电路分析实验指导书适用于应用电子技术、计算机控制专业(编辑修改稿)

电路分析实验指导书适用于应用电子技术、计算机控制专业(编辑修改稿)内容摘要：

五、注意事项 1．注意用万用表直接测 oR 时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表。 2．接线路时，要关掉电源。 六、实验报告 根据实训数据，绘出有源二端网络及其戴维南等效电源的外特性 U= ƒ（ I）。 说出两种测量等效电阻 oR 的方法与步骤。 20 实验六 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．原理说明 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 2－ 1（ a）所示，其特性为： 12 uu  其中： 12uu称为转移电压比（即电压放大倍数）。 （ 2）电压控制电流源（ VCCS），如图 2－ 1（ b）所示，其特性为： 12 ugi  其中：12m uig  称为转移电导。 （ 3）电流控制电压源（ CCVS），如图 2－ 1（ c）所示，其特性为： 12 iru  其中：12iur称为转移电阻。 （ 4）电流控制电流源（ CCCS），如图 2－ 1（ d）所示，其特性为： 12 ii  其中： 12ii称为转移电流比（即电流放大倍数）。 2．用运算放大器组成的受控源 运算放大器的电路符号如图 2－ 2 所示，具有两个输入端：同相输入端ｕ＋和反相输入 21 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：特性 1：ｕ＋＝ｕ－；特性 2：ｉ＋＝ｉ－＝０。 电压控制电压源（ VCVS） 电压 控制电压源电路如图 2－ 3 所示。 由运算放大器的特性 1 可知： 1uuu   则 11R1 Rui  212R2 R uui  由运算放大器的特性 2可知： R2R1 ii  代入 R1i 、 R2i 得： 1122 )1( uRRu 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 2－ 2（ a）所示，转移电压比：)1( 12RR。 电压控制电流源（ VCCS） 电压控制电流源电路如图 2－ 4 所示。 由运算放大器的特性 1 可知： 1uuu   则 11R Rui  由运算放大器的特性 2可知： R2 ii  11Ru 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 2－ 1（ b）所示。 转移电导为：1121Ruig  （ 3）电流控制电压源（ CCVS） 电流控制电压源电路如图 2－ 5 所示。 由运算放大器的特性 1可知： 0  uu u2=R iR由运算放大器的特性 2 可知： 1R ii  代入上式，得： 12 iRu  即输出电压 u2受输入电流 i1 的控制。 其电路模型如图 2－ 1（ c）所示。 22 转移电阻为： Riur 12 （ 4）电流控制电流源（ CCCS） 电流控 制电流源电路如图 2－ 6 所示。 由运算放大器的特性 1 可知： 0  uu 2212R1 iRR Ri  由运算放大器的特性 2可知： 1R1 ii  代入上式， 1212 )1( iRRi  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 2－ 1（ d）所示。 转移电流比 )+1( 2112 RRii  三．实验设备 500 型万用表 1 台 数字万用表 1 台 电工、模拟、数字三合一实验台及组件 四．实验任务 1．测试电压控制电压源（ VCVS）特性 实验电路如图 2－ 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） 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 2－ 1 中。 表 2－ 1 VCVS的转移特性 数据 U1/V 0 1 2 3 4 U2/V （ 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 2－ 2 中。 23 表 2－ 2 VCVS的负载特性数据 RL/Ω 1K 2K 3K 4K 5K 6K 7K 8K 9K U2/V 2．测试电压控制电流源（ VCCS）特性 实验电路如图 2－ 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 2－ 3 中。 表 2－ 3 VCCS的转移特性数据 U1/V 0 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 2－ 4 中。 表 2－ 4 VCVS的负载特性数据 RL/Ω 1K 2K 3K 4K 5K 6K 7K 8K 9K I2/ｍＡ 3．测试电流控制电压源（Ｃ CＶ S）特性 实验电路如图 2－９所示，图中，Ｉ 1 用恒流源， R1＝ 10ｋΩ， RL＝ 2ｋΩ（用电阻箱）。 （ 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），用电压表测量对应的输出电压 U2，将数据记入表 2－ 5 中 表 2－ 5 CCVS 的转移特性数据 I1/ mA 0 ０ .０５ ０ .１ ０ .１５ ０ .２ ０ .２５ ０ .３ ０ .４ U2/V （２）测试ＣＣＶＳ 的负载特性Ｕ２ =f（ RL） 保持Ｉ 1＝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 2－ 6 中。 24 表 2－ 6 ＣＣＶＳ的负载特性数据 RL/Ω 1K 2K 3K 4K 5K 6K 7K 8K 9K U2/Ｖ ４．测试电流控制电流源（Ｃ CCS）特性 实验电路如图 2－１０所示。 图中，Ｉ 1 用恒流源， R1＝ R2＝ 10ｋ Ω， RL＝ 2ｋΩ（用电阻箱）。 （ 1）测试Ｃ CCS 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， I 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 2－ 7 中。 表 2－ 7 CCCS的转移特性数据 I1/mA 0 ０ .０５ 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Ｉ 1＝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 2－ 8 中。 表 2－ 8 CCCV的负载特性数据 RL/Ω 1K 2K 3K 4K 5K 6K 7K 8K 9K I2/mA 五．实验注意事项 1 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 3 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 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。 25 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 2－ 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 4 4 26 实验七 日光灯电路及功率因数的提高 一、实验目的 1． 了解日光灯的结构及工作原理。 2． 掌握对感性负载提高功率因数的方法。 3． 通过测量日光灯电路所消耗的功率，学会使用功率表。 二、原理说明 1．日光灯电路主要由日光灯管、镇流器、启辉器等元件组成，如图 51 所示。 灯管两端有灯丝，其管内充以惰性 气体（氩气或氪气）及少量水银，其管内壁涂有一层荧光粉，当管内产生弧光放电时，水银蒸气受激发辐射大量紫外线，管壁上的荧光粉在紫外线的激发下辐射出白色荧光，这就是日光灯发光原理。 要日光灯管产生弧光放电必须具备两个条件：一个是将灯管预热使其发射电子；另一个是需要有一个较高的电压使管内气体击穿放电。 下面我们分析图 51 所示电路的工作原理。 接通电源时，电源电压同时加到灯管和启辉器的两个电极上，对灯管来说，此电压太低，不足以使它放电；但对启辉器来说，此电压可以使它产生辉光放电。 启辉器中双金属片因放电受热膨胀，从而 与静触片接触，于是有电流流过镇流器、灯丝和启辉器，灯丝得到预热。 经 1~3 秒后，启辉器两触片分开（因启辉器内辉光放电停止，双金属片冷却），使电路中电流突然中断，于是镇流器（一个带铁芯的电感线圈）中产生一个瞬间的高电压，此电压与电源电压叠加后加在灯管两端，将管内气体击穿而产生弧光放电。 灯管点燃后，由于镇流器的存在，灯管两端的电压比电源电压低的多（具体数值与灯管功率有关，一般在 50~100V的范围内），不足以使启辉器放电，其触点不再闭合。 由此可见，启辉器相当于一个自动开关的作用，而镇流器在启动时起产生高电压的作用 ，在启动前灯丝预热瞬间及启动后灯管工作时则起限流作用。 图 51 日光灯电路 27 2．功率因数 由于镇流器的感抗较大，日光灯电路的功率因数是比较低的，通常在 左右。 过低的功率因数对供电和用户来说都是不利的，一般可以并联合适的电容器来提高电路的功率因数。 3．功率表用于测量电路的有功功率，应注意正确选用功率表的电压、电流和功率量限，正确接线和读数。 本次实验中，由于电路功率因数较低，宜选用低功率因数功率表来测量功率。 三、实验仪器设备 500 型万用表 1 台 数字万用表 1 台 电工、模拟、数字三合一实验台及组件 四、实验内容 图 52 日光灯改善功率因数实验电路图 表 51 项目 S 状态 测量数值 计算值 U UL UR I IL IC IST P PR PL Cosφ S 断开 S 闭合 C=2 C5。