重庆邮电大学电路分析开放实验指导

1、开放实验项目（电工电子实验一，电路分析基础实验）实验一：基尔霍夫电流、电压定律的验证实验二：1.线性网络几个定理的验证之一：戴维南定理的验证2.线性网络几个定理的验证之二：叠加定理、互易定理的验证实验三：低频交流信号参数的测量实验四： LC网络正弦特性分析及研究：1.单个元件正弦频率特性的研究2.单端口电路频率特性的研究实验五：电路谐振特性的研究实验六：常用RC网络的设计与测试之一：1.高通、低通电路频率特性测试2选频网络频率特性测试实验七：RC双T网络带阻特性的研究实验八：RC电路的阶跃响应研究实验九：波形变换器的的设计与测试：1.微分电路的波形变换设计2. 积分电路的波形变换设计实验一 基

2、尔霍夫电流、电压定律的验证一、实验目的1 了解实验室供电系统及供电设备。2 学会识别各种元件及掌握连接电路的基本方法。3 验证基尔霍夫定理。二、原理及说明1实验室供电系统及供电设备实验室所用电源采用相电压为220V，50Hz的三相四线制交流市电，在实验大楼配电房再加上一根与大地相连的地线后进入实验室。实验室内采用一个30mA的限流开关控制整个实验室的工作电流。只要出现高于30mA的电流，限流开关立即切断电源，以保证实验安全。2直流稳压稳流电源实验室需要的直流电压源和直流电流源主要由直流稳压稳流电源提供。作为稳压电源时将输入的200V, 50Hz交流，转换成可调直流电压输出，有的稳压电源可同时输

3、出两路或三路可调直流电压。作为稳流源时只能输出一定值的电流.例如HT-1723B型直流稳压电源，输出三路直流电压(030V)，可以输出三路固定电流(1A,0.5A,0.5A), 其技术指标及作用说明见附录。3万用表万用表是一种最常用的测量仪表。分为普通万用表与数字式万用表两大类，本实验介绍了普通万用表的使用。普通万能用表（以下简称为万用表）由表头，转换装置和内部测量电路组成，可用于测量直流电压、直流电流、交流电压和电阻。有些万用表还具有测量交流电流、电容、电感和晶体三极管直流电流放大系数或穿透电流等功能。万用表的结构包括以下三部分：（1）表头万用表通常采用磁电式指针模拟指示表头。由永久磁铁、带

4、指针的线圈和螺旋弹簧丝等组成。主要作用是使线圈偏转的角度(即指针读数)与流过线圈的电流成正比例，从而通过指针偏转大小来指示被测量的大小。（2）测量电路测量电路的主要作用是将被测电量转变成适合于表头用的电量，例如，将被测的大电流通过分流电阻变成表头所需的微电流,将被测交流电整流为通过表头的直流电。万用表用一只表头能测量多种电量，并可具有多种量程，关键就是通过测量电路来变换，测量电路一般由分压电阻、分流电阻和整流器等部分组成。（3）转换装置转换装置的主要作用是将仪表的电路转换为所选定的种类和量程。万用表的转换装置通常由转换开关和接线柱（或插孔）等完成。3电路元件任何一个电路都是由电路元件组成。要作

5、好电路实验，必须对电路中的实际元件（电阻器、电容器、电感器）的类型、标称值、准确度及实际值（测量值）等有一个全面的认识。4实验基本技能简介(1) 操作基本技能仪器、设备、元件应摆放适当，做到调节、读数、改接线路方便，操作安全。读数时要合理选择仪表量程，尽量使指针指到读数比较准确的位置。(2) 接线基本功接线时应养成头脑清醒、仔细认真、按步接线的好习惯。先联电路的主回路，后接并联支路；或由欲接电源一端开始，根据电流的流向,参照线路图接线。只有确认电路联接正确后才能接通电源。三、实验设备 万用表 1只直流稳压稳流电源 1台交流调压器 1台橡胶接线板 1个电阻、电容及电感元件（按实验要求提供）四、内

6、容及步骤1 用验电笔判别实验桌上电源盒插座中的火线、零线、地线，并绘图说明判别结果。2 识别给定电路元件（电阻、电容、电感器）并记录其结果。B3 使用万用表欧姆档测量实验电路板（图1-2）上各电阻值，并记录于表1-1中 图1-2表1-1电阻R1R2R3R4R5标称值（）51200测量值（）相对误差注：用标称值作为真值，相对误差=（测量值-标称值）/测量值 ×100%。注意：万用表测量值作为真值。4直流电压、电流的测量按图1-2电路在实验板上插接好线路。电路中直流电源4V、5V分别由三路直流稳压电源任意两路提供。并用万用表的直流电压档监测。（1）直流电压的测量用万用表的直流电压档,选择

7、合适量程。将万用表并联接入电路图1-2中，分别测量各电阻上的电压降，记录于表1-3中。并用测量值验证KVL定理.表1-3直流电压V）UR1UR2UR3UR4UR5UIU测量值(V)理论值(V)00直流电流I1I2I3IA测量值(mA)理论值(mA)0(2) 直流电流的测量用直流电流表 (或用万用表的直流电流档),选择适当量程,，串联接入电路,测出各支路的电流值，并记录于表1-3中。并用测量值验证KCL定理.五、注意事项1测量时，量程转换开关应旋到合适的量程，如果预先无法估计被测量的大小，应先拨到最大量程挡上，再逐渐减小到合适的位置，以减小被测量电量的测量误差。每次测量时，必须检查测量量程位置是

8、否拨对。2在测量直流电流时应将万用表串接入被测量电路中，在测量直流电压时应将万用表并接在被测点两端，注意万用表接入电路的正负极性和万用表内阻对被测电路的影响;测量交流高电压时,要注意量程的选择,保证人身安全和仪器安全；电路的电流和电压测量值要注意给定的参考方向。3测量电阻时，应先校正零位，每次更换电阻档时应重新校正零位，不要在带电的情况下测量电阻。测量电阻值时，双手不能接触表笔的金属部分。六、复习思考题1交流调压器、验电笔的原理是什么？怎样使用？2怎样识别电阻元件的种类、阻值大小，准确度？3使用万用表应注意什么问题？如何防止烧坏万用表？4计算图1-2电路中各支路电流I1、I2、I3及各电阻元件

9、上电压UR1、UR2、UR3、UR4、UR5，填入表1-2中。七、实验报告要求1计算表1-1及表1-2测量结果的相对误差，并分析误差产生的原因。2据表1-3测量结果，验证基尔霍夫定律。3回答思考题（1）要减小测量电阻时的测量误差,应注意什么？（2）怎样连接电路才能既快又准确无误？（3）图1-2电路中电压和电流参考方向的设置对测量值有何影响？4写出实验心得。实验二 线性网络几个定理的验证一、实验目的1. 掌握线性含源二端网络等效参数的测量方法。2. 加深对叠加原理、比例定理、代维南定理、最大功率传输定理和互易定理的理解。二、原理及说明 由线性元件（包括线性受控源）构成的电路叫做线性电路或线性网络

10、，线性电路既满足齐次性，又满足叠加性，即比例定理和叠加原理。1叠加定理的内容 ：在任何由线性元件和独立源组成网络中，每一支路中的响应（电压或电流）是网络中各个独立源单独作用时在该支路所产生的响应（电压或电流）的代数和。某独立源单独作用时，其他独立源均视为零。（源电压用短路代替，源电流用开路代替。）比例定理：在任何由线性元件和独立源组成网络中，当某一独立源发生变化时，在各个支路上所产生的响应（电压或电流）也随之作正比例变化，即响应和激励成正比例。 2. 代维南定理的内容：任何一个线性含源二端（或称单端口）网络，对外都可化为一个电压源等效电路。其中的源电压等于该二端网络的开路电压Uk，其串联内阻等

11、于该网络中所有独立源为零时的输入内阻Rs。l 实验中，测量开路电压的方法有如下两种:直接测量法。当含源二端网络的内阻Rs远小于电压表内阻Rv时，可以直接用电压表测量开路电压。本实验中给定的有源二端网络内阻为150左右，所用电压表的灵敏度为20 k/V，若电压表选择10V档，电压表内阻Rv200k，远大于网络的内阻Rs，故采用直接测量法测开路电压UK。补偿法。用这种方法测量开路电压可较大程度的减少测量误差，其测量电路如图2-1，E为高精度的电压源，R为标准分压电阻箱，G为具有高灵敏度的检流计。调节电阻箱的分压比，cd两端的电压随之改变，当UcdUab时，则流过检流计的电流为零。此时有： 图2-1

12、其中K为电阻箱的分压比。由标准电压E和分压比K即可得到开路电压Uab。在电路平衡时，检流计电流I，对被测电路不产生任何影响，所以补偿法测量精度较高。l 实验中，测量有源二端网络等效内阻Rs的方法如下(以图2-2电路为例)：(1)外施电压法。可使有源二端网络的独立源为零，在ab端加上电压Uab，测出Uab支路的电流Iab，则等效电阻： 实际电压源和电流源都具有一定的内阻，它不能与电源本身分开，因此在去掉电源（将电压源 图2-2用短路线代替）的同时，电源的内阻也同时被去掉，这将影响测量精度。所以此种方法仅适用于电压源内阻较小和电流源内阻较大的情况。 （2）开路、短路法。测出ab端的开路电压Uk及短

13、路电流Isc，则等效电阻Rs为：这种方法适用于ab端等效电阻Rs较大时，且其短路电流不超过额定电流值的情况，否则有损坏电源，烧毁仪表的危险。（3）半电压法。第一次测量有源二端网络ab端的开路电压Uk，然后在开路端ab接一已知电阻RL，通过测量RL 两端电压URL的方法来计算Rs。即：可见，改变RL，当Uk2UR时，可得RsRL。3 最大功率传输定理：一个线性含源二端网络，当所接的负载RL等于其等效内阻Rs时，则负载获得最大功率。需要指出的是：含源二端网络必须是固定的；当负载获得最大功率时，电路的效率50。4互易定理：线性网络中，在只有一个恒压源（或恒流源）的条件下，此恒压源（或恒流源）作用在A

14、支路时在另一支路B中所产生的电流（或电压），应当等于该恒压源（或恒流源）移到 B支路中作用时在A支路上产生的电流（或电压）。三、实验设备直流稳压电源 1台万用表 1只电阻箱 1只 橡胶接线板 1块 电路元件 1套四、内容及步骤1验证戴维南定理（1） 按图2-3连接电路，US1=2V , US2=4V,RL用可调电阻箱。 图2-3 图2-4按表2-1要求改变RL值，测出所对应的IRL和URL 值，填入表2-1中。测电流用安培表，测电压用万用表的直流电压档，。表2-1RL()0020004000 URL（V）00.841.381.701.962.302.652.923.023.243.403.56

15、 IRL(mA）22.8617.2213.8412.019.967.825.413.646.021.660.520 IRL（mA）22.8017.1813.8012.029.947.845.403.653.021.670.510PRL（mw）IRL理论(mA）（2）测量图2-3中移去负载RL后的开路电压UabK_3.56 。（3）移去RL ，用短路线代替US1, US2，用万用表欧姆档测量a、b两端入端电阻Rab。 Rab_150_。（4）用电阻箱和稳压电源组成戴维南等效电路，如图2-4所示。稳压电源输出电压为UabK，电阻箱上电阻值作为Rab和RL的和阻值。（5） 按表2-1改变RL大小，测

16、出不同RL下的支路电流值IRL，并填入表2-1中。比较IRL 与IRL，验证戴维南定理。（6）得出结论，若有误差，请分析误差原因。2验证最大功率传输定理用表2-1中测量值计算PRL(PRL=URLIRL) ,填入表中，分析一下PRL与RL关系，验证最大功率传输定理。3验证叠加定理仍采用按图2-3电路图，取当RL300时，分别测出US1和US2单独作用时和US1 ，US2共同作用时的RL电压URL和支路电流IRL，填入表2-2中，验证叠加定理。注意，取消电源时要先切断电源，再用短路线将断开处连接。 表2-2电压源URLIRLUS1 ,US22.307.81US10.301.09US21.986.

17、724 验证比例定理和互易定理 图2-5 图2-6按图2-5连接电路，按表2-3改变US的大小，测出I1,填入中。分析I1和US的变化趋势，验证比例定理。 按图2-6改接电路，仍按表07-3改变US的大小，测出I2, 填入表2-3中，比较I1和 I2，验证互易定理。表2-3US(V)5678I1(mA )I2(mA )I理论(mA )五、复习思考题1试回答:(1) 什么是线性电路？它有哪两种基本特性？(2) 代维南定理能否适用非线性电路？其等效电阻有几种测量方法？2对图2-3进行下列计算：计算流过负载RL的电流IRL理论，填入表中。计算开路电压UabK和等效电阻Rab；3计算图2-5，2-6中

18、I1，I2的理论值I理论，填入表2-3中。 六报告要求1. 按实验内容步骤画出实验电路图，整理数据，写出结论和进行必要的分析。2. 归纳一下，用实验测试戴维南定理中等效串联电阻（或称入端电阻）有哪几种方法?说明在实际测试中你认为哪一种方法与理论数据误差较小，为什么？3. 根据表2-1绘制功率特性曲线Pf（RL），并分析得出结论。4. 写出实验心得体会。实验三 低频交流信号参数的测量一、实验目的1学习函数信号发生器、示波器及毫伏表的使用方法。2掌握用示波器测量信号的幅度、周期、频率的基本方法。3学会用双迹法测量两个同频信号的相位差。二、实验原理及说明函数信号发生器是提供信号源的常用电子仪器，而信

19、号源是测量系统中不可缺少的重要组成部分，不少电参数或特性，比如元件的阻抗，网络的基本频率特性都只有在一定电信号的作用下才能表现出来。因此，为了测量电参数，必须由信号发生器提供合适的电信号。电子示波器是一种广泛用于现代科学和生产中最直观、最灵活的通用电子仪器。通过它直接显示的电信号波形，不但可一目了然看到信号的基本特征，还可以从测量各种相关参数，如各种信号的幅度、周期、频率、脉冲宽度及同频率信号的相位。电子电压表(或称毫伏表)是用来测量高低频交流电压幅度的仪表。它采用电子测量技术即放大、整流、滤波及数字变换等技术进行模拟和数字化测量。它具有测量频率范围宽、输入阻抗高、灵敏度高的特点。例如本实验室

20、使用的GVT-417型晶体管毫伏表测量范围10Hz1MHz,输入阻抗10M，可测量毫伏级电压。下面介绍几种电参量的基本测量方法。1 信号电压测量信号电压测量是通过示波器荧光屏上显示的被测信号波形，利用Y轴方向刻度尺读出DC信号的幅度和AC信号的峰峰值。（1） 直流电压测量接入被测信号，首先将示波器的输入耦合方式选择开关置“GND”（即）位置，使屏幕上的水平扫描线与某一横线重合，作为零电位位置。然后将耦合选择开关置于“DC”位置，调节偏转因数旋钮（V/cm）（微调置“校正”位置），此时屏上扫描线将沿Y轴方向偏移，读出扫描线与横线之间的垂直距离，根据“V/cm”开关的指示值乘以探头的分压比即得实际

21、直流电压值。若“V/cm”置0.1V/cm，Y轴方向偏移距离为h=4cm, 此时被测直流电压值为：0.1V/cm×4cm0.4V。 （探极位置置于×1）(4-1)0.1 V/cm×4cm ×104V（探极位置置于×10）(4-2)（2）交流电压测量 图4-1接入被测交流信号，输入耦合方式选择开关置于“AC”位置，调节相关旋钮使荧光屏上显示稳定波形，如图4-1所示，读出偏转因数旋钮（V/cm）读数D,Y轴方向距离值h（cm），则被测交流电压峰峰值为：Upp=D×h ×（探极位置）如图4-1，当探头置×10，即分压比为

22、10：1时，偏转因数旋钮（V/cm）为0.1V/cm，H值为4cm，则可得到图中交流电压峰峰值为 Upp=0.1V/cm×4cm×104V (4-3)2 时间的测量对交流信号的时间的测量包括对信号的周期和时间常数的测量。信号周期的测量是在保证时基旋钮（即扫描时间Time/cm）微调置“校准”位置时，读出荧光屏上显示的波形一个周期所占的水平距离T（cm），乘以时基旋钮（Time/cm）示值，即被测信号周期为： T= TדTime/cm”（示值）(4-4)例：若“Time/cm”开关示值为10ms/cm，被测波形一个周期距离为2cm，则被测信号周期为： T=2cm&

23、#215;10ms/cm=20ms (4-5)3频率的测量 用示波器测量信号的频率只能采用间接测量的方法，先测出被测信号周期的T,取其倒数即得被测信号的频率，如当被测信号周期为2ms时，其信号频率为： f1/T1/（2×103）500（Hz） (4-6)4相位差的测量我们一般采用双迹法来测量相位差。将两个频率相同的信号接入双踪示波器的两个Y输入端，Y方式旋钮置“交替显示”，调节相关旋钮，使其在荧光屏上显示的波形大小差不多。将两个通道的输入耦合方式置“GND”端，将两条水平扫描线重合在同一条水平线上，再将输入耦合方式置“AC”端，则荧光屏上显示的波形就如图4-2，读出m值和T值，则两被

24、测信号的相位差角为图4-2（m/ T）×360° (4-7)其测量误差一般在±(2°10°)左右。当然测量频率和相位差还可采用其他方法，如利用李沙育图形进行测量，这将在后续课程里讲解。三、仪器设备 双踪示波器 1台 晶体管毫伏表 1只 函数信号发生器 1台 电阻箱和电容箱 各1只四、实验内容及步骤1观测示波器内部的“校准信号”，以校准示波器。 （1）打开电源，指示灯亮，荧光屏将出现一条或两条水平扫描基线，调节“辉度”、“聚焦”旋钮使基线粗细，亮度适中。将示波器的Y1通道（或Y2通道）接示波器内的校准信号，将Y工作方式置CH1（或CH2），将校准

25、信号显示在荧光屏上。(2) 将偏转因数（灵敏度）微调旋钮置“校准”位置（即顺时针到底），调节“V/cm旋钮至1V/cm挡，将时基微调旋钮置“校准”位置（即顺时针到底），调节“At/cm” 旋钮至0.5ms/cm挡，则荧光屏上的方波的峰峰值应为1cm，周期应为2cm。2正弦信号的观测，信号幅度的测量将示波器Y1（或Y2）通道接至函数信号发生器输出端，调节函数发生器，输出频率如表4-1要求的正弦信号。将晶体管毫伏表接至函数信号发生器输出端，调节函数信号发生器的幅度旋钮，使毫伏表上的读数如表4-1，调节示波器上的相关旋钮，使荧光屏上的波形显示稳定、大小适中，读取正弦信号的峰峰值高度电压H(cm)，偏

26、转因数旋钮（V/cm ）示值，并计算出UP-P记录于表4-1中 。 其中： UP-P=（探极位置）×H×（“V/cm”示值 ），毫伏表读数为电压有效值真值。表4-1毫伏表读数（v）频率f（kHz）探极位置H(cm)“V/cm”示值UP-P(v)有效值（v）相对误差1.52×14.214.21.52.05×105.915.92.1（1） 方波、三角波的观测及信号频率的测量由函数信号发生器产生的如表4-2所要求的交流信号接入示波器，调节示波器相关旋钮使波形稳定，大小适中（一般为23个完整周期），观测荧光屏上显示的波形，读出一个周期的水平距离T，读出时基旋钮（

27、Time/cm）示值，并求出频率记录于表4-2中。 表4-2交流信号信号源输出f（KHz）一周期水平距离T（cm）“Time/cm”示值周期T(?)测量f(1/T)(KHz)U1（方波）5kHzU2（三角波）105kHz3用双迹法测量相位差 按图4-3接好电路，R=1K,C=0.1uF, ab端输入正弦信号，频率自定。用双迹法测量电路中Uab与Ucb信号的相位差，将测量结果记录于表4-3中。（测量方法参考原理部分）图4-3表4-3 双迹法一周期水平距离 T(cm)两波形间水平距离m(cm)相位差角(°)3脉冲信号的观测调节函数发生器输出一个f=5kHz，UP-P=3v，脉冲宽度=50

28、us（占空比为1/4）的脉冲信号。将信号接入示波器，观测荧光屏上的脉冲信号，看是否与图4-4相同。绘出波形，并读出信号的频率、脉宽、幅度等，填入自己设计的表格中。 图4-4五、复习思考题1 如何进行示波器的校准?2. 如果示波器的荧光屏上显示的信号波形幅度太大或太小，应调节哪个旋钮使幅度适中？3. 什么叫占空比?如何用函数发生器输出一个占空比不为1:1的脉冲信号? 4. 毫伏表上的读数代表正弦信号的什么值?如何利用毫伏表读出非正弦信号的有效值?六、注意事项1.示波器荧光屏上不能长时间的出现一个亮点，以免损害荧光屏。2.测量信号幅度，周期时，应分别将“V/cm”、“Time/cm”的微调旋钮置于

29、校准位置，否则测量不准确。3. 要在荧光屏标度尺内进行各种参数的测量，以减少测量误差。七、实验报告1. 整理、计算各测量数据并填入对应表格内，将测量结果与理论值进行比较，说明产生误差的原因。2. 绘制在示波器荧光屏上观测到的各种信号波形。实验四 LC元件基本特性的研究一、 实验目的1观察测试LC元件的伏安特性。2深刻理解LC元件的正弦稳态阻抗概念。3了解RC正弦稳态电路和RL正弦稳态电路各电压的相量关系。4掌握RLC单端口网络的阻抗模和阻抗角的测量方法。二、原理及说明1 电感元件L的基本特性用它的伏安特性表示：5(a)或5(b)2 电容元件的伏安特性与上式有对偶关系5(a)或5(b)3 单端口

30、网络端口电压相量与电流相量之比，称为单端口网络的阻抗Z，即/。阻抗是复数，其模表示电压和电流有效值（或最大量）之比；其幅角是端口电压与电流相位差（注意，对此网络而言，与应取关联方向）。对于单一元件，则R：L： ZL=jL=j2f·L=L90°C：上列各式可看出，正弦稳态电路计算中，元件的伏安特性用阻抗表示，元件阻抗的幅频特性与相频特性也一目了然。阻抗的测试归结为端口（或元件两端）电压与电流的测试，电压有效值用毫伏表测得，电流有效值可以在电路中串入一个小阻值的电阻，测此电阻端电压与该电阻之比来得到。电阻的阻值显然应远小于电流回路的阻抗值，以避免测试结果产生较大的误差。见图5-

31、1。图5-1电压，电流相位差的测试用双综示波器，其原理见实验常用电子仪器的使用。4 正弦稳态电路各元件上的电压，电流相量仍遵循基尔霍夫定律，即：对于简单的RC串联电路和RL串联电路，因为LC元件上的电压相量总是与R元件上电压相量垂直的，因此存在以下关系： 或 见图5（a），（b），（c），（d）v 图5-2 图5-3同理，对于简单的RLC串联电路（图5）三、实验仪器设备函数发生器 1台晶体管毫伏表 1台双综示波器 1台电阻箱 1台实验板及相关元件，导线四、实验内容及步骤1测试LC元件的频率特性（1）单个电容元件的频率特性连接电路如图5（a），C=0.022F，r取。由函数发生器提供有效值为2V

32、的正弦信号，按表5内容，分别测试各项参数，并将所测数据记入该表中。比较容抗的实测频率特性曲线与理论计算频率特性曲线，分析二者出现差异的原因。（2）单个电感元件的频率特性连接电路如图5（b），L=10mH (或5mH)，r取测试方法同上，将所测数据记入表52。画出实测与理论频率特性曲线，分析差异的原因。2 测量RLC单端口电路的阻抗角与阻抗模表5测量值频率(KHZ) 2 4 6 8 10IC=ur/r (mA) Us(v) 2 2 2 2 2XC测=Us/Ic (k)理论值XC理=1/(2fC) (k)表 5频率（KHZ） 2 4 6 8 10测量值IL=ur/r (mA) Us(v) 2 2

33、2 2 2XL测=Us/IL (K)理论值XL理=2fL (k)(1)、电路如图 52（a），仍按前面的方法增加小电阻r=5，见图52（b），测试其阻抗模。由函数发生器提供有效值为2V频率为15KHZ的正弦波信号，用毫伏表测量值，则，。(2)、测量阻抗角的电路如图52（c），用双迹法测量与的相位差，振荡频率仍为f=15KHZ（幅度适量）。五注意事项1运放的使用与测试注意事项见实验09。2正确使用毫伏表量程避免损伤毫伏表。六复习思考1 计算LC元件伏安特性测试的输入输出电压波形的时间宽度与幅度基本关系。2 图5（C）相量与相量的交点和图5（d）2KHz10KHz中相量与相量的交点为什么肯定在一个

34、半圆周上移动？3 图51，当测试信号频率为2KHZ至10KHZ时，为什么r用5就能根据其电压计算L、C元件上的电流？4 对图52（a）单端口网络进行分析计算：实验五 电路谐振特性的研究一实验目的1 学习测量RLC串联谐振电路的幅频特性2 通过幅频特性曲线，加深理解电路的“选频”特性3 加深理解品质因数Q的意义二原理及说明1 图6-1串联电路，外加正弦电压uS，电路产生正弦电流i。电感L两端的正弦电压uL超前i 90度，而电容C两端的正弦电压uC落后i 90度，所以uL和uC相位差180度，它们有互相抵减的作用。当uL和uC两正弦电压幅值相等时，它们 就会互相抵消为零，外加电压uS全部加至电阻上

35、，电路电流i =为最大。这时就是所图6-1 RLC串联电路谓的串联谐振。2 RLC串联电路的频域阻抗是：（6-1）当电抗为零时，上式有：（6-2）电路发生串联谐振，电流最大，阻抗变成纯电阻。谐振角频率用0表示，频率用f0表示。从（6-2）式可求出谐振角频率和频率和（6-3）阻抗的模值是： （6-4）由此可见，在谐振时，阻抗等于纯电阻R（最小）。当频率低于谐振频率时，阻抗呈容性。模值增大；当频率高于谐振频率时，阻抗呈感性，模值也增大。3 在谐振的时候，由于电流最大，L和C的端电压大小相等且互相抵消，但它们各自的电压值却是很大的。特别当电路有效电阻R很小时，L或C的谐振电压可能是信号电压US的很多

36、倍。因此，我们可利用这种谐振特性，来观察L或C上的电压，从众多频率不同的信号中选出频率为f0的信号。电路有效电阻R越小，L、C的谐振电压UL0、UC0与外信号电压US之比值越大，电路的选频性能越好。所示我们把这个电压比定义为谐振回路的品质因数Q。于是， Q = UL0/US = UC0/US （6-5）分子分母除谐振电流I0，可得另一种表达式Q = （6-6）4 电流跟随角频率的变化关系可由下面的式子表示： （6-7） 代入C=和Q=得出： （6-8） （6-8）式的模值表达式是 （6-9）据此，可画出如图6-2所示的谐振幅频特性曲线。5 从谐振曲线图可见，频率偏离谐振点时，电流要下降。曲线下

37、降至（=0.707）处的频率称为“半功率”频率或“-3dB”频率，半功率频率显然有两个。设上半功率为2，下半功率频率为1，2 - 1或者f2 f1称为电路的通频带宽度。观察（6-9）式，当=1或=2时，式中有 或者 （6-10）因而有 （6-11） （6-12）由于1和2只能取正值，且2>1，所以 （6-13）即 （6-14）这是品质因数的又一表达式。图6-2 谐振曲线三实验设备1 函数信号发生器 1台2 晶体管毫伏表 1台3 实验电路元器件 1套四实验内容及步骤1 按图6-3连接电路，调节函数信号发生器使输出正弦电压为1V。注意：晶体管毫伏表测量R的电压，不是直接测量电路电流，例如，当

38、测得R电压为10mV时，就可知道电路电流为0.1mA。改变正弦信号的频率值，保持函数信号发生器正弦输出电压为某定值。测量出电流随频率变化的数据，记录在表6-1中，并填写表中的其余项。2 根据表中数据画出谐振频率特性的归一化曲线。即是曲线纵坐标用I/I0，横坐标用/0，如图6-2那样。 3 用公式（6-14）算出品质因数Q值和谐振电压UL0、UC0。 图6-3 实验电路 表6-112345678910111213频率f（KHz）2（f1）（f0）（f2）20电流I（mA）（I1）（I0）（I2）/0（/0）1（2/0）I/I0（0.707）1（0.707）五注意事项1 每次改变信号源的频率，都应

39、保持输出信号电压为1V。2 在测量确定f1、f0、f2三点频率时，必须反复、细致测得才能找出正确的数值。3 在谐振点的邻近，曲线变化很快，应当使测试频率点密一些，这样画曲线才较为准确。这是画频率特性曲线的基本原则，上表正是这样安排的。其中f0放在正中第7项，f1和 f2靠近f0，中间有两个测试点（较密），而f1和2kHz，或f2和20kHz之间较宽，也只有两个测试点。六复习思考题1 图6-2谐振曲线的纵坐标是I/I0，横坐标是/0，而不直接用I和作坐标，这有什么好处？你知道画频率特性曲线还有一种更合理的坐标是什么吗？2 根据用0.707带宽表示的Q的表达式（6-14）画出三条不同Q值的谐振曲线

40、（示意图）。3 谐振电路中的有效电阻包括哪些损耗电阻？七实验报告要求1 较准确地测出f1、f0、f2三点的频率。2 测出的振幅频率对应值表格。3 根据表6-1数据在坐标纸上画出谐振频率特性的归一化曲线。4 计算出Q值和电容、电感上的谐振电压。5 回答复习思考题和提出实验中的问题。实验六 常用RC网络的设计与测试一、实验目的1掌握幅频特性和相频特性的测量方法，并绘制频率特性曲线。2加深对常用RC网络的幅频特性的了解。 3掌握电平的概念及电平的测量方法。二、原理及说明1网络频率特性的概念线性双端口网络对于线性双端口网络，若在它的输入端加一频率为的正弦激励信号，输出端可得相同频率下的正弦响应信号。图

41、7-1其网络传输函数（网络函数）为： 正弦响应相量正弦激励相量H（j） | H（j）|ej() (7-1)H（j）是频率的函数，所以被称为网络的频率响应函数，它随频率变化的规律叫网络的频率特性。H（j）反映网络本身的特性，仅由网络的结构和元件的参数决定，与外加激励无关。一般情况下是一个复数，它的模| H（j）|随频率变化的规律叫幅频特性;复数的幅角()随变化的规律叫相频特性。根据所取响应和激励是电流或电压，处于网络端口的不同，网络传输函数可分为以下六种：（1）策动点阻抗： （2）策动点导纳：（3）转移电压比：（4）转移阻抗：（5）转移电流比：（6）转移导纳： 2常用RC网络的频率特性 表列出了

42、几种常用RC网络频率特性的曲线，在输出端开路的情况下，它们的函数表达式如下：（1）RC低通网络： (7-2)（2）RC高通网络： (7-3)（3）RC选频网络：（4）RC带阻网络： (7-4)其中，截止角频率0为： (7-5) (7-6)3频率特性的测量（1） 逐点法测量幅频特性由前可知，| H（j）|随频率变化而变化的规律叫幅频特性，即：可见，只要将不同频率下的U2，U1测量出来，就可以在直角坐标中绘制出幅频特性曲线。所谓逐点法，就是在保持输入电压U1不变的情况下，改变输入信号频率，用晶体管毫伏表测出不同频率下对应的输出电压值U2。将各测量值用点描在绘图坐标上，用平滑曲线将各点连接起来，就可

43、得到幅频特性曲线。（2） 相频特性的测量相频特性（）是指网络输出电压U2与输入电压U1的相位差随频率的变化规律。在保持输入电压U1不变的情况下，改变输入信号的频率，采用双迹法，在示波器上测出不同频率对应下的U1与U2相位差，即可在直角坐标中用描点的方法绘制出相频特性曲线。如何用双迹法测量相位差请参考实验02的相关内容。（3） 绘制频率特性曲线绘制频率特性曲线时，一般以或/0作为横坐标，以| H（j）|或（）作纵坐标。由于的变化范围较大，为防止低频部分受到压缩，横坐标常使用对数表示，这样可以在很宽的频率范围内将频率特性完整地表现出来。纵坐标经常用响应与激励的电压比（U2/U1）或用分贝电平表示。

44、晶体管毫伏表既可以测电压，也可以测电平，电平以分贝（dB）为单位。4 电平的定义利用对数来表示功率或电压的放大倍数的方法，称为电平。电平分为绝对电平和相对电平两种。（1）相对电平用对数来表示两个信号的相对变化趋势称为相对电平。表示如下，相对功率电平： 相对电压电平：注：单位为dB。 (7-7)（2）绝对电平以，U0=0.775V作为基准0dB，将被测信号与基准量相比较，从而得到绝对电平的概念。设定PX，UX为被测量，则： 绝对功率电平： 绝对电压电平： 注：当被测阻抗RX=600时，LP=LV。 (7-8)（3）毫伏表读电平的方法在测量幅频特性时，可由毫伏表直接读分贝（dB）数值。先读出dB刻

45、度线上的读数，将所选定的电压档对应的电平值作为修正值，则：LVdB刻度线读数修正值三、仪器设备函数信号发生器 1台晶体管毫伏表 1只双踪示波器 1台接线板及电路元件 1套四、实验内容及步骤1测试图10-2中RC低通电路的频率特性。取R5.1k、C0.033F,调节函数发生器输出一个有效值为1V，频率按表10-2要求的正弦信号，保持U1V不变，用晶体管毫伏表测出对应频率点下的输出电压值U，在示波器上用双迹法测出各频率点下u2、u1的相位差，并记录于表10-2中。 图7-22将图7-2电路中的R与C交换位置，组成RC高通电路，从R上输出电压U2，测量此电路的幅频特性及相频特性。测量方法同1。表7-2频率（KHz）0.50.81.01.53.04.56.0U1(V)U2（mv）相差m(cm)T(cm)测量理论3测量图7-3RC串并联电路的频率特性。按图7-3连接电路，