二学期实验.doc

实验 一阶电路的响应测试一、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定方法。 3掌握微分电路和积分电路的概念并测定。4进一步学会用示波器测绘图形。二、原理说明1动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程，对时间常数较大的电路，可用慢扫描长余辉示波器观察光点移动的轨迹。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，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方波来模拟阶跃激励信号，即令方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；方波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，电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的影响和直流电源接通与断开的过渡过程是基本相同的。2RC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图8-1（a）所示电路，用示波器测得零输入响应的波形如图8-1（b）所示。根据一阶微分方程的求解得知：当t=时，=0.368E，此时所对应的时间就等于。亦可用零状态响应波形增长到0.632E所对应的时间测得，如图8-1（c）所示。 （b） （a） （c）图8-14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，当满足时间常数远远小于方波周期的条件时，电阻两端（输出）的电压与方波输入信号ui呈微分关系，有，该电路称为微分电路，如图8-2（a）所示。若将图8-2（a）中的R与C位置调换一下，即由C端作为响应输出，且当电路参数的选择满足时间常数远远大于方波周期的条件时，电容两端（输出）的电压与方波输入信号ui呈积分关系，该电路称为积分电路，如图8-2（b）所示。从输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的作用，请在实验过程中仔细观察与记录。 （a） （b）图8-2三、实验设备序号名 称型号与规格数量备注1函数信号发生器12双踪示波器13一阶、二阶实验线路板1PEE-02四、实验内容实验线路板的结构如图6-3所示，认清R、C元件的布局及其标称值，各开关的通断位置等等。1选择动态线路板上R、C元件，令R=10k，C=3300PF，组成如图8-1（a）所示的RC充放电电路，E为函数信号发生器输出，取Um=3V，f=1kHZ的方波电信号，并通过两根同轴电缆线，将激励源u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，求测时间常数，并描绘u及uc波形。少量改变电容值或电阻值，定性观察对响应的影响，记录观察到的现象。图8-3 2选择动态板上R、C元件，组成如图8-2（a）所示微分电路，令（1）C=0.01F，R=1k；（2）C=0.01f，R=100，在同样的方波激励信号（Um=3V，f=1kHZ）作用下，观测并描绘激励与响应的波形。3选择动态板上R、C元件，组成如图8-2（b）所示积分电路，令（1）C=0.1F，R=30k；（2）C=0.1f，R=10k，在同样的方波激励信号（Um=3V，f=1kHZ）作用下，观测并描绘激励与响应的波形。五、实验注意事项1示波器的辉度不要过亮。2调节仪器旋钮时，动作不要过猛。3调节示波器时，要注意触发开关和电平调节旋钮的配合使用，以使显示的波形稳定。4作定量测定时，“t/div”和“v/div”的微调旋钮应旋置“校准”位置。5为防止外界干扰，函数信号发生器的接地端与示波器的接地端要连接在一起（称共地）。六、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。3根据观测结果，在方格纸上描绘二阶电路过阻尼、临界阻尼和欠尼的响应波形。4心得体会及其他。实验 RC选频网络特性测试一、实验目的1熟悉文氏电桥电路的结构特点及其应用2学会用交流毫伏表和示波器测定文氏电桥的幅频特性和相频特性二、原理说明文氏是桥电路是一个RC串、并联电路，如图16-1所示，该电路结构简单，被广泛用于低频振荡电路中作为选频环节，可以获得很高纯度的正弦波电压。 图 16-11用函数信号发生器的正弦输出信号作为图16-1的激励信号ui，并保持Ui值不变的情况下，改变输入信号的频率f，用交流毫伏表或示波器测出输出端相应于各个频率点下的输出电压Uo值，将这些数据画在以频率f横轴，Uo为纵轴坐标纸上，用一条光滑的曲线连接这些点，该曲线就是上述电路的幅频特性曲线。文氏桥路的一个特点是其输出电压幅度不仅会随输入信号的频率而变，而且还会出现一个与输入电压同相位的最大值，如图16-2所示。由电路分析得知，该网络的传递函数为=当角频率=o= 即f=fo=时，且此时Uo与Ui同相位。fo称电路固有频率。 由图16-2可见RC串并联电路具有带通特性。 图 16-2 图 16-3 2将上述电路的输入和输出分别接到双踪示波器的YA和YB两个输入端，改变输入正弦信号的频率，观测相应的输入和输出波形间的时延及信号的周期T，则两波形间的相位差为=360=oi（输出相位与输入相之差）将各个不同频率下的相位差测出，即可绘出被测电路的相频特性曲线，如图16-3所示。三、实验设备序号名 称型号与规格数量备 注1函数信号发生器12双踪示波器13交流毫安表14RC选频网络实验线路板1PEE-02四、实验内容测量RC串并联电路的幅频特性（1）在实验板上按图16-1电路选取一组参数（如R=1K，C=0.1f）。（2）调节信号源输出电压为3V的正弦信号，接入图16-1的输入端。（3）改变信号源的频率f（由频率计读得），并保持U1=3V不变，测量输出电压Uo，（可先测量=时的频率fo，然后再在fo左右设置其它频率点测量Uo。f（HZ）Uo（v）五、实验注意事项由于信号内阻的影响，注意在调节输出频率时，应同时调节输出幅度，使实验电路的输入电压保持不变。六、实验报告1根据实验数据，绘制幅频特性和相频特性曲线。找出最大值，并与理论计算值比较。2讨论实验结果。3心得体会及其它。实验 单相铁心变压器特性的测试一、实验目的1通过测量，计算变压器的各项参数。 2学会测绘变压器的空载特性与外特性。二、原理说明1如图9-1所示测试变压器参数的电路，由各仪表读得变压器原边（AX设为低压侧）的U1、I1、P1及副边（ax设为高压侧）的U2、I2，并用万用表R1档测出原、副绕组的电阻R1和R2，即可算得变压器的各项参数值。 图9-1电压比 ， 电流比 ，原边阻抗 ， 副边阻抗 ，阻抗比NZ=，负载功率，损耗功率 ，功率因数， 原边线圈铜耗，副边线圈铜耗， 铁耗 2变压器空载特性测试铁芯变压器是一个非线性元件，铁心中的磁感应强度B决定于外加电压的有效值U，当副边开路（即空载）时，原边的励磁电流I10与磁场强度H成正比。在变压器中，副边空载时，原边电压与电流的关系称为变压器的空载特性，这与铁芯的磁化曲线（BH曲线）是一致的。空载实验通常是将高压侧开路，由低压侧通电进行测量，又因空载时功率因数很低，故测量功率时应采用低功率因数瓦特表，此外因变压器空载时阻抗很大，故电压表应接在电流表外侧。3变压器外特性测试为了满足实验装置上三组灯泡负载额定电压为220V的要求，故以变压器的低压（36V）绕组作为原边，220V的高压绕组作为副边，即当作一台升压变压器使用。在保持原边电压U1=36V不变时，逐次增加灯泡负载（每只灯为15W），测定U1、U2、I1和I2，即可绘出变压器的外特性，即负载特性曲线U2=f（I2）三、实验设备序号名 称型号与规格数量备注1单相交流电源0200V12三相自耦调压器13交流电压表24交流电流表25功率表1EM096试验变压器36V/220 50VA17白炽灯15W/220V3PEE-03四、实验内容1用交流法判别变压器绕组的极性。2按图9-1线路接线，AX为低压绕组，ax为高压绕组，即电源经调压器TB接至低压绕组，高压绕组接220V，15W的灯组负载（用3只灯泡并联获得），经指导教师检查后方可进行实验。3变压器外特性测试：合上交流电源，调节调压器使变压器原边电压U1=UN=36V，逐渐增加负载电流，即减小负载电阻的值，从空载到额定负载范围内测试表9-1所示四项，共取67组数据，记录于表中，绘制变压器的外特性曲线U2=f(I2)。测取数据时，I2=0和I2=I2N=0.227A必测。表9-1 数据记录表U1(V)363636363636I1 (A)P1 (W)U2 (V)I2 (A)实验完毕将调压器调回零位，断开电源。4变压器空载特性测试：将高压线圈（副边）开路，确认调压器处在零位后，合上电源，调节调压器的输出电压，使U1从0逐次上升到42V (1.2倍的额定电压)，分别记录各次测得的U1，U2和I1，填入表9-2中，绘制变压器的空载特性曲线U1=f(I1)。其中U1=UN的点必须测，并在该点附近取的点应密些。 表9-2 数据记录表序号实 验 数 据U1（V）I1（A）P1（W）U2（V）115220325430533636739842五、实验注意事项1本实验是将变压器作为升压变压器使用，并用调节调压器提供原边电压U1，故使用调压器时应首先调至零位，然后才可合上电源，此外，必须用电压表监视调压器的输出电压，防止被测变压器输出过高电压而损坏实验设备，且要注意安全，以防高压触电。2由负载实验转到空载实验时，要注意及时变更仪表量程。3遇异常情况，应立即断开电源，待处理好故障后，再继续实验。六、实验报告1根据实验内容，记录数据表格，绘出变压器的外特性和空载特性曲线。2根据额定负载时测得的数据，计算变压器的各项参数。3计算变压器的电压调整率U=100。4心得体会及其他。实验 双口网络测试一、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量技术二、原理说明对于任何一个线性网络，我们所关心的往往只是输入端口和输出端口电压和电流间的相互关系，通过实验测定方法求取一个极其简单的等值双口电路来替代原网络，此即为“黑盒理论”的基本内容。1一个双口网络两端口的电压和电流四个变量之间的关系，可以用多种形式的参数方程来表示。本实验采用输出口的电压U2和电流I2作为自变量，以输入口的电压U1和电流I1作为应变量，所得的方程称为双口网络的传输方程，如图18-1所示的无源线性双口网络（又称为四端网络）的传输方程为U1=AU2+BI2I1=CU2+DI2 图 18-1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，它们的含义是：A=（令I2=0，即输出口开路时）B=（令U2=0，即输出口短路时）C=（令I2=0，即输出口开路时）D=（令U2=0，即输出口短路时）由上可知，只要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即可求出A、B、C、D四个参数，此即为双端口同时测量法。2若要测量一条远距离输电线构成的双口网络，采用同时测量法就很不方便，这时可采用分别测量法，即先在输入口加电压，而将输出口开路和短路，在输入口测量电压和电流，由传输方程可得：R10=（令I2=0，即输出口开路时）R1S=（令U2=0，即输出口短路时）然后在输出口加电压测量，而将输入口开路和短路，此时可得R20=（令I1=0，即输出口开路时）R2S=（令U1=0，即输出口短路时）R10，R1S，R20，R2S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，这四个参数中的有三个是独立的（）即ADBC=1至此，可求出四个传输参数A=，B=R2SA，C=A/R10，D=R20C，三、实验设备序 号名 称型号与规格数 量备 注1可调直流稳压电源03012直流数字电压表13直流数字毫安表14双口网络实验线路板1PEE-02四、实验内容双口网络实验线路如图18-2所示。将直流稳压电源输出电压调至10V，作为双口网络的输入。 双口网络 双口网络图 18-21测定双口网络I的Z参数Z11、Z12、Z21、Z22，并列出Z参数方程。双口网络输出端开路I12=0测 量 值计 算 值U110（V）U120（V）I110（mA）Z11Z21输入端开路I11=0U110（V）U120（V）I120（mA）Z12Z222按同时测量法分别测定两个双口网络的传输参数A1、B1、C1、D1和A2、B2、C2、D2，并列出它们的传输方程。双口网络输出端开路I12=0测 量 值计 算 值U110（V）U120（V）I110（mA）A1B1输出端短路U12=0U11S（V）I11S（mA）I12S（mA）C1D1双