电路基础实验二.ppt

1、电子基础教学实验中心，基础电路实验，2010年3月16日，实验2，RC动态电路研究与交流阻抗测量，实验目的，1。掌握示波器、函数信号发生器和毫伏表的使用。2.研究一阶电路零状态响应和零输入响应的基本规律和特点，以及电路参数对响应的影响。3.了解时间常数对响应波形的影响。4.理解积分和微分电路的特性。5.掌握阻抗测量的特点和方法。a，3，第1部分：通用电子仪器的使用(2)，a，4，内容：1。双踪示波器2，函数信号发生器3，晶体管毫伏表4，基本实验电路板，a，5，1。示波器的原理和用途，示波器是科研机构和实验室观察电信号波形常用的一种仪器。它可用于测量时域信号和矩形波的波形、周期、相位、振幅、上升

2、时间和下降时间等物理参数。1.垂直系统，2。水平系统，3。z轴系统，4。示波器管，5。电源，包括垂直(y)系统、水平系统(扫描系统)、z轴系统、示波器管和电源，a，7，(2)如果只有测量波形加在垂直偏转板上，屏幕上只能看到一条垂直线。波形显示的基本工作原理。两个通道同时工作，a，10，(3)示波器幅度测量的基本知识它由一个开关控制，对不同大小的信号实现不同的分压比。这是垂直偏转系数选择伏特/格。1.垂直偏转系数选择(伏特/格)和微调。在单位输入信号的作用下，屏幕上光点偏移的距离称为偏移灵敏度。该定义适用于X轴和Y轴。灵敏度的倒数称为偏转因子。垂直灵敏度的单位是div/mv和div/v，垂直偏转

3、系数的单位是v/div和mv/div。事实上，由于习惯用法和测量电压读数的方便，偏转系数有时被认为是灵敏度。a，11，(3)示波器振幅测量的基本知识，0，t，u，信号振幅(峰峰值)=H垂直偏转因子(VOLTS/DIV)，以及垂直波形占用的网格数H，当进行定量振幅测量时，垂直偏转因子的微调旋钮也必须顺时针旋转到校准位置。此时，偏转因子VOLTS/DIV是精确的，并且可以精确地测量信号幅度。a、12、(4)示波器时基测量的基本知识、0、t、u、水平方向上周期波形占据的网格数以及时基偏转因子TIME/DIV，波段开关的指示值代表光点在水平方向上移动一个网格时的时间值。例如，在1mS/div文件中，光

4、点在屏幕上移动一个网格来表示1毫秒的时间值。时间/div和微调时间选择和微调类似于垂直偏转因子选择和微调。时基选择也是通过波段开关实现的，它将时基分成几个等级以改变扫描速度。a，13，(4)示波器时基测量的基本知识，0，t，u，水平方向周期波形所占据的网格数d，当测量定量时基(周期)时，时基微调旋钮必须顺时针旋转到校准位置。此时，屏幕上显示的时基值与波段开关指示的标称值一致，因此偏转因子TIME/DIV是精确的，从而可以精确地测量信号时基周期。2。例如，时基选择(时间/div)和微调波形的周期=D时基选择(时间/div)在1mS/DIV文件中。如果D=3帧，该信号的周期为31毫秒=3毫秒。a，

5、14，(5)相位差测试-TRIG。ALT处于弹跳状态，1。双道示波法(截距法)示波器的垂直显示方式为“双道”，两个通道的零基线重合。两个测量信号分别连接到示波器的两个垂直通道。调整相关旋钮，使屏幕上出现两个中等大小的稳定波形X:一个周期内水平方向上的方块数(div) X1:穿过基线的相应点A和B之间的水平距离(截距)，A，15，(5)相位差测试-TRIG。ALT处于弹出状态、2、李沙宇的图解法-。CHl通道输入标准信号，CH2通道输入测量信号。右图所示的李萨如波形将显示在示波器上。从图中可以看出，相位差为：B椭圆与纵轴之间的距离，以及AY方向上的最大偏转距离。a、16、(6)面板和操作定维GO

6、S620双踪示波器(视频)a、17、2，使用函数信号发生器，这是一种能够产生输出幅度可调的正弦波、方波和三角波信号的仪器。基本电路框图，a，18，2，函数信号发生器的使用，DF1641B1函数信号发生器是一种能产生1-3兆赫兹正弦波、方波和三角波的仪器，输出幅度为1mVpp-20Vpp。电源开关、频率显示窗口、幅度显示(峰峰值)、功能信号输出端口、a、19、2、功能信号发生器的使用、DF1641B1功能信号发生器是一种能够产生1-3MHz正弦波、方波和三角波的仪器，输出幅度为1mVpp-20Vpp。输出小信号时，输出幅度旋钮和衰减开关必须一起使用。输出频率调整，输出波形选择，输出幅度调整，输出

7、幅度衰减，a，20，使用视频的df1641bf (sp1641b)函数信号发生器，a，21，3，使用晶体管毫伏表，1。晶体管毫伏表是一种高灵敏度、宽频带交流电压有效值表，它可以实现20 Hz和1兆赫之间的交流电压信号。使用晶体管毫伏表，2。输入信号通过连接线连接到电路。当连接测试线时，毫伏表的接地线(通常为黑色夹子)也应连接到被测电路的公共接地端。3、根据被测电压的大小，选择合适的测量范围。如果你不知道要测量的电压的可能范围，你应该设置最大范围，然后逐渐减小它，直到指针偏转到满量程的1/2以上。4.当读取毫伏表时，有必要根据所选范围确定读取哪个刻度。例如，指针指向第一条刻度线的数字6。如果此时

8、范围为10伏，读数为6伏；如果测量范围为100毫伏，读数为60毫伏；如果测量范围为3V，读数为1.9V；如果测量范围为30毫伏，读数为19毫伏；其他范围也是如此。a，23，5，分贝(dB)测量(可选)这是一个相对水平的概念，包括dBv和dBm，它们只是具有不同参考水平的两种表示：dBm指在600时以1mW为参考获得的分贝测量值。v1=0.775v的电压值是600负载下的0 dB基准电压。(读取指针刻度的第四行)dBv指以V1=1V为基准获得的分贝值。(读取指针刻度的第三行)，0.775伏通常在工程中用作参考电平的dBm、a、24。毫伏表在不同范围内测量的分贝值应加上每个范围的校正系数，作为信号

9、的真实电平值。交流毫伏表不能测量DC电压信号。注意：a，25，5，使用晶体管毫伏表的视频，信号输入端口输入，量程选择开关，a，26，4，基本实验板介绍，实验板是组成实验电路的连接载体，实验时通过导线和元器件与它连接。电源引入孔、实验元件放置区、电位计和元件区每隔五个相邻的插孔相互连通。外围圆圈中的所有插座都已连接(通常用作参考地)。电源插座未与电路预先连接，a，27，第2部分：动态电路瞬态过程研究，a，28，1。实验原理，1。一阶RC电路的时域响应用一阶微分方程描述的电路称为一阶动态电路。一阶动态电路通常由一个(或几个)电阻元件和一个动态元件(电容或电感)组成。一阶动态电路时域分析的步骤是建立

10、电路微分方程af在图3.1(a)所示的电路中，如果UC (0-)=0并且t=0，开关s从2转到1，并且DC电源通过r充电到c。此时，电路的响应是零状态响应。图3.1一阶RC电路和响应曲线，a，30、其解为、t0，电路的微分方程为，其中=RC为电路的时间常数。图3.1(b)中显示了a、31和零状态响应曲线。如果开关S在位置1，则电路已经达到稳定状态，即uc(0-)=uS，当t=0时，开关S从1转到2，电容器通过R放电，此时电路响应是零输入响应，而uc(0-)=uc (0)，图3.1一阶RC电路和响应曲线A，从图中可以看出是零状态响应还是零输入响应。 其响应曲线按指数规律变化，变化速度由时间常数决

11、定，即电路瞬态过程的长度由。 大的、短暂的过程是漫长的；短暂的短暂过程。时间常数由电路参数决定，一阶RC电路的时间常数等于RC，从而计算出理论值。图3.1一阶RC电路和响应曲线a，34，如图3.2所示，也可以从uc的变化曲线中获得。对于充电曲线，对应于幅度上升到最终值的63.2%的时间是1。对于放电曲线，对应于振幅下降到初始值的36.8%的时间也是1。或者，指数曲线的切线可以在起点处，并且该切线与稳态坐标线的交点与起点之间的时间坐标差是时间常数。根据上述两种方法，时间常数的值可以在已知的指数曲线上近似确定。一般认为，过渡过程在3-5年后趋于结束。图3.2电容充电和放电电压曲线a，35，为了在普

12、通示波器上观察这些响应波形，必须定期改变这些波形。如何实现周期性变化？周期性方波(即方波序列)可以用作激励，这将在下面描述。如图3.3(a)所示，RC串联电路由方波激励(如图3.3(b)所示)。3.3方波激励下的响应波形，a，36，从t=0开始，电路相当于连接到DC电源。如果T/2足够大(T/24)，uC在0 t/2的响应时间范围内可以达到稳定值uS，所以uC在0 t/2的范围内是零状态响应；并且从t=T/2，us=0，因为电源的内阻很小，电容器c相当于从初始电压us放电到r，如果T/24，c上的电荷可以在T/2-T的时间范围内放电，并且这个时间范围是零输入响应。第二个循环重复第一个循环，如图

13、3.3(c)所示，依此类推。图3.3方波激励下的响应波形，a，37，将该周期性变化的电压发送到示波器的y轴输入端，适当调整“时基”旋钮，使周期性波形清晰地显示在屏幕上，则前半周期是零状态响应，后半周期是零输入响应。(使用示波器的另一个通道输入我们，以识别零状态和零输入)。在线性系统中，零状态响应和零输入响应之和称为系统的完全响应。也就是说，全响应=零状态响应和零输入响应。为了观察电流波形，把电阻R上的电压ur送到示波器。因为示波器只能输入电压，而电阻上的电压和电流有线性关系，所以只需乘以uR(t)波形的纵轴坐标比。a、38、2。积分电路和微分电路是电容器充放电现象的一种应用。对于图3.4所示的

14、电路，电容电压作为输出，us(t)是周期为t的方波信号，设uc(0)=0，然后是、(3.1)、图3.4集成电路图。也就是说，在方波激励下，电容上充电的电压远小于电阻上的电压，因此，等式(3.1)可以改写为、(3.2)，这表明如果将uc(t)作为输出电压，uc(t)大约与输入电压us(t)随时间的积分成正比，因此在这种情况下、a、40、图3.4集成电路图3.5集成电路波形，其波形如图3.5所示。集成电路必须满足一般要求当方波的频率不变时，该值越大，三角波的线性度越好，但其振幅也减小。当该值变小时，波形的幅度将增加，但其线性度将下降。a，41，差分电路以RC电路的电阻电压uR作为输出，如图3.6所

15、示。然后、(3.3)，当时间常数小时，即，等式(3.3)可改写为(3.4)，图3.6差分电路图，3.7差分电路波形，a，42。等式(3.4)表明，输出电压uR(t)近似与输入电压uS(t)的时间差分成比例，因此，这种情况下的RC电路称为差分电路。差分电路的输出波形是正负交替的锐脉冲，其输入输出波形如图3.7所示。图3.6差分电路图。3.7差分电路波形，a，43，差分电路必须满足的条件，一般取。如果选择电阻和电容，取输入信号的频率。当输入信号的频率不变时，该值越小，脉冲越尖锐。3。交流阻抗的测量原理和应用方法。Us(t)2=UR(t)2 Ux(t)2，a，44。2.实验内容(1)，基本要求1。测

16、量一阶RC电路的响应和值实验电路如图3.1所示，us(t)是信号发生器输出f=激励源us(t)和响应uc(t)信号分别连接到示波器的两个输入端CH1和CH2。在示波器屏幕上观察和测试以下参数时，激励和响应波形以及。(1) r=10k，c=1000pf (2) r=10k，c=0.01 f (3) r=10k，C=0.1F，a，45，2。设计一阶积分电路，使C=0.1F，r=10k，输入方波的幅值UPP为2V。设计积分电路，确定输入方波的频率。用示波器观察和测量输入输出电压的波形和最大值。3.设计一阶差分电路，使C=0.1F，r=10k，输入方波的幅度UPP为3V。设计一个差分电路，确定输入方波的频率，用示波器观察和测量输入输出电压的波形和最大值。a，46，4。对于元件的交流阻抗测量(输入信号频率为1000赫兹，电容容量为0.1微法)，请设计一个电容交流阻抗测量电路并设置自己的参数。电路如下：xc=_ _ _ _ _ _，a，