电路信号与系统实验课程教学大纲

PAGE电路、信号与系统实验课程教学大纲一、实验课程的目的和任务（体现专业素质与能力支撑）实验是研究自然科学的重要方法之一，也是工程技术和科学研究领域中的一项重要组成部分，是学好理论课程的重要教学辅助环节。本实验课程为培养本科生电路、信号与系统实验基本技能、实验研究能力和综合应用能力而设立，使学生进一步加强对理论知识的理解，培养学生分析问题和解决问题的能力，为以后深入学习电路、信号与系统在专业中的应用打下基础。开设《电路、信号与系统实验》课程的主要目的在于：1、通过实验，验证和加深理论基础知识。2、通过实验进一步巩固电路分析、信号分析和系统分析的理论知识，建立频谱概念，掌握函数信号发生器、电工实验系统、信号与系统实验箱等电类仪器设备的使用方法。3、训练实验技能，为将来从事复杂的科学研究打下坚实的基础。4、培养实事求是、理论联系实际的科学作风。本课程的任务主要是教会学生正确使用各种电类的仪器仪表、掌握电学量的测量方法、测量中各种误差的分析方法、验证电路定理、加深对电路中基本概念和基本理论的理解，学会对实验中测量的现象进行分析，对测量的数据进行分析、处理，写出一份完整的实验报告。二、实验课程的内容和要求《电路、信号与系统》课程内容主要包含以下几个部分：电路中的基本概念和基本定律；电阻电路的等效变换；电阻电路的一般分析方法；电路定理；一阶电路的暂态分析；正弦交流电路分析；三相交流电路分析；含耦合电感的电路分析；信号与系统；时域分析；频域分析；复频域分析；Z域分析。所涉及到的实验项目内容和具体要求如下：序号实验项目名称学时类型是否必做内容提要1电路基本元件的伏安特性测定2验证性必做目的：（1）熟悉直流电压表、直流电流表的使用方法；（2）学会用伏安法测量电路基本元件的电阻值；（3）学会测量线性和非线性电阻元件的伏安特性。内容：（1）测量线性电阻元件、非线性电阻元件的电压和电流值；（2）绘出各元件的伏安特性曲线。方法：（1）用伏安法测量给定电阻的值；（2）用伏安法测量给定电阻元件的伏安特性，绘制伏安特性曲线，并计算电阻值；（3）用伏安法测量一个非线性电阻元件的伏安特性，绘制其伏安特性曲线。2基尔霍夫定律2验证性必做目的：（1）加深基尔霍夫定律、参考方向概念的理解；（2）用实验数据验证本定律，继续学习直流仪表的使用方法。内容：（1）测量给定电路中的流过某节点的各个电流值和某回路的各个电压值；（2）根据实验测量数据验证基尔霍夫定律。方法：（1）用直流电流表测量节点电流，然后通过计算某一时刻流过该节点的所有电流值的代数和来验证KCL；（2）用直流电压表测量整个电路中的所有电压值，通过计算各个回路的电压值的代数和来验证KVL。3叠加定理2验证性必做目的：（1）验证线性电路中的叠加定理及其适用范围。内容：（1）接好实验电路图，了解各实验步骤，测量各电源单独和共同作用时的各个电压值。方法：（1）充分了解电路图的基础上，连接电路；（2）注意电压源和电流源的大小和正负方向，在测量各个电压时，要保证电压值的字母下标中的前一个字母接直流电压表的正极，后一个字母接电压表的负极。电压表的示数如有负号，负号不能省略。4戴维南定理和诺顿定理2验证性必做目的：（1）熟悉戴维南定理和诺顿定理的内容；（2）学会线性有源一端口网络等效参数的测定方法。内容：（1）测量给定的线性有源一端口电阻网络的开路电压、短路电流和内阻；（2）建立其戴维南与诺顿等效电路模型，验证戴维南与诺顿定理。方法：（1）用电压表测量有源一端口网络的开路电压；（2）用伏安法测量该有源一端口网络的等效内阻；（3）根据测量出的数据选择元件连接戴维南与诺顿等效电路，并测量其伏安特性；（4）在坐标纸上画出实际一端口网络的伏安特性曲线，并同时画出其戴维南与诺顿等效电路的伏安特性曲线。对比所画曲线，用一端口网络等效的条件判断定理是否成立。5CCVS及VCCS受控源的研究2验证性必做目的：（1）熟悉受控源的基本特征，掌握受控源转移参数的测量方法。内容：（1）测量CCVS（VCCS）模型中在负载不同时的输入和输出电压、电流以及在负载不变而电流源电流（电压源）不同情况下的输入和输出电压、电流，以得到rm和gm参数。方法：（1）在CCVS中，通过测量输出电压和电流，并比较得到受控电压源的特性和其转移参数；（2）在VCCS中，通过测量输出电压和电流，并比较得到受控电流源的特性和其转移参数。6三表法测量交流电路等效阻抗2验证性必做目的：（1）学会使用交流电流表、交流电压表、功率表和函数信号发生器等仪器仪表；（2）学会用三表法（交流电流表、交流电压表、功率表）测量交流电路元件参数。内容：（1）用交流仪表测量模拟量模拟各种性质的阻抗性负载的等效线路参数。方法：（1）用三表法测量串联RL、RC两个交流负载的阻抗。根据测量的阻抗数据分别计算负载的交流参数。7日光灯电路功率因数的提高2验证性必做目的：（1）了解日光灯的工作原理，掌握其接线方法；（2）研究在感性负载两端并联电容对提高电路功率因数的意义，继续学习使用功率表。内容：（1）测量日光灯电路的电压、总电流、有功功率、电容电流、灯管电流；（2）并接补偿电容，再测量以上各量，比较补偿前后总电流的变化、功率因数的变化。方法：（1）用电压表、电流表、功率表测量日光灯电路对应的基本电学量，在日光灯电路上并联电容器箱，将容量逐渐增大，观察并记录数据及变化；（2）找出功率因数最高的电容值。整理数据成表。分析观察到的现象。8互感电路2验证性必做目的：（1）掌握互感线圈同名端的测定方法；（2）学会互感线圈互感量和耦合系统的测量方法。内容：（1）测量给定互感元件的同名端和互感量。方法：（1）用伏安法测量原边和副边的R1和R2；（2）将线圈2和线圈1分别开路，通过一系列的计算，得到互感系数M；（3）将线圈1和线圈2顺向连接和反向连接，然后再算出互感系数M；（4）比较从三个表中得到的M平均值应基本相等。9RLC串联谐振2验证性必做目的：（1）加深对串联谐振电路特性的理解。学会测定RLC串联电路的频率特性曲线。内容：（1）测量谐振曲线，揭示谐振电路中的电学规律。方法：（1）掌握并计算电路的谐振频率；（2）测量电路的电流谐振曲线。改变R值测量上述曲线。观察R对Q的影响；（3）整理实验数据，在同一坐标中画出不同Q时的电流谐振曲线，由曲线分析串联谐振电路的特性。10三相交流电路电压、电流的测量2验证性必做目的：（1）研究三相负载星形和三角形的连接方法，掌握这两种接法的线电压和相电压、线电流和相电流的测量方法；（2）了解三相四线制电路中中线的作用。内容：（1）用交流电流表、电压表测量三相负载的相电压、线电压和相电流、线电流。方法：（1）星形连接中测量三相对称和不对称负载在有中线和无中线情况下，负载相电压和线电压、相电流以及中线电流。整理数据，判断结果是否与理论相符；（2）三角形连接中测量负载对称和不对称时的相电流、线电流等参数，整理数据，判断结果是否与理论相符。11一阶电路的方波响应2验证性必做目的：（1）了解一阶电路零输入响应、零状态响应的基本规律和特点及电路参数对响应的影响；（2）进一步熟悉示波器和函数信号发生器的使用方法。内容：（1）用示波器观察一阶电路在方波电压作用下，电路中响应的过渡过程。方法：（1）观察在不同电路参数时一阶电路的方波响应波形，并研究输入信号对波形的影响；（2）在同一坐标中绘出各响应曲线。并求出时间常数τ，与理论计算值进行比较。对曲线进行分析讨论。12运算放大器的特性与应用2验证性必做目的：（1）掌握运放的特性及其分析方法；（2）用运放来构成一些功能电路，并加以研究。内容：（1）验证运算放大器组成的几种运算电路特性。方法：（1）理解比例、加法、减法运算电路公式的推导过程；（2）用给定阻值的电阻和运放构成各种应用电路，对其输入、输出特点进行研究。根据测量数据，验证结果。1350Hz非正弦周期信号的分解与合成2验证性必做目的：（1）学会使用函数信号发生器和信号系统实验箱；（2）了解周期信号频谱的特点。内容：（1）测量方波周期信号的频谱。方法：（1）测量方波周期信号的基波及各次谐波的幅值、频率并记录，将其与理论值比较；（2）观测方波分解后各次谐波的合成波形。14无源和有源滤波器2验证性必做目的：（1）了解系统幅频特性的测量方法，加深了解一阶RC高通、低通滤波器的特性。内容：（1）测量RC无源高通、低通、带通、带阻滤波器的幅频特性。方法：（1）测量滤波器的输入信号和输出信号，并作比较；（2）得出系统频率特性，画出各种滤波器的幅频特性曲线。15二阶网络函数的模拟2综合性必做目的：（1）学习二阶系统的模拟原理和方法；（2）观测二阶系统的暂态响应曲线。内容：（1）用EDA仿真设计软件Multisim7模拟一个给定系统微分方程的二阶系统，并进行测试。方法：（1）用Multisim7模拟二阶系统，观察电路参数变化对输出波形的影响；（2）测量并绘制二阶高通、带通、低通网络函数的模拟电路的幅频特性曲线。16抽样定理2验证性必做目的：（1）测量离散信号的幅度频谱，验证抽样定理。内容：（1）用LF398抽样元件实现信号的抽样，并用仪器对其分析，验证抽样定理。方法：（1）分析抽样信号频谱，用低通滤波器将抽样信号还原出连续信号，通过示波器将其与未抽样时进行比较，改变抽样频率，观察输出波形的变化。三、实验课程的进度安排电路、信号与系统实验教学应分为两个阶段，前阶段的实验以学会常用电工、电子仪器仪表及一些电学量的测量方法为主。教学方法是开设仪器仪表使用方法介绍方面的实验和电路理论方面的验证实验；后阶段的实验则除了要求学会各种较为复杂的测试方法外，还应开设一些综合性实验和自拟实验，以培养学生的综合分析能力、设计创新能力。电路、信号与系统实验学时为32学时。依据理论课程内容和教学课表安排需要开出以下16个实验，按理论课程内容进度安排如下：1）电路基本元件的伏安特性测定2学时2）基尔霍夫定律2学时3）叠加定理2学时4）戴维南定理和诺顿定理2学时5）CCVS及VCCS受控源的研究2学时6）三表法测量交流电路等效阻抗2学时7）日光灯电路功率因数的提高2学时8）互感电路2学时9）RLC串联谐振2学时10）三相交流电路电压、电流的测量 2学时11）一阶电路的方波响应 2学时12）运算放大器的特性与应用 2学时13）50Hz非正弦周期信号的分解与合成2学时14）无源和有源滤波器 2学时15）二阶网络函数的模拟 2学时16）抽样定理 2学时四、考核方法及成绩评定1、本实验课程为独立设课，单独考核。2、每学期实验课成绩由平时成绩和实验考核成绩综合评定组成。一般平时成绩占总分的60%，考核成绩占总分的40%。平时成绩是每次实验得分的平均，期末考试满分为40分。实验考核形式为操作考试（或笔试），设定最低及格线。3、平时成绩为学生每次实验评分累计后的平均值。每次实验评分标准：每次实验包括考勤、预习、实验操作、实验结果、完成报告，其