东南大学电路实验实验报告

1、包路实验实验报告第二次实验实验名称：弱电实验院系：信息科学与工程学院专业：信息工程姓名：学号： 实验时间：年 月曰实验一：PocketLab的使用、电子元器件特性测试和基尔霍 夫定理一、仿真实验1电容伏安特性实验电路：图i-i电容伏安特性实验电路波形图:图1-2电容电压电流波形图思考题: 请根据测试波形，读取电容上电压，电流摆幅，验证电容的伏安特性表达式。解: UC 164cos wt164cos wt mV，Ur 1000cos wt1000sin wt mV， T 5O0us；2I CI RUr2-0.213sin wt mA， w4000；RT由 c duC而C Cdt0.206sin

2、wt mAlc CdUc且误差较小，即可验证电容的伏安特性表达式。 dt2电感伏安特性实验电路：图1-3电感伏安特性实验电路波形图:图1-4电感电压电流波形图思考题:1比较图1-2和1-4，理解电感、电容上电压电流之间的相位关系。对于电感而言，电压相位_超前_ （超前or滞后）电流相位；对于电容而言，电压相位滞后 （超前or滞后）电流相位。2请根据测试波形，读取电感上电压、电流摆幅，验证电感的伏安特性表达式。解：UL 2.8cos wt mV， U R 1000 cos wt1000sin wt mV， T 500us ；2UR2lL Ir -0.213sin wt mA， w4000 ；RT

3、而 LdiLdt2.7 cos wt mVUl Ldlk且误差较小，即可验证电感的伏安特性表达式。 dt二、硬件实验1.恒压源特性验证表1-1不同电阻负载时电压源输出电压电阻k0.11101001000电源电压（V）4.924.984.994.994.992.电容的伏安特性测量示波器波形CH2: MaxilOOSmV Minj-1014mV Vppi2O24mV图1-5电容电压电流波形图3电感的伏安特性测量示波器波形OH2: Max:1009mV Mini-1014mV Vpp;2024mV图1-6电感电压电流波形图4.基尔霍夫定律验证表1-2基尔霍夫验证电路待测值I1I2I3Vb计算值0.3

4、66mA0.978mA1.344mA1.34 V测量值0.364mA0.975mA1.35mA1.35 V相对误差(10 3)5.463.074.467.46思考题:1根据实验数据，选定节点，验证KCL的正确性。对于 B 点，I1 I20.364 0.975 1.339(A)I3 I1 I2近似满足，验证的 KCL的正确性。2验证KVL表1-3验证KVL节点98计算值2.32V0.77V测量值2.32V0.77V相对误差00对于节点5、9、& 0构成的回路：U594.99 2.322.67(V)，U982.32 0.771.55(V)，5。0.7700.77(V)U504.99 04.

5、99(V)U 50 U 59 U 98 U 80即验证了 KVL的正确性。实验二：电路定律的验证和受控源仿真预习题：1.根据实验一中电阻的伏安特性测量方法，请自行设计实验方法，绘制二极管的伏安特性曲线，了解其工作性能。图 2-1 二极管伏安特性曲线2请运用戴维宁定理，计算图2-14电路的Rload, Req和Veq,填入表2-3。3.（补充）采用 PocketLab 的 math 功能，直接获得二极管的伏安特性曲线。图 2-2 二极管伏安特性曲线硬件实验一：叠加定理验证表 2-1 验证叠加定理实验内容测量项目Ii mAI 2 mAI3 mAVb VVi单独作用1.14-0.1031.031.0

6、3V2单独作用-0.1550.4680.310.31Vi、V2共同作用0.980.3651.341.34表2-2验证叠加定理（二极管）实验内容测量项目I1 mAI 2 mAI3 mAVb VV1单独作用2.794-0.2542.542.54V2单独作用00.460.460.46V1、V2共同作用2.3070.2432.552.55思考题:1根据实验数据，验证线性电路的叠加性。纯电阻电路为线性电路。由表 2-1,可以看出，每纵列的数据，第一行的数加上第二行 的数等于第三行的数，即 V!、V2共同作用的效果和 V!，V2单独作用效果的叠加结果一样， 即验证了线性电路的叠加性。2通过实验步骤5及分析

7、表格中数据你能得出什么结论？将R5换成二极管后，得到表2-2实验结果，分析表2-2数据发现不再有表2-1数据的规律, 即不满足叠加性，因此判断，二极管不是线性元件，此电路不是线性电路。硬件实验二：戴维宁定理验证表2-3测试等效电路的Veq和IsCIsc(mA)Veq(V)ReqRload计算值N.C3.585/6k1k测量值4.253.550.83k0.99k表2-4验证戴维宁定理MmA)Veq(V)原始电路0.941.88等效电路0.931.86思考题：请自行选定除开路电压、短路电流法之外的一种测有源二端网络开路电压及等效内阻的方法，设计实验过程对上面的电路测定，给出实验方法和测试结果。答：

8、用电压源代替内阻 r2，改变电压源电压大小，测多组端口电压和电流的数据，做出伏 安特性曲线图。则I 0时的电压值即为开路电压，直线斜率的倒数即为等效内阻。硬件实验三：采用运放测试电压控制电流源（VCCS）特性1.测试VCCS的转移特性i2 f u表2-6 VCCS的转移特性数据o5 15 0 0 Q o oAma/0.250.2VCC转移特性曲线*系列152uU1/V00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0I2 /mA00.020.040.060.080.100.120.140.160.180.20图2-3 VCCS转移特性曲线转移参量=上10kUi2.测试VCCS的负载

9、特性i2 f Rl表2-7 VCCS的负载特性数据Rl /k4720104.73210.20.1I2 /mA0.070.1390.2070.2090.20.20.20.20.2vcv负载特性曲线1040*系列12 5 15a a-0o oAmM502030RL/千欧图2-4 VCCS负载特性曲线实验三：一阶电路的时域分析一、仿真实验1电容特性实验任务1图3-1电容电阻电压波形图解释:电阻的电压电流关系为：u iR，所以电阻的电压波形仍为方波;1 t电容的电压电流关系为：Uc t Uc to i t dt，所以100X0 t 1°msv10,t 10msC t。Uc t实验任务2电容中

10、的能量Wc t 12ms :12 1 6Wc t 12mscu1 1022电流源提供的能量WI012ms :WI 0 12msIUIUc Ur125105 10 J10301000t 5dt 110 4J请解释Wc和W之间为什么会存在差异: 答：Wi包含了 Wc和Wr两部分，电阻以热量形式消耗电流源的能量，而电容储存能量，即WiWc Wr。实验任务3图3-2电容电阻电压波形图（2）波形变化：电容电压变化率变为原来的二分之一，10ms时达到的稳定值也是原来的一半。解释：两个相同的电容并联， 等效阻抗变为原来两倍， 则电压变化率和电压的值均变为原来 一半。2电感特性实验任务1图3-3电感中电流波形

11、图解释：1 t电感的电流电压关系为：i L t iL t0uL t dt，所以L t。iLt10t，0 t 15mSA0.1,t 15ms电感中的能量 Wc （ t=15ms）:WL t 15ms丄口21 33 24100 10100 10 35 10 4 J2电压源提供的能量 Wv （ 015ms）:WV 0 15ms0.011 10tdt45 10 J实验任务2图 3-4 电感中电流波形图（ 2） 注：图中流过两电感的电流相等，因此两曲线重合，其和为干路电流。 波形变化：电感电流变化率变为原来的两倍， 15ms 时达到的稳定值也是原来的两倍。 解释： 两个相同的电感并联， 等效阻抗变为原来

12、一半， 则电流变化率和电流的值均变为原来 两倍。实验任务 3图 3-5 电感电流及节点 2电压波形计算得到的电感电流的响应：I 0 I 0 0AI 0.1A0t 0.01s0.1100t1 et0.01s0.111 e0.1At0.01s0.1111 100te e100t刖0.11 e ,0 t 0.01即IA0.11 e 1 e1 100t,t 0.01二、硬件实验1硬件实验一实验任务1示波器截图（100Hz）:示波器波形匸H2: Max;-2mV Min；-2rrbV VppiOmV图3-6电容上电压（100Hz）实验任务2 示波器截图（1kHz ）:示波器波形CH2: Max2mV M

13、in:-2mV Vpp)mV图3-7电容上电压（1kHz ）示波器截图（5kHz ）:示波器波形匚H2; Max:-2mV Min:-29mV Vppi26mV图3-8电容上电压（5kHz ）思考：在输入方波频率一定的时候，输出响应的幅度与电路时间常数的关系如何？若要作为积分器使用，如图所示电路的 RC时间常数需要满足什么条件？答:时间常数越大，输出响应的幅度越小， 电容充电来不及完成就开始放电；时间常数越小，输出响应的幅度越大，但不超过峰峰值。若要作为积分器使用，需：1保证电压变化周期与时间常数的适当比例，105较为合适,使得电容上的电压有较 大变化；2电路的RC时间常数应远大于5ms （即

14、方波的半个周期 长度）。2.硬件实验二实验任务1示波器波形CH2: Maxi23mV Min;-29inV Vpp;53mV图3-9电阻上电压波形图（100nF）功能：微分器解释：在一个周期中，经过一个高电平后，电路进入零输入响应状态，此时，由电容放电。 电阻上电压变化情况与电路中电流变化情况相同，即电路中电流以指数形式衰减。实验任务2 示波器截图（6= 10 nF）：示波器波形CH2: Max: -2mVVppiOmV图3-10电阻上电压波形图（1OnF）功能：微分器，将方波信号转变为尖脉冲信号。思考：在输入方波频率和边沿时间一定的时候，若输出响应只需要提取输入信号的边沿信息,则输出幅度与电

15、路 RC时间常数的关系如何？答：电路RC常数越大，输出幅度越大。实验任务3示波器波形CH2： Max:23mV Min：-29mV Vpp:53mV图3-11电阻上电压波形图（10uF） 功能：输出的波形与输入的相同，即耦合。实验四：RLC电路的频率响应一、仿真实验1.RLC串联电路实验任务1图 4-1 阻抗幅频特性和相频特性截图实验任务 2图4-2 网络函数幅频特性和相频特性截图 图中两光标间距即为 3dB 带宽。思考： R1 的值对网络函数的 3dB 带宽有什么影响？答： R1 增大，品质因数 Q 减小，网络函数的 3dB 带宽增大。2.RLC 并联电路实验任务图4-3 阻抗幅频特性截屏图

16、中游标间距即为 3dB 带宽。图4-4 阻抗相频特性截图思考： R1 的值对输出电压的 3dB 带宽有什么影响？ 答： R1 增大，品质因数 Q 增大，网络函数的 3dB 带宽减小。 二、硬件实验1.RLC 低通滤波器实验任务 1示波器截图1 （ f 100Hz ）：图4-5输入输出波形（100Hz）示波器截图2 （输出幅度下降到输入幅值的0.707倍）：图4-6输入输出波形（输出幅度下降到输入幅值的0.707倍）实验任务2J-as *邙 ta-:去盲吋忖4 12.RLC带通滤波器实验任务1示波器截图1 （输出幅度最大）JfTlJh；- |fi 吝 F£ft£ | -：i,

17、 -|CQ9 1St£iri FrequanKtifSlop Frcxpiweym 100 Hz10000 Hi!； t ep s.Anpli ludrQ (per decHde)100 «v空灯rt nluat>n鑒坐副战:40 dB；-40 曲框熬*栋耀丸忻祁攜平标罟，.申:-560 °图4-7幅频特性和相频特性曲线图4-8示波器截图2 （输出幅度下降到最大输出幅度的0.707倍，且相位超前）局珂;弓Mr-=-55fnV UppcllCip-iVBb*h *41*IU1rrr"聲的彗厂C«r-««ri 厂 Cw iirfVfHfin Tri ECr（1V）辛 lew电审k««）撞販上/丿.JUMmo1詐RunStatCVJ _壬实验任务2图4-9示波器截图3 （输出幅度下降到最大输出幅度的0.707倍，且相位滞后）图 4-10q ji-as *亍哺ar ,-二.啰百对忻1it嗣爭| G翻gL -:EFF I -CO1 3Start一1 J三 100 H2110000 H