电工电子实验(一)讲稿

南京郵電大學实验名称基尔霍夫定律KCLKVL教材名称电工电子实验技术上册河海大学出版社2005年9月第2版电工电子实验手册南京邮电大学电工电子实验中心2004年实验目的1熟练使用万用表，了解各档位特点2验证基尔霍夫定律3加深电位和电位差的概念4学会用MULTISIM软件进行仿真。实验原理图521是实验电路，它有6条支路，4个节点，3个网孔和7个回路。根据KCL可知，汇集在电路任一节点的电流的代数和等于零。由KVL可知，沿电路任一闭合回路循行一周电压的代数和为零。本实验验证汇集于节点C的电流的代数和以及回路AGFDCBA和AGEHCBA回路电压的代数和为零。实验的第二部分分别以E，A，C为参考点，测量其余各点的电位，并依次计算各节点间的电位差。加深理解电位和电位差的概念。图522的A，B分别为图521电路中电位器RP的电路图符号和结构外形。AC端是一个固定电阻，B点是电阻上的可调动点，由转动轴控制。当反时针旋转到底时，AB间电阻为零，BC间电阻等于AC间电阻；顺时针旋转到底时，BC间电阻为零，AB间电阻等于AC间电阻。AB间和BC间电阻的分配关系由转轴转动后的位置确定。实验任务与步骤1未接电路之前，检测电位器及电阻,并将测量值记录于表521中。2按图521电路接线，但不接电源，其中AB，DF，HE分别用短路线连接。调整电位器RP时测量电位器FG间的电阻RFG，使其达到最小值通常为零欧姆。3测量AE间电阻，是否与预习中的计算值相等，通常误差不大于5，否则接线或理论值计算有误。图521实验电路ABDDFHEGACAB图222电位器符号及结构外形B4实验板接通电源，调整VS5V以万用表直流5V档测量为准，依次测量直流电压并将其值记录于表521中。5验证VAFVFCVCAV，VAFVFEVECVCAV。理论上应为零。表521RPR1R2R3R4VAFVFCVCAVFEVEC6按表522要求测量和记录各点电位，并根据所测得电位计算电位差。表5227去掉AB、DF、HE三根短路线。三块万用表均置直流250MA档，替代三根短路线，一起接入相应位置。注意接入时电表极性。测量IAB_MA，IFD_MA，IEH_MA。8验证IABIFDIEH_MA。理论上应等于零。9拆下万用表，恢复原电路接回三根短路线。测量VCF，并调整电位器RP使VCF0。10去掉DF短路线。用直流电流最高灵敏度档测量IDF_A。理论上IDF0。实验提示一、注意事项1如何正确使用万用表欧姆档位1）看测量选择开关是否置于被测参数的量程档位上2）选择正确的档位，并调零3）先粗略测一次，看指针偏转情况，指针指示在中值电阻附近测量较准确4）测试中不能转换量程开关，严禁带电转换开关5）不能用电流档或欧姆档测电压6）不能带电测量电阻7）注意被测电阻是否连接在电路中，否则需从电路中断开单独测量2如何正确使用万用表电流档1）在测量低阻值支路的电流时，万用表的接入对被测支路的电流影响较大。这是万用表直流档的等效内阻造成的，使用中应予以考虑。电流档各档等效内阻档位灵敏度内阻50UA01V2K25MA025V100参考点VAVCVDVE计VACVCDVCEVADE算A值C25MA025V10250MA025V12）测量直流电流时，应将万用表串接在被测电路之中进行测量，并要求电流从红色测试棒流入，黑色测试棒流出，否则指针反偏。3）测量之前应估计被测电流的大小，置万用表的测量选择开关到“MA”的适当量程档位。直流电流的量值在“VMA”刻度上读出与直流电压共用刻度，满偏值。二、实验连接线图。要求只用8根导线，包括电源线讨论题1根据步骤2和5测得的数据，计算各支路电流，ACMAICFI，并与步骤8测得的数据进行比较，看哪组数据更接近电路中的CEMAI实际值。本题的数据能否用于验证KCL为什么答根据步骤2和5测得的数据更接近电路中的实际值。本题的数据能用于验证KCL。其原因是电压档位的内阻大于大于被测电阻，所以测得的电压值相当精确，计算得到的电流值也就更接近该支路的实际值。2如果R1、R2、R3、R4的阻值均大于数十K，用步骤5的方法所测得的电压值能否用于验证KVL为什么答由于此时电压表的内阻与被测电阻的阻值相差不大，使得测量的电压值误差很大（分流作用），所以这样测出的电压值不能验证KVL。3如果万用表25MA直流档的电阻很大（与被测支路电阻相比不可忽略），仍用步骤8的方法能否验证KCL请说明原因（假设表针仍明确指示读数）。答能。其原因是流入节点的电流等于流出节点的电流。实验名称非线性电阻伏安特性教材名称电工电子实验技术上册河海大学出版社2005年9月第2版电工电子实验手册南京邮电大学电工电子实验中心2004年实验目的1学会并熟练使用万用表。2掌握测量非线性器件的伏安特性的方法。3对非线性元器件有初步了解。3初步掌握万用表等效电阻对被测电路的影响及其分析方法。实验原理非线性器件的伏安特性反映在以电压为横坐标，电流为纵坐标的平面上，其伏安特性曲线不是一条通过坐标原点的直线。也就是说其电压与电流的比值不是常数，而是随着工作点的变动而变化的。因此，通常情况下用它的伏安特性曲线来表示其特性。线性和非线性伏安特性曲线分别如图511和512所示。稳压管的特性是接正向电压时其等效电阻很小，且电流在较大范围内变化时，其正向电压变化量很小。接反向电压时等效电阻很大，且电压在较大范围内变化时，反向电流变化量很小，当达到某一电压时，电流增加很快，此时电压在一定范围内基本不变。这就是所谓的稳压。图513A是稳压管的正向连接，B是稳压管的反向连接。IUIU图511线性器件伏安特性曲线图512非线性器件伏安特性曲线图513稳压管的正反连接（B）（A）实验任务与步骤1测量发光二极管正、反向伏安特性1图514A电路接线，按表511给定的电流值测量发光二极管的正向特性，电压值记录于表511中。2按图514B电路接线，按表511给定的电压值测量发光二极管的反向特性，电流值记录于表511中。表5112测稳压管的伏安特性1用万用表判断稳压管的正、负极性，测量稳压管的正、反向电阻。正向R_R10档反向R_MR10K档2按图515A电路接线，根据表512给定的电流值，测量稳压管的正向压降，并计算稳压管的直流电阻一并记录于表512中。3按图515B电路接线，先按表512给定的电压值，测量稳压管的反向电流，然后按给定的电流值测量反向电压记录于表512。IDMA0135101520正向连接VDV0VDV01235810反向连接IDA0（A）（B）图514实验电路AB图515实验电路表5123根据实际测量的数据，绘制发光二极管和稳压管的伏安特性曲线图。实验提示1测量发光管和稳压二极管的正反向特性时，要弄清楚它们的正极和负极。2需用两块万用表，一块作为电流表串联在电路中，一块作为电压表，并联在电路中，要注意整反向时的表的连接。讨论题1稳压管的稳压功能是利用特性曲线的哪一部分，在伏安特性曲线上标出，为什么2若给出一个线性电阻元件和一个非线性二端元件的伏安特性曲线，试用图解法画出这两个元件串联后的伏安特性曲线。3能否用图516A，B的电路分别测量稳压管的正、反向特性，与图515A，B相比较，并参照前面的测试结果详细分析其原因。主要考虑万用表以不同的连接方式接入电路后对被测电路的影响及影响程度。4有两只稳压二极管VZ1、VZ2，其稳定电压分别为UZ16V、UZ210V，正向导通压降均为07V。如果将它们以不同方式串联后接入电路，可能得到几种不同的电压值试画出相应的串联电路。答1见图512所示的反向曲线AB段。其原因是该段内电流变化较大，而电压基本不变，这正是我们需要的；正向曲线虽说也有这个特性，但稳定电压太小07V左右，一般不太适用。2作图提示串联网络的电流相同，电压为串联元件的电压之和。并联是电压相同，电流是各元件支路的电流之和。IDMA01235101520正向连接VDV0RDVDV03反向连接IDMA013581015AB图5163不能。主要是考虑表内阻对测量电路的影响。（A）图是所测得的电压为两个部分；（B）图是所测得的电流为两个部分。两个电路都不能正确反映稳压管的特性。4有4种连接方式实验名称代维宁定理和诺顿定理教材名称电工电子实验技术上册河海大学出版社2005年9月第2版电工电子实验手册南京邮电大学电工电子实验中心2004年实验目的1学习几种常用的等效电源测量方法。2比较各种测量方法所适用的情况。3分析各种方法的误差大小及其产生的原因。实验原理代维宁定理指出，任何一个线性有源一端口网络如图532A，对外部电路来说，总可以用一个理想电压源与电阻串联组合来代替，如图532B所示。其理想电压源的电压等于原网络端口的开路电压VOC，电阻等于原网络中所有独立源为零值时的入端等效电阻RO。诺顿定理是代维宁定理的对偶形式，它指出任何一个线性有源一端口网络，对外部电路来说，总可以用一个理想电流源与电导并联组合来代替，如图532C所示。其理想电流源的电流等于原网络端口的短路电流ISC，电导等于原网络中所有独立源为零值时的入端等值电导GOGO1/RO。上述参数VOC，RO，ISC，GO可用实验的方法测定，根据VOCISCRO可知，只要测得前三个中的两个，便可求得另两个参数。求得等效电源的方法很多。最简便的方法是用电压表直接测量图532A电路A，B间的开路电压VOC和用电流表测量A，B间的短路电流ISC，再由ROVOC/ISC求得RO。但各种方法都有一定的适用范围。要根据电路的实际情况，分析测试方法可能造成的误差。比如，用电压表直接测量开路电压时万用表的等效电阻应远大于电源的等效内阻，否则就称不上测开路电压，必须另想办法解决测试方法造成的误差。实验任务与步骤1直接测量按图531接线，先不接电源。1，2端用短路线连接。用万用表欧姆档适当量程测3，4端电阻RO只适用于无源或能令独立源置零的情况。，填入表531。2加压定流按图533接线实验板上接线不变，3，4端接上电流表，电压表和电源，调整电源电压，使电流表读数为10MA。记录电压表读数V于表531。任意负载任意负载任意负载线性有源一端口网络ABAIIROVOCVBABBISCGOIABCVVB图532代维宁定理和诺顿定理等效电路图534实验接线图二VS1234NOAVV图533实验接线图一1234NOVSVA3开、短路法去掉1，2端短路线后如图531接线，调整VS8V，测3、4端开路电压用直流电压5V档和短路电流用直流电流50MA档记录于表531。4半电压法接续步骤3，3、4端接上电阻箱，作为负载电阻，调整阻值，使负载上的电压等于VOCA/2，此时电阻箱的阻值就等于等效电源的内阻。记录RO于表531。5拆除3，4端电阻箱，稳压电源置双路工作方式，按图534接线3，4端接上电流表，电压表和另一路直流电压V，调整V，使得电流表读数为零最小量程档，则这时电压表的读数即为开路电压VOCB。记录VOCB于表531。应有VOCA约等于VOCB。表531实验提示注意测量中产生误差的原因。讨论题1步骤5中如果将电压表的“”端接实验板的3端测电压，VOCB结果如何为什么2实验步骤5的方法避免了电压表内阻对测量开路电压的影响。类似地，如果电流表内阻与等效电源内阻相比较不能忽略时，仍用电流表直接测量短路电流ISC，必将产生很大的误差。为避免这种误差可采用什么方法画出测试电路并简要说明测试方法。答1VOCB减小，原因是电压表内阻的分流。2消除电流表内阻对测量产生误差的一种方法如下图所示调整V使电压表读数为零，此时电流表的读数即为短路电流步骤参数12345VVOCAVOCBISCAROVS1234NOAVV实验名称受控源的实验研究教材名称电工电子实验技术上册河海大学出版社2005年9月第2版电工电子实验手册南京邮电大学电工电子实验中心2004年实验目的1测试受控源的外特性，进一步理解受控源的物理概念，加深对受控源的认识。2获得运算放大器和有源器件的感性认识，了解运算放大器组成受控源的方法。实验原理1运算放大器的基本电路运算放大器是一种有源二端元件，图251表示它的电路符号。它有两个输入端，一个输出端，还有一个相对输入、输出信号的参考地线端。信号从“”端输入时，输出信号与输入信号反相，故称“”端为反相输入端。从“”端输入时，输出信号与输入信号同相，故称“”端为同相输入端。除了两个输入端一个参考地端外，运算放大器还有相对地端的工作电源端。多数运算放大器具有正电源端和负电源端，运算放大器只有在接有正、负电源的情况下才能正常工作。也有些运算放大器只有一个工作电源端，即单电源工作的运算放大器。不管是双还是单电源工作的运算放大器，其基本电路模型是一样的。如图252所示。其中V和V分别为同相输入端和反相输入端的对地电压，VO是输出端对地电压，AO是运算放大器的开环电压放大倍数，在理想情况下AO和输入端的电阻RI为无穷大，输出电阻RO为零。根据输出电压VOVVAO式可见，当输出电压VO为有限值时，则有VV，且有IV/RI0，IV/RI0由这些式子可引出两个重要的结论1运算放大器的“”端和“”端之间等电位。若其中一个输入端是接地的，则另一个输入端虽未接地，也可以认为是零电位。故称此端为“虚地”，或把同相输入端和反相输入端之间标为“虚短路”。2运算放大器的输入端电流等于零。这两个重要性质是简化分析含有运算放大器网络的依据。理想运算放大器的电路模型实为一个受控源。它的外部接入不同的电路元件，可以实VVRIRO0AOVV输出端同相输入端反相输入端运算放大器电路符号理想运放模型图251图252ECA23LM3588VO276V2541V1V1VO1V2EC84321LM358型运算放大器引出端功能图253B现对信号的模拟运算或模拟变换，它的应用极其广泛。因为运算放大器具有工作电源端，只有在一定工作电压情况下才能正常工作，所以含有运算放大器的电路是一种有源网络，在电路实验中主要研究它的端口特性，以了解其功能。本实验将研究由运算放大器组成的四种受控源电路的端口特性。选用LM358型单电源工作的集成运算放大器，LM358亦是一片双运放一块集成片内含有两个性能相近的运算放大器且共用一组工作电压。各引脚功能如图243所示。其中8脚为其工作电源端，一般接15V电压方可工作。2电压控制电压源VCVS图244所示电路是一个电压控制电压源。由图可知VVV1，II0，IFI2V/R2V1/R2所以V2IFRFI2R2RFR2V1/R21RF/R2V1令1RF/R2则V2V1其中是无量纲的常数，称为电压转移系数或称电压放大倍数。图255为VCVS理想电路模型。3电压控制电流源VCCS将图254中的RF看作是一个负载电阻RL，这样就构成一个电压控制电流源。如图256所示。由图可见受控源的输出电流ISI2V/R2V1/R2令GM1/R2则ISGMV1其中GM具有电导的量纲，称为转移电导。VCCS的理想电路模型如图257所示。4电流控制电压源CCVS图258所示电路是一个电流控制电压源。由图可知VV0，IFI1II1所以VVV1R2I2RFVV1R2I2V1V1V1V21RF/R2GMV1RLISV2GM1/R2V2IFII图254图255图256图257RLVISV2VCVSVCCSI1ER1R2I1RFV2V2RMI1RMRF图258图259CCVSV2I1RF令RMRF则V2I1RM其中RM具有电阻的量纲，称为转移电阻。CCVS的理想电路模型如图259所示。5电流控制电流源CCCS图2510是一个电流控制电流源的电路。因为VAIFRFI1RF，IRVA/RI1RF/R所以ILIFIRI1I1RF/R1RF/RI1。令1RF/R，则ILI1。其中无量纲，称为电流转移系数或称电流放大倍数。CCCS的理想电路模型如图2511所示。实验任务与步骤实验操作中VS15V，正端接于J1，负端接于J3。V1和V3根据需要而定，接线时必须注意极性。实验电路如图2512所示，实验板上的元器件符号与其一致。J1J10是接线柱，用于连接电源、电压表、电流表、电阻箱等。K1K7为电路的保护或状态转换开关。1测试VCVS的外特性参见图254准备工作K1、K4K7置“ON”，K2、K3置“OFF”；双路直流稳压电源的一路调整为VS15V后接到实验板J1接VS正端和J3接VS负端之间；电阻箱调整阻值为RL1K后接到实验板J6和J3之间；双路直流稳压电源的另一路调整为V12V后接到实验板J4接V1正端和J3接V1负端之间。11按表251中11项要求的阻值，分别调整电阻箱阻值RL，测出相应的V2J6和J3之间IFILAER1R2I1RFRLRIRI1ILRLI11RF/R图2510图2511CCCS20KR110KR210KR310KR468KR5R620KK1K2K3K4K5K6K7J1J2J3J4J5J6J7J8J9J10V1V2V3V4ILI112345678图2512实验板电路图值。作V2RL关系曲线。12固定RL2K，按表251中12项要求，调整V1并测出相应的V2值。作V2V1关系曲线，求出电压转移系数。2测试VCCS的外特性参见图256准备工作接续步骤12调整V12V；电阻箱调整阻值为RL1K且与电流表串联电流表正端与电阻箱一端连接后接到实验板J5接电流表负极和J6接电阻箱的另一端之间；K1置“OFF”。21按表251中21项要求的阻值，分别调整电阻箱阻值RL，测出相应的电流IS。作ISRL关系曲线。22固定RL2K，按表251中22项要求，调整V1并测出相应的电流IS值。作ISV1关系曲线，求出转移电导GM。3测试CCVS的外特性参见图258准备工作断开两路电源；K1K4置“ON”，K5K7置“OFF”；调整电阻箱阻值RL10K后接于J10与J3之间；电源VS15V，接于J1接VS正端和J3接VS负端之间。另一路电源作为V3接到实验板J7接V3负极和J2接V3正端之间。一块电流表接到实验板J8接电流表正极和J7接电流表负极之间，调整V3使电流表读数I105MA。31按表251中31项要求的阻值，分别调整电阻箱阻值RL，测出相应的V4J10和J3之间值。作V4RL关系曲线。32固定RL2K，调整V3分别使电流I1符合表251中32项要求并测出相应的V4值。作V4I1关系曲线，求出转移电阻RM。4测试CCCS的外特性参见图2510准备工作接续步骤32取下电阻箱RL，电阻箱RL的一端接J9，另一端与另一电流表正端相串接，电流表负端接J10；K5置“ON”，K4置“OFF”；调整V3使电流表读数I105MA。41按表251中41项要求的阻值，分别调整电阻箱阻值RL，测出相应的负载电流IL值。作ILRL关系曲线。42固定RL2K，调整V3分别使电流I1符合表251中42项要求并测出相应的负载电流IL值。作ILI1关系曲线，求出电流放大系数值。3在做受控电流源实验时，不要使电流源负载开路。表251步骤参数测试条件和测量值11RLK1248102050V2V12V1V0123456V2V21RLK1248102050ISMA22V1V124681012ISMA31RLK10203040506070V4V32I1A50100200300400500600V4V41RLK001040815254ILMA42I1A50100200300400500600ILMA实验提示1LM358型集成运算放大器，必须在8脚和4脚间接入一组15V直流电源才能工作，对应实验板上接线柱J1接15V正端，接线柱J2接15V负端。2每次改接电路或改换直流稳压电源的输出粗调旋钮，需先拔出与电源的连接线，而不必用关闭电源开关来实现。3在做受控电流源实验时，不要使电流源负载开路。讨论题1分析图2514A和B所示电路中受控源的外特性，求出图2514A转移电阻MV2/I和图2514B转移电导GMI5/V1。2受控源的控制特性是否适用于正弦交流信号RRRRRI1I2I3I4I5V1IRFR2R3V2ACCVSBVCCS图2514受控源电路123RFMRGM1实验名称交流信号的几种常用参数测量教材名称电工电子实验技术上册河海大学出版社2005年9月第2版电工电子实验手册南京邮电大学电工电子实验中心2004年实验目的1了解V212型双踪示波器的使用方法。2了解8112函数信号发生器的使用方法。3能够初步掌握示波器和信号发生器使用。4了解SX2172型交流毫伏表的使用方法。实验原理1示波器是现代测量中最常用的仪器之一，它能够直观地观察被测信号的真实波形，直接测量信号幅度、周期和时间，并能同时显示几个信号进行比较测量。测量时要注意测量幅度时要把垂直灵敏度微调关到CAL位置；测量时间时要把扫描速率微调关到CAL位置，否则测量出的值是不正确的。测量时首先要使示波器显示的波形稳定、大小适中，然后读出相关数据，根据公式计算出所要测量的参数值。UPPHV/DIVTS/DIV；F1/TH对应UPP的高度（满格为八格）；L对应T的长度（满格为十格），如图541所示。V/DIV示波器垂直灵敏度转换开关的刻度数；S/DIV示波器扫描速率转换开关的刻度数。另外，值得一提的是在测量高频信号和脉冲信号时，必须使用带探头的电缆线，而且探头的接地点应选择在测量点附近。因为探头的使用可以提高示波器的输入阻抗，减小示波器输入电容对被测电路的影响。探头还具有101倍的衰减，但同时也使示波器的灵敏度降低到原值的1/10。在测量高频信号相位差时，还必须注意两信号的电缆长度和特性必须一致，否则会因此带来较大的测量误差（一般电缆延迟时间为5NS/M）。总之，示波器测量技术是一种最灵活、最多用的测量技术。2函数信号发生器是一种使用很普遍的信号源。它具有三种基本波形，分别为正弦波、对称方波、三角波。通过改变波形的占空比还能得到巨型脉冲波和锯齿波。其频率可从01HZ2MHZ变化。在使用时，通常要调节信号源的波形、频率、幅度。3交流毫伏表是专门用来测量正弦波交流信号电压有效值的仪表。对于方波与三角波，其表头指针位置只是它们的平均值位置，但可通过间接方式求得它们的有效值。若交流毫伏表显示的电压为U，则方波有效值为09U，三角波有效值为1036U。另外，用交流毫伏表来测量电平值时，应该选用以07746伏为参考点的刻度线。其电平值等于转换开关的刻度数加上表针的指示数。TUPPTU图541实验任务与步骤1示波器使用前应将其调到适当的工作状态，需调整哪些旋钮和开关。结合实际操作列出基本操作程序。2示波器上显示波形不稳定如左右跑动或图形线条连成一片，需调整哪些旋钮和开关。3根据给定条件，操作后填空A周期T和脉宽测量信号源输出方波，F1000HZ，由示波器观察得T_MS，脉宽_MS。B频率F测量改换信号为三角波，调整信号源频率，使得三角波的周期T200S由示波器观察则频率F_HZ。C“RAMP/PULES”或“SYM”旋钮对波形的影响信号源输出脉冲波，频率F2000HZ，调整“RAMP/PULES”或“SYM”旋钮由“CAL”位置到顺时旋转到底的过程中，F的变化趋势，F_，脉宽的变化趋势，_，约占T的_；信号源改为正弦波输出时调整“RAMP/PULES”或“SYM”旋钮，示波器显示屏上波形将_，此旋钮置于_位置时其输出才是真正的正弦波。D幅度测量信号源正弦波输出时将“AMPLITUDE”旋钮顺时针旋转到底，用示波器测得电压峰峰值，用毫伏表测量有效值和电平值。VPP_V。按入“ATT”键后VPP_V。两者相差_倍。U_V。按入“ATT”键后U_V。两者相差_倍。K_DB按入“ATT”键后K_DB两者相差_倍。4操作信号发生器和示波器，在示波器上显示出电压正峰值为6伏、负峰值为1伏、频率F10KHZ、占空比/20的矩形脉冲信号，确认无误后请指导教师检查。实验提示讨论题1调整函数信号发生器的“AMPLITUDE”幅度旋钮或双踪示波器的“VOLTS/DIV”垂直偏转灵敏度旋钮都能使显示波形的垂直幅度发生变化。请说明其实质性差别及分别适用于什么情况。2调整函数信号发生器的频率旋钮或双踪示波器的“TIME/DIV”水平偏转灵敏度旋钮都能使显示波形的水平宽度发生变化。请说明其实质性差别及分别适用于什么情况。3调整函数信号发生器的频率旋钮或调整函数信号发生器的“RAMP/PULSE”或“AYM”锯齿波/脉冲波旋钮都能使输出信号的频率发生变化。请说明其实质性差别及分别适用于什么情况。7460LOG2DB）绝对电平（图583T1VSVSV2V1VSV2V1V1V2VSTTTABCVRVCVS实验名称一阶RC电路的阶跃响应教材名称电工电子实验技术上册河海大学出版社2005年9月第2版电工电子实验手册南京邮电大学电工电子实验中心2004年实验目的1学习用示波器和信号发生器研究一阶电路暂态响应的方法。2学习从不同的RC一阶电路响应波形上读取时间常数。1正确区分响应波形中的零输入响应和零状态响应。2研究RC微分电路和积分电路。微分电路和积分电路。实验原理为了能用示波器观察阶跃信号作用于一阶电路的过渡过程，就要求电路周期性的重复过渡过程。为此，采用给RC电路加周期方波信号激励的方法实现。一般认为过渡过程在45时间内结束。因此方波周期T应大于10倍的电路时间常数，即T10。1如图581电路，ROR1C，当脉冲宽度T1T/25时，电容上的电压响应为VCTVS1ET/V0TT/2581VCTVSETT/2/VT/2TT582波形如图582B。电阻上的电压响应为VRTVSR1/ROR1ET/V0TT/2583VRTVSR1/ROR1ETT/2/VT/2TT584由式581可知，当T时，VC0633VS；由式582可知，当TT/2时，VC0367VS；由式583可知，当T时，VR0367VSR1/ROR1。即1电容充电经过一个的时间，电容上所充的电压为电源电压的633。2电容放电经过一个的时间，电容上所剩电压为最大电压的367。3在电容分别充电和放电时，经过一个的时间，电阻上的电压为其自身最大峰值电压的367。由此结论，便可在示波器显示的波形图上读出一阶RC电路满足T15的时间常数VSVSTTTABCT/2T图582T10VCVR值取电压波形从0到纵向最大高度的633充电时或367放电时在横轴时间轴上的投影，该段投影长度即为时间常数值。2将图581电路中的电容改为1F，则560S，T1。电路在方波信号激励下电容充放电波形和电阻上的电压波形分别如图583B，C所示。需指出的是图中坐标原点T0，而是T5后的波形图。因为当0TT/2时，信号源以电压VS加在电路上，T0时电容开始充电并趋向于稳态值VS。由于较大，当TT/2时充电尚未结束，但信号源的输出电压跃变为零，电容开始放电并趋于零。TT时放电亦未结束，输入又跃变为VS，电容又开始充电，这次充电VCT的初始值不为零，充电起点高了。到3T/2时电容电压高于T/2时的电容电压，电容又开始放电并趋于零。到2T时电容电压高于T时的电容电压。这段时间内电容充电多，放电少，且随着每次充电的初始值不断提高，充电量逐次减少，随着放电的初始值不断提高，放电量逐次增大。若干周期T5后，电容充放电量相等，进入周期性稳定状态，即如图583B所示。根据三要素法，电容充电电压为VCTVSV1VSET/V则V2VCT1VSV1VSET1/V由此可得到T1/LNV1VS/V2VS585同理，在电容充电期间电阻上的电压波形为VRTV2ET/V则V1VRT1V2ET1/V可得T1/LNV2/V1586从示波器上读到V1，V2，VS值分别代入585或586均可求得电路时间常数值。实验任务与步骤1使示波器水平扫描光迹与坐标片上横坐标重合定位水平轴后Y通道置DC输入。2信号发生器输出送示波器，调节信号发生器，输出F125KHZ，周期T800S，脉宽T1400S，电压峰峰值VS2V的方波信号。将“DCOFFSET”旋钮拉出并调节到适当位置。使方波信号幅度在0V到2V之间跃变无负脉冲。并使显示波形适当大些，便于后面读数。3按图581连接电路，用示波器观察电容充放电波形如图582B并读测值记于表581中。4用示波器观察电阻R1上的波形，如图582C，并读测值并记于表581中。步骤3，4中为了较精确地测量值，读数时可将示波器的水平移位旋钮拉出，则波形在水平方向被放大10倍，水平轴每厘米的时间值为原先的1/10。5将图581电路中0047F电容器改用1F的，用示波器观察电容器上充放电波形，如图583B所示，读测V1和V2值记于表581中。并代入式585计算值记于表581中。6用示波器观察电阻R1上的波形，如图583C，读测V1和V2值并记于表581中。代入式586计算值记于表581中。表581步骤测试波形V1V23C4R5C6R7调整“DCOFFSET”旋钮，使输出信号成为对称于横坐标的方波信号。分别按步骤5，6观察电容和电阻上的电压波形，画出波形图并与图583作比较。作图时应注意A各波形与输入方波信号在时间上的对应关系。B各波形相对于横坐标的位置。实验提示测量时要把时间轴刻度/格减小些，否则难以读出。讨论题1全响应可分解为零输入响应和零状态响应。试分析图582B，图583B中分别对应方波信号前、后各半个周期的响应中包含了哪些分量2步骤7中0047F和1F电容上的电压响应包含了哪些响应按对应方波信号前、后半周分别分析。3一个周期信号，可用一系列的阶跃信号来表示，请把图582A周期信号中的第一个周期用阶跃信号来表示。写出电压表达式并画出波形图。实验名称正弦电路相位差测量教材名称电工电子实验技术上册河海大学出版社2005年9月第2版电工电子实验手册南京邮电大学电工电子实验中心2004年实验目的1掌握交流毫伏表的使用方法。2学习用双迹法测量同频正弦信号相位差方法。3绘制RC电路的幅频，相频特性曲线。实验原理设两同频正弦电压V1TVM1SINT1，V2TVM2SINT2。它们的相位差即两正弦电压的初相差，为一与时间无关的参数12一般相位差的测量是指测出两同频正弦信号之间的相位差。对于脉冲等非正弦周期信号，通常以时间差作为它们之间相位关系的表征。用示波器测量同频信号相位差一般用双迹法测量。1双迹法将电压V1T，V2T分别加到双踪示波器的“CH1”和“CH2”两个输入端，调节示波器在荧光屏上显示出稳定清晰的波形，并使两个波形都对称于横坐标，如图551。读取波形半周所占横轴长度，设为L2CM，读出两波形过零点的间隔L1CM，则相位差180L1/L2这种方法使用方便，但测量精度主要取决于示波器Y、X通道两个输入电路自身的相移特性、视差及光迹不够细等原因。为了减少误差，在调整示波器时应使波形的半周期在荧光屏上所占长度尽量长，这样可以提高时基分辨率。2RC耦合电路图552电路是常用的RC耦合电路。其中，电阻R可视为负载，电容C隔断直流通交流。由于容抗与频率成反比，且自身的电压与电流不同相，因此将电阻上的电压作为输出电压时其幅度和相位均与输入电压的频率相关，这就是我们要研究的幅频特性和相频特性。图552电路用频域表示时，其输出输入电压之比可用下式表示幅度VR/VS1/1/55112/RC1/2相位角ARCTG1/RCARCTG1/552可见，它们都是频率的函数。据此画出的曲线分别称为幅频特性和相频特性曲线。如图553A，B所示。VSTCRVRT图552RC耦合电路107071/AB图553RC耦合电路的传输特性曲线1/4590VR/VSV1TV2TTL1L2图551双迹法测量相位差式551和552中的RC称为时间常数，当1/O时，VR/VS0707，这时电路的输出功率是最大输出功率的一半，故对应的频率称为半功率点频率。一般还将它定义为通频带的下限频率，故O还可称为截止频率。在截止频率点半功率点输入与输出的相移为45。实验任务与步骤信号取有效值VS1V的正弦波。“RAMP/PULSE”或“SYM”旋钮置“CAL”位置。1示波器置双踪工作方式，电路连接形式不变。2按表551要求调整信号源频率。适当调整示波器“CH1”和“CH2”的纵向显示高度，并适当“移位”使两个波形都对称于横坐标。3调整示波器使波形在水平方向上显示适当格数。参照图551读测L1和L2。记录之。如果相位差较小，可将水平移位旋钮拉出，进一步提高时基分辨率。4改换信号源输出频率，重复步骤23，直至各频率点测试完毕。5计算及作图，按表551要求计算各测试结果，并画出输出电压VR的幅频、相频特性曲线，在各特性曲线上标出半功率点。实验提示双踪示波器两个输入通道的地线在仪器内部是等电位的短路线。当需要同时使用两个输入通道时，两个通道的地线要连接在一起，否则会短路掉一个通道的信号。讨论题1两个波形不对称于水平基准轴，将会导致什么结果2运用示波器的XY工作方式可显示二极管的伏安特性曲线。请画出测试原理图并作简要说明。FHZ100400800120016002000300050006000VRVCL2双迹法L1VSURC2计算值2180L1/L2理论值实验名称RC双T电路教材名称电工电子实验技术上册河海大学出版社2005年9月第2版电工电子实验手册南京邮电大学电工电子实验中心2004年实验目的1学习电平的基本概念。2学会测量RC电路传输特性的方法。实验原理双T网络实际上是由一个低通网络如图591A所示和一个高通网络如图591B所示构成的如图591C所示，它即有低通特性又有高通特性。当电路参数值取得恰当时，可以使某一频率的电压分别在高、低通输出端的输出电压值大小相等相位相反，其合成输出电压为零。它实际上是一种带阻滤波器。分析图591C电路，其电压传输系数为KVSC/VSR1/11/JQ/OO/595其幅频特性为KVSC/VSR1/59622/O/式中O为电路的中心频率，O/RC，其中N为正整数；Q为电路的品质因数，Q/21N，当N1时，Q有最大值为1/4。图592是根据式596在N1的条件下画出的幅频特性。K0707部分是通带，KF2为通带，F1和F2之间是阻带，所以由式596可知K0707时Q/OO/1当Q1/4时F22FOF12FOF2F1FFO/Q55其中FO为带阻的中心频率，F为阻带带宽。RRVSRVSCCAVSRVSRCCCCRRRVSCVSCBC12342C/NR/2N图591双T网络实验任务与步骤1正弦信号接于图591C的1和2端，调整信号源输出电压，使1和2端电压电平KR3DB2测量3、4端电压电平KC，改变信号源的频率，找出KC为最小值负最大值所对应的频率即为FO。确保KR为3DB的情况下测量KC和VSC，记录于表591。3调整信号源频率，测量KR3DB，KC0DB时的两个半功率频率点F1和F2，记录之。4按表591给出的频率范围，依次自定测试点，测出各频率下的KC和VSC值。5计算表591中KS值和K根据式594和式596的关系计算值。6根据K值画出RC双T电路的传输特性曲线，并标出半功率点。注意保持KR3DB表591FKHZ005F1FOF210KCDBVSCVKSKCKRK实验提示固有频率FO的找法是保证输入电平始终不变，调整信号源的频率使输出得到一个最小的电平（不能再小），此时对应的信号发生器上的频率即为FO。半功率的频率F1、F2的找法是保证输入电平始终不变，调整信号源的频率使输出电平为零，此时对应的信号发生器上的频率即为半功率的频率F1或F2，比FO大则是F2，比FO小则是F1。讨论题1简述表591中KS值的物理意义。表591中KS和KC是什么电平相对，绝对电平2实验中，为什么要对每一个频率点都要保持KR3DB,原因是什么K107070F1FOF2F图592双T电路的幅频特性曲线实验名称串联谐振电路教材名称电工电子实验技术上册河海大学出版社2005年9月第2版电工电子实验手册南京邮电大学电工电子实验中心2004年实验目的1研究RLC串联谐振电路的幅频特性。2加深理解品质因数Q与电路其它参量的关系。实验原理图5101是RLC串联电路的复频域表示。作为电源的负载阻抗ZRJL1/C，它是角频率的函数。其中RRTRR，RR为电感的等效电阻。电流I与信号频率的关系曲线称为串联谐振曲线如图5102所示。RLC串联电路谐振时，I达最大值，且与电压同相。此时的频率FO称为谐振频率。电容上电压VC和电感上电压VL与F的关系如图5103所示，可见VC出现最大值的频率小于FO，VL出现最大值的频率大于FO。电路串联谐振时有如下特点1感抗等于容抗XLOXCO051012谐振频率O1/FO1/25102LC3等效阻抗最小且为纯电阻ZORRTRR51034回路电流最大IOVS/R51045L和C上的电压VCOVLOQVS51056电路Q值QOL/R1/ORC/RFO/F2F151067通频带BF2F1FO/QR/2L5107FOTVVCVLRT20RRJLJ1CVS图5101RLC串联电路FOTR大R小IIO0707IOF1F2图5102特性曲线图5103VC和VL由图5102可见，对应I0707IO的频率称为半功率点频率，分别称为F1，F2。半功率点的电压与电流相位差为45。实验任务与步骤1测谐振频率FO。A按图5101电路接线。信号源输出为正弦波、F任意，始终保持VS有效值1V。B调整信号源频率，根据谐振时回路电流最大，即电阻RT上电压VRT最大，找出谐振频率FO。C示波器置XY工作方式，将VS和VRT分别送入两个通道，根据李沙育图形找出谐振频率FO。D测量谐振时的VRTO，VCO，VLO，并记录之。2测半功率点示波器置双踪工作方式，将VS和VRT分别送入两个通道，用实验五的双迹法找出半功率点频率F1和F2，并验证VRT是否等于0707VRTO。3验证Q值根据QVCO/VS及QFO/F2F1计算出两个Q值，它们应相等。如果误差太大，则可能测试有误，须重测。4测量谐振曲线按表5101要求，在220KHZ范围内自定频率测出各频率下的VRT。注意A保持VS1V；B频率依次从低到高，注意选择测试点应遵循的原则。5根据测试结果，画出IF串联谐振曲线。表5101FOVRTOVCOF1QVCO/VSFOVLOF2QFO/F2F1FKHZ20F1F0F220VRTVIMA实验提示谐振频率FO的找法是保证输入电压始终不变，调整信号源的频率使输出得到一个最大的电压（不能再大），此时对应的信号发生器上的频率即为FO。采用双迹法则是使输入输出信号波形重合。半功率的频率F1、F2的找法是保证输入电压始终不变，调整信号源的频率使输出电压为最大时的0707倍，此时对应的信号发生器上的频率即为半功率的频率F1或F2，比FO大则是F2，比FO小则是F1。采用双迹法则应满足1/4的关系。讨论题1如果FO和FO不等，且误差较大，你认为哪个更准确为什么2VRTO为什么不等于VS3分析电路中R的大小对Q值的影响。Q值的大小对通频带B及IF串联谐振曲线形状的影响。4可以根据半功率点VRT0707VRTO的结论，用交流毫伏表测量电压的方法确定半功率点的频率。简要叙述测试方法。实验名称互感线圈和变压器参数测定教材名称电工电子实验技术上册河海大学出版社2005年9月第2版电工电子实验手册南京邮电大学电工电子实验中心2004年实验目的1测量互感线圈的参数。2测量铁芯变压器的参数及判断同名端。实验原理一互感线圈图2131是电路图。电路中的互感线圈是个空芯变压器。L1，L2分别是初次级的电感量。R1，R2是对应电感的等效电阻，M是L1，L2之间的互感。1若在1、2端加一正弦交流电压V1，则有Z1V1/I12131L1/2132R2MV2/I12133同理，将电压加于3、4端有Z2V2/I22134L2/2135RMV1/I22136在所加电压频率不很高时，可将万用表测得的线圈直流电阻近似地看成R1或R2，这样就可求得L1，L2，M及耦合系数KM/L12二铁芯变压器如图2132所示铁芯变压器电路，N1，N2分别是初、次级线圈匝数。V1，V2分别是初、次级线圈电压的有效值。1初、次级的参数有关系N1/N2V1/V2I2/I1N2图2132电路，若在1，2端加上一个直流电源1端为正，2端为负，接通瞬间，初级线圈N1中将有从1流向2的电流建立，该电流形成的磁通会使次级线圈N2产生感应电压V2，若V2电压是3端为正，4端为负，则称1，3端或2，4端为同名端。3若将2，4端短路连接，1，2端加正弦交流电压，分别测出V1，V2和1，3端的电压V3如图2137所示。根据这三个电压值亦可判断出变压器的同名端。如何判断请在预习报告中说明。图2132铁芯变压器1234R1R2L1L2I1I2图2131互感线圈M1234I1I2V1N1N2V2V1V2实验任务与步骤1互感线圈参数测量和计算A分别测量L1和L2的直流电阻R1_，R2_。B电路如图2133连接，图中VS是正弦电压，F4KHZ、R1K，令VR1V。测量V12_V，V34_V。由式2132计算L1_MH，由式2133计算M_MH。C电路按图2134连接，图中VS是正弦电压，F4KHZ、R1K，令VR1V。测量V12_V，V34_V。由式2135计算L2_MH，由式2136计算M_MH。2铁芯变压器参数测量和计算A测量铁芯变压器的变比N1电路按图2135连接，图中VS是正弦电压，F1KHZ、R1K，令VR01V。测量V12_V，V34_V。计算NV12/V34_。2电路按图2136连接，图中VS是正弦电压，F1KHZ、R1K，令VR01NV。测量V12_V，V34_V。计算NV12/V34_。应有NN。B判断铁芯变压器的同名端1电路按图2137连接，图中VS是正弦电压，F1KHZ、R1K，令VR01V。测量VR01VN1234N1N2图2136R1KV12VSV3