电工学自主实验：无源二端网络参数的测量
学号： 姓名： 班级： 座位号： 实验日期： 12月13日 联系电话： 邮箱： 教师签字：
1. 实验目的
1.掌握一种判断无源二端网络性质的方法—-示波器，两种不同的测量无源二端网络参数的方法--谐振法和三相电流法。
2.加深对三相电路电流和电压的测量方法的理解。
3.加深对谐振电路测量方法理解。
2. 总体设计方案或技术路线
1. 如图（a），将所需要测量的无源二端网络连接，再用示波器测量其电压和电流，大致估计出它是感性，阻性或是容性；
2. 如图（b），连接电路，改变低频信号发生器，测量当发生谐振时的信号频率，通过公式计算得出该容性无源二端网络N的电路参数r和C（L）；
3. 如图（c），连接电路，根据已知的R和C，用三相电能质量分析仪测得支路的电压和电流，当UAN，UBN，UCN对称时，通过公式计算得到该感性无源二端网络N2的电路参数r2和L。
3. 实验电路图
图（a1） 图（a2）
图（b1） 图（b2）
图（c）
4. 仪器设备名称、型号
三相电能质量分析仪 1台 双踪示波器 1台 低频信号发生器 1台 电容箱 1个 电感线圈 1个 可变电阻箱 4个 开关 1个 5.理论分析或仿真分析结果
1.用示波器判断二端网络的性质 1.1图（a1）的仿真结果：
4.0mA
4.0V
2.0mA2.0V
0A0V
-2.0mA-2.0V
-4.0mA
0s
-I(R2)
Time
0.5ms
1.0ms
1.5ms
2.0ms
2.5ms
3.0ms
3.5ms
4.0ms
4.5ms
5.0ms
-4.0V
0s
V(R2:2)
Time
0.5ms
1.0ms
1.5ms
2.0ms
2.5ms
3.0ms
3.5ms
4.0ms
4.5ms
5.0ms
电流波形 电压波形
由此结果可以得出，电压相位落后于电流，N1网络呈容性，与仿真实验中假设的参数C=1uF，r1=1kΩ一致，也与实验结果波形大致相同。 1.2图（a2）的仿真结果：
4.0mA
4.0V
2.0mA
2.0V
0A0V
-2.0mA-2.0V
-4.0mA
0s
-I(R2)
Time
0.2ms
0.4ms
0.6ms
0.8ms
1.0ms
1.2ms
1.4ms
1.6ms
1.8ms
2.0ms
2.2ms
2.4ms
2.6ms
2.8ms
3.0ms
-4.0V
0s
V(R3:2)
Time
0.2ms
0.4ms
0.6ms
0.8ms
1.0ms
1.2ms
1.4ms
1.6ms
1.8ms
2.0ms
2.2ms
2.4ms
2.6ms
2.8ms
3.0ms
电流波形 电压波形
由此结果可以得出，电压相位超前于电流，N1网络呈感性，与仿真实验中假设的参数L=0.1H，r2=1kΩ一致，也与实验结果波形大致相同。
2.用谐振法测二端网络的参数 谐振法公式：感性网络：r?U11 *?R L?Uc2?f0C(2?f0)2*C
U1*(2?f0L)?R C? 2UL(2?f0)*L 容性网络：r?
2.1图（b1）的仿真结果：
3.0mA
2.0mA
1.0mA
0A
100Hz-I(R2)300Hz1.0KHz
Frequency3.0KHz10KHz
当电流最大时，仿真实验所测得的频率为316.98Hz，与实验所得的数据330.33Hz十分接近，误差在5%以内。
5.0V
4.0V
3.0V
2.0V
1.0V
100HzV(V1:+,L1:2)300HzV(0,L1:2)1.0KHz
Frequency3.0KHz10KHz
仿真试验中测得的在316.98Hz下的U=5.000V，UL=2.2517V，
代入公式计算：r?5.000*2?*316.98*0.5?990?1021? 2.2517
C?1?0.5uF (2?*316.98)2*0.5
仿真数据和实验结果的数据相似，结果与实验中假设的参数C=0.5uF，r=1kΩ一致。 2.2图（b2）的仿真结果：
2.8mA
2.4mA
2.0mA
1.6mA
1.2mA
100Hz
-I(R2)300Hz1.0KHz
Frequency3.0KHz10KHz
当电流最大时，仿真实验所测得的频率为726Hz，与实验所得的数据740Hz十分接近，误差在5%以内。
6.0V
4.0V2.0V
0V
100HzV(V1:+,V1:-)300HzV(0,V1:-)1.0KHz
Frequency3.0KHz10KHz
仿真试验中测得的在726Hz下的U=5.000V，Uc=1.1098V
，
代入公式计算：r
?
L?5.0001*?990?985? ?61.10982?*726.00*0.5*101?0.0961
H 2?6(2?
*726.00)*0.5*10
仿真数据和实验测得的数据相似，结果与实验中假设的参数L=0.1H，r=1kΩ一致。
3.用三相电流法测二端网络参数
3.1 理论方法：
如图（c）所示，当改变信号频率，可以在负载端得到对称的三相电压UAN，UBN，UCN 。
根据电路图分析，对B点列KCL方程：
UABUBNUBN（UAN，UBN，UCN为相量形式） ??
r
?jwLR?j1
wC
设UAN?UP?0，则UAB?P?30，UBC?P??90，UBN?UP??120 代入方程解得：?wLr2*XC)? 222RwLr?XC
11.5r?2*XCXC?（） ?wC2Rr2?X2C ?
由上述方程可知，当知道了确定的R ，C和w时，就能求出相应的二端网络参数r，L。
3.2 orCAD的仿真实验：
V(R1:2)V(R3:1)V(V1:-) Frequency
但是，该仿真实验可知，由以上的R，C，w 条件，UAN，UBN，UCN没有对称的时候，此时
这方法不能计算出二端网络的参数。
6. 详细实验步骤及实验结果数据记录
详细实验步骤：
(1) 得到一块未知的二端网络时，可以先用示波器判断该器件的性质。按照图（a1）连好电路，用示波器的通道一测量电路两端的电压U1；用通道二测量R上的电压U2，将U2除以R的数值，即为该电路的电流I，将U1与I比较，得到电压与电流的波形图像，可以判断该器件的性质。(假设N1为容性)
(2) 与第一步相似，不过换用另一二端网络N2，得到电路电压与电流的波形图像，得到判断结果。（假设N2为感性）
(3) 用谐振法测量容性的二端网络N1参数。按照图（b1）连接电路，改变信号发生器的频率，当R上的电压最大时，电路发生谐振，记录此时的端口电压和L上的电压。代入公式进行计算得到该二端网络的参数。
(4) 改为感性的二端网络N2，按照图（b2）连接电路，改变信号发生器的频率，当R上的电压最大时，电路发生谐振，记录此时的端口电压和C上的电压。代入公式进行计算得到该二端网络的参数。
(5) 用三相电流法测量感性的二端网络N2参数.按照（c）连接电路，调节信号发生器的频率，用三相电能质量分析仪记录UAN，UBN，UCN，当三者对称时，记录此时频率f，代入公式进行计算得到该二端网络的参数。
实验结果数据记录：
图（a1）实验数据:
实验已知量：R=990Ω, f?1*104Hz, U有效=5V：
图（a2）实验数据：
实验已知量：R=990Ω, f?1*10Hz, U有效=5V：
图（b2）实验数据：
4
图（c）实验数据：
R1=990Ω, R2=991Ω, R3=989Ω, C=0.5uF .7.实验结论
1 用示波器判断二端网络的性质：
实际实验中用示波器来推测二端网络性质的方法得到了很好的证明。
感性网络电压相位超前与电流，而容性网络的电压之后与电流，以此来判断二端网络的性质。
并且用仿真实验同样验证了该性质。
2 谐振法数据结果分析：
2.1图（b1）实验结果
图（b1）的实验结果：代入实验数据后，计算得出： r?
C?5.000*2?*330.00*0.5?990?1155? 2.211?0.4652uF 2(2?*330.00)*0.5
2.2图（b2）实验结果
图（b2）的实验结果：代入实验数据后，计算得出： r?
L?5.0001*?990?1039? ?61.012?*740.00*0.5*101?0.0925H 2?6(2?*740.00)*0.5*10
根据实际实验结果，可以知道用所测数据计算的结果和实验中假设的参数一致，用谐振法测量二端网络参数可行并且十分方便。
同时也用仿真实验加以证明。
3 三相电流法的结果分析
用理论分析时的前提是随着信号源频率的改变，三相电压有可能会对称，此时才能计算出该二端网络的参数。但仿真实验指出，有些电路中的C，w，L在不满足一定的关系的情况下，三相电压有不会对称，因而不能解出该二端网络的参数。
由此，可以认为，三相电流法可以实现我们的目的，但是存在一定的限制，只对某些特殊的电路才能成功得出正确的参数。
8.实验中出现的问题及解决对策
（1）在做图（a）组实验时，无法用示波器直接测量电流的值，而无法比较电流与电压的相位差。
解决方法：将示波器的接口接在电阻两端，测稳定电阻上的电压。由于电阻的性质，通过电阻的电流与电阻上的电压具有同相位，可以以此来与二端网络的电压作比较。
（2）在做图（b）组实验时，原计划测电路中电流的示数（大致为2.5mA左右），但在实验中发现没有那么小的量程的毫安表。
解决办法：直接在电阻两端测量电阻的电压，由于电阻的值已知而且稳定，可以采用将电压除以电阻的方法求的电路上的电流。或者改变方程式，将电阻电压替代电流，依然可以方便的求得有效值。
（3）在做图（b）组实验时，需要改变信号发生器的频率，有时候电流表的示数变化较小，频率更需要微调，但实验室里的信号发生器无法做到那么细微的调整，使得结果出现较大误差。
解决方法：在实验时，可以采用内阻更大的电流表。测量时双眼紧盯电流表的示数，右手调动信号发生器，争取做到最精确，以减少误差。但由于实验器材本身的问题，可以加入一定的系统误差值以求得最精确的结果。
（4）在做图（c）组实验时，由于实验室不准用220V的交流电，采用低电压时电路中的电流很小（只有几毫安），采用三相电能质量分析仪时所得的示数太小以至于不准确，误差极大。
解决方法：在实验室中验证三相电流法无法实现，可以用orCAD进行仿真实验，排出实验中仪器和人为无意的干扰。如果结果吻合，则可以说三相电流法能测出二端网络参数。
9.本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议
体会和收获：
（1）更好的理解了示波器的用法，和谐振法测二端网络参数的方法。
（2）在实验中也发现了各种各样的问题，并尝试自己解决问题。虽然有些问题没有解决，
但也为下次做实验积累了经验。
（3）尝试自己验证一种方法的可能性，在过程中学会了一些东西，比如实验前的计划打算
和实验细心操作对实验的重要性。
建议：
有些仪器都不准，比如示波器的通道二不稳，电阻箱无法精确操作……应该经常更换装备。
10．参考文献
电路理论基础，陈希有，高等教育出版社，20xx年1月。
电路学习指导与实验教程，陈意军，高等教育出版社，20xx年2月。
第二篇：哈工大电路自主实验报告
姓名 陈若兰 班级 1104102 学号 1110410223
实验日期 6.20 节次 10:00 教师签字 成绩
实验名称：验证互易定理
1.实验目的
（1）、验证互易定理，加深对互易定理的理解；
（2）、进一步熟悉仪器的使用。
2. 总体设计方案或技术路线
（1）、实验原理：
互易定理： 对一个仅含有线性电阻（不含独立源和受控源）的电路（或网络），在单一激励产生响应，当激励和响应互换位置时，响应对激励的比值保持不变。此时，当激励为电压源时，响应为短路电流；当激励为电流源时，响应为开路电压。
互易定理存在三种形式：
①、定理1：如图(a)与(b)所示电路中，N0为仅由电阻组成的线性电阻电路，则有
。
②、定理2：如图(a)与(b)所示电路中，N为仅由电阻组成的线性电阻电路，则有
。
③、定理3：如图(a)与(b)所示电路中，N为仅由电阻组成的线性电阻电路，则有
。
（2）、实验方案
电路图一，证明I2=i1；
电路图二，证明U2=u1；
电路图三，证明U2/US=i1/IS。
（电路图如下）
3.实验电路图
各参数分别为：R1=R3=R4=R5=100Ω R2=200Ω US=6V IS=50mA
4. 仪器设备名称、型号
交直流电路实验箱 一台
直流电压源 0～30V 一台
直流电流源0～100mA 一台
直流电流表0～400mA 一只
数字万用表 一只
电阻 若干
5.理论分析或仿真分析结果
6.详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）
（1）、验证定理一，按照图一连好电路后测量I2、i1，将实验数据记录在表格1中；
（2）、验证定理二，按照图二连好电路后测量U2、u1，将实验数据记录在表格2中；
（3）、验证定理三，按照图三连好电路后测量U2、i1，将实验数据记录在表格3中。
表1
表2
表3
7.实验结论
8.实验中出现的问题及解决对策
（1）、问题：实验过程中无200Ω定值电阻；
对策：改成两个100Ω定值电阻串联；
（2）、问题：实验中电流表无示数，后经检查电路发现该实验台电流表被烧坏，
对策：换了一台没有问题的直流电流表。
9.本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议
收获和体会：通过本次试验在理论的基础上，更进一步证实了互易定理，加深了对互易定理的学习程度，同时也更加熟悉了实验器材。
对实验室的建议：实验室仪器设备不是很多，这就限制了同学们自主设计的范围，建议实验中心多购置一些常用的设备，还有就是现有的仪器设备应多注意维护整修，提供给同学们最好的实验环境。
10．参考文献
《电路理论基础(第三版)》 陈希有 高等教育出版社
《电路实验教程》 齐凤艳 机械工业出版社