湖北工程學(xué)院電路實(shí)驗(yàn)講義_2009-2

1、實(shí)驗(yàn)一常用實(shí)驗(yàn)儀器的使用【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹繉W(xué)習(xí)示波器和信號(hào)發(fā)生器的使用方法?！緝x器設(shè)備】示波器一臺(tái)，信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)，RXDI-1A電路原理實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)?！緦?shí)驗(yàn)原理】1.示波器是一種綜合性的電信號(hào)特性測(cè)試儀，用它可以直接顯示電信號(hào)的波形，測(cè)量其幅值、頻率以及同頻率兩信號(hào)的相位差等。電路實(shí)驗(yàn)中，這種基本電子測(cè)量?jī)x器會(huì)多次用到。通過本實(shí)驗(yàn)，要求能夠大致了解示波器的原理，熟悉示波器的面板開關(guān)和旋扭的作用，初步學(xué)會(huì)示波器的一般使用方法。2. 信號(hào)發(fā)生器是產(chǎn)生各種時(shí)變信號(hào)電源的設(shè)備總稱，常用的有正弦信號(hào)發(fā)生器、方波信號(hào)發(fā)生器、脈沖信號(hào)發(fā)生器等。輸出信號(hào)的頻率（周期）和輸出幅值一般可以通過開關(guān)和旋鈕加以調(diào)節(jié)。3.

2、示波器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，面板上的開關(guān)和旋鈕較多，信號(hào)發(fā)生器又是初次接觸，因此，為使實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行， 要在課前預(yù)習(xí) “示波器原理及基本測(cè)量方法簡(jiǎn)介 ”和 “信號(hào)發(fā)生器簡(jiǎn)介 ”（均附在本實(shí)驗(yàn)之后）的基礎(chǔ)上，仔細(xì)聽取教師針對(duì)具體儀器進(jìn)行的講解和演示，然后再動(dòng)手操作。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1. 熟悉示波器和信號(hào)發(fā)生器的各主要開關(guān)和旋鈕的作用。（ 1）接通電源并經(jīng)預(yù)熱以后，在示波器的熒光屏上調(diào)出一條水平掃描亮線來。分別旋動(dòng) 聚焦 、 輔助聚焦 、 亮度 、 標(biāo)尺亮度 、 垂直移位 、 水平移位 等旋鈕，體會(huì)這些旋鈕的作用和對(duì)水平掃描線的影響。（ 2）把信號(hào)發(fā)生器輸出調(diào)到零值并接至示波器的輸入端，然后合上信號(hào)發(fā)生器電源

3、開關(guān)，預(yù)熱再調(diào)節(jié)輸出電壓，在示波器的熒光屏上調(diào)出被測(cè)信號(hào)的波形來，分別轉(zhuǎn)動(dòng) V/cm 、t/cm 等旋扭，體會(huì)其作用。（ 3）分別改變信號(hào)的幅值和頻率，重復(fù)調(diào)節(jié)。2. 用示波器測(cè)量給定信號(hào)的幅值和頻率。把測(cè)出的頻率與信號(hào)發(fā)生器的標(biāo)稱頻率相比較，記下測(cè)量步驟和方法。3. 按圖 1-1接線，正弦信號(hào)發(fā)生器輸出一個(gè)給定信號(hào)，用示波器觀察電容器的端電壓uc 和流過電容器的電流ic 的波形。其中 R 為電流取樣電阻， uR 的波形即表示i c 的波形。然后用示波器測(cè)量 uc 和 i c 的相位差角。改變信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)頻率，重復(fù)測(cè)量。【注意事項(xiàng)】1. 在大致了解示波器和信號(hào)發(fā)生器的使用方法和各旋鈕、開

4、關(guān)的作用之后，再動(dòng)手操作。使用這些儀器時(shí)，各旋鈕和開關(guān)不要用力過猛。2. 用示波器觀察信號(hào)發(fā)生器的波形時(shí)， 兩臺(tái)儀器的公共地線要接在一起， 以免引進(jìn)干擾信號(hào)。3. 儀器的使用注意事項(xiàng)參見后附。正弦信號(hào)CX1 F示波器UR發(fā)生器YR100圖 1-1【實(shí)驗(yàn)報(bào)告】1. 記錄測(cè)得的波形，標(biāo)明被測(cè)信號(hào)的幅度和周期。2. 記錄 uc 和 uR 的波形和它們之間的相位差。3. 總結(jié)用示波器測(cè)量信號(hào)電壓和兩同頻率信號(hào)相位差的步驟和方法。4. 回答思考題 1。【思考題】1.用一臺(tái)工作正常的示波器測(cè)量正弦信號(hào)時(shí)，觀察到下列現(xiàn)象（圖1 2），試指出應(yīng)該首先旋動(dòng)那些旋鈕，才有可能得到清晰和穩(wěn)定的圖形。2. 在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

5、 2 中，如果 V/cm 開關(guān)指在 0.5 伏的位置，熒光屏上正弦波的波峰和波谷相距四個(gè)方格（一方格為一個(gè)邊長(zhǎng)為1 厘米的正方形） ，問信號(hào)幅值是多少？如果在水平線上每個(gè)周期的波形占四個(gè)方格，t/cm 開關(guān)（及微調(diào)旋鈕）指在0.5ms 的位置上，問信號(hào)的頻率是多少?a. 無任何圖形b. 一條水平線c. 一條垂直線d. 垂直豎線圖 1-2【附】示波器與信號(hào)發(fā)生器簡(jiǎn)介一、示波器概述示波器 (又稱陰極射線示波器)可以用來觀察和測(cè)量隨時(shí)間變化的電信號(hào)圖形,它是進(jìn)行電信號(hào)特性測(cè)試的常用電子儀器。由于示波器能夠直接顯示被測(cè)信號(hào)的波形，測(cè)量功能全面，加之具有靈敏度高、輸入阻抗大和過載能力強(qiáng)等一系列特點(diǎn)，所以

6、在近代科學(xué)領(lǐng)域中得到了極其廣泛的應(yīng)用。示波器的種類很多，電路實(shí)驗(yàn)中常用的有普通示波器、雙蹤示波器、長(zhǎng)余輝示波器等，它們的基本工作原理是相似的。二、示波器的結(jié)構(gòu)普通示波器主要由示波管、垂直（Y 軸）放大器、掃描（鋸齒波）信號(hào)發(fā)生器、水平（X 軸）放大器以及電源等部分組成，其結(jié)構(gòu)方框圖如圖1-3 所示。1.示波管是示波器的核心部件，它主要包括電子槍、偏轉(zhuǎn)板和熒光顯示幾個(gè)部分，如圖1-4所示。示波管的陰極被燈絲加熱時(shí)發(fā)射出大量電子，電子穿過控制柵后，被第一陽極和第二陽極加速和聚焦，即電子槍的作用是產(chǎn)生一束極細(xì)的高速電子射線。由于兩極平行的偏轉(zhuǎn)板上加有隨時(shí)間變化的電壓，高速電子射線經(jīng)過偏轉(zhuǎn)板時(shí)就會(huì)在電

7、場(chǎng)力的作用下發(fā)生偏移，偏移距離與偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓成正比。最后電子射線高速撞在涂有熒光劑的屏面上，發(fā)出可見的光點(diǎn)（圖形）。2. 垂直放大器把被測(cè)信號(hào)電壓放大到足夠的幅度，然后加在示波器的垂直偏轉(zhuǎn)板上。這部分還帶有衰減器以調(diào)節(jié)垂直幅度，確保顯現(xiàn)圖形的垂直幅度適當(dāng)或進(jìn)行定量測(cè)量，這部分稱為Y 通道。3.掃描信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)與時(shí)間成線性增加的周期性鋸齒波電壓（又稱掃描電壓），經(jīng)過水平放大器放大以后，再加到示波管水平偏轉(zhuǎn)板上，水平放大器還帶有衰減器。這部分稱為X 通道掃描時(shí)基部分。4.電源部分向示波管和其它元件提供所需的各組高低壓電源，以保證示波器各部分的正常工作。三、示波器面板上各旋鈕或開關(guān)的作用

8、示波器種類不同，總體上可把旋鈕開關(guān)分為主機(jī)、y 通道、掃描部分和x 通道四部分?，F(xiàn)以TD4632 雙蹤示波器為例。1. 主機(jī)部分（ 1） 電源/ 亮度 開關(guān)：接通電源（拉出）時(shí)，指示燈亮。調(diào)節(jié)該旋鈕可以控制熒光屏上顯示波形的亮度。（ 2） 聚焦 旋鈕：調(diào)節(jié)熒光屏上亮點(diǎn)的大小即圖形的清晰度。（ 3） 輔助聚焦 旋鈕：作用與聚焦旋鈕相同，通常二者配合調(diào)節(jié)。（ 4） 標(biāo)尺亮度 旋鈕：調(diào)節(jié)熒光屏坐標(biāo)照明的亮度。Y 軸輸入顯像管Y 軸放大器同步輸入內(nèi)同步外同步鋸齒波掃描X 軸發(fā)生器水平放大器X 軸輸入圖 1-32. Y 通道（ 1） Y 軸位移 旋鈕：控制熒光屏上圖形的垂直方向位置。（ 2） 靈敏度V/

9、cm 開關(guān)：可步級(jí)調(diào)節(jié)Y 軸幅度，以便定量計(jì)算幅值。（ 3）AC DC 開關(guān)：選擇Y 軸放大器的交流或直流工作狀態(tài)。3.掃描部分（ 1） 掃描范圍 開關(guān)：步級(jí)調(diào)節(jié)（粗調(diào)）掃描頻率，即t/cm 開關(guān)，以便定量計(jì)算周期。（ 2） 掃描微調(diào) 旋鈕：微調(diào)各掃描檔的掃描頻率。（ 3） 觸發(fā)選擇 開關(guān)：鋸齒波發(fā)生器觸發(fā)信號(hào)的來源可選自Y 軸內(nèi)部、 X 外接輸入信號(hào)。（ 4） 觸發(fā)及選擇 開關(guān)：觸發(fā)點(diǎn)選擇在信號(hào)的上升斜率段或下降斜率段，即“ ”“ ”極性。（ 5） 觸發(fā)電平 旋鈕：和觸發(fā)極性選擇開關(guān)一起決定了屏幕上圖形的起始點(diǎn)。四、示波器的基本測(cè)量方法1.幅度 電壓、電流的測(cè)定方法（ 1）讀取電壓幅值時(shí)，只

10、需將被測(cè)信號(hào)所占坐標(biāo)的格數(shù)（cm）乘以 V/cm 開關(guān)所指的刻度再乘以探頭的衰減倍數(shù)即可。例如，熒光屏上波形如圖15 所示，正弦電壓峰-峰值占有5 個(gè)格子，V/cm 開關(guān)指向0.5V ，探頭衰減倍數(shù)為10，則：U P P5.0cm0.5V / cm1025V顯示部分電子槍偏轉(zhuǎn)部分燈 陽控第第垂水熒絲 極 制一二直平光柵陽陽偏偏屏極極轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)板板圖 1-4H=5.0cm圖 1-5（ 2）測(cè)量電流一般用電阻取樣法將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后，再進(jìn)行測(cè)量。 如圖1-6 所示，若要測(cè)量 Z 支路電流，先串接一個(gè)取樣電阻R。iZR UR 圖 1-6U RU RRi,iR通常取 R<<Z。2. 頻率

11、（周期）的測(cè)量方法用示波器測(cè)量頻率（周期）的方法基本上可分為兩大類，一類是利用掃描工作方式，另一類是用示波器的X Y 工作方式。（ 1）用示波器的掃描工作方式測(cè)量信號(hào)的頻率（周期） ，實(shí)質(zhì)上是確定鋸齒波的周期（時(shí)間）坐標(biāo)后（稱為定時(shí)標(biāo)） ，再與被測(cè)信號(hào)的周期進(jìn)行比較測(cè)量。將被測(cè)信號(hào) X 軸的一個(gè)周期所占的格子數(shù)（ cm）乘以 t / c m 開關(guān)所指示的刻度即可測(cè)出周期。仍以圖 15 為例，正弦信號(hào)一個(gè)周期在水平方向占8.2 個(gè)格子， t / c m 開關(guān)指向5ms，則T8.2cm5ms/ cm41ms所以正弦信號(hào)的周期為41ms，即頻率為24.4Hz。（ 2）利用示波器的 X 工作方式。此時(shí)

12、，鋸齒波信號(hào)被切斷，軸輸入已知頻率的信號(hào)，經(jīng)放大后加水平偏轉(zhuǎn)板，軸輸入待測(cè)頻率的信號(hào)，經(jīng)放大后加至垂直偏轉(zhuǎn)板，熒光屏上顯現(xiàn)的是 ux 和 uy 的合成圖形， 即李沙育圖形。 從李沙育圖形的形狀可以判定被測(cè)信號(hào)uy 的頻率， 當(dāng)李沙育圖形穩(wěn)定后，設(shè)熒光屏水平方向與圖形的切線交點(diǎn)為Nx，垂直方向與圖形的切線交點(diǎn)為Ny，則已知頻率fx 與待測(cè)頻率fy 有如下關(guān)系：f yN x，f yN xf xf xN yN y圖 1-7 表示了幾種常見的李沙育圖形及對(duì)應(yīng)的頻率比。頻率比1 ： 21 ： 33 ： 1f Y ： fX李沙育圖形圖 1-73. 同頻率兩信號(hào)相位差角的測(cè)量方法采用雙蹤示波器，Y 1 、Y

13、 2 兩通道輸入待測(cè)相位差的同頻率兩信號(hào)，若測(cè)得信號(hào)周期所占格數(shù)為 A ，信號(hào)的相位差所占的格數(shù)為B （如圖 1-8 所示），則相位差角：= B ×360O A4. 示波器水平工作方式（又稱X Y 工作方式），除了可用來顯示李沙育圖形外，還可以用來顯示元件的特性曲線以及狀態(tài)軌跡等。U/IAOtB圖 1-8五、使用注意事項(xiàng)1. 示波器接通電源后需預(yù)熱數(shù)分鐘后再開始使用。2. 使用過程中應(yīng)避免頻繁開關(guān)電源，以免損壞示波器。3. 熒光屏上所顯示的亮點(diǎn)或波形的亮度要適當(dāng)，光點(diǎn)不要長(zhǎng)時(shí)間停留在一點(diǎn)上。4. 示波器的地端應(yīng)與被測(cè)信號(hào)的地端接在一起。5.示波器的X 軸輸入與Y 軸輸入的地端是連通的

14、，若同時(shí)使用X 、Y 兩路輸入時(shí)，注意共地。六、信號(hào)發(fā)生器簡(jiǎn)介1. 信號(hào)發(fā)生器是產(chǎn)生各種波形的信號(hào)電源。按信號(hào)波形分類，有正弦信號(hào)發(fā)生器、方波信號(hào)發(fā)生器、脈沖信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（多信號(hào)發(fā)生器）等。信號(hào)發(fā)生器的核心部分是振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)放大后作為電壓或功率輸出。通常輸出電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)（細(xì)調(diào)） ，有電壓衰減開關(guān)（粗調(diào)），輸出頻率也可通過粗調(diào)開關(guān)和細(xì)調(diào)旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)于有功率輸出的信號(hào)發(fā)生器，為了獲得最大功率輸出，應(yīng)使信號(hào)源的輸出阻抗與負(fù)載阻抗匹配，當(dāng)作電壓源使用而不需阻抗匹配時(shí)，電源輸出阻抗應(yīng)小于負(fù)載阻抗。2. 信號(hào)發(fā)生器的使用方法( 1) 先將輸出幅值調(diào)到零位，接通電源，預(yù)熱幾分鐘方可進(jìn)

15、行工作。( 2) 使用時(shí)將電源頻率調(diào)到所需的數(shù)值，對(duì)于多信號(hào)發(fā)生器，還要將轉(zhuǎn)換開關(guān)調(diào)到選定的波形位置，在確定負(fù)載與信號(hào)發(fā)生器連接無誤后，再將輸出電壓從零調(diào)到所需數(shù)值。( 3) 信號(hào)發(fā)生器的輸出功率不能超過額定值，也不能將輸出電壓短路，以免損壞儀器。實(shí)驗(yàn)二元件特性的伏安測(cè)量法【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 認(rèn)識(shí)常用電路元件。2. 掌握實(shí)驗(yàn)裝置 RXDI-1A 上的儀器、儀表的使用方法。3. 學(xué)習(xí)用電壓表、電流表測(cè)定線性電阻和非線性電阻元件的伏安特性?！緝x器設(shè)備】RXDI-1A電路原理實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)，萬用表一塊?！緦?shí)驗(yàn)原理】在電路中，電路元件的特性一般用該元件上電壓U 和通過元件的電流I 之間的函數(shù)關(guān)系U(I )來

16、表示，這種函數(shù)關(guān)系稱為該元件的伏安特性。元件的伏安特性可以用電壓表、電流表測(cè)定，稱為伏安測(cè)量法。伏安法原理簡(jiǎn)單，測(cè)量方便，但由于儀表內(nèi)阻會(huì)影響測(cè)量的結(jié)果，因此必須注意儀表的合理接法（參見本實(shí)驗(yàn)思考題1）。1.線性電阻器的伏安特性曲線是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，圖2-1 中 a 曲線所示，該直線的斜率等于該電阻器的電阻值。2.一般的半導(dǎo)體二極管是一個(gè)非線性電阻元件，其特性如圖 2-1 中 b 曲線。正向壓降很小 （一般的鍺管約為0.2 0.3V ，硅管約為0.5 0.7V ），正向電流隨正向壓降的升高而急驟上升，而反向電壓從零一直增加到十幾伏至幾十伏時(shí)，其反向電流增加很小，粗略地可視為零?？梢?，二

17、極管具有單向?qū)щ娦?，如果反向電壓加得過高，超過管子的極限值，則會(huì)導(dǎo)致管子擊穿損壞。3.穩(wěn)壓二極管是一種特殊的半導(dǎo)體二極管，其正向特圖2-1性與普通二極管類似，但其反向特性特別，如圖 2-1中c 曲線。在反向電壓開始增加時(shí)，其反向電流幾乎為零，但當(dāng)反向電壓增加到某一數(shù)值時(shí)（稱為管子的穩(wěn)壓值，有各種不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管）電流將突然增加，以后它的端電壓將維持恒定，不再隨外加的反向電壓升高而增大?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1. 測(cè)定線性電阻器的伏安特性按圖 2-2 接線，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓U，從 0V 開始緩慢地增加到12V ，記下相應(yīng)的電壓表和電流表的讀數(shù)。2. 測(cè)定半導(dǎo)體二極管的伏安特性按圖 2-3 接線

18、， R 為限流電阻，測(cè)二極管D 的正向特性時(shí)，其正向電流不得超過0.5mA ，正向壓降可在00.75V之間取值。特別0.5 0.75 之間更應(yīng)多取幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)。作反向特性實(shí)驗(yàn)時(shí)，只需將圖 2-3 中的二極管 D 反接，且其反向電壓可加至24V 。表 2-1數(shù)據(jù)記錄表測(cè)量次數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1234567線性電阻U( I)0.02.04.06.08.010.012.0I( mA )二極管U( I)0.000.200.400.500.550.650.75（正向）I( mA )二極管U(I)0.0-5.0-10.0-15.0-20.0-22.0-24.0（反向）I( mA )穩(wěn)壓管U( I)0.000

19、.200.400.500.550.650.75（正向）I( mA )穩(wěn)壓管U( I)0.0-5.0-10.0-15.0-20.0-22.0-24.0（反向I( mA )3. 測(cè)定穩(wěn)壓二極管的伏安特性只要將圖2-3 中的二極管換成穩(wěn)壓管2CW55 ，重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 2的測(cè)量。圖 2-2圖 2-3【注意事項(xiàng)】測(cè)二極管正向特性時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出應(yīng)由小至大逐漸增加，應(yīng)時(shí)刻注意電流表讀數(shù)。【實(shí)驗(yàn)報(bào)告】1.根據(jù)各實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，分別在方格紙上繪制出光滑的伏安特性曲線。（其中二極管和穩(wěn)壓管的正、反向特性均要求畫在同一張圖中，正、反向電壓可取不同的比例尺）。2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)、歸納被測(cè)各元件的特性。3. 誤差

20、分析。4. 實(shí)驗(yàn)總結(jié)。回答思考題 1，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)測(cè)量二極管正向特性的實(shí)例，討論電壓表采用哪一種方式可使測(cè)量誤差較小?！舅伎碱}】1. 用伏安表法測(cè)量電阻元件的伏安特性曲線時(shí)，由于電流表內(nèi)阻不為零，電壓表的讀數(shù)包括了電流表兩端的電壓（如圖 2-4，電壓表外接時(shí)） ，給測(cè)量結(jié)果帶來了誤差。為了使被測(cè)元件的伏安特性更準(zhǔn)確， 設(shè)已知電流表的內(nèi)阻為 55，如何用作圖的方法對(duì)測(cè)得的伏安特性曲線進(jìn)行校正？若將實(shí)驗(yàn)電路換為電壓表內(nèi)接，如圖 2-5 所示，電流表的讀數(shù)包括了流經(jīng)電壓表支路的電流，設(shè)電壓表的內(nèi)阻為5K ，對(duì)測(cè)得的伏安特性又如何進(jìn)行校正？2. 在內(nèi)容 1 中，設(shè)線性電阻為 100 ， 2W ，問允許穩(wěn)

21、壓電源輸出的最大電壓是多少？應(yīng)選用多大量程的毫安表？RS穩(wěn)mA穩(wěn)mA壓壓電VR電Vr源源圖 2-4圖 2-5實(shí)驗(yàn)三元件特性的示波器測(cè)量法【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 學(xué)習(xí)用示波器測(cè)量元件的特性曲線。2. 加深對(duì)元件特性的認(rèn)識(shí)?！緝x器設(shè)備】雙蹤示波器一臺(tái)，正弦波信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)，RXDI-1A實(shí)驗(yàn)箱一套?！緦?shí)驗(yàn)原理】1. 用示波器顯示出兩個(gè)互相關(guān)聯(lián)的電信號(hào)的平面坐標(biāo)圖形，如測(cè)量元件的特性曲線等。關(guān)于示波器的原理和使用方法詳見實(shí)驗(yàn)一。2. 對(duì)于電阻元件的伏安特性曲線，除了可以用實(shí)驗(yàn)二中的伏安測(cè)定法外，也可以用示波器法直接在熒光屏上測(cè)量出來，其原理見圖3-1所示。圖中US（ t）是信號(hào)發(fā)生器提供的輸出電壓，R 是

22、被測(cè)電阻元件，r 為電流取樣電阻。示波器置于 X Y 工作方式，將電阻元件兩端的電壓UR（ t）接入示波器Y 軸輸入端，取樣電阻r 兩端的電壓 Ur（ t） 正比于 iR（ t） 接入 X軸輸入端，適當(dāng)調(diào)節(jié)Y 軸和 X 軸的幅值，熒光屏上就能顯示出電阻 R 的伏安特性曲線。接Y軸輸入信號(hào)US(t)RUR(t)發(fā)生器 Ur(t)接X軸輸入r圖 3-13. 使用示波器測(cè)量電感元件的特性曲線(t )f i (t) 和 電 容 元 件 的 特 性 曲 線q(t) f u(t) 時(shí)，需要使用積分器。圖3 2 中的電路是一個(gè)簡(jiǎn)單的積分器。當(dāng)輸入端加入一個(gè)交變電壓信號(hào)時(shí)，只要這個(gè)電壓信號(hào)的周期遠(yuǎn)小于R0C0

23、 的乘積，則電容上的電壓就遠(yuǎn)小于電阻上的電壓。因此回路電流近似為：iuiR0電容器兩端的電壓11ttuc (t )uo (t )C 0i (t )dtR0C0ui (t )dt00可見，輸出電壓信號(hào)為輸入電壓信號(hào)對(duì)時(shí)間的積分。iR0uiC0uo圖 3-24. 電感元件的特性可以用下列關(guān)系式來表示：L (t )1tf i L (t ) f uL (t )dt L0其中， i L (t) 為流過電感器的電流，L (t) 為由此而產(chǎn)生的磁通鏈，uL (t ) 為電感器的端電壓。顯然，用積分器將uL (t ) 積分以后就可以得出L (t ) 。測(cè)量電感元件(t ) f i (t) 特性曲線的原理接線圖

24、示于圖3-3 中， L 為待測(cè)電感元件。示波器置于 X Y 工作方式，將積分器輸出的L (t) 接入 Y 軸輸入端， ur (t ) 接入 X 軸輸入端，適當(dāng)調(diào)節(jié) Y 軸和 X軸靈敏度 V/cm ，就可以在熒光屏上觀察到電感元件(t )f i (t) 特性曲線。電容元件的特性曲線可以用下列關(guān)系式來表征：q(t )f uC (t)R0信號(hào)LuL (t)C0發(fā)生器uSr ur (t ) 圖 3-3當(dāng) q(0) 0時(shí)有q(t )1tf i C (t) dt C 0其中， uC (t ) 為電容器的端電壓，q(t ) 為電容器上積累的電荷，接 Y 軸輸入端L (t)接 X 軸輸入端i L (t)iC

25、(t ) 為流過電容器的電流。同樣地，采用圖3-4所示的原理接線圖，用積分器將ur (t ) 積分后 ur (t) 正比于 iC (t ) 接入示波器的 X 軸輸入端，將 uC (t ) 接入 Y 軸輸入端，就可以測(cè)出電容元件的q(t )f u(t) 特性曲線。接 Y 軸輸入端uC (t )信號(hào)C發(fā)生器uSuC (t) ur(t) rR0積分器C0接 X 軸輸入端q( t)圖 3-4【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟】1. 測(cè)量線性電阻器的伏安特性曲線（ 1）選取 r ，使得 r1 R 。10（ 2）按圖 3-1 接線，信號(hào)源先不要加上。（ 3）調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，使其輸出為250Hz/5V 的正弦信號(hào)。（ 4）示

26、波器置于X Y 工作方式，調(diào)節(jié)Y 軸和 X 軸位移，使熒光屏上亮點(diǎn)處在正中間位置。將 U （ t）和 U （ t）分別接入Y 軸和 X 軸輸入， 加上信號(hào)源， 適當(dāng)調(diào)節(jié)Y 軸和 X 軸靈敏度 V / c m ，Rr觀察和描繪出線性電阻R 的特性曲線。2.測(cè)量電感元件的(t )f i(t ) 特性曲線（ 1）選取 r 和電感元件L，使得 r1 2 fL ，其中 f 為信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)頻率。10（ 2）按圖 3-3 接線，信號(hào)源先不要加上。（ 3）調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，使其輸出為250Hz/5V 的正弦信號(hào)。（ 4）觀察和描繪出(t )f i(t ) 曲線。3. 測(cè)量電容元件的q(t)f u(t) 特

27、性曲線（ 1）選取 r 和電容元件 C， 使得 r11，11 R0C0 。102 fCf10（ 2）其它步驟類似內(nèi)容2 的（ 2）、（ 3），觀察和描繪q(t ) f u(t) 曲線?！咀⒁馐马?xiàng)】實(shí)驗(yàn)前必須預(yù)習(xí)示波器的使用說明。注意公共地端的接法。【實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求】由內(nèi)容 1、2、 3 繪出的三條特性曲線，分別求出 R、 L、C，并與實(shí)驗(yàn)給定值比較，分析誤差產(chǎn)生的原因?！舅伎碱} 】若給定電感值為0.1H ，電容值在0.1 10f 范圍內(nèi)，選取一組r、 R0、C0、f 參數(shù)。實(shí)驗(yàn)四疊加定理和互易定理的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 驗(yàn)證疊加定理和互易定理。2. 加深對(duì)疊加定理和互易定理的內(nèi)容和適用范圍的

28、理解?！緝x器設(shè)備】RXDI-1A電路原理實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)，萬用表一塊，非線性元件?！緦?shí)驗(yàn)原理】1. 由疊加定理：在任一線性網(wǎng)絡(luò)中，多個(gè)激勵(lì)源同時(shí)作用時(shí)的總響應(yīng)等于每個(gè)激勵(lì)源單獨(dú)作用時(shí)引起的響應(yīng)之和。所謂某一激勵(lì)單獨(dú)作用，就是除了該激勵(lì)之外，其余的激勵(lì)均置零。對(duì)于實(shí)際電源(如電池 )，其電源的內(nèi)阻或內(nèi)電導(dǎo)必須保留在電路中。線性電路的齊次性是指當(dāng)激勵(lì)信號(hào)（某獨(dú)立源的值）增加或減小K 倍時(shí)，電路的響應(yīng)（即在電路其它各電阻元件上所建立的電流和電壓值）也將增加或減小K 倍。如果一個(gè)函數(shù)f (x) 是 n 的線性函數(shù)，它必須滿足：(1)可加性：f (n1n2 )f (n1 ) f (n2 )(2)均勻性：f (

29、 an)af ( n)(a 為常數(shù) )2. 互易定理可用圖 4-1 表示1212U Si 2i1US1/2/1/2/(a)(b)圖 4-1當(dāng)一個(gè)電源Us 作用于線性網(wǎng)絡(luò) 1 1/端時(shí)，在22/ 端上引起的短路電流i2 圖 4-1（ a） 等于同一電壓源Us 作用于 2 2/端時(shí)在 1 1/端引起的短路電流i1 圖 4-1（ b） ，i 21即：= i疊加定理和互易定理不適用于非線性網(wǎng)絡(luò)?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟】1. 疊加定理的驗(yàn)證。（ 1）按圖 4-2 電路接線，取U1=12V ， U2 為可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，調(diào)至U2=+6V 。圖 4-2（ 2）令 U1 單獨(dú)作用時(shí)（使 BC 短接），且直流數(shù)字電壓

30、表和毫安表測(cè)量各支路電流及各電阻元件兩端電壓，將數(shù)據(jù)記入表格中。（ 3）令 U2 單獨(dú)作用時(shí)（使 FE 短接），重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟 2 的測(cè)量，并記錄。（ 4）令 U1 和 U2 共同作用時(shí)，重復(fù)上述的測(cè)量和記錄。（ 5）將 U2=+12V ，重復(fù)上述第 3 項(xiàng)的測(cè)量并記錄。（ 6）將 330電阻換成一只二極管 IN4007 重復(fù) 15 的測(cè)量過程，將數(shù)據(jù)記入表4-1 中。表 4-1被測(cè)量 I 1( mA ) I 2( mA ) I 3( mA ) U1( V ) U 2( V) U FA ( V) UAB ( V ) UAD ( V ) UCD ( V ) 計(jì)算值測(cè)量值相 對(duì)誤 差2.互易定理的驗(yàn)

31、證( 自擬表格 )實(shí)驗(yàn)電路圖如圖4-3、圖 4-4。按圖 4-3 接線讀出毫安表讀數(shù)，然后將電源移到cd 端將 ab 端短路，毫安表移到ae 支路，如圖 4-4，讀出毫安表讀數(shù)，將數(shù)記錄下來，驗(yàn)證互易定理。注意 : 實(shí)驗(yàn)過程中9V 電壓必須保持不變。圖 4-3圖 4-3【注意事項(xiàng)】1. 對(duì)網(wǎng)絡(luò)所加的電壓和電流不得超過額定值。2. 測(cè)量和記錄時(shí)，應(yīng)注意電壓和電流的實(shí)際方向?！緦?shí)驗(yàn)報(bào)告要求】1. 由測(cè)得的數(shù)據(jù)驗(yàn)證兩定理 , 對(duì)結(jié)果進(jìn)行誤差分析，然后給予必要的說明和討論。2. 回答思考與問答中的 1 和 3?！舅伎寂c問答】1.為什么功率不滿足疊加定理?獨(dú)立源單獨(dú)作用時(shí)的各功率與共同作用時(shí)的總功率有什

32、么關(guān)系 ?2. 對(duì)互易定理的第三種形式給予證明。3. 互易定理對(duì)含有線性受控源的網(wǎng)絡(luò)是否適用? 為什么 ?實(shí)驗(yàn)五戴維南定理【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 驗(yàn)證戴維南定理的正確性。2. 掌握測(cè)量有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的一般方法?！緝x器設(shè)備】RXDI-1A電路原理實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)，萬用表一塊。【實(shí)驗(yàn)原理】1. 任何一個(gè)線性含源網(wǎng)絡(luò)，如果僅研究其中一條支路的電壓和電流，則可將電路的其余部分看作是一個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)（或稱為含源二端口網(wǎng)絡(luò)）。戴維南定理指出：任何一個(gè)線性有源網(wǎng)絡(luò)，總可以用一個(gè)等效電壓源和等效內(nèi)阻的串聯(lián)來代替，此電壓源的電動(dòng)勢(shì) ES 等于這個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓 U0C ，其等效內(nèi)阻 R0 等于該網(wǎng)絡(luò)中所有獨(dú)立

33、源均置零（理想電壓源視為短路，理想電流視為開路）時(shí)的等效電阻。U 0C 和 R0 稱為有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效參數(shù)。2. 有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測(cè)量方法（ 1）開路電壓、短路電流法在有源二端網(wǎng)絡(luò)輸出端開路時(shí)， 用電壓表直接測(cè)其輸出端的開路電壓U0C，然后將其輸出端短路，用電流表測(cè)其短路電流ISC，則內(nèi)阻為 R0=U OC/I SC（ 2）伏安法用電壓表、電流表測(cè)出有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性如圖5-1 所示。根據(jù)外特性曲線求出斜率tg ，則內(nèi)阻 RO =tg = U/ I=U OC/I SC圖 5-1圖 5-2用伏安法，主要是測(cè)量開路電壓及電流為額定值I N 時(shí)的輸出端電壓值U N，則內(nèi)阻為RO=U OC-

34、UN/IN若二端網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)阻值很低短路電流很大時(shí)，則不宜測(cè)短路電流。（ 3）半電壓法如圖 5-2 所示， 當(dāng)負(fù)載電壓為被測(cè)網(wǎng)絡(luò)開路電壓一半時(shí)，負(fù)載電阻 （負(fù)載電阻由萬用表測(cè)量），即為被測(cè)有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻值。（ 4）零示法在測(cè)量具有高內(nèi)阻有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓時(shí)，用電壓表進(jìn)行直接測(cè)量會(huì)造成較大的誤差，為了消除電壓表內(nèi)阻的影響，往往采用零示測(cè)量法，如圖5-3 所示。零示法測(cè)量原理是用一低內(nèi)阻的穩(wěn)壓電源與被測(cè)有源二端網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較，當(dāng)穩(wěn)壓電源的輸出電壓與有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓相等時(shí)，電壓表的讀數(shù)為“0，”然后將電路斷開，測(cè)量此時(shí)穩(wěn)壓電源的輸出電壓，即為被測(cè)有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓。圖 5-3圖 5-

35、4【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】被測(cè)有源二端網(wǎng)絡(luò)如圖5-4 所示。1. 用開路電壓、短路電流法測(cè)定戴維南等效電路的U OC 和 RO 。2. 按圖 5-4 電路接入穩(wěn)壓電源 ES 和恒流源 I S 及可變電阻 RL ，測(cè)定 UOC 和 RO。圖 5-5表 5-1U 0C ( V )ISC ( mA)RO ( ? )2. 負(fù)載實(shí)驗(yàn)按圖 5-4 改變 RL 阻值，測(cè)量有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性。表 5-2RL(?)0U( V)I( mA )3. 驗(yàn)證戴維南定理用一只 10K 的電位器， 將其阻值調(diào)整到等于按1 所得的等效電阻壓電源（調(diào)到“1” 時(shí)所測(cè)得的開路電壓UOC 之值）相串聯(lián)，如圖R0 之值，然后令其與直流穩(wěn)5-5

36、 所示，仿照步驟“2”測(cè)其外特性，對(duì)戴維南定理進(jìn)行驗(yàn)證。表5-3RL(? )0U( V)I( mA )4. 測(cè)定有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻（又稱入端電阻）的其它方法，將被測(cè)有源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有獨(dú)立源置零（將電流源斷開，短路電壓源），然后用伏安法或者直接用萬用電表的歐姆檔去測(cè)定負(fù)載RL 開路后輸出端兩點(diǎn)間的電阻，即為被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻RO 或稱網(wǎng)絡(luò)的入端電阻 R1。5. 用半電壓法和零示法測(cè)量被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻R0 及其開路電壓 U OC，電路及數(shù)據(jù)表格自擬?！咀⒁馐马?xiàng)】1. 注意測(cè)量時(shí)及時(shí)更換電流表量程的。2. 步驟“ 4”中，電源置零時(shí)不可將穩(wěn)壓源短接。3. 用萬用表直接測(cè) R0 時(shí)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的獨(dú)立源必

37、須先置零，以免損壞萬用表。4. 改接線路時(shí)，需關(guān)掉電源?！緦?shí)驗(yàn)報(bào)告】1. 根據(jù)步驟 2 和 3，分別繪出曲線，驗(yàn)證戴維南定理的正確性，并分析產(chǎn)生誤差的原因。2. 根據(jù)步驟 1、4、5，用各種方法測(cè)得的 UOC、RO 和預(yù)先的電路計(jì)算的結(jié)果作比較，你能得出什么結(jié)論？3. 總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果?！舅伎碱}】說明測(cè)量有源二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)阻R0 的三種方法，并比較其優(yōu)缺點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)六作為受控源的運(yùn)算放大器的研究【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 了解用運(yùn)算放大器組成四種類型受控源的線路原理。2. 測(cè)試受控源轉(zhuǎn)移特性及負(fù)載特性。3. 學(xué)習(xí)含有運(yùn)算放大器電路的分析方法。【儀器設(shè)備】RXDI-1A電路原理實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)，萬用表一塊【實(shí)驗(yàn)原理】1.

38、運(yùn)算放大器及其理想化條件運(yùn)算器是一種有源三端元件，其電路符號(hào)如圖6-1a 所示。它有兩個(gè)輸入端(倒向端“ ”和非倒向端“+” )， 一個(gè)輸出端和一個(gè)對(duì)輸入和輸出信號(hào)的參考地線端，此外，還有相對(duì)地線端的電源正端和負(fù)端(圖中一般不畫出)，其工作特性正是在接有此正負(fù)電源(即工作電源)的情況下才具有的。當(dāng)兩個(gè)輸入端分別輸入信號(hào)u和 u+ 時(shí)，其輸出端的電壓為：+u0 = A 0 ( u u )其中 A 0 是運(yùn)算放大器的開環(huán)增益。在理想情況下，可認(rèn)為 A 0=，輸入電阻 Ri n =，輸出電阻 R0 =0 。由此性質(zhì)，可以得出理想運(yùn)放的兩條規(guī)則：( 1) “虛斷 (路 )”規(guī)則 :倒向端和非倒向端的輸

39、入電流均為零，即i = 0, i+= 0 。( 2) “虛短 ( 路 ) ”規(guī)則：相對(duì)參考地線端，倒向端的輸入電壓與非倒向端的輸入電壓相等，即 u = u+ 。運(yùn)放的理想電路模型為一受控源，如圖6-1b 所示。圖 6-1含有運(yùn)放的電路是一種有源網(wǎng)絡(luò)。如果在運(yùn)放的外部接有不同的電路元件，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的模擬運(yùn)算和變換，其應(yīng)用極其廣泛。本實(shí)驗(yàn)主要研究由它組成的幾種基本受控源電路。2. 由理想運(yùn)放組成的受控源電路以下列出了由理想運(yùn)放組成的四種受控源電路及其對(duì)應(yīng)的電路模型。每個(gè)受控源的控制系數(shù)可由理想運(yùn)放的兩條規(guī)則求出。( 1) 電壓控制電壓源( VCVS )如圖 6-2( a) 、 ( b) 所示，其

40、控制系數(shù)稱為該電路的電壓放大系數(shù)，由下式給出：u21R 2u1R1圖 6-2該電路是一個(gè)同相比例放大器，其輸入端和輸出端有公共接地點(diǎn)，這種聯(lián)接方式稱為共地聯(lián)接。( 2) 電壓控制電流源( VCCS )如圖 6-3( a) 、 ( b) 所示， ( 將圖 6-2( a) 中的 R1 看作一只負(fù)載電阻 RL 即為圖 6-3( a) 中的電路 ) ，其控制系數(shù) gm 稱為該電路的轉(zhuǎn)移電導(dǎo)，它由下式給出：g m i / u1 = 1/ R由此可見， i = u 1 / R 與負(fù)載 RL 無關(guān)。該電路中，輸入端和輸出端無公共接地點(diǎn)，這種聯(lián)接方式稱為浮地聯(lián)接。圖 6-3( 3) 電流控制電壓源( CCVS

41、 )如圖 6-4( a) 、 ( b) 所示。控制系數(shù)rm 稱為該電路的轉(zhuǎn)移電阻，由下式給出：rm = U 2 / i1 = -R電路的聯(lián)接方式為共地聯(lián)接。圖 6-4( 4) 電流控制電流源( CCCS)如圖 6-5( a) 、 ( b) 所示?？刂葡禂?shù) 稱為該電路的電流放大系數(shù)，由下式給出：i 2R 2i 11R 3由此可知 , i s (1R 2 )i1 ；而與負(fù)載 RL 無關(guān)。電路的聯(lián)接方式為浮地聯(lián)接。R 3圖 6-5【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1. 測(cè)量受控源 CCVS 的轉(zhuǎn)移特性 IL =f （ U1）及負(fù)載特性 I L=f （U 2）。實(shí)驗(yàn)線路如圖 6-6， IS 為可調(diào)直流恒流源， RL 為可調(diào)

42、電阻。圖 6-6圖 6-7（ 1）固定 RL =2K，調(diào)節(jié)直流恒流源輸出電流IS，使其在0-0.8mA 范圍內(nèi)取值，測(cè)量IS 及相應(yīng)的 U2 值，繪制 U 2=f （ IS）曲線，并由其線性部分求出轉(zhuǎn)移電阻rm。表 6-1實(shí)驗(yàn)測(cè)量值IS(mA)U 2(V)實(shí)驗(yàn)計(jì)算值rm(K ? )理論計(jì)算值rm(K ? )（ 2）保護(hù) U1=2V 令 RL 從 0 增至 5K ，測(cè)量相應(yīng)的I L 及 U2，繪制 IL =f （ U 2）曲線。表 6-2RL(K ? )U2 (V)I L (mA)2. 測(cè)量受控源 VCCS 的轉(zhuǎn)移特性 U 2=f （ I S）及負(fù)載特性 U 2=f （ IL ）實(shí)驗(yàn)線路如圖 6-7。（ 1）固定 RL =2K ，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源輸出電壓U 1，使其中 0-5V范圍內(nèi)取值。測(cè)量U1 及相應(yīng)的 I L，繪制 IL =f （U 1）曲線，并由其線性部分求出轉(zhuǎn)移電導(dǎo)gm。表 6-3實(shí)驗(yàn)測(cè)量值U 1(V)IL (mA)實(shí)驗(yàn)計(jì)算值gm(S)理論計(jì)算值gm(S)（ 2）保持 I S=0.3mA ，令 RL