东南大学电路实验实验报告

.11/11电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____实验时间：年月日实验一：PocketLab的使用、电子元器件特性测试和基尔霍夫定理仿真实验电容伏安特性实验电路：图1-1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：,,；,；而且误差较小,即可验证电容的伏安特性表达式。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：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。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：,,；,；而且误差较小,即可验证电感的伏安特性表达式。硬件实验恒压源特性验证表1-1不同电阻负载时电压源输出电压电阻0.11101001000电源电压〔V4.924.984.994.994.99电容的伏安特性测量图1-5电容电压电流波形图电感的伏安特性测量图1-6电感电压电流波形图基尔霍夫定律验证表1-2基尔霍夫验证电路待测值I1I2I3计算值0.366mA0.978mA1.344mA1.34V测量值0.364mA0.975mA1.35mA1.35V相对误差5.463.074.467.46思考题：根据实验数据,选定节点,验证KCL的正确性。对于B点,近似满足,验证的KCL的正确性。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、8、0构成的回路：,,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：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单独作用1.14-0.1031.031.03单独作用-0.1550.4680.310.31、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单独作用2.794-0.2542.542.54单独作用00.460.460.46、共同作用2.3070.2432.552.55思考题：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、共同作用的效果和,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。通过实验步骤5及分析表格中数据你能得出什么结论？将换成二极管后,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测试等效电路的和计算值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：用电压源代替内阻,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的转移特性表2-6VCCS的转移特性数据00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.000.020.040.060.080.100.120.140.160.180.20图2-3VCCS转移特性曲线转移参量=测试VCCS的负载特性表2-7VCCS的负载特性数据4720104.73210.20.10.070.1390.2070.2090.20.20.20.20.2图2-4VCCS负载特性曲线实验三：一阶电路的时域分析仿真实验电容特性实验任务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：,所以电阻的电压波形仍为方波；电容的电压电流关系为：,所以实验任务2电容中的能量：电流源提供的能量:请解释和之间为什么会存在差异：答：包含了和两部分,电阻以热量形式消耗电流源的能量,而电容储存能量,即。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。电感特性实验任务1图3-3电感中电流波形图解释：电感的电流电压关系为：,所以电感中的能量Wc〔t=15ms：电压源提供的能量Wv〔0~15ms：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：即硬件实验1.硬件实验一实验任务1示波器截图〔100Hz：图3-6电容上电压〔100Hz实验任务2示波器截图〔1kHz：图3-7电容上电压〔1kHz示波器截图〔5kHz：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〔即方波的半个周期长度。硬件实验二实验任务1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〔C1=10nF：图3-10电阻上电压波形图〔10nF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电路的频率响应仿真实验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：的值对网络函数的3dB带宽有什么影响？答：增大,品质因数Q减小,网络函数的3dB带宽增大。RLC并联电路实验任务图4-3阻抗幅频特性截屏图中游标间距即为3dB带宽。图4-4阻抗相频特性截图思考：的值对输出电压的3dB带宽有什么影响？答：增大,品质因数Q增大,网络函数的3dB带宽减小。硬件实验RLC低通滤波器实验任务1示波器截图1〔：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2图4-7幅频特性和相频特性曲线RLC带通滤波器实验任务1示波器截图1〔输出幅度最大：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：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