XX级电路分析实验指导书.doc

XX级电路分析实验指导书 桂林电子科技大学信息科技学院xx.2前言电路实验综述实验是为了认识世界或事物，为了检验某种科学理论或假定而进行的操作或活动，任何自然科学理论都离不开实践。 科学实践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，在系统学习了本学科理论知识的基础上，还要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。 电路实验是工科院校电类专业学生的主要实验课之一，属于专业基础实验课。 实验质量的高低将直接影响学生实际动手能力的高低，而实际动手能力则关系到学生今后的工作和发展。 因此，对实验课应该给予足够的重视。 一、电路实验课的目的 1、通过实验，巩固、加深和丰富电路理论知识； 2、学习正确使用电流表、电压表、变阻器等常用仪表和设备，掌握并熟练毫伏表、直流稳压电源、函数信号发生器、示波器等常用电子仪器的操作方法； 3、掌握一些基本的电子测试技术； 4、训练选择实验方法、实验数据、分析误差、绘制曲线、判断实验结果、写电类实验报告的能力； 5、培养实事求是、严肃认真、细致踏实的科学作风和独立工作的能力。 二、电路实验课的要求一般实验课分为课前准备、进行实验和课后完成实验报告三个阶段，各个阶段的要求如下 1、课前准备 （1）阅读实验指导书，明确实验的目的、任务与要求，了解完成实验的方法和步骤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设计好实验数据的记录表格，认真思考并解答预习思考题。 （2）理解并牢记指导书中提出的注意事项，了解仪器、仪表的使用方法，防止实验过程中损坏仪器仪表。 （3）完成预习报告，报告中应有实验目的、所用仪器设备、实验原理、原理图、实验步骤及数据记录表格，课前交指导教师检查签字后才能进行实验报告中应有实验目的、所用仪器设备、实验原理、原理图、实验步骤及数据记录表格，课前交指导教师检查签字后才能进行实验。 2、进行实验 （1）每个班的每位同学都有指定的实验时间和座位，实验室就是教室，除了有同样的纪律要求外，同学们还应在上课前提前进入实验室，首先看一下投影屏幕，是否有什么新的通知，更改以及注意事项等，待打铃后，指导老师将对该实验的内容及注意事项作简要的介绍，接着同学们按自己的学号到指定的实验桌上做实验。 （2）使用仪器设备前先了解其规格、量程和性能等，检查仪器、设备是否齐全、完好，如发现问题应及时提出。 （3）接线。 一般地说，每个实验都是通用的电路板，上面没固定好要用的部分器件，同学们还要按实验的要求做一些接线工作。 接线时应考虑仪器和设备安放的位置，要做到操作方便，读数方便，接线方便。 接线时应尽量的少，走线要清楚，以利于检查。 只有当自己确认接线无误时才允许接通电源或信号源，若自己不能确认时一定要事先给指导老师检查。 有些实验要更改电路，更改时，首先应从电源或信号源的输出端处拆下连接线，然后更改电路。 严禁带电更改电路，这是因为带电更改电路时，稍有疏忽就会损坏仪器和设备，也不利于人身安全严禁带电更改电路，这是因为带电更改电路时，稍有疏忽就会损坏仪器和设备，也不利于人身安全。 （4）实验进行过程中要胆大心细，一丝不苟。 对实验中出现的现象和所得的数据应做好记录。 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。 （5）为了测取准确的数据，在选择测试点时应注意使其分布合理。 如曲线的弯曲段应多取几个测试点；每测试完一项任务，暂不要拆线，分析判断一下数据是否正确，若有错误可重新进行测试。 要求对测量的数据，测前有预见，测后有判断。 （6）实验内容全部完成后，原始数据经指导教师签认后才有效，以后不得再作任何更改。 拆除实验线路前应先切断电源，拆完线后将仪器设备复归原位，清理好导线及桌面，经老师验收后才可离去。 实验内容全部完成后，原始数据经指导教师签认后才有效，以后不得再作任何更改。 拆除实验线路前应先切断电源，拆完线后将仪器设备复归原位，清理好导线及桌面，经老师验收后才可离去。 3、编写实验报告 （1）编写实验报告是将实验结果进行归纳总结、分析与提高的阶段。 实验报告应文理通顺、简明扼要、字迹端正、图表清晰、分析与论证得当。 写实验报告应采用学校统一的实验报告纸，画曲线、波形一般应采用坐标纸。 交实验报告时应附上原始数据，如发现无指导老师的签字或擅自更改数据，则该实验报告按无效处理并不予评分。 （2）实验报告应包括以下内容实验目的填写实验的目的和意义。 实验仪器设备填写实验实际使用的设备名称、型号和数量。 实验原理图绘制实验原理电路图及实验线路图。 实验内容填写必要的实验步骤，实验方法，列表记录实验数据，写出必要的数据处理过程。 总结对实验现象、数据进行分析处理，得出结论。 实验中若有故障发生，应分析故障的原因，简述排除故障的方法。 回答问题，总结本次实验的心得体会并提出有关建议。 三、电路实验课的注意事项 1、实验课时认真听取指导老师讲解仪器仪表的使用方法及注意事项，对实验台加倍爱护。 这样既能保证实验课的正常开设，也培养了个人爱护公共财产的品德。 2、取、放实验模块或元器件时要小心，以避免损坏，移动仪器设备时要轻拿轻放。 电器设备应按铭牌上的规定额定值使用。 使用仪表时应选择合适的量程。 使用电子仪器时应阅读有关说明书，熟悉使用方法，了解各旋钮的作用。 3、在实验过程中应注意仪器设备的运行情况，随时注意有无异常现象。 例如短路、过热、绝缘烧焦发出异味、声音不正常、电源保险熔断发出响声或合上电源而不工作等。 出现上述情况时不要惊慌失措，应立即拉开总电源开关，防止事故扩大，保持现场，报告实验老师共同分析原因，排除故障。 如果实验仪器和设备损坏，应如实填写事故报告单，以便处理。 4、不得脚踏或坐在设备上，不得用笔在仪表和实验台上写字，不得将导线和工具乱扔乱抛，也不要擅自取用其他实验台上的实验模块和实验设备。 实验一电子元器件伏安特性的测试 一、实验目的 1、认识常用的电子元件。 2、掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法。 3、掌握实验装置上仪器、仪表的使用方法。 二、实验原理任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系I=f（U）或U=f（I）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。 通常这些伏安特性用U-I或I-U平面上的一条曲线来表示，这条曲线就为该元件的伏安特性曲线或外特性曲线。 1、线性电阻器的伏安特性是一条通过坐标原点的直线，如图1.1中a曲线所示，该直线的斜率等于该电阻器的电导值。 2、一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其特性如图1.1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，其正向特性与普通的二极管类似，但其反向特性特别，如图1.1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图图1.1（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。 稳压二极管的这种特性在电子设备中有着广泛的应用。 三、实验设备 1、RXDI-1A电路原理实验箱1台 2、数字万用表1台 四、实验步骤 1、测定线性电阻器的伏安特性按图1.2接线，调节直流稳压电源的输出电压，使得电阻两端的电压值从0V开始缓慢地增加到10V，记下相应的电压表和电流表的读数。 U（V）0246810I（mA） 2、测定半导体二极管的伏安特性按图1.3接线，R为限流电阻，测二极管D的正向特性时，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以便于画图。 测反向特性时，只需将图1.3中的二极管反接（即a、b点互调），且其反向电压可加至24V。 正向特性实验数据U（V）00.20.40.50.75I（mA）注u=0.75V不一定测得到，实验中应以实际能测到的电压最大值为准。 反向特性实验数据U（V）0-5-10-15-20-24I（mA） 3、测定稳压二极管的伏安特性只要将图1.3中的二极管换成稳压管2CW55，重复实验内容2的测量步骤。 正向特性实验数据U（V）00.20.40.50.75I（mA）注u=0.75V不一定测得到，实验中应以实际能测到的电压最大值为准。 反向特性实验数据U（V）0-2-4-6-7？I（mA）注表中的？号表示稳压值，指的是实验中实际能测得到的电压微变，电流急剧增大的点。 五、实验注意事项 1、实验时，电流表应串联在电路中，万用电压表应并联在被测元件上，极性切勿接错。 2、合理选用量程，切勿使电表超过量程。 3、测二极管特性时，一定要串接一个限流电阻，且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、实验报告数据处理要求 1、根据各实验数据结果，分别绘制出光滑的伏安特性曲线。 （其中二极管和稳压管的正、反向特性均要求画在同一坐标中，正、反向电压可取不同比例尺）。 注意，画图时一定要在坐标中描点画图。 2、实验总结及体会。 u+-+-mA R1K V+-万用表+-+-mA V+-万用表R1K u1N4007图图1.2图图1.3多测几个点多测几个点a b原始数据学号姓名实验一电子元器件伏安特性的测试 一、测定线性电阻器的伏安特性U（V）I（mA） 二、测定半导体二极管的伏安特性正向特性实验数据U（V）I（mA）反向特性实验数据U（V）I（mA） 三、测定稳压二极管的伏安特性正向特性实验数据U（V）I（mA）反向特性实验数据U（V）I（mA）实验二受控源 一、实验目的 1、测试受控源VCCS、CCVS的转移特性，从而加深对受控源的理解。 2、在熟悉原理电路的基础上，能够在实验电路箱的实验电路板上，快速连接所需要验证的电路并进行测试。 二、实验原理 1、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（VCCS）、电流控制电压源（CCVS）、电流控制电流源（CCCS）。 电路符号如2.1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U i=0）或是开路（即I i=0），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。 图图2.1受控源 2、受控源的输出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）U2=U1=U2/U1称为转移电压比（或电压增益）。 （2）电压控制电流源（VCCS）I2=g mU1g m=I2/U1称为转移电导。 （3）电流控制电压源（CCVS）U2=r mI1r m=U2/I1称为转移电阻。 （4）电流控制电流源（CCCS）I2=I1=I2/I1称为转移电流比（或电流增益）。 三、实验设备 1、RXDI-1A电路原理实验箱1台 2、数字万用表1台 四、实验内容及步骤 1、测量受控源VCCS的转移特性I L=f（U1）。 实验线路如图2.2所示，固定R L=2K，调节直流稳压源电源输出电压U1，使其在0-3V范围内取值。 测量U1及相应的I L，绘制I L=f（U1）曲线，并由其线形部分求出转移电导g m。 测量值U1（V）0.501.002.002.503.00I L(mA)实验值g m（mS） 2、测量受控源CCVS的转移特性U2=f（I S）。 实验线路如图2.3，I S为可调直流恒流源，固定R L=2K，调节直流恒流源输出电流I S，使其在02mA范围内任取5个值，测量I S及相应的U2值，绘制U2=f（I S）曲线，并由其线性部分求出转移电阻r m。 测量值I S（mA）U2（V）实验值r m（K） 五、注意事项 1、注意运放双电源的接法。 2、做VCCS实验时需把两个地连接起来。 3、做CCVS转移特性测试时注意电流源和电流表不能并联。 六、实验报告数据处理要求 1、描点绘出实验所要求的曲线。 2、实验总结及体会。 图图2.2I LR LCCVS+U2-r mI sIs图图2.3+-+-U2R LI L VCCSU1g mU1原始数据学号姓名实验二受控源 一、测量受控源VCCS的转移特性I L=f（U1）测量值U1（V）0.501.002.002.503.00IL(mA)实验值g m（mS） 二、测量受控源CCVS的转移特性U2=f（I S）测量值I S（mA）U2（V）实验值r m（K）实验三基尔霍夫定律和叠加原理的验证 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、验证线性电路中叠加原理的正确性及其适用范围。 3、加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。 4、进一步掌握仪器仪表的使用方法。 二、实验原理（一）基尔霍夫定律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。 （1）基尔霍夫电流定律（简称KCL）是在任一时刻，流入到电路任一节点的电流总和等于从该节点流出的电流总和，换句话说就是在任一时刻，流入到电路任一节点的电流的代数和为零。 例如图3.1所示为电路中某一节点N，共有五条支路与它相连，五个电流的参考方向如图所示，根据基尔霍夫定律就可写出I1+I2+I3=I4+I5如果把基尔霍夫定律写成一般形式就是I=0。 显然，这条定律与各支路上接的是什么样的元件无关，不论是线性电路还是非线性电路，它是普遍适用的。 图图3.1图图3.2 （2）基尔霍夫电压定律（简称KVL）是在任一时刻，沿闭合回路电压降的代数和为零。 把这一定律写成一般形式，即为U=0。 例如在图3.2所示的闭合回路中，电阻两端的电压参考极性如箭头所示，如果从节点a出发，顺时针方向绕行一周又回到a点，便可写出U1+U2+U3-U4-U5=0显然，基尔霍夫电压定律也是和沿闭合回路上元件的性质无关，因此，不论是线性电路还是非线性电路，它是普遍适用的。 （二）叠加原理几个电源在某线性网络中共同作用时，它们在电路中任一支路产生的电流或在任意两点间所产生的电压降，等于这些电源分别单独作用时，在该部分所产生的电流或电压降的代数和，这一结论称为线性电路的叠加原理。 当不作用的电源置零时，电压源应视为短路，电流源应视为开路。 线性电路的齐次性（又称比例性），是指当激励信号（某独立源的值）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。 三、实验设备 1、RXDI-1A电路原理实验箱1台 2、数字万用表1台 四、实验内容及步骤（一）基尔霍夫定律的实验线路如图3.3所示图图3. 31、实验前先任意设定三条支路的电流参考方向，如图中的I 1、I 2、I3所示。 2、分别将两路直流稳压电源（如一路U2为+12V电源，另一路U1为024V可调直流稳压源）接入电路，令U1=6V，U2=12V。 3、电路实验箱上的直流电流表分别接入三条支路中，记录电流值，此时应注意电流表的极性应与电流的假设方向一致。 4、用数字万用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I1（mA）I2（mA）I3（mA）U1（V）U2（V）U FA（V）U AB（V）U AD（V）U CD（V）U DE（V）计算值测量值误差（二）叠加原理的实验线路图如图3.4所示 1、按图3.4电路接线，取U1=12V，U2为可调直流稳压电源，调至U2=+6V。 图图3. 42、令U1单独作用时（使BC短接），用直流电流表和数字万用表测量各支路电流及各电阻元件两端电压，将数据记入表格中。 测量项目实验内容U1（V）U2（V）I1（mA）I2（mA）I3（mA）U AB（V）U AD（V）U CD（V）U DE（V）U FA（V）测量值 3、令U2单独作用时（使FE短接），重复实验步骤2的测量，并记录。 （表格自拟） 4、令U1和U2共同作用时，重复上述的测量和记录。 （表格自拟） 5、取U2=+12V，重复步骤3的测量并记录。 （表格自拟） 五、注意事项实验过程中注意仪表量程的及时更换。 六、实验报告数据处理要求 1、根据实验数据，选定实验电路图3.3中的A节点，验证KCL的正确性。 2、根据实验数据，选定实验电路图3.3中任一闭合回路，验证KVL的正确性。 3、根据实验数据验证线性电路的叠加性与齐次性。 4、实验总结及体会。 原始数据学号姓名实验三基尔霍夫定律和叠加原理的验证 一、基尔霍夫定律的验证测量项目I1（mA）I2（mA）I3（mA）U1（V）U2（V）U FA（V）U AB（V）U AD（V）U CD（V）U DE（V）计算值测量值误差 二、叠加原理的验证测量项目实验内容U1（V）U2（V）I1（mA）I2（mA）I3（mA）U AB（V）U AD（V）U CD（V）U DE（V）U FA（V）U1单独作用U2单独作用U 1、U2共同作用 三、齐次性原理的验证测量项目实验内容U1（V）U2（V）I1（mA）I2（mA）I3（mA）U AB（V）U AD（V）U CD（V）U DE（V）U FA（V）测量值实验四戴维南定理 一、实验目的 1、验证戴维南定理的正确性。 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、任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压或电流，则可将电路的其余部分看作是一个含源单口网络。 戴维南定理指出任何一个线性含源单口网络，总可以用一个等效电压源和一个等效电阻的串联来代替，此电压源的电压值等于该含源单口网络的开路电压U oc，其等效内阻R o等于该网络中所有独立源均置零（电压源视为短路，电流源视为开路）时从端口两端所看进去的电阻值（参照图4.1）。 U0C和R0称为含源单口网络的等效参数。 图图4.1线性含源网络等效图 2、线性含源单口网络等效参数的测量方法 （1）开路电压、短路电流法在含源单口网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压U oc，然后将其输出端短路，用电流表测其短路电流I SC，则等效电阻为R o=U oc/I SC。 若单口网络的等效电阻值很低而短路电流很大时，则不宜测短路电流。 （2）伏安法利用含源单口网络的外特性，用电压表、电流表求出U oc和R o。 如图4.1所示，可知改变R L可测得一组U、I数据，作出该网络的外特性曲线，如图4.2所示，曲线纵坐标的截距就是开路电压U oc，曲线横坐标的截距就是短路电流I SC，曲线斜率的绝对值就是等效电阻R o。 即根据外特性曲线求出斜率tg，则等效电阻R o=tg=U/I=U oc/I SC。 图图4.2图图4.3线性含源网络a b U+-I abU+-I R o U oc RL RLV （3）半电压法如图4.3所示，当负载电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻（由万用表测量）即为被测含源单口网络的等效电阻值。 （4）独立源置零法将电压源短路，电流源开路，用万用表直接测输出两端的电阻即是R o。 三、实验设备 1、RXDI-1A电路原理实验箱1台 2、数字万用表1台 四、实验内容及步骤被测有源二端网络如图4.4所示。 图图4. 41、用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路U oc和R o。 按图4.4（a）电路接入稳压电源E S和恒流源I S，测定U oc和R o。 U oc（V）I SC（mA）R o=U oc/I SC（） 2、负载实验按图4.4（a）改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性。 U(V)14.0012.0010.008.006.005.004.00I(mA) 3、用独立源置零法测R o。 即将被测含源网络内的所有独立源置零后，直接用万用表的电阻档去测定输出端两点间的电阻，即为被测网络的等效电阻R o。 4、用半电压法测量被测网络的等效内阻R o。 U oc（V）U L（V）R o（）mA RL10510330510I S10mA-12V+E S+-I+U-R oU ocmA RL-I+U-+-+戴维南等效电路（a）（b） 五、实验注意事项 1、测量时注意及时更换电流表量程。 2、步骤“3”中，电源置零时短路的是虚拟电压源。 3、用万用表直接测R o时，需断电断线。 六、实验报告数据处理要求 1、根据步骤2绘出外特性曲线，并通过曲线求U oc、I SC、和R o。 2、用各种方法测得的U oc、R o和预先的电路计算结果的理论值作比较，你能得出什么结论？ 3、实验总结及体会。 原始数据学号姓名实验四戴维南定理 一、用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路U0C和R o。 U oc（V）I SC（mA）R o=U oc/I SC（） 二、负载实验U(V)I(mA) 三、用独立源置零法测R o。 方法测得R o= 四、用半电压法测量被测网络的等效内阻R o。 Uoc（V）U L（V）Ro（）实验五仪器练习及电信号的测量 一、实验目的熟悉EE1642B1函数信号发生器、DF2172B型毫伏表、SS-7802A型示波器等仪器的面板结构，掌握各旋钮、开关的作用及其使用方法。 二、实验说明 1、电信号的基本参数为频率（或周期）、幅度、种类（方波、正弦波、三角波等）、脉宽等。 函数信号发生器是能够输出多种波形的信号源，它能够产生正弦波、三角波、方波等多种波形的信号，信号频率一般在20MHz以下。 EE1642B1型函数信号发生器是其中的一种，它能提供实验和测试所需的各种信号，输出幅度表示的是峰-峰值U PP。 2、毫伏表用于测量交流信号的电压有效值，分高频毫伏表和低频毫伏表。 DF2172B晶体管毫伏表是低频毫伏表中的一种，它具有双路输入，单一通道，可同时测量二种不同大小的交流信号的电压有效值及对两种信号进行比较。 3、示波器是一种具有多种用途的电信号特性测试仪，用它观察电信号的波形，测试其幅度、周期、相位差及观察电路的特性曲线等。 SS-7802A型示波器是带光标测量功能的双踪示波器，其频宽为20MHz。 本实验所使用仪器的具体介绍详见附录。 三、实验设备 1、函数信号发生器（EE1642B1）1台 2、毫伏表（DF2172B）1台 3、双踪示波器（SS-7802A）1台 四、实验内容及步骤正弦信号的测定 （1）通过EE1642B1函数信号发生器产生正弦波形，通过电缆线将信号发生器的输出口与示波器CH1或CH2通道的插口相连。 （2）调节信号源的频率旋钮，使输出频率为1KHz，调节信号源的幅值旋钮使输出幅值的有效值为1V（由交流毫伏表读得），调节示波器相关旋钮至合适的位置，从荧光屏上读得峰峰值及周期，记入下列两表中。 测量项目及内容正弦波信号的测定（信号频率）1KHz示波器“t/div”一个周期格数信号周期T计算频率（Hz）标尺所测周期T函数发生器上对应的频率测量项目及内容正弦波信号的测定（电压有效值）1V示波器“v/div”峰峰值格数峰峰值有效值（峰值/2）标尺所测峰峰值函数发生器上对应的电压 五、实验注意事项 1、指导老师讲解仪器使用时要认真听讲。 2、实验过程中要合理地选择仪器仪表的量程。 3、调节仪器旋钮时，动作不要过猛。 4、插接线时不能使用蛮力。 3、为防止外界干扰，信号发生器的接地端（黑色端）与示波器的接地端要相连（称共地）。 六、实验报告数据处理要求 1、实验中的波形并绘出，要求有标明坐标、周期、幅值等参数。 2、总结常用仪器使用的体会。 原始数据学号姓名实验五仪器练习及电信号的测量测量项目及内容正弦波信号的测定（信号频率）1KHz示波器“t/div”一个周期格数信号周期T计算频率（Hz）标尺所测周期T函数发生器上对应的频率测量项目及内容正弦波信号的测定（电压有效值）1V示波器“v/div”峰峰值格数峰峰值有效值（峰值/2）标尺所测峰峰值函数发生器上对应的电压实验六RC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、学习并掌握电路时间常数的测定方法。 3、进一步学会用示波器测绘图形。 二、实验原理电路暂态响应的观察 （1）如图6.1所示RC电路图图6.1开关S在位置“2”时电路已稳定，U C=0。 t=0时，开关S接至位置“1”，电容开始充电，U C从0（零状态）上升至U C=E时，暂态过程完毕。 此阶段电容电压响应为零状态响应，电压波形如图6.2曲线所示，其解析式为U C（t）=E（1e-t/）式中=RC，是电路的时间常数。 当开关S在位置“1”处电路处于稳定时，U C=E。 下一过程开关S接至“2”，此时为零输入，电容开始放电，电容电压从U C=E下降至U C=0，暂态过程结束。 此阶段电容电压的响应称零输入响应。 电压波形如图6.2曲线所示，其解析式为U C（t）=Ee-t/式中时常数=RC。 图图6.2零状态响应及零输入响应曲线 （2）利用周期方波电压（如图6.4（a）所示）作为图6.3所示RC电路的激励电压U i。 图图6.3周期方波激励RC电路只要方波的周期足够长，使得在方波作用期间或在方波间歇期间内，电路的暂态过程基本结束（实际只需T/25即可满足此要求），就可实现对RC电路的零输入与零状态响应的观察，如图6.4（b）所示。 因为在方波作用期间（0T/2，T3T/2等）U i=E，相当于图6.1中开关S接通“1”，电容电压响应为零状态响应；在方波间歇期间（T/2T，3T/22T等）U i=0，相当于图6.1中开关S接通“2”，电容电压响应为零输入响应。 图图6.4方波激励下U C（t）和U R（t）波形 2、电路时间常数的测量用示波器测得零输入响应的波形如图6.5（a）所示。 图图6.5E E根据一阶微分方程的求解得知U C（t）=Ee-t/RC=Ee-t/当t=时，U C（t）=0.368E此时所对应的时间t就等于亦可以用零状态响应波形增长到0.632E所对应的时间测得，如图6.5（b）所示。 三、实验设备 1、RXDI-1A电路原理实验箱1台 2、函数信号发生器（EE1642B （1）1台 3、双踪示波器（SS-7802A）1台 四、实验内容及步骤实验线路板的结构如图6.6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。 图图6.8一阶、二阶实验线路板观察方波输入一阶RC电路的响应U C（t）。 选择动态线路板R、C元件，令R=30K，C=3300pF，组成如图6.1所示的RC充放电电路，U i为函数信号发生器输出，取U pp=3V，f=1KHz的方波电压信号，实验时U pp的值要用示波器校准。 通过两根同轴电缆，将激励源U i和响应U C的信号分别连至示波器的两个输入口CH1和CH2，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，描绘U及U C波形并记录时间、幅值。 要求验收输入输出波形，画出波形并记录周期、幅值，求测时间常数并记录。 思考当R由30K10K时，波形有何变化？由理论上定性分析波形有此变化的原因。 五、实验报告数据处理要求 1、根据实验观测结果，绘出RC一阶电路充放电时U C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、实验总结及体会。 原始数据学号姓名实验六RC一阶电路的响应测试 一、选择动态线路板R、C元件，令R=，C=。 取U pp=，f=的方波电压信号输入，用示波器双通道测得注明要求描绘U及U C波形并记录时间、幅值。 二、求测时间时间常数理论=实测=测量方法如下 三、思考当R由30K10K时，波形有何变化？由理论上定性分析波形有此变化的原因。 实验七RLC串联谐振电路的研究 一、实验目的 1、学习用实验方法测试RLC串联谐振电路的幅频特性曲线的方法。 2、加深理解电路发生谐振时的条件、特点，掌握电路品质因数的物理意义及其测定方法。 二、实验原理 1、按图7.1所示的RLC串联电路中，当正弦交流信号的频率f改变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随f而变。 取电阻两端电压U作为响应，当输入电压U i维持不变时，不同信号频率的激励下，测出电阻R两端电压U之值，然后以f为横坐标，以U为纵坐标，绘出光滑的曲线，此即为幅频特性，亦称电压谐振曲线，如图7.2所示。 2、在f=f0=LC2/1处（X L=X C），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U i为定值时，电路中的电流I达到最大值，且与输入电压U i同相位，从理论上讲，此时U i=U R0=U0，U L0=U C0=QU i（式中的Q称为电路的品质因数）。 3、电路品质因数Q值的两种测试方法一是根据公式Q=U L0/U i=U C0/U i测定U C0与U L0分别为谐振时电容器C和电感线圈L上的电压。 另一方法是通过测量谐振曲线的通频带宽度f=f h-f L，再根据Q=f0/（f h-f L）求出Q值，式中f0为谐振频率，f h和f L是失谐时，幅度下降到最大值的1/2（=0.707）倍时的上、下频率点。 Q值越大，曲线越尖锐，通频带越窄，电路的选择性越好，在恒压源供电时，电路的品质因数，选择性与通频带只决定于电路本身的参数，而与信号源无关。 三、实验设备 1、RXDI-1A电路原理与实验箱1台 2、双踪示波器（SS-7802A）1台 3、函数信号发生器（EE1642B1）1台 4、交流毫伏表（DF2172B）1台f0f Lf Hf 四、实验内容 1、按图7.3电路接线，取R=510，调节信号源输出电压为U PP=2V的正弦信号并在整个实验过程中保持不变（用示波器校准）。 图图7. 32、找出电路的谐振频率f0，其方法是将交流毫伏表跨接在电阻R两端，令信号源的频率由小逐渐变大（本实验谐振频率理论值为17.33KHz），当U0的读数为最大时，信号源上显示的频率值即为电路的谐振频率f0，并测量U 0、U L 0、U C0之值（注意及时更换毫伏表的量程），记入表格中。 R（K）f0（KHz）U0（V）U L0（V）U C0（V）I0（mA）Q0. 513、在谐振点两侧，应先测出下限频率f L和上限频率f h及相对应的U0值，然后再逐点测出不同频率下U0值，记入表格中。 R（K）f Lf0f H0.51f（KHz）U0（V）I（mA） 五、实验注意事项 1、测试频率点时选择靠近谐振频率附近多取几个点，在变换频率测试时，应调整信号输出幅度，使其维持在U PP=2V输出不变。 2、在测量U C0和U L0数值前，应及时更换毫伏表的量限，而且在测量U C0与U L0时，毫伏表的“”端接C与L的公共点，接地端分别触及L和C的近地端N1和N2。 3、用毫伏表测电压时要注意量程的合理选择，测U0时用1V的量程，测U L0和U C0时用10V的量程。 六、实验报告数据处理要求 1、根据测量数据，绘出幅频特性曲线。 2、实验总结及体会。 原始数据学号姓名实验七RLC串联谐振电路的研究 一、谐振频率f0测量R（K）f0（KHz）U0（V）U L0（V）U C0（V）I0（mA）Q0.51 二、通频带测量R（K）f Lf0f H0.51f（KHz）U0（V）I（mA）实验八互感电路 一、实验目的 1、学会判别互感线圈同名端和异名端，掌握互感系数的测定方法。 2、通过两个具有互感耦合线圈顺向串联和反向串联实验，加深理解互感对电路等效参数以及电压电流的影响。 二、实验原理 1、判断互感线圈同名端的方法为了正确判断互感电压的方向，必须首先正确判断互感耦合线圈的同名端（又叫对应端或极性）。 （1）交流法。 如图8.1所示，将两线圈N1和N2的任意两端（如 3、4端）连在一起时，在其中的一个线圈（如N1）两端加一个低压交流电压，另一线圈开路（如N2），用交流电压表分别测出分端电压U 12、U 13、U24，若U12是两个绕组端压之差，则 1、2是同名端；若U12是两绕组端压之和，则 1、4是同名端。 图图8.1交流法判断同名端 （2）两个线圈顺向串接和反向串接的测试方法在如图8.2的两个电路中加以同样大小的交流电压，测电阻两端电压值的大小。 若 2、3相接时（图a）的U R1大于 3、4相接时（图b）的U R2，则 1、4为同名端，即图a为反向串接，图b为正向串接。 反之则结论相反。 U1U2N1N2M1234图图8. 22、两线圈互感系数的测定方法在如图8.3电路中的N1侧加一定值的交流电压U1，N2侧开路，测出电阻两端的电压U R和N2的开路电压U2。 根据公式计算M。 MU2R/2f U R 三、实验设备 1、RXDI-1A电路原理实验箱1台 2、函数信号发生器（EE1642B1）1台 3、交流毫伏表（DF2172B）1台 四、实验内容和步骤 1、测定互感系数的同名端 （1）交流法实验电路如图8.1所示，将线圈N1的3端和线圈N2的4端连在一起，N1侧的U1接低压交流AC8V（函数信号发生器输出正弦波，频率1KHz，电压值由毫伏表校准），N2侧开路，用交流毫伏表测量U 12、U 13、U24，根据结果判定同名端。 （2）用两互感线圈顺向串联和反向串联的测试方法判定同名端。 实验电路图如图8.2所示，图中的交流电压仍然采用低压交流AC8V，U R1和U R2仍用交流毫伏表测量，根据结果判定同名端。 2、互感系数M的测定实验电路图如图8.3所示，图中的交流电压U1仍然采用低压交流AC8V，U R和U2仍用交流毫伏表测量，根据结果计算M。 五、实验报告数据处理要求 1、对实验数据进行处理，得出结论。 2、实验体会。 图图8.3原始数据学号姓名实验八互感电路 一、交流法U12=U13=U24=理由结论 二、两线圈顺向串接和反向串接法U R1=U R2=理由结论 三、互感系数M的测定UR=U2=M=附录实验室常用仪器使用说明11电路原理实验箱RXDI-1A介绍 一、概述电路原理实验箱是根据“电工基础”、“电路原理”、“电路分析”等电子专业基础课程所开设弱电实验项目设计的。 该实验箱集直流稳压源、恒流源、函数信号发生器、低压交流电源、直流电压电流表、分立元器件于一体、同时可配备实验电路模块扩展实验等功能。 该实验箱采用先进的两用板工艺，正面喷印原理图及字符，反面印制导线并焊有相关元器件，连接导线采用2#叠插自锁紧接插件，接触可靠，插接方便。 二、技术指标 1、输入电源AC220V50Hz 2、交流电源 0、8V、12V、15V一路 3、直流稳压源12V（0.5A）各一路，0-24V（0.5A）一路，连续可调，每路设有过流保护，短路保护，声响报警，自动恢复功能。 4、函数信号源 （1）输出波形方波、三角波、正弦波 （2）幅值方波V P-P0-22V；三角波V P-P0-15V；正弦波V P-P0-10V （3）频率范围分四档10Hz-100Hz，100Hz-1KHz，1KHz-10KHz，10KHz-100KHz，连续可调。 （4）正弦波失真度2。 5、直流恒流源电流调节范围0-200mA，连续可调，最大输出电压18V。 负载稳定度510-4。 6、直流电压电流表电流测量范围0-200mA，量程分2mA、20mA、200mA三档。 电压测量范围0-200V，量程分2V、20V、200V三档。 三位半数字显示，精度0.5级，直键开关切换。 7、使用环境条件温度0-40湿度80 8、实验箱外型尺寸43032095mm。 三、使用说明及注意事项 1、把仪器接入AC电源之前，应先检查AC电源是否与所需电源相适。 2、打开电源开关，指示灯亮，直流稳压电源、低压交流电源，处于待用状态。 3、实验时，根据实验所需信号源、电源、打开相应的信号源或电源，用连接导线引出即可。 4、实验时，如果需要测量线路中参数，可按要求选择电压电流表的合适量程，检查无误后，按下仪表开关进行测量。 5、对于在实验中不慎而损坏的元器件，使用者可根据提供的数据资料进行更换，但必须为同型号、同规格。 6、实验中不用的仪器可以暂时关闭，减少不必要的损耗。 7、实验过程中，如出现电源短路报警，应立即切断电源，查明原因，排除故障，方可再通电继续实验。 8、实验时，若出现异常现象（如元件发烫、有异味或冒烟），应立即关断电源、查明原因，排除故障，方可继续实验。 9、插接件均具有自锁锥度，接触良好，插头可以叠插。 插接时无需用力过大，过猛，插接牢固即可，拔出时，捏住插头柄旋转，即可轻松拔出，切不可硬扯连接线，以免损坏。 10、实验时，如果需要测量线路中的电流，选择适当的量程，检查无误后，按下毫安表开关进行测量。 11、实验结束必须关断电源，拔出电源插头，并将仪器、设备、工具、导线等按规定好。 12DF2172B晶体管毫伏表毫伏表用于测量交流信号的电压有效值，分高频毫伏表和低频毫伏表。 其用法很简单，只要能正确读数即可。 DF217