实验九线性电路叠加性和齐次性的研究

一。实验目的 1。验证叠加原理;

2.了解叠加原理的应用场合;

3。理解线性电路的叠加性和齐次性。

二.原理说明

叠加原理指出：在有几个电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，可以看成是由每一个电源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。具体方法是:一个电源单独作用时,其它的电源必须去掉（电压源短路,电流源开路）;在求电流或电压的代数和时，当电源单独作用时电流或电压的参考方向与共同作用时的参考方向一致时，符号取正,否则取负。在图9－1中:

I1ﻩﻩI2I2I2ﻩﻩI3I3I3 I1I1UUU

I1R1UUS1I2I3R3R2US2I1R1US1UI2I3R3R2R1I1I2I3UR2US2R3（ａ〕（ｂ〕图 9－1（ｃ〕叠加原理反映了线性电路的叠加性,线性电路的齐次性是指当激励信号（如电

源作用)增加或减小Ｋ倍时，电路的响应(即在电路其它各电阻元件上所产生的电流和电压值)也将增加或减小K倍.叠加性和齐次性都只适用于求解线性电路中的电流、电压．对于非线性电路，叠加性和齐次性都不适用。

三。实验设备

１．直流数字电压表、直流数字毫安表(根据型号的不同，ＥEL—Ⅰ型为单独的MEＬ－06组件，其余型号含在主控制屏上）

2.恒压源（ＥＥL—Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均含在主控制屏上，根据用户的要求,可能有两种配置（１）+６ V(＋5V）,＋1２V,０～３0V可调或（2）双路０～30Ｖ可调。）

3。ＥEＬ－30组件（含实验电路)或EEL-53组件 四.实验内容

R21k，实验电路如图9-2所示，图中：R1R3R4510，R5330,电

源ＵＳ1用恒压源中的＋12Ｖ输出端,US2用0~＋３０V可调电压输出端,并将输出电压调到+6Ｖ（以直流数字电压表读数为准)，将开关Ｓ3投向R5侧。 510FS1R1A1kR2BS2S3510ER4DVDR35106.0I1I3I2330R5C１。US１电源单独作用（将开关Ｓ1投向US１侧，开关S２投向短路侧），参考图９-1（b)， 画出电路图，标明各电流、电压的参考方向． 用直流数字毫安表接电流插头测量各支路电流：将电流插头的红接线端插入数字毫安表的红(正)接线端,电流插头的黑接线端插入数字毫安表的黑（负）接线端,测量各支路电流,按规定：在结点A，电流表读数为‘+’，表示电流流出结点，读数为‘-',表示电流流入结点，然后根据电路中的电流参考方向，确定各支路电流的正、负号，并将数据记入表9-1中.

用直流数字电压表测量各电阻元件两端电压：电压表的红（正）接线端应插入被测电阻元件电压参考方向的正端,电压表的黑(负）接线端插入电阻元件的另一端（电阻元件电压参考方向与电流参考方向一致),测量各电阻元件两端电压,数据记入表9—1中.

表９-1实验数据一

测量项ＵUＳI１ I2 I３ UＡＢ UCD UAD UDＥ UFＡ 目 (mA（ｍ（m（V S1 ２ 实验内容 (V（） A） Ａ） ） (V) （V(Ｖ) (V） ） V） ) US１单独作用 1２ ０ UＳ２单独作用 0 6 ＵS1, UＳ２共同1２ ６ 作用 ＵS2单独作用 ０ １ ２ 2．US2电源单独作用（将开关S１投向短路侧，开关S2投向ＵS2侧）,参考图9－1(c），画出电路图,标明各电流、电压的参考方向。

重复步骤1的测量并将数据记录记入表格9—1中.

3．ＵS1和ＵＳ2共同作用时(开关Ｓ1和S2分别投向US1和US2侧）,各电流、电压的参考方向见图9—2。

完成上述电流、电压的测量并将数据记录记入表格9-1中。

4．将US2的数值调至＋12Ｖ，重复第2步的测量，并将数据记录在表9—１中．

5。将开关Ｓ3投向二极管VD侧，即电阻R5换成一只二极管１N４00７，重复步骤1～４的测量过程，并将数据记入表9—２中。

表9—2 实验数据二

测量项目 US1 UＳＩ１ I2 Ｉ３ UＡB UCD ＵAUDE UFA 实验内容 （２ (mA(mA(mA（V Ｄ V） （） ） ） ） (V） (V） （VV) （V) ) US１单独作用 １2 0 US２单独作用 ０ 6 US1， US2共同12 6 作用 US2单独作用 ０ 12 1.用电流插头测量各支路电流时，应注意仪表的极性，及数据表格中“+、-”

号的记录；

２．注意仪表量程的及时更换； ３．电源单独作用时，去掉另一个电压源，只能在实验板上用开关Ｋ1或K2操作,而不能直接将电源短路。

１．叠加原理中ＵＳ１, UＳ2分别单独作用，在实验中应如何操作?可否将要去掉的电源(UＳ1或UＳ２）直接短接?

２．实验电路中，若有一个电阻元件改为二极管，试问叠加性与齐次性还成立吗?为什么？

七．实验报告要求

1。根据表9-１实验数据一，通过求各支路电流和各电阻元件两端电压,验证线性电路的叠加性与齐次性；

2.各电阻元件所消耗的功率能否用叠加原理计算得出?试用上述实验数据计算、说明； 3.根据表9－1实验数据一，当US１=UＳ2=12Ｖ时，用叠加原理计算各支路电流和各电阻元件两端电压；

４。根据表９－2实验数据二，说明叠加性与齐次性是否适用该实验电路； ５。回答思考题。

ﻬ实验十 电压源、电流源及其电源等效变换的研究 一。实验目的

１。掌握建立电源模型的方法；

２.掌握电源外特性的测试方法；

3.加深对电压源和电流源特性的理解； 4.研究电源模型等效变换的条件。 二．原理说明 1。电压源和电流源

电压源具有端电压保持恒定不变，而输出电流的大小由负载决定的特性。其外特性，即端电压U与输出电流Ｉ的关系Ｕ ＝ｆ(I） 是一条平行于Ｉ轴的直线。实验中使用的恒压源在规定的电流范围内，具有很小的内阻，可以将它视为一个电压源.

电流源具有输出电流保持恒定不变,而端电压的大小由负载决定的特性。其外特性,即输出电流I与端电压Ｕ的关系I=ｆ(U) 是一条平行于U轴的直线．实验中使用的恒流源在规定的电流范围内,具有极大的内阻,可以将它视为一个电流源。

２。实际电压源和实际电流源

实际上任何电源内部都存在电阻,通常称为内阻.因而,实际电压源可以用一个内阻ＲS和电压源ＵS串联表示,其端电压Ｕ随输出电流I增大而降低。在实验中，可以用一个小阻值的电阻与恒压源相串联来模拟一个实际电压源。

实际电流源是用一个内阻ＲＳ和电流源ＩＳ并联表示，其输出电流I随端电压Ｕ增大而减小。在实验中，可以用一个大阻值的电阻与恒流源相并联来模拟一个实际电流源。

3．实际电压源和实际电流源的等效互换 一个实际的电源,就其外部特性而言，既可以看成是一个电压源,又可以看成是一个电流源．若视为电压源,则可用一个电压源Us与一个电阻RS相串联表示；若视为电流源，则可用一个电流源ＩＳ与一个电阻RS相并联来表示。若它们向同样大小的负载供出同样大小的电流和端电压，则称这两个电源是等效的,即具有相同的外特性。

实际电压源与实际电流源等效变换的条件为： （１)取实际电压源与实际电流源的内阻均为ＲS;

（2）已知实际电压源的参数为Ｕs和RS，则实际电流源的参数为ISRS,

若已知实际电流源的参数为Is和RＳ，则实际电压源的参数为USISRS和RS． 三．实验设备

1．直流数字电压表、直流数字毫安表(根据型号的不同,ＥEL-Ⅰ型为单独的ＭEL—06组件，其余型号含在主控制屏上）

２.恒压源（ＥＥL—Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均含在主控制屏上，根据用户的要求,

US和RS可能有两种配置(１）＋６ V(＋５Ｖ），+１2V，０～30Ｖ可调或(2)双路0～30V可调.)

3．恒源流(0～50０mＡ可调）

4．EEL－23组件（含固定电阻、电位器）或EＥL－51组件、EEL-５2组件 四。实验内容

1．测定电压源(恒压源）与实际电压源

mA的外特性

R1实验电路如图10—１所示，图中的电

USV源US用恒压源中的＋6Ｖ(+5Ｖ）输出端,R1R2取２０0Ω的固定电阻，R2取４７0Ω的电位器。调节电位器R2，令其阻值由大至小图 10－1变化,将电流表、电压表的读数记入表10-１中．

表1０-1 电压源(恒压源)外特性数据 I (mＡ） U (V） 在图1０—1电路中,将电压源改成实际电压源，如图１0—2所示,图中内阻RＳ取51Ω

的固定电阻，调节电位器Ｒ2,令其阻值由大US至小变化，将电流表、电压表的读数记入表10-2中。

表10—2 实际电压源外特性数据 mARSVR1R2图 10－2Ｉ (ｍ A) U （V) 2.测定电流源（恒流源)与实际电流源的外特性

mA按图１０—３接线，图中IS为恒流源，调节其

RSISR2输出为

５ｍA(用毫安表测量），R2取470Ω的电位器,在ＲS分别

图 10－3为1ｋΩ和∞两种情况下，调节电位器R2，令其阻值由大

至小变化,将电流表、电压表的读数记入自拟的数据表格中。

V３。研究电源等效变换的条件 按图10-4电路接线，其中（a）、（b）图中的内阻RＳ均为51Ω，负载电阻Ｒ均为200Ω.

在图１0-4 （ａ）电路中，mAmAUS用恒压源中的+6V输出RSVVRSRR端,记录电流表、电压表的USIS读数。然后调节图1０-４（b）电路中恒流源IS，令

(a)图 10－4(b)两表的读数与图10—4（a)的数值相等,记录IS之值,验证等效变换条件的正确性。

五。实验注意事项

１．在测电压源外特性时，不要忘记测空载（I＝0）时的电压值；测电流源外特性时，不

要忘记测短路(U＝0）时的电流值，注意恒流源负载电压不可超过2０伏，负载更不可开路；

2。换接线路时,必须关闭电源开关； 3.直流仪表的接入应注意极性与量程。

1.电压源的输出端为什么不允许短路？电流源的输出端为什么不允许开路? ２。说明电压源和电流源的特性，其输出是否在任何负载下能保持恒值？

３．实际电压源与实际电流源的外特性为什么呈下降变化趋势，下降的快慢受哪个参数影 响？

4．实际电压源与实际电流源等效变换的条件是什么？所谓‘等效'是对谁而言？电压源 与电流源能否等效变换？

七。实验报告要求

1。根据实验数据绘出电源的四条外特性，并总结、归纳两类电源的特性； ２。从实验结果，验证电源等效变换的条件； 3。回答思考题。 ﻬ

实验十一 戴维南定理—-有源二端网络等效参数的测定 一．实验目的

１。验证戴维宁定理、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．实验原理

1．戴维宁定理和诺顿定理

戴维宁定理指出:任何一个有源二端网络，总可以用一个电压源US和一个电阻RＳ串 联组成的实际电压源来代替，其中：电压源UＳ等于这个有源二端网络的开路电压UOＣ， 内阻

ＲS等于该网络中所有独立电源均置零（电压源短接,电流源开路)后的等效电阻RＯ。 诺顿定理指出:任何一个有源二端网络,总可以用一个电流源IS和一个电阻RＳ

并联组成的实际电流源来代替，其中:电流源ＩＳ等于这个有源二端网络的短路短路ISC, 内阻RS等于该网络中所有独立电源均置零（电压源短接，电流源开路）后的等效电阻RＯ。

UＳ、RS和IS、RS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UＯC，

然后再将其输出端短路，测其短路电流IＳC,且内阻为：

RSUOC。 ISC

若有源二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流.（2)伏安法 U一种方法是用电压表、电流表测出有源二端网络

UOCUN的

U外特性曲线,如图11－１所示。开路电压为ＵOC，根据 外特性曲线求出斜率tgφ,则内阻为： OINIU图 11-1RStg. I另一种方法是测量有源二端网络的开路电压UＯC, 以及额定电流ＩN和对应的输出端额定电压UN， 如图11-1所示,则内阻为：RSISCUOCUN。

IN(３）半电压法

如图11-2所示，当负载电压为被测网络开路电压ＵOC一半时，负载电阻ＲL的大小 （由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻RＳ数值。

(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１1－3所示。零示法测量原理是用一低内阻的恒压源与被测有源二端网络进行比较,当恒压源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时,电压表的读数将为“0”,然后将电路断开，测量此时恒压源的输出电压U，即为被测有源二端网络的开路电压。

三。实验设备

1。直流数字电压表、直流数字毫安表（根据型号的不同，EＥL—Ⅰ型为单独的MEL—0６组件，其余型号含在主控制屏上）

2．恒压源(EＥL-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均含在主控制屏上，根据用户的要求，可能有两种配置（1）+６ V(+5V），+１2Ｖ,0～30V可调或（２)双路0~３０Ｖ可调。)

3．恒源流(0~500ｍA可调）

—2３组件或EＥL—18组件（含固定电阻、电位器）、EＥL-３0组件或ＥＥＬ—５１组件、ＥEL—5２组件

四。实验内容

A．适合EＥL－Ⅱ

被测有源二端网络选用EEL－30组件中的网络1,并与负载电阻RL(用电阻

1有源网络1mA＋3＋mA31＋mA3U122－RSRL4U12－RLISRSU12－USRL2（ａ〕424（ｂ〕图 11-4(c)箱）连接,如图11－４(a）所示．。

1.开路电压、短路电流法测量有源二端网络的等效参数

测开路电压UＯC：在图1１—４（ａ）电路中，断开负载ＲL,用电压表测量1、2两端电压，

将数据记入表1１－1中。

测短路电流IＳC：在图１１-４（a）电路中，将负载ＲL短路，用电流表测量电流,将数据

记入表１1—1中。

计算有源二端网络的等效参数US和RＳ。

表１1-1 开路电压、短路电流数据 UOC (Ｖ） ISＣ（mA） ＲS＝ UOC / ISＣ ２．伏安法测量有源二端网络的等效参数

测量有源二端网络的外特性：在图１１—4（a）电路中,用电阻箱改变负载电阻RL的阻值，逐点测量对应的电压、电流,将数据记入表1１—ＵS和RS.

表11－2 有源二端网络外特性数据 RL(） ９９ 900 800 700 6０ ５00 40０ ３ 20 １00 ０ ０ 00 ０ 12Ｕ （V） Ｉ（ｍ Ａ) ３．验证有源二端网络等效定理

绘制有源二端网络外特性曲线：根据表１1-2数据绘制有源二端网络外特性曲线。

测量有源二端网络等效电压源的外特性：图1１-４（b）电路是图(a)的等效电压源电路,图中,电压源US用恒压源的可调稳压输出端，调整到表11－1中的UOC数值,内阻ＲS按表11-1中计算出来的RS(取整)选取固定电阻。然后，用电阻

箱改变负载电阻ＲＬ的阻值，逐点测量对应的电压、电流,将数据记入表11－3中. RL（UAB （Ｖ） I(mA) 表11—3有源二端网络等效电压源的外特性数据 ９ 9０ 80０ 70０ ６ ５00 40 ３00 200 100 ） 90 ０ ００ ０ 测量有源二端网络等效电流源的外特性：图11—4（c)电路是图（ａ)的等效电流源电路，图中，电流源IS用恒流源,并调整到表11-1中的IＳC数值,内阻RS按表１1—1中计算出来的ＲS(取整)选取固定电阻。然后，用电阻箱改变负载电阻RL的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表１1—４中.

表1１－4有源二端网络等效电流源的外特性数据 ＲＬ 99 9０ 800 ７ ６０ 500 4０ ３00 ２00 10(） ０ 0 ０0 0 ０ ０ UAB （V） （ImA) 4。被测有源二端网络选用 EＥL—30组件中的网络２,重复上述步骤. 5．用半电压法和零示法测量有源二端网络的等效参数

半电压法:在图11—4（a)电路中,首先断开负载电阻ＲＬ，测量有源二端网络的开路电压

UOC,然后接入负载电阻ＲL（用电阻箱)，用电阻箱调整其大小，直到两端电压等于UOCC和

2为止，此时负载电阻RL的大小即为等效电源的内阻RS的数值。记录ＵＯ

RS数值。

零示法测开路电压ＵOC：实验电路如图11－3所示，其中：有源二端网络选用网络

1,恒

压源用恒压电源的可调稳压输出端，调整输出电压U，观察电压表数值，当其等于零时输出

电压U的数值即为有源二端网络的开路电压ＵＯC,并记录UＯC数值。 Ｂ.适合EEL—Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ 被测有源二端网络如图１1－５所示。 033IS510S1RL51010-USS2

１。图１1—5线路接入稳压源US=12V和恒流源IＳ=20ｍA及可变电阻ＲＬ.先断开RＬ测Ouｃh，再短接RL测Sｉc，则Ｒo=UOＣ/Iｓc，填入下表

表11－5 Uoc（V) Iｓc(mＡ） Rｏ＝Uoc/Ｉsｃ 2。负载实验

按图1１-５改变ＲL阻值，测量有源二端网络的外特性。

表11-6 ＲL990 ９０８０70０ 600 ５00 400 3０0 20０ １0（） ０ ０ ０ U(Ｖ) I(mＡ） ３．验证戴维南定理：用１kΩ（当可变电器用）,将其阻值调整到等于按步骤“1”所得的等效电阻RΟ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UOC之值）相串联，仿照步骤“２”测其特性,对戴氏定理进行验证。

表１1-７ ＲL(） 990 U（Ｖ) I（ｍA) ９00 ８0０ 70０ 60０ 5０0 400 ３00 200 100 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IS去掉，也去掉电压源，并在原电压端所接的两点用一根短路导线相连）,然后用伏安法或者直接用万用表的欧姆档去测定负载R

，B两点间的电阻,此即为被测网络的等效内阻Ｒｅq或称网络的入端Ｌ开路后A．

电阻R1。

Rｅｑ＝＝ （）

５．用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻Ｒｏ及其开路电压Uoc．

表11—8 ＲＯ（) UＯC（V） 五。实验注意事项

１.测量时，注意电流表量程的更换

2。改接线路时，要关掉电源。 六。预习与思考题

1。如何测量有源二端网络的开路电压和短路电流,在什么情况下不能直接测量开路电压和短路电流?

2。说明测量有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法,并比较其优缺点。

七．实验报告要求 适合EEL—Ⅱ

１。回答思考题；

—１和表１１—2的数据,计算有源二端网络的等效参数US和RS； 3．根据半电压法和零示法测量的数据,计算有源二端网络的等效参数ＵS和RＳ；

4．实验中用各种方法测得的UＯC和RＳ是否相等?试分析其原因；

５．根据表11-2、表１1—３和表１1—4的数据，绘出有源二端网络和有源二端网络等效电路的外特性曲线， 验证戴维宁定理和诺顿定理的正确性；

６。说明戴维宁定理和诺顿定理的应用场合. 适合EEＬ—Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ

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各种方法测得的Uoc与Ｒｅq与预习时电路计算的结果作比较,你能得出什么结论.

实验十二 最大功率传输条件的研究

一。实验目的

1。理解阻抗匹配，掌握最大功率传输的条件;

2。掌握根据电源外特性设计实际电源模型的方法。 二。原理说明

电源向负载供电的电路如图12－1所示，图中RS为电源内阻,RLＩ时,负载RL得到的功率为:

USPLI2RLRRLSRL 2IRS可见,当电源US和RS确定后,负载得到的功率大小只 与负载电阻RL有关。

令

RLUS图12-1dPL0，解得：RL= RS时，负载得到最大功率：dRLPLPLmaxUS． 4RS2RL＝ＲS称为阻抗匹配,即电源的内阻抗（或内电阻)与负载阻抗(或负载电阻)相等时，负载可以得到最大功率。也就是说,最

mA大功率传输的条件是供电电路必须满足阻抗匹配。

负载得到最大功率时电路的效

RSVUSRL图12-3率:PL50% . USI实验中，负载得到的功率用电压表、电流表测量。 三。实验设备

1。直流数字电压表、直流数字毫安表(根据型号的不同,EEL－I型为单独的ＭEL-06组件,其余型号含在主控制屏上)

2.恒压源(EEL-I、II、III、IV均含在主控制屏上，根据用户的要求，可能有两种配置（1)+６V(＋5Ｖ),＋1２V,0～3０V可调或(２)双路0~30V可调.） 3．恒流源(0~500ｍA可调)

4．ＥＥL—23组件或ＥEL—18组件（含固定电阻、电位器)、ＥＥＬ—30组件或EEL－5１组件、EＥＬ—52组件

1．根据电源外特性曲线设计一个实际电压源模型

已知电源外特性曲线如图１２－2所示，根据图中给出的开路电压和短路电

流数值，计算出实际电压源模型中的电压源UＳ

U/V和内阻RS.实验中，电压源US选用恒压源的可调15稳压输出端，内阻RS选用固定电阻。

2。测量电路传输功率

I/mA用上述设计的实际电压源与负载电阻RＬ相

050连,电路如图12—3所示，图中RL选用电阻箱,从

图12-2０~6０0Ω改变负载电阻RL的数值,测量对应的电压、电流，将数据记入表12—１中。

表１2-1 电路传输功率数据 ＲL（Ω） U(V) I(mA） PＬ(ｍW） 0 100 200 300 400 500 6０0 η％ 五．实验注意事项 1。电源用恒压源的可调电压输出端，其输出电压根据计算的电压源US数值进行调整,防止电源短路。

1．什么是阻抗匹配?电路传输最大功率的条件是什么? 2.电路传输的功率和效率如何计算？

３．根据图１２—2给出的电源外特性曲线，计算出实际电压源模型中的电压源US和内阻RS，作为实验电路中的电源;

４.电压表、电流表前后位置对换，对电压表、电流表的读数有无影响？为什么?

１．回答思考题；

2。根据表12－1的实验数据，计算出对应的负载功率PL，并画出负载功率PL随负载电阻RＬ变化的曲线，找出传输最大功率的条件;

３．根据表12-1的实验数据，计算出对应的效率η，指明:(1)传输最大功率时的效率;(2）什么时候出现最大效率?由此说明电路在什么情况下，传输最大功率才比较经济、合理。

ﻬ实验十三受控源研究 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. 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13—１（a)所示，其特性为：

u2u1

u其中：2称为转移电

u1压比（即电压放大倍数）。

（2)电压控制电流源(VＣCS），

如图13—1(b)所示,其特性为：

i2gu1u1i1(a)u2u1u1(b)i2gu1i1

(c)u2ri1i2i1(d)图 13-1其中：gmi2称为转移电导。 u1

（3)电流控制电压源(CCVS)，如图1３－1（ｃ）所示,其特性为：

u2ri1其中：ru2称为转移电阻。 i1(4)电流控制电流源(CCＣS），如图1３—１（d)所示，其特性为:

i2i1i 其中:2称为转移电流比（即

i1uu+-++uO电流放大倍数）。

２。用运算放大器组成的受控源

图 13-2运算放大器的电路符号如图1３—2所示，具有两个输入端:同相输入端ｕ+和反相输入端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。 +++（1）电压控制电压源（ＶCVS） -电压控制电压源电路如图１3-3所示.

u1由运算放大器的特性１可知:uuu1 R则iR1u2uuu1 1iR22R1R2R1iR12iR2.图 13-3由运算放大器的特性2可知：iR1iR2 代入iR1、iR2得：u2(1R2)u1 R1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13-2（a)所示，转移电压比:(1R2)。 R1u1（2）电压控制电流源(ＶCCＳ)

+++-R1iR1i2RLu2电压控制电流源电路如图13—4所示。 由运算放大器的特性1可知:uuu1

u则iR1

R1由运算放大器的特性2可知:i2iR图 13-4u1 R1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13—１(b)所示。

转移电导为:gi21 u1R1RiRi1(3)电流控制电压源（ＣCＶＳ）

电流控制电压源电路如图１３-５所示。

u1由运算放大器的特性1可知：uu0u２=Ｒ iR 由运算放大器的特性2可知：iRi1 代入上式，得: u2Ri1

即输出电压u2受输入电流i1的控制。其电路模型 如图1３－1（c）所示.

-+++.u2图 13-5转移电阻为： ru2R i1i1R1iR1（4)电流控制电流源（CCＣＳ）

电流控制电流源电路如图13－６所示. 由运算放大器的特性１可知:uu0

u1-+++.i2u2RLR2iR1R2i2

R1R2.图 13-6由运算放大器的特性２可知： iR1i1 代入上式，i2(1R1)i1 R2即输出电流ｉ2只受输入电流i１RＬ无关。它的电路模型如图１３－１(d）所示。转移电流比 i2R(1+1) i1R2１．直流数字电压表、直流数字毫安表(根据型号的不同,EＥL—I型为单独

的MＥL-06组件,其余型号含在主控制屏上)

2．恒压源(EEL—I、ＩＩ、IＩI、IV均含在主控制屏上，根据用户的要求，可能有两种配置（1）+6V（+5V），＋１2Ｖ，０~3０V可调或(2）双路０～30V可调。)

３．恒流源（０~500ｍA可调）

4.ＥEＬ－３1组件或EEL-５４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１３—7所示,图中，U１用恒压源

+U1+_∞+R1R2RL+U2_的

可调电压输出端,R1＝R2＝10ｋΩ，RＬ=2kΩ(用电阻箱）。

（１)测试VＣVS的转移特性图1３—7

_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13—１中。

表1３—1 VCVS的转移特性数据 U1／V ０ 1 ２ ３ ４ 5 6 7 8 Ｕ２/V  /U2Ｖ 表改变电阻R１，使其Ｒ１=２0ｋΩ,按上述方法测量对应的输出电压，用U2示，并将数据记入表1３-１中。

（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13-２中。

表13—2 VCVＳ的负载特性数据 RL/Ω U2／V 5０ 70 100 200 ３0０ ４00 ５０0 1０00 200０ 2。测试电压控制电流源（VCCＳ）特性

+∞实验电路如图13-８所示，图中,U1用恒压源的可调A+_I2RLU1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） R1_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13—3中。 图13-8

表１3—３ VＣCS的转移特性数据 +U1／Ｖ I2/mA ０ ０．5 1 1。5 ２ ２。5 ３ 4 （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13—４中.

表13－４ VCＶS的负载特性数据 RＬ/kΩ 5０ 2０ 10 ５ 3 １ ０。0．２ ５ Ｉ２/mＡ 3．测试电流控制电压源(ＣCVS)特性

实验电路如图13—9所示，图中,I1用恒流

A源，Ｒ1=10kΩ,RL＝2ｋΩ(用电阻箱)。

（1）测试ＣＣVS的转移特性U2=ｆ(Ｕ1） +I1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13—５图１３-９

表13－5 ＣＣＶS的转移特性数据

_R1∞+RL+U2_中.

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I1=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13-6中。

表1３-6 CCＶS的负载特性数据 RL／Ω U2／V 50 1００ １50 200 500 1k 2k R1A_10k 80ｋ I2RLR2４.测试电流控制电流源(CＣCS)特性

实验电路如图13－１０所示。图中,I1用恒流源，R1=R２＝1０kΩ，ＲL=２kΩ（用电阻箱)。

(1）测试CCＣS的转移特性I2＝f(I1）

A调节恒流源输出电流Ｉ1（以电流表读数为I1+准),用电流表测量对应的输出电流Ｉ2，Ｉ1、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１３图1３－1０

表1３—7 ＣＣCＳ的转移特性数据 I1／mA I2/ｍA ０ ∞+-7中。

０。05 0．15 ０．2 0。２５ ０。3 ０。４ （２）测试ＣCCＳ的负载特性I２＝ｆ(ＲL）

保持I1=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１3-８中.

表１3－8 ＣＣCＶ的负载特性数据 RL/Ω 50 1００ 150 2００ 500 １k 2k 1０ｋ 80ｋ I2/mＡ 1．用恒流源供电的实验中，不允许恒流源开路；

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的意义是什么？如何测得？ 3.若受控源控制量的极性反向，试问其输出极性是否发生变化？

４。如何由两个基本的ＣCVC和ＶCCS获得其它两个CＣＣS和VCＶS,它们的输入输出如何连接？

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. 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13－1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3、4题;

4.对实验的结果作出合理地分析和结论,总结对四种受控源的认识和理解。

实验十四直流双口网络的研究

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试方法。

U2和电流I2作为自变量，以输入口的电压Ｕ1和电流 I2作为应变量,所得的方程称为双口网络的传输方程，

如图14－1所示的无源线性双口网络（又称为四端网络)的传输方程为

I1U1U1AU2B(I2)I1CU2D(I2)双口网络图 14－1I2U2

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。

（1)双端口同时测量法 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， 由传输方程可得Ａ、B、C、Ｄ四个参数：

(令，即输出口开路时)(令,即输出口短路时)(令,即输出口开路时）（令,即输出口短路时）(2)双端口分别测量法

先在输入口加电压,而将输出口开路和短路,测量输入口的电压和电流，由传输方程可得：（令,即输出口开路时)

（令,即输出口短路时）

然后在输出口加电压,而将输入口开路和短路，测量输出口的电压和电流，由传输方程可得：(令I10，即输入口开路时）

（令U10，即输入口短路时)

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,这四个参数中有三个是独立的,因此，只要测量出其中任意三个参数（如R10,R20,R2S),与方程 AD—BＣ＝1（双口网络为互易双口,该方程成立）联立，便可求出四个传输参数:

。

3。双口网络的级联

双口网络级联后的等效双口网络的传输参数亦可采用上述方法之一求得.根据双口网络理论推得：双口网络1与双口网络2级联后等效的双口网络的传输参

数，与网络1和网络２的传输参数之间有如下的关系：

AA1A2B1C2, BA1B2B1D2,CC1A2D1C2, DC1B2D1D2,

１。直流数字电压表、直流数字毫安表（根据型号的不同，EEL－I型为单独的MEＬ—06组件，其余型号含在主控制屏上）

２．恒压源（EEＬ-Ｉ、II、IIＩ、IＶ均含在主控制屏上，根据用户的要求,可能有两种配置（1）＋６V（+5Ｖ），＋12V,0~3０V可调或（２)双路0～３0V可调.）

３。EEＬ—３1组件或EEL-5１组件、EEL—5２组件 四。实验内容

实验线路板EＥL-３1组件上双口网络1、3的电路如图１4—２(ａ)、(b）所示，其中图（a）为T型网络，图(b)为Π型网络.将恒压源的输出电压调到10Ｖ，作

I1I2200300I1I2U1U2U1200510300U2510(a)图 14-2(b)为双口网络的输入电压Ｕ1,各个电流均用电流插头、插座测量。

‘双端口同时测量法'测定双口网络传输参数

根据‘双端口同时测量法'的原理和方法,按照表14-1、２的内容,分别测量双口网络１和３的电压、电流,并计算出传输参数A1、B１、C1、D１和A3、B3、Ｃ3、D３,将所有数据记入表１４-１、２中.

表１4—1 测定传输参数的实验数据一 双 输出端开测 量 值 计 算 值 口 路 U10(V） U20（V） I1０（ｍＡ） A1 C1 网 I2＝0 络 输出端短U1S（V） I1S(mA) Ｉ2S（mB１ D1 1 路 Ａ） U2=0

双 口 网 络 ３ 输出端开路 Ｉ２=0 输出端短路 Ｕ2=0 表１4－2 测定传输参数的实验数据二 测 量 值 计 算 值 Ｕ10（V） U2０（V） I１０(mA） A3 Ｃ３ U1S（V） I1S（ｍＡ） I2S（mA) Ｂ3 D3 ２。用‘双端口分别测量法' 测定级联双口网络传输参数

将双口网络1的输出口与双口网络３的输入口连接，组成级联双口网络，根据‘双端口分别测量法’的原理和方法，按照表１4—３的内容，分别测量级联双口网络输入口和输出口的电压、电流，并计算出等效输入电阻和传输参数A、Ｂ、Ｃ、Ｄ,将所有数据记入表14－3中．

表1４—3 测定级联双口网络传输参数的实验数据

输出端开路I2=0 输出端短路U2=０ 计 算 传输参Ｕ1０（V） I10(mA） R10 Ｕ１S(Ｖ) Ｉ1Ｓ(ｍR１Ｓ 数 A） 输入端开路I1=０ U２0(Ｖ） Ｉ20（mA） Ｒ2０ 输入端短路U１=0 U2S（V） Ｉ2S（mR2S Ａ） A B Ｃ D ３。用‘双端口同时测量法'测定有源双口网络传输参数

对实验线路板EEＬ-31组件上的双口网络2、4,重复实验1的步骤,将实验数据记入自拟的数据表格中。

五。实验注意事项

1．用电流插头插座测量电流时，要注意判别电流表的极性及选取适合的量程（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1的输出端与另一双口网络3的输入端联接。

六．预习与思考题

１.说明是双口网络的传输参数?它们有何物理意义？

2。试述双口网络‘同时测量法’与‘分别测量法’的测量步骤，优缺点及其适用场合;

3．用两个双口网络组成的级联双口网络的传输参数如何测定? １。整理各个表格中的数据,完成指定的计算； 2．写出各个双口网络的传输方程;

3。验证级联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.回答思考题１、2、3。