与级联的两个双口网络传输参数之间的关系。
4、总结、归纳双口网络的测试技术。
实验四RC一阶电路响应测试
一、实验目的
1、测定RC一阶电路的零输入响应，零状态响应及完全响应
2、学习电路时间常数的测定方法。
3、掌握有关微分电路和积分电路的概念。
4、进一步学会用示波器测绘图形。
二、原理说明
1、动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程，对时间常数的τ较大的电路，可用慢扫描长余辉示波器观察光点移动的轨迹。然而能用一般的双踪示波器观察过渡过程和测量有关的参数，必须使这种单次变化的过程重复出现。为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即令方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；方波下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号，只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ，电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的影响和直流电源接通与断开的过渡过程是基本相同的。
2、RC一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数τ。
3、时间常数的测定方法
图A所示电路
图A
用示波器测得零输入响应的波形如图A(b)所示。
根据一阶微分方程的求解得知：
UC=Ee-t/RC=Ee-t/τ
当t=τ时，U0（τ）=0.368E
此时所对应的时间就等于τ。
亦可用零状态响应波形增长到0.632E所对应的时间测得，如图A(C)所示。
4、微分电路积分电路是RC一阶电路中较典型的电路，它对电路元件参数和输入信号
的周期有
着特定的
要求。一个
简单的RC
串联电路，
方波序列
脉冲的重
复激励下，
当满足
τ=RC＜＜
T/2时（T
为方波脉
冲的重复周期），且由R端作为响应输出，如图B（a）所示。这就构成了一个微分电路，因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。
若将图B（a）中的R与C位置调换一个，即由C端作为响应输出，且当电路参数的选择满足τ=RC＞＞T/2条件时，如图B（b）所示即构成积分电路，因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。
从输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的作用，请在实验过程中仔细观察与记录。
图B
三、实
验设备
1、
RXDI-1电路
原理实验箱
1台
2、双踪示波器1台
四、实验内容及步骤
实验线路板的结构如图C所示，认清R、C元件的布局及其标称值，各开关的通断位置等。
图C 一阶实
验线路板
1、选择动态线路板R、C元件，令
（1）R=10KΩ C=3300PF
组成如图C（X）所示的RC充放电电路，U为函数信号发生器输出，取Um=3V，f=1KHz
的方波电压信号，并通过两根同轴电缆，将激励源U i和响应U0的信号分别连至示波器的两个输入口Y A和Y B，这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律，求测时间常数τ，并描绘U及U C波形。
少量改变电容值或电阻值，定性观察对响应的影响，记录观察到的现象。
（2）令R=10KΩ C=0.01μF，观察并描绘响应波形，继续增大C之值，定性观察对响应的影响。
2、选择动态板上R、C元件，组成如图B（a）所示微分电路，令C=0.01μF，R=1KΩ。
在同相的方波激励信号（Um=3V，f=1KHz）作用下，观测并描绘激励与响应的波形。
增减R之值，定性观察对响应的影响，并记录，当R增至1MΩ时，输入输出波形有何本质上的区别？
五、实验报告
1、根据实验观测结果，在方格纸上绘出RC一阶电路充放电时U C的变化曲线，由曲线测得τ值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。
2、根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的特征。
3、实验总结。
实验五R、L、C串联谐振电路的研究
一、实验目的
1、学习用实验方法测试R、L、C串联谐振电路的幅频特性曲线。
2、加深理解电路发生谐振条件、特点、掌握电路品质因数的物理意义及其测定方法。
二、原理说明
1、在图A所示的R、L、C串联电路中，当正弦交流信号的频率f改变时，电路中的感
抗、容抗随之而变，电路中的电流也随f而变。取电路电流I作为响应，当输入电压Ui维
持不变时，不同信号频率的激励下，测出电阻R两端电压U0之值，则I=U0/R，然后以f为
横坐标，以I为纵坐标，绘出光滑的曲线，此即为幅频特性，亦称电流谐振曲线，如图B所
示。
图
A
图B
2、在f=f0=1/2π ，处（Xt=Xc），即幅频特性曲线尖峰所在的频率点，称该频率为
谐振频率，此时电路呈纯阻性，电路阻抗的模为最小，在输入电压U i为定值时，电路中的
电流I o达到最大值，且与输入电压Ui同相位，从理论上讲，此时U i=U RO=U0,U L0=U CO=QU i
式中的Q称为电路的品质因数。
3、电路品质因数Q值的两种测量方法:
一是根据公式测量
Q=U LO/U I=U CO/U i
测定，U CO与U LO分别为谐振时电容器C和电感线圈L上的电压；另一方法是通过测量
谐振曲线的通频带宽度Δf=f h-f e
再根据Q=fo/f h-f e
求出Q值，式中f0为谐振频率，fh和fe是失谐时，幅度下降到最大值的1/ （=0.707）
倍时的上、下频率点。
Q值越大，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。
三、实验设备
1、RXDI-1电路原理实验箱1台
2、双踪示波器（XC4320B）1台
3、交流毫伏表（XSD-1）1台
4、频率计（XC3340）1台
四、实验内容
1、按图C电路接线，取R=510Ω，调节信号源输出电压为1V正弦信号并在整个实验过程中保持不变。
图C
2、找出电路的谐振频率f0，其方法是将交流毫伏表跨接在电阻R两端，令信号源的频率由小逐渐变大（注意要维持信号源的输出幅度不变），当U0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U0、U L0、U C0之值（注意及时更换毫伏表的量限），记入表格中。
3、在谐振点两侧，应先测出下限频率f e和上限频率f h及相对应的U0值，然后再逐点测出不同频率下U0值，记入表格中。
五、实验注意事项
1、测试频率点时选择靠近谐振频率附近多取几个点，在变换频率测试时，应调整信号输出幅度，使其维持在1V输出不变。
2、在测量U CO和U LO数值前，应及时更换毫伏表的量限，而且在测量U CO与U LO时，
毫伏表的“+”端接C与L的公共点，接地端分别触及L和C的近地端N1和N2。
六、实验报告
1、根据测量数据，绘出不同Q值时两条幅频特性曲线。
2、计算出通频带和Q值，说明不同R值时对电路通频带与品质因数的影响。
3、对两种不同的测Q值的方法进行比较，分析误差原因。
4、通过本次实验，总结、归纳串联谐振电路的特性。
实验六磁滞回线的观测
一、实验目的
1、熟悉磁滞回线的测试，分析并测绘图形。
2、更近一步熟悉示波器的使用。
二、原理说明
当把铁磁性物质放到多变的磁场中，当B随H端起始磁化曲线达到饱和值以后，逐渐减小H的数值，实验表明这时B并不是没起始磁化曲线减小，而是沿另一条在它上面的曲线ab下降，如图a所示，当H减至零时，B值不等于零，而是保留一定的值称为剩磁，用Br表示，为了消除剩磁，必须外加反方向的磁场，随着反方向磁场的增强，铁磁性物质逐渐退磁，当反向磁场增大到一定的值时，B值变为零，剩磁完全消失，bc这一段曲线叫退磁曲线。这时的H值是为克服剩磁所加的磁场强度，称为矫顽磁力，用HC表示，当反向磁场继续增大时，B值就从零起改变方向，并沿曲线cd变化，铁磁质的反向磁化同样能达到饱和点d。此时，若使反向磁场减弱到零，B-H曲线将沿de变化，有e点H=0，再逐渐增大到正向磁场，B-H曲线将沿efd变化而完成一个循环。从整个过程看B的变化总是落后于H的变化，这种现象称磁滞现象。经过多次循环，可以得到一个封闭的对称于原点的闭合曲线称为磁滞回线。
图A
根据磁滞回线的形状，可以用来判断铁磁性物质的性质和作为选择材料的依据。
三、实验设备
1、RXDI-1电路原理实验箱1台
2、双踪示波器（XC4320B）1台
四、实验步骤
实验原理如图B
图B
1、按图B连接，并检查无误。
2、将示波器置X-Y工作方式，使示波器光点调到示波管中心。
3、将低压交流电源AC8V（0接N，8V接L，若显示波形倒相，使0接L，8V接N）。选择合适的Ｘ偏转，Y偏转，将在示波管上显示如图Ａ所示的图形。
4、将输入交流电压改为AC12V、AC15V观察回线的形状变化。并将改变输入电压对应H、B数据填入下表：
五、注意事项
1、不允许低压交流短路。
2、在改变输入交流电压的同时也要改变示波器X、Y偏转因子，使显示图形置于示波管中心。
3、输入电压不可长时间接AC15V。
六、实验报告
1、将示波器上测得的波形描绘出来，并分析工作原理。
2、画出铁磁性物质基本磁滞曲线。
3、实验报告。
实验七互感电路实验
一、实验目的
学会判别互感线圈同名端和异名端，互感系数以及耦合系数的测定方法。
二、原理说明
1、判断互感线圈同名端的方法
（1）直流法
如图A所示
图A
当A1、B两点接通瞬间，若毫安表指针正偏，则可断定“1”、“3”为同名端；指针反偏，则“1”、“4”为同名端。
（2）交流法
如图B所示：
图B
如图B所示，将两线圈N1和N2的任意两端（如2、4端）联在一起同，在其中的一个线圈（如N1）两端加一个低压交流电压AC8V，另一线圈开路，（如N2），用交流电压表分别测出分端电压U13、U12、U34，若U13是两个绕组端压之差，则1、3是同名端；若U13是两绕组端压之和，则1、4是同端。
2、两线圈互感系数的测定
如图B在N1侧加低压交流电压U1、N2侧开路，测出I1及U2，根据互感电势E2m≈U20＝WMI1可算出互感系数为：M=U2/WI1
3、耦合系数的测定
两个互感线圈耦合松紧的程度大来K表示，如图Ｂ；先在N1侧加低压交流电压U1（AC8V），测出N2侧开路时的电流I1；然后再N2侧加电压U2，测出N1侧开路时的电流，求出各自的L1和L2，算得K值。
三、实验设备
1、RXDI-1电路原理实验箱1台
2、万用表1台
四、实验步骤
1、分别用直流法和交流法测定互感系数的同名端。
（1）直流法
实验线路如图C所示
图C
将N1侧串入直流数字电流表（2A档），U为可调直流稳压电源，调至6V然瞬间闭合开关S；观察在开关闭合的瞬间，毫安表正、负读数的变化，来判定N1和N2两线圈的同名端。
（2）交流法
按实验电路如图D所示
图D
将N1串接电流表（2A交流电流表）U1接AC8V，N2侧开路，用交流电压表测量U13、U12、U34判定同名端。拆去2.4连线，并将2.3相接，重复上述步骤，判定同名端。
2、自感系数M的测定