电路实验课件-江苏科技大学.ppt

1、电路实验 江苏科技大学电工电子实验中心,元件特性的示波器测量法 基尔荷夫定律、叠加定理的验证和线性有源一端口等效参数的测定 一阶电路的响应 交流参数的测定及功率因数的提高 三相电路的研究 负阻抗变换器及其应用,串联谐振电路 二阶电路的响应 运算放大器和受控源,元件特性的示波器测量法,一、实验目的,1. 了解示波器的基本测量原理，掌握示波器各主要开关和旋钮的使用方法。 2. 掌握用示波器测量电压、周期和相位差的方法。 3. 学习信号发生器和交流毫伏表的使用。,二、预习要求,1. 阅读附录三中DS1042型数字示波器简介。了解面板主要旋钮的位置和功能以及示波器测量交、直电压幅值、频率、相位的方法。

2、 2. 阅读附录二中DG-3-04型信号源的使用方法。 3. 弄清楚正弦信号的峰值电压、峰峰值电压、有效值电压等几个概念的意义，以及它们之间的换算关系。,三、实验内容,示波器是现代测量中常用的电子仪器之一，它能直接测量正弦信号的幅度和周期（或频率）。双踪示波器能同时显示两个信号的波形进行比较测量。 （1）将示波器调出一条水平扫描线，确定示波器处于正常工作状态：打开示波器看有无一条水平扫描线，若有的话，说明示波器已处于正常工作状态，可以进行测量。若没有出现一条水平扫描线，可将示波器“AC，GND，DC”钮打在GND位置上，调节辉度，聚焦旋钮，然后可调节垂直和水平位移旋钮，直至出现一条水平扫描线为

3、止。 （2）稳定显示信号的波形：确定触发源所选的通道与正在测量的通道一致，然后调节“触发电平”调节旋钮，直至所显示的波形稳定为止。,实验内容,（3）信号幅值的测量：调节“V/div”以获得一个易于读取的信号幅度，将“V/div”旋钮置于cal位置就可进行电压的定量测量。用探头1位置测量时交流电压峰峰值V P-P（V）“伏特/格”设定值交流信号峰峰度（格），这个电压值为交流峰峰值VP-P ，正弦信号幅值Vm为1/2 VP-P 。 当测量叠加在直流上的交流波形时，将“交流地直流“开关置于DC时就可测量出直流分量的值。如仅测量交流分量，将开关置于AC。,实验内容,(4)信号周期的测量:调整“时间/格

4、”开关，使信号易于观测，屏幕上显示2到3个周期的波置于cal位置就可进行时间的定量测量。 (5)正确描述所测波形。,四、示波器的使用,菜单操作键,多功能旋钮,液晶显示屏,USB接口,逻辑分析仪接口,模拟信号输入,探头补偿信号输出,外触发输入,常用菜单,运行控制,水平控制,触发控制,垂直控制,Measure,点击,CH1、CH2 信源选择,点击,点击,选中点击,点击,点击,五、实验报告,1. 重新阅读附录二、三，小结通过本次实验对示波器、信号源使用的心得体会。 2. 小结用示波器观察波形时，如要达到下述要求，应调节哪些开关旋钮？ （1）波形清晰。 （2）波形稳定。 （3）改变波形个数。 （4）改

5、变波形高度。 3.说明用双踪示波器测交流电压有效值的方法。,一阶电路的响应,一、实验目的,1. 研究一阶网络的零输入响应和零状态响应的基本规律及其特点，了解电路参数对响应的影响。 2. 用示波器观察RC电路的阶跃响应和矩形脉冲响应。 3. 根据要求，设计出满足一定条件的微分电路和积分电路。,二、预习要求,1. 了解示波器和信号发生器的使用方法。 2. 熟悉微分或积分电路的条件。 3. 若输入信号的频率f=1KHz，C=0.1uf，自行设计满足条件的微分或积分电路。,三、设计原理,1.RC微分电路。对于图1所示电路，当时间常数很小，一般取T/10，这时输出电压是输入电压的微分，则电阻上的电压波形

6、如图2所示 图1 RC微分电路 图2 RC微分电路输出波形,设计原理,2. RC积分电路。当时间常数很大，一般取（5-10）T时，由于，所以、，因而，输出电压是输入电压的积分，这种电路称为积分电路。电路如图3所示。输入电压为方波时，输出电压是三角形波。,图3 RC积分电路 图4 RC积分电路输出波形,五、实验内容,1. 微分电路的设计 信号输出方波信号，频率f 1 000Hz，C = 0.1uf将信号接到设计的电路上，设计满足条件的微分电路： (1)尖脉冲幅值大于1V; (2)脉冲衰减到零的时间tT/10。 (3)电容值选在0.1uf，试确定R的值。 (4)根据设计方案，画出电路图，并实验验证

7、。画出输入输出响应波形。 (5)用示波器观察并记录随电阻变化的二组Ui、UR的波形。,设计原理,2.积分电路的设计 信号输出方波信号，频率f 1 000Hz，C = 0.1uf将此脉冲信号接到设计的电路上，设计满足条件的积分电路，用示波器观察并记录随电阻变化的二组Ui、Uc的波形。 (1)输出的三角波幅度大于0.1v; (2)电容值选在0.1 uf之间，试确定R 的值。 (3)根据设计方案，画出电路图，并实验验证。画出输入输出响应波形。,四、实验报告,1根据实验的记录数据，用坐标纸描出RC串联电路阶跃响应和自然响应的曲线，根据曲线确定时间常数，并与计算（理论）值比较看是否一致。 2根据实验所记

8、录的电路波形，讨论构成RC耦合电路的条件。 3描录RC 微分电路和RC积分电路的输入，输出波形，并计论构成上述两种电路的条件。,交流参数的测定及功率因数的提高,一、实验目的,1、加深理解正弦交流电路中电压和电流的相量概念。 2、学习单相交流电路的电流、电压、功率的测量方法。 3、学习用交流电流表，交流电压表、功率表、单相调压器测量元件的交流等效参数的方法。 4、掌握提高感性负载功率因数的方法。,二、预习要求,1、阅读功率表的有关知识，调压器的使用方法。 2、认真复习与本次实验内容有关的教材章节。 4、设计好所以实验任务的实验方案、电路图和数据表格。 5、画出感性负载电路并联电容提高电路的功率因

9、数的电路图和并联电容后的相量图，说明提高功率因数的原理。,三、实验内容,1. 用三表法测量交流电路的参数按下图接线，闭合电源开关，调节实验台上的调压器，使其输出电压约为30V左右，调节电阻R，使感性负载支路电流I H30mA。,实验内容,2. 设计最佳补偿电容的大小 ：根据计算的电路参数，若将电路的功率因数提高为cos=1，设计出最佳补偿电容的大小。 （1）设电感L为日光等镇流器，画出提高功率因数的相量图； （2）根据所测的电感量， 设计最佳补偿电容的大小；,3. 感性负载电路功率因数的提高 在上述实验的基础上，将调压器输出电压调到30V左右，保持I H30mA不变，选择适当的电容大小（建议投

10、入的电容量分别为：0.47F-10F等），相应地测量U、I、IH、IC及P的数值，并计算出对应的cos、XC、C记入自行设计的表格内。 （1）自拟数据表格，用实验方法测出最佳补偿C 的大小； （2）与设计的最佳补偿C进行比较，并分析误差原因。,五、实验报告,1根据实验测量的数据，分别计算出电路中参数：测量 并计算完成表2-4-1中的数据测量和计算，自行设计最佳 补偿C。比较用二表法与三表测出的参数是否相等。 2根据实验步骤3中测得的、IH、IC值随c变化的情 况，自拟数据表格，按一定的比例绘出提高功率因数的 相量图。判断在电容值为多大时处于最佳补偿。 3实际得出的最佳补偿c与设计的最佳补偿c进

11、行较，并 分析误差原因。 4使用功率表时，应注意那些问题？,基尔荷夫定律、叠加定理的验证和线性有源一端口等效参数的测定,一、实验目的,1通过实验加深对基尔霍夫定律、叠加原理和戴维南定理的理解。 2学会用伏安法测电阻。 3正确使用万用表、磁电式仪表及直流稳压电源。,二、预习要求,1阅读本次实验各项内容及附录，熟悉实验电路图，了解各仪器仪表的使用方法。 2复习基尔霍夫定律、叠加原理和戴维南定理。分析电路时主义标明电流、电压的正方向。 3了解测试有源二端网络开路电压和等效电阻的方法。,三、实验原理：,1基尔霍夫定律 （1）电流定律（KCL）：在集中参数电路中，任何时刻，对任一节点，所有各支路电流的代

12、数和恒等于零，即i0。正常约定，流出节点的支路电流取正号，注入节点的支路电流取负号。 （2）电压定律（KVL）：在集中参数电路中，任何时刻，沿任一回路内所有支路或元件电压的代数和恒等于零，即u0。通常接口约定，凡支路电压或元件电压的参考方向与回路绕行方向一致者为正量，反之取负号。 2叠加原理 在多个独立电源共同作用的线性电路中，任一支路的电流（或电压）等于各个电源单独作用时在该支路所产生的电流（或电压）的代数和。,3戴维南定理 任一线性有源二端网络对外电路的作用均可用一个等效电压源来代替，其等效电动势E0等于二端网络的开路电压U0，等效内阻R0等于该网络除源（恒压源短路、恒流源开路）后的入端电

13、阻。 1.伏安法:将有源二端网络中 电源除去，在两端钮上外加一 已知电源E，如图所示，测得 电压U和电流I，则 R0,2.测开路电压和短路电流法。测量有源二端网络的开路电压U 0和短路电流Is， 则 R 0,3. 两次电压法。先测量有源二端网络的开路电压 U 0，再在两端钮间接入一个已知电阻RL，测电阻RL两 端的电压U L，则 R 0,四、实验内容,1.自行设定电路参数; 2.叠加原理的验证 3.戴维南定理的验证及应用,五、实验报告,1. 整理所测数据，分析测量结果。 2. 将戴维南定理中实测的R 0与理论计算值R 0进行比 较，分析电源内阻对误差的影响。 3. 回答思考题。,三相电路的研究

14、,一、实验目的,1. 熟悉三相负载的两种接法。 2. 验证三相电路对称负载作Y和联接时，电压和电流的线值和相值的关系。 3. 研究三相四线制中线的作用。 4. 掌握三相功率测量方法。,二、预习要求,1. 熟悉实验内容，设计负载三角形联接线路。 2. 了解三相负载星形联接和三角形联接的特点。 3. 了解三相功率的测量方法。,三、实验原理,1. 三相负载星形联接 三相负载接成星形且有中线时，不论负载是否对称，均有 = ，当负载对称时，中线电流 =0；负载不对时， 0。去掉中线，如果负载对称，则 =0，三相负载相电压保持对称；如果负载不对称，则 0，负载相电压亦不对称（阻抗大的负载电压增高，阻抗小的

15、负载电压降低）。,2. 三相负载三角形联接 三相负载接成三角形时，因为 = ，所以不论负载对称与否，各相负载电压总是对称的。不同的是，当负载对称时，相电流对称，线电流对称，且 = ；当负载不对称时，上述关系不再成立。,3. 三相交流电路的功率测量 三相电路的功率，是指各相负载功率的总和，当三相负载完全对称时，只需用一只瓦特表，测量任意一相的功率，然后三倍之，即为三相负载的总功率。不对称三相电路，各相负载的功率不等，可用一只瓦特表分别测量各相负载功率后相加，或用三只瓦特表同时测量三相负载的功率后相加。 对于三相三线制负载，不论对称或不对称，用两只瓦特表就可测量三相功率，这种测量方法，称为两瓦特表

16、法。,三、实验内容,1. Y形联接，负载对称（自拟实验线路）。 （1） 有中线，测量各线电压、各相负载的相电压、线电流（即相电流）和中线电流。 （2） 无中线，重复测量以上各量，观察中线对星形联接对称负载是否有影响。 2.Y形联接，负载不对称 （1）有中线，测量各线电压、各相负载的相电压、线电流及中线电流、记入表2-8-2中。 （2）无中线，重复测量以上各量，并测量电源中点及负载中点间的电压U00，观察各相灯的亮度（明确中线的作用）,1. 负载对称时，测量线电压、线电流、相电流、三相功率。 2. 负载不对称时，重复测量以上各量，观察电压是否有变化，灯的亮度是否相同。 3. 自拟二瓦计法测量线路

17、，并测出 、 。,负阻抗变换器及其应用,一、实验目的,1、获得负阻变换器的感性认识。 2、学习和了解负阻抗变换器的特性，会运用运算放大器构成负阻抗变换器。 3、会设计电路测定含有负电阻的电压源的伏安特性，能根据测试要求制定合理的实验方案，选用合适的仪器仪表，正确测量负电阻的阻值、伏安特性曲线。,二、预习要求,1看懂实验内容和实验原理线路，掌握实验方法； 2画出自拟实验电路和实际接线图，以及自拟的数据表格，写出预习报告。,三、实验原理,如图10-1 是负阻抗变换器的原理图。 设运算放大器是理想的，由于同相输入端“”和反相输入 端“”端之间为“虚短路”，输入阻抗为无限大，则有：,因此，整个电路从输

18、入端aa看入的入端阻抗：,利用负阻抗变换器组成一个具有负内阻的 电压源。其原理图如图10-3所示。,等效内阻为-R ，其等效电路如图10-4 。,四、实验内容,1测定负电阻的伏安特性实验线路 2自拟实验方案和实验电路测定含有负内阻电压的外特性曲线，数据表格自拟。 3观测负阻抗变换器的u、i相位关系自拟实验电路，用示波器观测并记录u、i的波形。,五、实验报告,1对实验内容15，整理实验数据和图表，并对所作内容，给出比较详细的分析说明； 2在用电压表测量负阻阻值和具有负内阻电压源的伏安特性时，在哪些因素会引起测量误差？试举例说明。 3、回答思考题。,串联谐振电路,一、实验目的,1、加深对串联谐振电

19、路特性的理解，研究电路参数对谐振频率的影响。 2、学习和掌握测定RLC串联谐振电路的谐振频率、通频带和品质因数以及频率特性曲线的方法。,二、预习要求,1、认真复习与本次实验内容有关的教材章节内容。 2、回答思考题1，2，自拟实验步骤和实验数据表格，写出预习报告。,三、实验原理,1、RLC串联电路（图61）的阻抗是电源角频率的 数，即,电路处于串联谐振状态，谐振角频率为,谐振频率为,2、电路处于谐振状态时的特性 3、电路发生谐振的判别方法：（1）用示波器观察激励电源的电压与回路的响应电流的波形，当两个波形同相位时，电路发生谐振。 （2）在激励电压（有效值）不变的情况下，回路中的电流,为最大值,4

20、、串联谐振电路的频率特性 （1）回路的响应电流与激励电源的角频率的关系称为电流的幅频特性（表明其关系的图形为串联谐振曲线） （2）激励电压和回路响应电流的相角差,四、实验任务,1、根据要求设计实验线路及参数。 2、自拟实验方案，测量这个电路的谐振频率、品质因数、通频带 、电流幅度特性曲线。,五、实验报告,1、根据实验数据，在坐标纸上绘出不同Q值下的串联谐振电路的通用频率特性曲线，分析电阻对谐振频率、品质因数、通频带 、电流幅度特性曲线的影响。 2、通过实验总结RLC串联谐振电路的主要特点。,二阶电路的响应,一、实验目的,1、研究RLC串联电路响应的模式及其元件参数的关系。 2、学习用示波器测量

21、衰减振荡角频率和衰减系数。,二、预习要求,1、复习二阶电路的响应的相关理论知识。 2、根据观察RLC串联电路的过阻尼、欠阻尼情况下的零输入，零状态响应的要求合理选择电路参数，并画出电路图。 3、自拟实验步骤和测试数据表格。,三、实验原理,1、凡是可用二阶微分方程来描述的电路称为二阶电路。 下图51所示的线性RLC串联电路是一个典型的二阶电路，它可用下述线性二阶常系数微分方程来描述。 2、对于欠阻尼情况，衰减振荡角频率和衰减系数可以从响应波形中测量出。,3、对于一个RLC串联电路也可以用两个一阶方程的联立即状态方程来求解。,四、实验任务,1、研究RLC串联电路的零输入零状态响应，电路如图53改变

22、R的阻值，观察过阻尼、欠阻尼情况下的零输入，零状态响应，画出波形。,2、按预习要求设计的电路连接线路，观察并描绘经过阻尼欠阻尼情况下的方波响应及相应的状态轨迹。并测量欠阻尼情况下的振荡角频率和衰减系数。,五、实验报告,在坐标纸上画出的过阻尼欠阻尼情况下的波形。,运算放大器和受控源,一、实验目的,1获得运算放大器和有源器件的感性知识。 2学习含有运算放大器电路的分析方法。 3测试受控源的特性，并通过测试受控源的特性加深对受控源特性的认识。,二、预习要求,1复习运算放大器及受控源的有关理论知识。 2根据实验电路参数，计算出实验任务1，2中的每个控制系数的理论值。,三、实验原理,运算放大器是一种有源三端元件，它有两个输入端，一 个输出端和一个对输入和输出信号的参考地端。“+”端称为 非倒相输入端，信号从非倒相输入端输入时，输出信号与 输入信号对参考地端来说极性相同。“-”端称为倒相输入 端，信号从倒相输入端输入时，输出信号与输入信号对参 考地端来说极性相反。,运算放大器的电路模型为一受控源，在它