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TPE-DG2L实验箱:元件伏安特性与电路定律实践
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更新于2024-07-01
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本实验指导书详细介绍了在TPE-DG2L电路分析实验箱中进行的一系列基础和进阶电路实验。首先,实验旨在帮助学生掌握线性电阻元件(如电阻)和非线性电阻元件(如半导体二极管)的伏安特性测量,以及电源元件的基本特性。通过实验,学生可以学习如何利用直读式仪表和直流稳压电源等专业设备来进行这些特性测试。 在实验一中,重点是线性电阻元件的伏安特性,学生们会发现其伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线,直线的斜率的倒数即为电阻值,体现了线性元件的双向性。对于非线性元件如半导体二极管,其伏安特性曲线则不遵循欧姆定律,如图1-2所示,其阻值随电流变化,呈现出非线性特征。 后续的实验包括应用基尔霍夫定律(实验二)、叠加定理(实验三)和戴维南定理(实验四),这些都是电路分析的基本原理,对于理解和设计复杂电路至关重要。实验五至十一涉及了运算放大器、受控源、滤波器、互感以及二端口网络的研究,这些都是现代电子系统设计中的核心元素。 动态电路如一阶、二阶电路(实验八)的学习,让学生们了解电路响应的时域行为,这对于理解电路的稳定性及响应速度极为重要。而在实验十三和十四,学生们会接触到交流电路的互感效应和二端口网络的特性,这是电磁场理论在电路中的实际应用。 最后,实验十五和十六分别涉及负阻抗变换器和回转器,这两个实验可能涉及到高级的电路设计技巧和特殊功能电路的应用,有助于提升学生的创新思维和技术实践能力。 通过这一系列实验,学生们不仅可以理论联系实际,还能提升他们的实验技能,加深对电路理论的理解,并为未来在电子工程领域进行更深入的研究打下坚实的基础。
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实验三 叠加定理
11
数值取为负值!)
3.选一个回路,测定各元件上的电压,将数据记入表格 3-1 中。
E E
R R R
R
1 2 3
4
1 2
A
1K 1K 510Ω
1kΩ
ΩΩ
+
-
+
-
A
B
10V 6V
I
I
I
1
3
2
图 3-2
五、实验报告要求
1. 用实验数据验证支路的电流是否符合叠加原理,并对实验误差进行适当
分析。
2. 用实测电流值、电阻值计算电阻
3
R
所消耗的功率为多少?能否直接用
叠加原理计算?试用具体数值说明之。
实验四 戴维南定理
12
实验四 戴维南定理
一、实验目的
1. 验证戴维南定理
2. 测定线性有源一端口网络的外特性和戴维南等效电路的外特性。
二、实验原理
戴维南定理指出:任何一个线性有源一端口网络,对于外电路而言,总可
以用一个理想电压源和电阻的串联形式来代替,理想电压源的电压等于原一端
口的开路电压
oc
U
,其电阻(又称等效内阻)等于网络中所有独立源置零时的
入端等效电阻
eq
R
,见图 4-1。
线性有
源 二端
网络
a
b
U
R
oc
eq
+
-
a
b
+
-
被
测
电
路
G
c
d
R
R
1
2
R
E
图 4-1 图 4-2
1. 开路电压的测量方法
方法一:直接测量法。当有源二端网络的等效内阻
eq
R
与电压表的内阻
v
R
相
比可以忽略不计时,可以直接用电压表测量开路电压。
方法二:补偿法。其测量电路如图 4-2 所示,
E
为高精度的标准电压源,
R
为标准分压电阻箱,
G
为高灵敏度的检流计。调节电阻箱的分压比,
c
、
d
两端的电压随之改变,当
abcd
UU
时,流过检流计
G
的电流为零,因此
KEE
RR
R
UU
cdab
21
2
实验四 戴维南定理
13
式中
21
2
RR
R
K
为电阻箱的分压比。根据标准电压
E
和分压比
K
就可求
得开路电压
ab
U
,因为电路平衡时
0
G
I
,不消耗电能,所以此法测量精度较
高。
2. 等效电阻
eq
R
的测量方法
对于已知的线性有源一端口网络,其入端等效电阻
eq
R
可以从原网络计算
得出,也可以通过实验测出,下面介绍几种测量方法:
方法一:将有源二端网络中的独立源都去掉,在
ab
端外加一已知电压
U
,
测量一端口的总电流
总
I
,则等效电阻
总
eq
I
U
R
。
实际的电压源和电流源都具有一定的内阻,它并不能与电源本身分开,因
此在去掉电源的同时,也把电源的内阻去掉了,无法将电源内阻保留下来,这
将影响测量精度,因而这种方法只适用于电压源内阻较小和电流源内阻较大的
情况。
方法二:测量
ab
端的开路电压
oc
U
及短路电流
sc
I
则等效电阻
sc
oc
eq
I
U
R
这种方法适用于
ab
端等效电阻
eq
R
较大,而短路电流不超过额定值的情
形,否则有损坏电源的危险。
被
测
电
路
a
b
R
L
V
+
-
a
b
U
U
eqR
oc
R
L
图 4-3 图 4-4
方法三:两次电压测量法
实验四 戴维南定理
14
测量电路如图 4-3 所示,第一次测量
ab
端的开路
oc
U
,第二次在
ab
端接一
已知电阻
L
R
(负载电阻),测量此时
a
、
b
端的负载电压
U
,则
a
、
b
端的等
效电阻
eq
R
为:
L
oc
eq
R
U
U
R
1
第三种方法克服了第一和第二种方法的缺点和局限性,在实际测量中常被
采用。
3. 如果用电压等于开路电压
oc
U
的理想电压源与等效电阻
eq
R
相串联的电
路(称为戴维南等效电路,参见图 4-4)来代替原有源二端网络,则它的外特
性
)(IfU
应与有源二端网络的外特性完全相同。实验原理电路见图 4-5b。
E
R
R
R 1
1 E
R 2
2
+
-
+
-
6V10V
V
M
N
3
4
mA
1KΩ 1KΩ
510Ω
1KΩ
A
B
R L
R
R
V
R
R
Ω
1K
mA
C
+
-
3
4
5
6
U
oc
510
Q
Q'
R
R
cq
L
Ω
100
Ω
1K
Ω
I
3
(a) (b)
图 4-5
三、预习内容
在图 4-5(a)中设
1
E
=10V,
2
E
=6V,
21
RR
=1K,根据戴维南定理将 AB
以左的电路化简为戴维南等效电路。即计算图示虚线部分的开路电压
oc
U
,等
效内阻
eq
R
及 A、B 直接短路时的短路电流
sc
I
之值,填入自拟的表格中。
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