学生电路分析实验指导书.doc

目 录电路分析概论-3实验一 元件的伏安特性-9实验二 基尔霍夫定律-12实验三 电源的等效变换-实验四 戴维南定理与叠加定理-14实验五 受控源的研究-18 实验六 典型电信号的观察与测量-21实验七 RC一阶电路的零输入响应和零状态响应-23实验八 RLC串联谐振电路- -29附录：附录：电子示波器面板旋扭和开关的作用使用说明 - 35 电路实验概论任何自然科学理论都离不开实验，科学实验是研究自然科学极为重要的环节，也是科学技术得以发展的重要保证。对于电路课程来说，要在系统的学习本学科理论的基础上，加强基本实验技能的训练，实验课即为这种技能训练的重要环节，试验质量的高低将直接影响学生实际能力的高低，而实际能力则关系到学生今后工作与发展，所以对于实验课应该给予应有的重视。1、 实验的目的1） 培养学生实事求是，一丝不苟三严（严格、严密、严肃）的科学态度，以及独立工作的能力。2） 培养学生的基本实验技能，比如正确使用常用的电工仪器，掌握一些常用的电工测量技术，试验方法以及数据分析处理知识。3） 巩固、加深并扩大所学到的理论知识，培养运用基本理论分析处理实际问题的能力。2、 通过电路实验，学生在实验技能方面应该达到以下要求：1）、正确使用电流表、电压表、万用表、功率表以及常用的一些电工实验设备；学会使用示波器、信号发生器、稳压电源等电子仪器。对于常用的电工、电子仪器仪表、控制和调节设备，应该能够进行选择、调整和熟练使用。对于精密及高级仪器仪表设备，要求一般的掌握其性能，用法和注意事项。2）应能按照电路图连接实验电路，合理安排仪表和布线，能检查电路，初步排除并分析故障，并掌握人身及设备的安全和防护知识。3）认真观察实验现象，掌握观察、读取选择和检查数据的方法，并具有判断实验结果和理性的能力。4）能正确书写实验报告，绘制工程曲线，计算和分析实验结果。掌握误差理论和有效数字的基本概念，能够正确运用实验手段验证一些定理和结论。（三）、实验课要求一般实验可分为课前准备、进行实验和课后完成实验报告三个阶段，各个阶段的任务如下：1、课前准备（1）、阅读实验指导书，根据实验要求，明确实验的目的与要求，了解完成实验的方法和步骤，并结合实验原理复习相关的理论知识，完成必要的理论估算，设计好实验数据的记录表格；认真思考并解答预习思考题中的问题。 （2）、理解并牢记指导书中提出的注意事项，阅读附录中有关本次实验的仪器、仪表见解，要求对实验中所用的仪器设备的作用以及实用方法要有初步的了解。 （3）、完成预习报告，报告中应该有实验目的，所用以求设备、原理图及数据记录表格，可前提交指导老师检查后才能进行实验。 2、进行实验的要求 良好的工作习惯和正确的操作程序，是使实验顺利进行的的有效保证。1) 接线之前，应该首先了解各种仪器设备和元器件的额定值，使用方法和电源设备的情况。2) 实验中将要用的仪器、仪表、实验班以及开关等应根据连线清晰、调节顺手和读书观察方便的原则，合理布局。3) 接线可以按照“先串后并”、“先主后辅”的原则接好无源部分，最后再接电源。接电源的时候应该将电源开关处于断开状态，并将可调设备的旋钮、手柄、锄头等置于最安全或者要求置放的位置。4) 实验进行中要大胆心细，一丝不苟。结合理论分析，认真观察实验现象，准确读取数据，随时分析、研究实验结果的合理性，如果发现异常现象，应及时查找原因，如遇到事故发生，应立即切断电源，并报告指导老师。3、 完成实验报告实验报告是实验工作的全部总结，也是工程技术报告的模拟训练应该用简洁的形式将实验结果完整、真实的表达出来，报告要求文理通顺，简明扼要，字迹端正，图表清晰，分析合理，讨论深入。报告内容应该包括以下的几个方面：1、 实验目的：填写实验的目的和意义。2、 实验仪器设备：填写实验实际使用的设备名称、型号和数量。3、 实验原理图：绘制实验原理图及实验线路图。4、 实验内容：填写必要的实验步骤，列表记录实验数据，写出必要的数据处理过程。5、 总结：对实验现象、数据进行分析，得出结论，回答实验报告中要求的问题，谈谈本次实验的心得体会及建议。4、 安全问题1) 人生安全实验证明，人体触电时，通过的电流为50mA就会有生命危险，通过100mA则能致人死亡。电工学实验经常使用220伏何380伏交流电，试验中如有不慎就可能发生触电和损坏仪器设备的严重事故。因此，在实验中一定不要麻痹大意，必须严格遵守安全操作规程。要求学生认真阅读安全用电常识，要求切实遵守实验室的各项安全操作规程，试验中认真听指导教师讲解实验注意事项，操作步骤，试验中严格按照指导老师的指示去做，以确保实验安全。，特别注意强电实验时，不得擅自接通电源，不得触及带电部分，严禁带电拆卸连接导线，必须遵守“先接线后合电源，先断电源后拆线“的操作程序。2) 仪器设备仪表的安全实验前应该先阅读仪器仪表的简介，实验课是应认真听指导老师讲解仪器仪表的使用方法及注意事项，不了解性能及使用方法不得擅自使用。使用时，必须轻拿轻放，保持表面清洁，如发现异常现象（声响、发热、焦臭）应及即切断电源，保持现场，报告指导老师并如实报告事故前的操作程序。 实验一 元件的伏安特性一、实验目的 1、认识常用电路元件；2、掌握线性电阻元件、非线性电阻元件（以稳压二极管为例）伏安特性的逐点测试方法；3、学习常用直流电工仪表和设备的使用方法。二、实验原理 在电路中，电路元件的特性一般用该元件上的电压与通过元件的电流之间的函数关系来表示。这种函数关系称为该元件的伏安特性，有时也称外部特性。用和分别作为纵坐标和横坐标绘成曲线，这种曲线称为伏安特性曲线。1、线性电阻器的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，图A中a曲线所示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。 图A2、一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其特性如图A中b曲线。正向压降很小（一般的锗管约为0.20.3V，硅管约为0.50.7V），正向电流随正向压降的升高而急骤上升，而反向电压从零一直增加到十几伏至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。可见，二极管具有单向导电性，如果反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。3、稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，但其反向特性特别，如图A中c曲线。在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当反向电压增加到某一数值时（称为管子的稳压值，有各种不同稳压值的稳压管）电流将突然增加。以后它的端电压将维持恒定，不再随外加的反向电压升高而增大。三、实验仪器 RXDI-1电路实验箱，万用表。四、实验内容与步骤 1、 测定线性电阻器的伏安特性按图B接线，调节直流稳压电源的输出电压，从零伏开始缓慢地增加到10伏，记下相应的电压表和电流表的读数。0246810 图B 图C2、 测定半导体二极管的伏安特性按图C接线，R为限流电阻，测二极管的正向特性时，其正向电流不得超过0.5mA，正向压降可在00.75V之间取值。特别0.50.75之间更应多取几个测量点。作反向特性实验时，只需将图C中的二极管D反接，且其反向电压可加至24V.正向特性实验数据00.20.40.50.550.75反向特性实验数据0-5-10-15-20-243、 测定稳压二极管的伏安特性将图C中的二极管换成稳压管,重复实验内容2的测量。正向特性实验数据00.20.40.50.550.75反向特性实验数据0-5-10-15-20-24 五、注意事项：1、 实验时，电流表应串联在电路中，电压表应并联在被测元件上，极性切勿接错。2、 万用表使用方法：用负表笔（黑色）接参考电位点，用正表笔（红色）接被测点，若指针正向偏转，表明该点电位为正，若指针反向偏转，应及时调换万用表的表笔，此时在读出的电压值之前加上负号。数字万用表可直接显示正负值。3、 进行不同的实验时，先估算电压和电流值，合理选择量程，勿使电表超过量程。4、 测试半导体二极管的伏安特性时，不允许超过它的电流和电压的额定值。5、 稳压电源输出应由小至大逐渐增加，输出端切勿碰线短路。六、要求：根据实验数据，用方格纸画出电阻和二极管的伏安特性。七、研究问题：用电压表和电流表测量元件的伏安特性时，电压表可接在电流表之前或之后，两种方法对测量误差有何影响？实际测量时应根据什么原则选择？实验二 基尔霍夫定律一、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、熟练仪器仪表的使用技术。二、实验原理基尔霍夫定律是电路理论中最基本的定律之一，它阐明了电路整体结构必须遵守的规律，应用极为广泛。基尔霍夫定理有电流定律和电压定律。基尔霍夫电流定律（简称KCL）：在任一时刻，流入到电路任一节点的电流的代数和为零。即：。运用这条定律时必须注意电流的方向，如果不知道电流的实际方向，可假设电流的正方向（参考方向）。基尔霍夫电压定律（简称KVL）：在任一时刻，沿闭合回路电压降的代数和等于零。即：。运用上述定律时必须注意电流的正方向，此方向可预先任意假设。三、实验仪器 RXDI-1电路实验箱，万用表。四、实验内容与步骤实验线路如图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、所示。（2）、分别将两路直流稳压电源（如：一路为+12V电源，另一路为024V可调直流稳压源）接入电路，令、。（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。 被测量I1I2I3（mA）测量值计算值误差(%) 注: 误差（%） =（计算值 - 测量值）/ 计算值（5）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。（6）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。五、注意事项1、指针式直流仪表使用时要注意极性，要用点接触法判定极性以后，再把直流电压表和直流电流表接入相应支路，并合理选择量程。2、测得的电流和电压，应根据所假定的参考方向，分别标上相应的正、负号。3、注意：电压源不可短接。六、研究问题1、 根据实验数据，说明对其它回路，KVL是否正确？2、 实验中，若用指针式万用表直流毫安档测各支路电流，在什么情况下可能出现指针反偏，应如何处理？实验三 电源的等效变换一、实验目的1、掌握电源外特性的测试方法。2、验证电压源与电流源等效变换的条件。二、实验原理1. 一个直流稳压电源在一定的电流范围内，具有很小的内阻。故在实用中，常将它视为一个理想的电压源，即其输出电压不随负载电流而变。其外特性曲线，即其伏安特性曲线Uf(I)是一条平行于I 轴的直线。一个实用中的恒流源在一定的电压范围内，可视为一个理想的电流源。2. 一个实际的电压源（或电流源）， 其端电压（或输出电流）不可能不随负载而变，因它具有一定的内阻值。故在实验中，用一个小阻值的电阻（或大电阻）与稳压源（或恒流源）相串联（或并联）来摸拟一个实际的电压源（或电流源）。3. 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，则可用一个理想的电压源Us 与一个电阻Ro 相串联的组合来表示；若视为电流源，则可用一个理想电流源Is 与一电导go 相并联的组合来表示。如果这两种电源能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。一个电压源与一个电流源等效变换的条件为：IsUsRo，go1/Ro 或 UsIsRo，Ro 1/ go 。 如图3-1 所示。图3-1三、实验仪器 RXDI-1电路实验箱，万用表。四、实验内容与步骤1. 测定直流稳压电源与实际电压源的外特性(1) 按图3-2 接线。Us 为12V 直流稳压电源（将R0 短接）。调节R2，令其阻值由大至小变化，记录两表的读数。图3-2 图3-3U（V）I（mA）(2) 按图3-3 接线，虚线框可模拟为一个实际的电压源。调节R2，令其阻值由大至小变化，记录两表的读数。2. 测定电流源的外特性按图3-4 接线，Is 为直流恒流源，调节其输出为10mA，令Ro 分别为1K和（即接入和断开），调节电位器RL（从0 至1K），测出这两种情况下的电压表和电流表的读数。自拟数据表格，记录实验数据。 图3-43. 测定电源等效变换的条件先按图3-5（a）线路接线，记录线路中两表的读数。然后利用图3-5(a)中右侧的元件和仪表，按图3-5(b)接线。调节恒流源的输出电流IS，使两表的读数与3- 5(a)时的数值相等，记录Is 之值，验证等效变换条件的正确性。 图3-5五、注意事项1. 在测电压源外特性时，不要忘记测空载时的电压值，测电流源外特性时，不要忘记测短路时的电流值，注意恒流源负载电压不要超过20伏，负载不要开路。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。六、研究问题1. 通常直流稳压电源的输出端不允许短路，直流恒流源的输出端不允许开路，为什么？2. 电压源与电流源的外特性为什么呈下降变化趋势， 稳压源和恒流源的输出在任何负载下是否保持恒值？七、实验报告1. 根据实验数据绘出电源的四条外特性曲线，并总结、 归纳各类电源的特性。2. 从实验结果，验证电源等效变换的条实验四 戴维南定理、最大功率传输定理 一、实验目的1、通过实验加深了解戴维南定理。 2、学习测量线性有源二端口等效电路参数的方法。3、通过实验加深了解叠加定理。4、通过实验证明负载上获得最大功率的条件。二、实验原理 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（或称为含源一端口网络）。戴维南定理：任何一个含独立电源、线性电阻和受控源的二端网络，对外电路来说，可以用一个电压源和电阻的串联组合来等效置换，该电压源的电压等于二端口的开路电压，而电阻等于二端口的全部独立电源置零后的输入电阻。诺顿定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电流源与一个电阻的并联组合来等效代替，此电流源的电流Is 等于这个有源二端网络的短路电流ISC，其等效内阻R0 定义同戴维南定理。 Uoc（Us）和R0 或者ISC（IS）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、短路电流法测R0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，用电流表测其短路电流Isc，则等效内阻为： 图4-1如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口短路则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。(2) 伏安法测用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线，如图4-1 所示。 根据外特性曲线求出斜率，则内阻.也可以先测量开路电压Uoc，再测量电流为额定值IN 时的输出端电压值UN，则内阻为.图4-2(3) 半电压法测R0如图4-2所示，当负载电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。(4) 零示法测UOC 在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表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4-3所示。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，电压表的读数将为“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4-33. 电源与负载功率的关系 图4-4图4-4 可视为由一个电源向负载输送电能的模型，R0可视为电源内阻和传输线路电阻的总和，RL 为可变负载电阻。负载RL 上消耗的功率P 可由下式表示：当RL=0 或RL= 时，电源输送给负载的功率均为零。而以不同的RL 值代入上式可求得不同的P 值，其中必有一个RL 值，使负载能从电源处获得最大的功率。4. 负载获得最大功率的条件根据数学求最大值的方法，令负载功率表达式中的RL 为自变量，P 为应变量，并使dP/dRL=0，即可求得最大功率传输的条件：当满足RL=R0 时，负载从电源获得的最大功率为：这时，称此电路处于“匹配”工作状态。5. 匹配电路的特点及应用在电路处于“匹配”状态时，电源本身要消耗一半的功率。此时电源的效率只有50%。显然，这对电力系统的能量传输过程是绝对不允许的。发电机的内阻是很小的，电路传输的最主要指标是要高效率送电，最好是100%的功率均传送给负载。为此负载电阻应远大于电源的内阻，即不允许运行在匹配状态。而在电子技术领域里却完全不同。一般的信号源本身功率较小，且都有较大的内阻。而负载电阻（如扬声器等）往往是较小的定值，且希望能从电源获得最大的功率输出，而电源的效率往往不予考虑。通常设法改变负载电阻，或者在信号源与负载之间加阻抗变换器（如音频功放的输出级与扬声器之间的输出变压器），使电路处于工作匹配状态，以使负载能获得最大的输出功率。三、实验仪器 RXDI-1电路实验箱，万用表。四、实验内容与步骤被测有源二端网络如图4-4 （a）. （a） （b） 图4-51. 用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的Uoc、R0 和诺顿等效电路的ISC、R0。按图4-5(a)接入稳压电源Us=12V 和恒流源Is=10mA，不接入RL。测出UOc 和Isc,并计算出R0。（测UOC时，不接入mA 表。）Uoc(V)Isc(mA)R0=Uoc/Isc()2. 负载实验按图4-5(a)接入RL。改变RL 阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。U（V）I（mA）3. 验证戴维南定理：从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻R0 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Uoc 之值）相串联，如图4-5(b)所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。U（V）I（mA）4. 验证诺顿定理：从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻R0 之值， 然后令其与直流恒流源（调到步骤“1”时所测得的短路电流ISC 之值）相并联，如图4-5 所示，仿照步骤“2”测其外特性，对诺顿定理进行验证。U（V）I（mA）5. 有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的直接测量法。见图4-5（a）。将被测有源网络内的所有独立源置零（去掉电流源IS 和电压源US，并在原电压源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RL 开路时A、B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻R0，或称网络的入端电阻Ri 。6. 用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻R0 及其开路电压Uoc。线路及数据表格自拟。 图4-67. 按图4-6接线，负载RL取自元件箱DG09 的电阻箱。8. 按表4-1 所列内容，令RL 在01K 范围内变化时，分别测出UO、UL 及I 的值，表中UO，PO 分别为稳压电源的输出电压和功率，UL、PL 分别为RL 二端的电压和功率，I 为电路的电流。在PL 最大值附近应多测几点。表4-1（单位：R，UV，ImA，PW）US=10VR01=100RL1KUOULIPOPLUS=15VR02=300RL1KUOULIPOPL 五、注意事项1. 测量时应注意电流表量程的更换。2. 步骤“5”中，电压源置零时不可将稳压源短接。3. 用万表直接测R0 时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表。其次，欧姆档必须经调零后再进行测量。4. 用零示法测量UOC 时，应先将稳压电源的输出调至接近于UOC，再按图4-3 测量。5. 改接线路时，要关掉电源。六、研究问题1. 在求戴维南或诺顿等效电路时，作短路试验，测ISC 的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？请实验前对线路4-5(a)预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。2. 说明测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1. 根据步骤2、3、4，分别绘出曲线，验证戴维南定理和诺顿定理的正确性， 并分析产生误差的原因。2. 根据步骤1、5、6 的几种方法测得的Uoc 与R0 与预习时电路计算的结果作比较，你能得出什么结论。1. 整理实验数据，分别画出两种不同内阻下的下列各关系曲线：IRL，UORL，ULRL，PORL，PLRL 图4-62. 根据实验结果，说明负载获得最大功率的条件是什么? 实验五 受控源的研究 一、实验目的1. 了解用运算放大器组成四种类型受控源(VCVS、VCCS、CCVS、CCCS)的线路原理2. 测试受控源转移特性及负载特性二、原理说明1运算放大器（简称运放）的电路符号及其等效电路如图5-1所示。(a) (b)图5-1 运算放大器是一个有源三端器件，它有两个输入端和一个输出端，若信号从“+”端输入，则输出信号与输入信号相位相同，故称为同相输入端；若信号从“”端输入，则输出信号与输入信号相位相反，故称为反相输入端。运算放大器的输出电压为 其中是运算的开环电压放大倍数，在理想情况下，与运放的输入电阻均为无穷大，因此有 这说明理想运放具有下列三大特性：（1） 运放的“+”端与“”端电位相等，通常称为“虚短路”。（2） 运放输入端电流为零，即其输入电阻为无穷大。通常称为“虚断路”。（3） 运放输出电阻为零以上三个重要的性质是分析所有具有运放网络的重要依据。要使运放工作，还须接有正、负直流工作电源。2理想运放的电路模型是一个受控源电压控制电压源（即VCVS），如图5-2(b)所示，在它的外部接入不同的电路元件，可构成四种基本受控源电路，以实现对输出信号的各种模拟运算或模拟变换。3所谓受控源，是指其电源的输出电压或电流是受电路另一支路的电压或电流所控制的。当受控源的电压（或电流）与控制支路的电压(或电流)成正比时，则该受控源为线性的。根据控制变量与输出变量的不同可分为四类受控源：即电压控制电压源（VCVS）、电压控制电流源（VSCS）、电流控制电压源（CCVS）、电流控制电流源（CCCS）。电路符号如图5-2所示。理想受控源的控制支路中只有一个独立变量（电压或电流），另一个变量为零，即从输入口看理想受控源或是短路（即输入电阻因而）或是开路（即输入电导，因而输入电流），从输出口看，理想受控源或是一个理想电压源或是一个理想电流源。 (a) (b) (c) (d)图5-24受控源的控制端与受控端的关系称为转移函数四种受控源转移函数参量的定义如下（1） 电压控制电压源（VCVS） 称为转移电压比（或电压增益）（2） 电压控制电流源（VCCS） 称为转移电导（3） 电流控制电压源（CCVS） 称为转移电阻（4） 电流控制电流源（CCCS） 称为转移电流比（或电流增益）5用运放构成四种类型基本受控源的线路原理分析（1）压控电压源（VCVS） 如图5-3所示 图5-3由于运放的虚短路特性，有 又因运放内阻为，有因此及运放的输出电压只受输入电压的控制而与负载大小无关，电路模型如图5-2（a）所示。 转移电压比 为无量纲，又称为电压放大系数。 这里的输入、输出有公共接地点，这种联接方式称为共地联接。（2）压控电流源（VCCS） 将图5-4的看成一个负载电阻，如图5-4所示，即成为压控电流源VCCS。图5-4 此时，运放的输出电流 即运放的输出电流只受输入电压的控制，与负载大小无关。电路模型如图5-2（b）所示。 转移电导 这里的输入、输出无公共接地点，这种联接方式称为浮地联接（） 流控电压源（CCVS） 如图5-5所示 由于运放的“+”端接地，所以，“”端电压也为零，此时运放的“”端称为虚接地点。显然，流过电阻R的电流就等于网络的输入电流。此时，运放的输出电压，即输出电压只受输入电流的控制，与负载大小无关，电路模型如图5-2（c）所示。转移电阻 此电路为共地联接。 图5-5（） 流控电流源（CCCS） 如图5-6所示 图5-6即输出电流只受输入电流的控制，与负载大小无关。电路模型如图5-2（d）所示转移电流比 为无量纲，又称为电流放大系数此电路为浮地联接三、实验设备RXDI-1电路实验箱，万用表。四、实验内容本次实验中受控源全部采用直流电源激励，对于交流电源或其他电源激励，实验结果是一样的。1测量受控源CCVS的转移特性及负载特性实验线路如图5-7。为可调直流恒流源，为可调电阻箱 图5-7（1）固定，调节直流恒流源输出电流，使其在00.8mA范围内取值，测量及相应的值，绘制曲线，并由其线性部分求出转移电阻表5-1测量值（mA）（V）实验计算值( k)(2) 保持=0.3mA，令从1 k增至，测量及值，绘制负载特性曲线。表5-2（k）（V）（mA）2测量受控源VCCS的转移特性及负载特性实验线路如图5-8 图5-8 固定，调节直流稳压电源输出电压，使其在05V范围内取值。测量及相应的，绘制曲线，并由其线性部分求出转移电导。表5-3测量值（V）（mA）计算值(S)(2) 保持=2V，令从0增至5 k，测量相应的及，绘制曲线。表5-4（k）（mA）（V）3测量受控源CCCS的转移特性及负载特性实验线路如图5-9。图5-9 固定，调节直流恒流源输出电流，使其在00.8mA范围内取值，测量及相应的值，绘制曲线，并由其线性部分求出转移电流比。表5-5测量值（mA）（mA）计算值 保持=0.3mA，令从0增至4 k，测量及值，绘制负载特性曲线。表5-6（k）（mA）（V）4测量受控源VCVS的转移特性及负载特性实验线路如图5-10。为可调直流稳压电源，为可调电阻箱。 图5-10 固定，调节直流稳压电源输出电压，使其在06V范围内取值，测量及相应的值，绘制曲线，并由其线性部分求出转移电压比。表5-7测量值（V）（V）计算值 保持=2V，令阻值从1k增至，测量及，绘制曲线表5-8（k）（V）（mA）五、实验注意事项1. 实验中，注意运放的输出端不能与地短接，输入电压不得超过10V2. 在用恒流源供电的实验中，不要使恒流源负载开路。六、预习思考题 1. 受控源与独立源相比有何异同点？2. 四种受控源中的、和的意义是什么？如何测得？3. 若令受控源的控制量极性方向反向，试问其输出量极性方向是否发生变化？4. 受控源的输出特性是否适于交流信号。七、实验报告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。2. 对实验结果作出合理的分析和结论，总结对四种受控源的认识和理解。实验六 典型电信号的观察与测量一、实验目的1. 熟悉低频信号发生器、脉冲信号发生器各旋钮、开关的作用及其使用方法。2. 初步掌握用示波器观察电信号波形， 定量测出正弦信号和脉冲信号的波形参数。3. 初步掌握示波器、信号发生器的使用。二、实验仪器 RXDI-1电路实验箱； 双踪示波器； 数字万用表； 低频信号发生器。三、实验说明1. 正弦交流信号和方波脉冲信号是常用的电激励信号，可分别由低频信号发生器和脉冲信号发生器提供。正弦信号的波形参数是幅值Um、周期T（或频率f）和初相；脉冲信号的波形参数是幅值Um、周期T 及脉宽tk。本实验装置能提供频率范围为20Hz50KHz的正弦波及方波，并有6 位LED 数码管显示信号的频率。正弦波的幅度值在05V 之间连续可调，方波的幅度为13.8V 可调。2. 电子示波器是一种信号图形观测仪器， 可测出电信号的波形参数。从荧光屏的Y轴刻度尺并结合其量程分档选择开关（Y 轴输入电压灵敏度V/div 分档选择开关）读得电信号的幅值；从荧光屏的X 轴刻度尺并结合其量程分档（时间扫描速度t /div 分档）选择开关，读得电信号的周期、脉宽、相位差等参数。为了完成对各种不同波形、不同要求的观察和测量，它还有一些其它的调节和控制旋钮，希望在实验中加以摸索和掌握。一台双踪示波器可以同时观察和测量两个信号的波形和参数。四、实验内容与步骤：1、 接上示波器电源，调节亮度、辉度、Y移位、X移位等旋钮，使扫描线、数据、标尺等亮度适中、清晰、居中。2、 正弦信号的观测：调节信号发生器，分别输出正弦波、三角波、方波，用示波器探头接函数发生器输出端，测出波形峰峰值、周期、频率。表1 正弦波观测 f =1 K H Z ，Vpp=3V；项目测定数值项目测定数值示波器“t / div”示波器“v / div”一个周期占有的格数峰-峰值波形格数信号周期峰峰值计算信号频率计算有效值表2 三角波观测 f =2 KHZ、 Vpp=5V；项目测定数值项目测定数值示波器“t / div”示波器“v / div”一个周期占有的格数峰-峰值波形格数信号周期峰峰值计算信号频率计算有效值表3 方波观测： f =3 KHZ、 Vpp=6V。项目测定数值项目测定数值示波器“t / div”示波器“v / div”一个周期占有的格数峰-峰值波形格数信号周期峰峰值计算信号频率计算有效值五、实验注意事项1、 示波器的辉度不要过亮。调节各旋钮时，动作不要过快、过猛。2、 做定量测定时，“t/div”和“V/div”的微调旋钮应旋置“标准”位置（顺时针旋尽）。3、 为防止外界干扰，信号发生器的接地端与示波器的接地端要相连。4、 不同品牌的示波器，各旋钮、功能的标注不尽相同，实验前请详细阅读所用示波器的说明书。六、 研究问题：1、说明用示波器观察波形时，为达到下列要求，应调节那些旋钮？（1） 波形清晰，亮度适中；（2） 波形稳定。2、 示波器面板上的“t/div”和“V/div”的含义是什么？实验七 RC一阶电路的零输入响应和零状态响应一、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量方法。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观测波形。二、实验原理 1. 动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程，对时间常数的较大的电路，可用慢扫描长余辉示波器观察光点移动轨迹。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，就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，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；利用方波的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，那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响应就和直流电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。3. 时间常数的测定方法用示波器测量零输入响应的波形如图7-1 (a)所示。根据一阶微分方程的求解得知。当t时，Uc()0.368Um。此时所对应的时间就等于。亦可用零状态响应波形增加到0.632Um 所对应的时间测得如图7-1(c)所示。（a）零输入响应 （b）RC一阶电路 (c)零状态响应 图7-14. 微分电路和积分电路是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， 在方波序列脉冲的重复激励下，当满足时（T 为方波脉冲的重复周期），且由R 两端的电压作为响应输出，则该电路就是一个微分电路。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。如图13-2(a)所示。利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。(a)微分电路 (b) 积分电路图7-2若将图6-2 (a)中的R 与C 位置调换一下，如图6-2 (b)所示，由 C 两端的电压作为响应输出，且当电路的参数满足，则该RC 电路称为积分电路。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。利用积分电路可以将方波转变成三角波。从输入输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的作用，请在实验过程仔细观察与记录。三、实验仪器 RXDI-I电路原理实验箱， 双踪示波器（XC4320B）四、 实验内容与步骤 图7-4实验线路板的器件组件，如图7-3 所示，请认清R、C 元件的布局及其标称值，各开关的通断位置等。1. 从电路板上选R10K，C3300pF 组成如图7-1(b)所示的RC 充放电电路。ui为脉冲信号发生器输出的Um3V、f1KHz 的方波电压信号，并通过两根同轴电缆线，将激励源ui 和响应uC 的信号分别连至示波器的两个输入口YA 和YB。这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律，请测算出时间常数，并用方格纸按1:1 的比例描绘ui和uC波形。少量地改变电容值或电阻值，定性地观察对响应的影响，记录观察到的现象。令R10K，C0.01F，观察并描绘响应的波形，继续增大C 之值，定性地观察对响应的影响。2. 令C0.01F，R1K，组成如图6-2(a)所示的微分电路。在同样的方波激励信号（Um3V，f1KHz）作用下，观测并描绘激励与响应的波形。增减R之值，定性地观察对响应的影响，并作记录。当R增至1M时，输入输出波形有何本质上的区别？五、实验注意事项1. 调节电子仪器各旋钮时，动作不要过快、过猛。实验前，需熟读双踪示波器的使用说明书。观察双踪时，要特别注意相应开关、旋钮动态电路、选频电路实验板的操作与调节。2. 信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起（称共地）， 以防外界干扰而影响测量的准确性。3. 示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时，应将辉度调暗，以延长示波管的使用寿命。六、预习思考题1. 什么样的电信号可作为RC 一阶电路零输入响应、 零状态响应和完全响应的激励源？2. 已知RC 一阶电路R10K，C0.1F，试计算时间常数，并根据值的物理意义，拟定测量的方案。3. 何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？ 它们在方波序列脉冲的激励下，其输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功用？4. 预习要求：熟读仪器使用说明，回答上述问题，准备方格纸。七、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uC 的变化曲线，由曲线测得值，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。实验八 RLC 串联谐振电路一、实验目的 1、学会用实验方法测定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量方法。二、实验原理 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改变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随而变。取电路电流作为响应，当输入电压维持不变时，不同信号频率的激励下，测出电阻两端电压之值，则,然后以为横坐标，以为纵坐标，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B2、在处（），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，在输入电压为定值时，电路中电流达到最大值，且与输入电压同相位，从理论上讲，此时,式中的Q称为电路的品质因数。3、电路的品质因数Q值的两种测量方法：一般根据公式