《电路与信号系统实验》全套教学课件

电路与信号系统实验课程导入0.电路与信号系统实验导学1.戴维南定理实验2.一阶、二阶电路实验3.串联谐振电路4.周期信号的频谱测量5.RC低通滤波器6.电压转换电路7、PWM脉宽调制电路全套可编辑PPT课件

实验类型验证性实验设计性实验验证性实验要达成的技能电路仿真电路制作电路调试与数据记录实验报告撰写设计性实验要达成的技能电路设计（PWM电路设计）电路制作电路调试与数据记录设计报告撰写实验安排第1周课程导入及仿真软件复习第2-10周（5-6个实验）电路制作、电路仿真、电路调试与数据记录第11-17周设计性实验验证性实验内容戴维南定理一阶、二阶动态电路串联谐振电路谐波信号的频谱分析RC低通滤波器设计性实验内容电压转换电路LED亮度调节电路仿真分析方法戴维南定理参数扫描分析方法（直流工作点分析）一阶、二阶动态电路参数扫描分析方法（暂态分析）串联谐振电路参数扫描分析方法（交流扫描）无源和有源滤波器交流扫描分析方法傅里叶分析方法时

间

安

排Multisim使用练习静态工作点仿真如何求静态工作点，有哪些参数？只有直流电源供电时的各节点电压，支路电流。作用同万用表测直流数据。交流扫描分析（频率响应特性）用于观察电路的频率响应特性作用同波特仪瞬态分析用于同时观测电路中所有点的信号波形作用同示波器参数扫描分析（ParameterSweep）用于观察电路的元件参数改变而对输出影响的变化规律。傅里叶分析用于分析电压信号的频谱。作用同频谱分析仪。163直流扫描分析（DC

SWEEP）用于观察随直流电源变化而改变的参数的变化规律。电路与信号系统实验戴维南定理实验原理一个有源线性二端网络（一端口网络）可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效置换，其等效电压源的电压等于该二端网络的开路电压，其等效电阻等于将该线性网络中的所有电源置零后的输入电阻。2026/2/4戴维南定理的实验内容1、等效电压源的测量2、等效电阻的测量3、原电路下负载电阻两端的电压和电流的测量4、等效电路下负载电阻两端的电压和电流的测量2026/2/42026/2/4记录实验电路中的元件实际参数2026/2/4实验电路的布局注意事项2026/2/42026/2/4等效电压源的测量实验电路的负载输出端断开，使用万用表的直流电压档测量电压值2026/2/4等效电阻的测量（两种方法）

将实验电路输出开路，将电路中的电压源用导线代替，得到一个无源二端线性网络，用万用表的欧姆档测量输出端的电阻，此电阻即为等效电阻。2026/2/4跳线帽1万用表注意：在做戴维南定理时，跳线帽2处接电压源，跳线帽1要一直短接。用万用表测等效电阻时，跳线帽2处要将电压源换成短接，然后再测电阻。跳线帽2数据记录12026/2/4原电路与等效电路外特性的测量电路外特性指电路负载端的电压、电流、或电阻参数其中一个的变化对其他两个参数的影响（这里通过改变负载电阻的阻值，测量电阻两端的电压、流过电阻的电流数据，绘制U-I曲线、U-R曲线）实验使用的负载从实验箱接入，使用10K电位器，每次接入前量好要接入的电阻阻值，使用万用表的直流电压档，电压表并联在负载两端，测量电压，再将万用表调整到直流电流档，将万用表和负载串联，测量电流。2026/2/42026/2/4跳线帽1短接负载注意：负载使用试验箱上的电位器。在改变电位器阻值时，一定要把电位器和电路之间断开后再进行测量并进行调节，否则不能进行正确测量。+20V电流表电压表+-+-2026/2/4负载电流表电压表++-电位器应调整至等效电阻值将直流稳压源调整至开路电压值，加入电路2026/2/4数据记录22026/2/4实验需完成：在实验记录纸上记录实验测得的开路电压、短路电流、等效电阻。在实验记录纸上记录原电路在负载从300~3000欧姆之间变化时，负载电压和电流值。在实验记录纸上记录等效电路在负载从300~3000欧姆之间变化时，负载电压和电流值。2026/2/4实验数据要和仿真数据相比对，如有差别较大的情况，从电路理论出发，判断数据的正确性。如果是电路故障，需加以排除。实验结束请检查设备是否已关闭电源整理好实验台把椅子放回到试验台下方2026/2/4实验报告的撰写请按照附录实验报告模板的框架结构完成其中所有部分的内容。特别地，把对下面问题的回答写入实验报告中。（１）简述戴维南等效电路的实验原理及实验步骤。（２）把实验时焊接电路板的电路参数数据、实验后根据电路元器件的实际值重新仿真得到的数据分别填入表３．１．２、表３．１．３中。（３）对表３．１．２中的实测数据和实验后的仿真数据进行比较，它们存在误差吗？如果存在，分析两者存在误差的原因。（４）根据表３．１．３中的实测数据，在同一个坐标下绘制原电路、等效电路的外特性曲线，比较两条曲线的分布，分析两者存在误差的原因。（５）根据表３．１．３中实验后的仿真数据，在同一个坐标下绘制原电路、等效电路的外特性曲线。（６）将（４）中的两条实际电路的外特性曲线与（５）中的电路外特性曲线进行对比，分析两者存在误差的原因。（７）根据（４）、（６）的分析，实验能否验证戴维南定理？给出结论。（８）写下本次实验的心得，提出一些问题或建议。2026/2/4电路与信号系统实验一阶、二阶电路的动态响应2026/2/4一阶电路的动态响应实验原理

实验电路2026/2/4仿真内容

仿真内容2026/2/4实验步骤及数据记录

2026/2/4二阶电路的动态响应实验原理零输入响应过阻尼临界阻尼欠阻尼无阻尼零状态响应衰减振荡角频率与衰减系数2026/2/4仿真内容将电感L换成4.7mH，重复上面的内容。设置L=10mH,C=22nF,电容电压初始值为5V，电源电压为10V。利用瞬态分析法观测电容电压。用瞬态分析法分析零输入响应（改变电阻值，找到欠阻尼、临界阻尼、过阻尼三种情况对应的阻值，在同一张图中画出三条曲线，标出相应阻值。）调整电阻使电路为欠阻尼状态，根据表3-5-2记录数据。记录此时的电阻值。实验步骤（实际操作）1、函数信号发生器设置为：方波、频率1KHz、0~5V2、将方波信号接入电路，在示波器上同时显示电路的输入、输出波形3、调整示波器设置，观察示波器输出波形（调整电阻，使输出分别为欠阻尼，过阻尼，临界阻尼的情况，记录阻值，与仿真数据做对比）4、调整电阻使电路为欠阻尼状态，记录数据。记录此时的电阻值。5、改变电路中的电感值，再次重复3、4的实验步骤。数据处理及分析根据测量数据，归纳电路处于过阻尼、临界阻尼及过阻尼时的元件参数（R,L,C），以及对应的波形。根据测量数据，计算衰减振荡角频率和衰减系数，分析电感的改变是否会对衰减系数和衰减角频率产生影响。电路与信号系统实验串联谐振电路实验原理实验原理

截止频率：电流降到峰值的0.707时所对应的频率通频带：两截止频率之间的频率范围实验原理实验电路2026/2/4实验内容1、测量谐振频率（R=100,L=10mH,C=100nF）采用两种方法测量。2、频率特性曲线的绘制在谐振点左右各取5个点，间隔500Hz一个，分别测量电阻电压，电容电压、电感电压，绘制频率特性曲线图。（共11个点，需要三组）在测量电阻电压时，找出谐振点电压的0.707倍时的截止频率（两个）。电阻值修改为R=1K，采用同样的方法测量电阻电压的频率特性曲线。在测量电阻电压时，找出谐振点电压的0.707倍时的截止频率（两个）。实验内容(续)3、电流谐振曲线的绘制计算R=100和R=1K两种情况下电路的品质因数Q的理论值，绘制理论上的电流谐振曲线，与实验测得的频率谐振曲线比对，找出规律。4、观察电感对谐振频率的影响（R=100,L=4.7mH,C=100nF）采用李沙育图示法测谐振频率。测量电阻电压的频率特性曲线。测量时找出谐振点电压的0.707倍时的截止频率。仿真内容用multisim搭建电路。（R=100,L=10mH,C=100nF）在multisim中使用两种方法给出电路的谐振点（方法见后一页）。采用AC分析方法，选取频率作为分析参数，绘制电容，电感，电阻的频率特性曲线图。采用参数扫描方法，绘制不同Q值(电阻不同)下的电流(电阻电压)谐振曲线（频率特性曲线）图。改变电感值为4.7mH,重复以上内容。谐振频率的测量搭建电路，R=100，L=4.7/10mH，C=100nF调节输入正弦信号频率，保持输入信号幅度不变，观察电阻电压幅值，当电压值达到最大时，此时输入频率为谐振频率。输入信号VPP=1V。利用示波器的X—Y图示仪功能，观察李沙育图形，调节输入信号频率，当屏幕上为一斜线（位于一、三象限，输入输出同相）时，此时输入频率为谐振频率。谐振曲线的绘制找出谐振频率，并记录该频率。以谐振频率为中心，保持信号幅度不变，调整输入信号频率，记录一组输出信号幅度（电阻、电感、电容电压）。（R=100,L=10mH）保持电感、电容值不变，改变电阻值，以谐振频率为中心，保持信号幅度不变，调整输入信号频率，记录一组输出信号幅度（电阻电压）。(L=10mH，R分别取100，1K两种阻值)

改变电感值，重复上述内容，但只测电阻电压频率曲线。(R=100,L=4.7mH)数据分析将实际测量的谐振频率和理论值做比较，得出结论，并分析误差来源。在同一个坐标里绘制电阻、电感、电容电压的频率特性曲线，总结这些曲线具有怎样的特点。绘制电阻的电压幅频特性曲线，得出电路的截止频率和通频带以及Q值。分析电阻、电感的变化对Q值、幅频特性曲线的影响。电路与信号系统实验周期信号的频谱测量实验目的1、了解信号频谱测量的基本原理，学会使用有关频谱测量的仪器2、掌握周期性正弦信号、三角波信号和矩形脉冲信号的振幅频谱测量方法3、研究周期性矩形脉冲信号，分析该类信号的脉冲宽度、周期对频谱的影响不写实验报告，将数据上传学习通实验原理实验原理实验原理把周期性信号分解得到的各次谐波分量按照频率的高低排列，就可以得到频谱图。反映各频率分量振幅的频谱称为振幅频谱。周期性信号的振幅频谱具有离散性、谐波性、收敛性。实验原理快速傅里叶分析法：使用数值计算方法处理一段时间内的信号，分析出信号的频率组成，给出各频率成分的幅度和相位信息。信号频域测量（统称为频谱分析）有两种方法：适合分析窄带宽信号实验原理扫频式频谱分析法：使用一个中心频率可调的滤波器，依次将滤波器的中心频率调到被扫频范围内的某个频率上，滤波器输出可测出被测信号在这个频率上的幅度。信号频域测量（统称为频谱分析）有两种方法：适合测试宽频信号实验原理正弦信号：幅度谱为一条竖线实验原理周期性三角波信号：实验原理周期性矩形波信号：实验原理实验原理振幅先换算成电压有效值，再计算分贝电压：实验内容改成50kHz，1V峰峰值切换单位测量实验内容

理论值：频谱分析仪读出来的是dBmV，减掉60就是dBV。实验内容

理论值：信号源调至0-1V，断开频谱分析仪实验内容改成1V实验内容

理论值：信号源调至0-1V，断开频谱分析仪实验内容

理论值：信号源调至0-1V，断开频谱分析仪电路与信号系统实验RC低通滤波器实验原理滤波器的功能是让指定频率范围内的信号通过，而将其他频率的信号加以抑制或使之急速衰减。实验原理

RC滤波器：不用电感，避免了电感元件的非线性影响。在低频段，RC滤波器的体积比含电感的滤波器要小很多。

种类：分为无源RC滤波器和有源RC滤波器，有源RC滤波器输入阻抗大，输出阻抗小，能在负载和信号之间起到隔离作用，滤波性能更好。实验原理二阶RC低通滤波器的电压传递函数：实验原理

实验原理无源二阶RC低通滤波器的Q值很低，其幅频响应特性曲线在低频段下降很快。实验原理

实验内容-无源RC低通滤波器1、搭建电路，电路参数值为R=20kΩ，C1=0.022μF，C2=0.01μF。输入电压有效值为3V，输出端接台式万用表，测量出来的值是有效值。实验内容-无源RC低通滤波器

实验内容-无源RC低通滤波器3、改变参数值R=15kΩ，C1=0.022μF，C2=0.01μF，再完成表4.3.2。实验内容-无源RC低通滤波器4、改变参数值R=20kΩ，C1=0.047μF，C2=0.01μF，再完成表4.3.3。实验内容-有源RC低通滤波器1、搭建电路，电路参数值为R=20kΩ，C1=0.022μF，C2=0.01μF。输入电压有效值为3V，输出端接台式万用表，测量出来的值是有效值。实验内容-有源RC低通滤波器

实验内容-有源RC低通滤波器3、改变参数值R=15kΩ，C1=0.022μF，C2=0.01μF，再完成表4.3.5。实验内容-有源RC低通滤波器4、改变参数值R=20kΩ，C1=0.047μF，C2=0.01μF，再完成表4.3.6。实验内容-实验报告根据表3.4.1的数据，仿真和实测数据放在同一个坐标系中进行比较，分析误差原因。同理，处理表3.4.2-表3.4.6的数据并画图。（6张图）将无源RC低通滤波器的测量数据绘制到同一个坐标系中，分析幅频响应特点，分析电阻、电容的改变对幅频响应特性的影响。（1张图）将有源RC低通滤波器的测量数据绘制到同一个坐标系中，分析幅频响应特点，分析电阻、电容的改变对幅频响应特性的影响。（1张图）电路与信号系统实验电压转换电路实验原理设计一个电压转换电路，将一个单极性信号转换为双极性信号。输入信号为0-UM的方波信号，输出对应±K。输入信号0-UM输出信号±K±12实验原理

ui

①确定R1和R2的值。实验原理

ui

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实验原理

ui

uo

实验原理

ui

uo

实验原理

②计算出k值，确定R4和R5

、R6和R7的值。

R4=R6R5=R7实验原理uiuo③确定R3的值。R3=R1//R2实验要求22XX02，1-1617-3132-4849-65电阻的选择2026/2/4焊接注意事项：1、集成块4脚接+12V，11脚接-12V，这两个引脚必须要有排针引出。2、原理图中所有的“地”都必须接在一起，要有排针引出，排针个数要多一些。3、不要直接焊接集成块，要焊接集成块底座，集成块是插在上面的。4、ui和uo需要有排针引出。5、先画布局图，尽量少跳线，如需跳线，从正面跳线，不要从反面跳。6、计算准确，找到合适的电阻，允许有一定偏差，但偏差不能太大。焊接注意事项：非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路在工程实践中，除广泛应用正弦波发生电路外，测量设备、数字系统及自动控制系统中，还常常需要非正弦波发生电路。矩形波发生器是一种能直接产生矩形波或方波的非正弦信号发生器。由于矩形波或方波包含极丰富的谐波，这种电路又称为多谐振荡器。矩形波发生器方波振荡电路如图所示，由两部分组成：1.施密特触发器2.RC定时电路施密特触发器的两个触发电平分别为：负跳变触发电平：正跳变触发电平：矩形波发生器（续2）+UOM-UOMtuoUTH

uCtUTH

uoRfR1施密特触发器定时电路CRuC方波发生器的工作波形T1T2时间常数

=RC时间常数

=RCT1段：T2段：振荡周期：T2=T1振荡输出为方波。矩形波发生器（续）方波信号发生器电路输出电压的电平为运算放大器的饱和输出电压，如果电源发生变化，振荡器输出也将随之变化，作为一个好的信号发生器，这是不允许的。我们可以仿照比较器幅度控制电路，在运算放大器的输出端接双向稳压管稳压电路，使电路输出幅度保持不变。uoDZR1RfRCRZuC

UZ仿真实验三角波和锯齿波发生器三角波和锯齿波是仪器仪表和控制系统常用的信号，实际上，利用上节得到的方波输出通过一个积分电路即可获得三角波，将占空比极高或极低的矩形波输入积分电路可获得锯齿波输出。前面讨论的矩形波、方波发生器电路中，RC定时电路本身就是一个积分环节（只是积分线性较差），因此，如果我们在矩形波、方波振荡电路中直接采用线性积分电路作为定时电路，则不仅可以获得矩形波、方波，还可同时获得三角波、锯齿波。三角波和锯齿波发生器（续1）三角波－方波发生器在方波发生器电路中，将RC定时电路改作由运算放大器构成的积分电路，则在获得方波输出的同时，还能得到同频率的三