東南大學(xué)電路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、電路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告第二次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：弱電實(shí)驗(yàn)院系：信息科學(xué)與工程學(xué)院 專業(yè)：信息工程:學(xué)號： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間：年 月日實(shí)驗(yàn)一：PocketLab的使用、電子元器件特性測試和基爾霍 夫定理一、仿真實(shí)驗(yàn)1 .電容伏安特性實(shí)驗(yàn)電路：,一 ,一 ,- rXSC箝,' 一圖1-1電容伏安特性實(shí)驗(yàn)電路波形圖:圖1-2電容電壓電流波形圖思考題: 請根據(jù)測試波形，讀取電容上電壓，電流擺幅，驗(yàn)證電容的伏安特性表達(dá)式。解：UC 164coswt 164coswtmV, C'U R 1000 cos wt 1000sin wt mV , T 500us ；2, URc .2ICIR 0.213sin wt

2、mA, w 4000C R RT一 due.而 C 0.206sin wt mA dtdue Ic CC且誤差較小，即可驗(yàn)證電容的伏安特性表達(dá)式。 dt2 .電感伏安特性實(shí)驗(yàn)電路:圖1-3電感伏安特性實(shí)驗(yàn)電路波形圖:圖1-4電感電壓電流波形圖思考題:1 .比較圖1-2和1-4,理解電感、電容上電壓電流之間的相位關(guān)系。對于電感而言，電壓相位_超前 超前or滯后電流相位；對于電容而言，電壓相位滯后 超前or滯后電流相位。2 .請根據(jù)測試波形，讀取電感上電壓、電流擺幅，驗(yàn)證電感的伏安特性表達(dá)式。解：U L 2.8coswt mV , U R 1000cos wt 1000sin wt mV , T

3、500us ；2IL IR U-R- 0.213sin wt mA , w 2 4000 ； RT而 LdL 2.7cos wt mV dtdiLUl L工且誤差較小，即可驗(yàn)證電感的伏安特性表達(dá)式。 dt二、硬件實(shí)驗(yàn)1 .恒壓源特性驗(yàn)證表1-1不同電阻負(fù)載時(shí)電壓源輸出電壓電阻k1101001000電源電壓V2 .電容的伏安特性測量示波器波形CH2: Max:lW9mV Min>1014mV Vpp:2024mV圖1-5電容電壓電流波形圖3 .電感的伏安特性測量示波器波形CH2： Max：lCX>9mV Min;-1014mV Vpp：3024mV4.基爾霍夫定律驗(yàn)證表1-2基爾霍夫

4、驗(yàn)證電路待測值I1I2I3Vb計(jì)算值測量值相對誤差(10 3)思考題：1 .根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選定節(jié)點(diǎn)，驗(yàn)證KCL的正確性。對于 B 點(diǎn)，I1 I2 0.364 0.975 1.339(A)I3 I1 12近似滿足，驗(yàn)證的 KCL的正確性。2 .驗(yàn)證KVL表1-3驗(yàn)證KVL節(jié)點(diǎn)98計(jì)算值測量值相對誤差00對于節(jié)點(diǎn)5、9、8、0構(gòu)成的回路:U59 4.99 2.32 2.67(V) , U982.32 0.77 1.55(V) , U80 0.77 0 0.77(V)U50 4.99 0 4.99(V)U50U59U 98 U80即驗(yàn)證了 KVL的正確性。實(shí)驗(yàn)二：電路定律的驗(yàn)證和受控源仿真預(yù)習(xí)題:1

5、.根據(jù)實(shí)驗(yàn)一中電阻的伏安特性測量方法，請自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法，繪制二極管的伏安特性曲 線，了解其工作性能。圖2-1二極管伏安特性曲線2.請運(yùn)用戴維寧定理，計(jì)算圖2-14電路的Rload, Req和Veq,填入表2-3。3.補(bǔ)充采用 PocketLab的math功能，直接獲得二極管的伏安特性曲線。圖2-2二極管伏安特性曲線硬件實(shí)驗(yàn)一：疊加定理驗(yàn)證表2-1驗(yàn)證疊加定理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測量項(xiàng)目Ii mA12 mAI3 mAVb VVi單獨(dú)作用V2單獨(dú)作用Vi、V2共同作用表2-2驗(yàn)證疊加定理二極管實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測量項(xiàng)目Ii mA12 mAI3 mAVb VVi單獨(dú)作用V2單獨(dú)作用0Vi、V2共同作用思考題:1 .根據(jù)

6、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證線性電路的疊加性。純電阻電路為線性電路。由表 2-1,可以看出，每縱列的數(shù)據(jù)，第一行的數(shù)加上第二行的數(shù)等于第三行的數(shù)，即 Vi、V2共同作用白效果和 Vi, V2單獨(dú)作用效果的疊加結(jié)果一樣， 即驗(yàn)證了線性電路的疊加性。2 .通過實(shí)驗(yàn)步驟5及分析表格中數(shù)據(jù)你能得出什么結(jié)論？將R5換成二極管后，得到表2-2實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析表2-2數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)不再有表2-1數(shù)據(jù)的規(guī)律, 即不滿足疊加性，因此判斷，二極管不是線性元件，此電路不是線性電路。硬件實(shí)驗(yàn)二：戴維寧定理驗(yàn)證表2-3測試等效電路的Veq和ISCIsc(mA)Veq(V)ReqRload計(jì)算值5/6kik測量值表2-4驗(yàn)證戴維寧定理lR2(

7、mA)Veq(V)表2-7 VCCS的負(fù)載特性數(shù)據(jù)原始電路等效電路思考題:請自行選定除開路電壓、短路電流法之外的一種測有源二端網(wǎng)絡(luò)開路電壓及等效內(nèi)阻的方法，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程對上面的電路測定，給出實(shí)驗(yàn)方法和測試結(jié)果。答：用電壓源代替內(nèi)阻 R2,改變電壓源電壓大小，測多組端口電壓和電流的數(shù)據(jù)，做出伏 安特性曲線圖。則I 0時(shí)的電壓值即為開路電壓，直線斜率的倒數(shù)即為等效內(nèi)阻。硬件實(shí)驗(yàn)三：采用運(yùn)放測試電壓控制電流源VCCS特性i2 f U1表2-6 VCCS的轉(zhuǎn)移特性數(shù)據(jù)am/2o 1150S QoVCC轉(zhuǎn)移特性曲線一系歹U15 2 52 S J o o.51Ui/V0I2 / mA0圖2-3 VCCS轉(zhuǎn)

8、移特性曲線轉(zhuǎn)移參量="10k Ui2.測試VCCS的負(fù)載特性i2f RlRl /k472010321I2 / mA1040一系列12 5 15 0 1-0 0.o OAm/2vcvSi載特性曲線502030RL/千歐圖2-4 VCCS負(fù)載特性曲線實(shí)驗(yàn)三：一階電路的時(shí)域分析一、仿真實(shí)驗(yàn)1 .電容特性實(shí)驗(yàn)任務(wù)1文呼制視交拄轅天就位光際商號說胴二耳矩:QI示波器門 |示裝者瞋3c 1|僦寸析H疏船行|設(shè)計(jì)1 睡態(tài)分析(T2.0OCOn-.11t»MlI.i10mJSn回 S323nVf涵.V(l)圖3-1電容電阻電壓波形圖解釋:電阻的電壓電流關(guān)系為：u iR ,所以電阻的電壓波形

9、仍為方波;1 t電容的電壓電流關(guān)系為：uC t uC t0 一 i t dt ,所以C to1000t ,0 t 10msuC tV10,t 10ms實(shí)驗(yàn)任務(wù)2 電容中的能量WC t 12ms ：1 一 21625Wc t 12ms CU - 1 10105 10 J22電流源提供的能量 Wi 012ms :WI 012ms IU30.014I UC UR 1 10 31000t 5dt 1 10 4J0請解釋wc和wi之間為什么會(huì)存在差異:答：W包含了 Wc和Wr兩部分，電阻以熱量形式消耗電流源的能量，而電容儲(chǔ)存能量，即Wi Wc Wr。實(shí)驗(yàn)任務(wù)3圖3-2電容電阻電壓波形圖2波形變化：電容電

10、壓變化率變?yōu)樵瓉淼亩种唬?0ms時(shí)到達(dá)的穩(wěn)定值也是原來的一半。解釋：兩個(gè)相同的電容并聯(lián)， 等效阻抗變?yōu)樵瓉韮杀叮?則電壓變化率和電壓的值均變?yōu)樵瓉? .電感特性實(shí)驗(yàn)任務(wù)1圖3-3電感中電流波形圖解釋:電感的電流電壓關(guān)系為:iL t iL t01 t,一uL t dt ,所以L t0 L10t,0 t 15ms iL tA0.1,t 15ms電感中的能量 Wct=15ms:121 _3_32_4WL t 15ms LI 100 10100 105 10 J22電壓源提供的能量 Wv015ms：W 015ms0.0141 10tdt 5 10 4J實(shí)驗(yàn)任務(wù)2匡示以視SB文件 箱 板更 曲拄國

11、光游 光而 符號說明 工言 函即自如qX喀電|曲回陽卬口，八I纏色蟠陛國徽（J A 網(wǎng)小骷|錮鐲I 躺盜冊斤瞞號折睛容分析水豉袤雙11瞬高圻祈符杰若仍 麻分析看充分析瞬礎(chǔ)析日就先析|n設(shè)計(jì)3瞬態(tài)分析25OU,200H-尸5mItJm15nlXlm泅m30m符號戈朗圖3-4電感中電流波形圖2注：圖中流過兩電感的電流相等，因此兩曲線重合，其和為干路電流。波形變化：電感電流變化率變?yōu)樵瓉淼膬杀叮?5ms時(shí)到達(dá)的穩(wěn)定值也是原來的兩倍。解釋：兩個(gè)相同的電感并聯(lián)， 等效阻抗變?yōu)樵瓉硪话?，則電流變化率和電流的值均變?yōu)樵瓉韮杀?。?shí)驗(yàn)任務(wù)3文件編看初展曲演因光逆先后行號說明 用助信 > -i也叵叵百仁P*

12、人因"瓦畫勾踐如a 叵福 石國潞嘉分析I酶奇祈|膻碎燈|嚼布分析I陶5分析1瞬態(tài)分析瞬擊皆折|睛態(tài)分析I B5強(qiáng)分析H解商析 痛著力所設(shè)計(jì)2瞬態(tài)分析290l(XkTi 1一<)<5&二>/ff7M.D0ti后逢tlH : V21Rm 次?tm25m30m圖3-5電感電流及節(jié)點(diǎn)2電壓波形計(jì)算得到的電感電流的響應(yīng):I 0 I 0 0AI 0.1AI 0 t 0.01s0.1 1 e100tIt 0.01s 0.1 1 e1I 0.1A11 100tI t 0.01s 0.1 1 e e100t0.1 1 e ,0 t 0.01 A11 100t0.11 e e

13、,t 0.01二、硬件實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)任務(wù)1 示波器截圖100Hz:示波器波形CH2: MflK：-3mV Min:-2mV Vpp:OmV圖3-6電容上電壓100Hz實(shí)驗(yàn)任務(wù)2示波器截圖1kHz：示波器波形CH2: Maxi-2mV Min：-2mV VppJmV圖3-7電容上電壓1kHz示波器截圖5kHz:示波器波形CH2： Max:-2rriV Min:-29mV Vpp：2§mV圖3-8電容上電壓5kHz思考：在輸入方波頻率一定的時(shí)候，輸出響應(yīng)的幅度與電路時(shí)間常數(shù)的關(guān)系如何？假設(shè)要作為積分器使用，如下圖電路的RC時(shí)間常數(shù)需要滿足什么條件？答：時(shí)間常數(shù)越大，輸出響應(yīng)的幅度越小， 電容充

14、電來不及完成就開始放電；時(shí)間常數(shù)越小，輸出響應(yīng)的幅度越大，但不超過峰峰值。假設(shè)要作為積分器使用，需： 1.保證電壓變化周期與時(shí)間常數(shù)的適當(dāng)比例，105較為合適，使得電容上的電壓有較 大變化；2.電路的RC時(shí)間常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)大于5ms即方波的半個(gè) 周期長度。2.硬件實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)任務(wù)1示波器波形CH2: Max:2mmV Min:-2gmV Vpp:53mV圖3-9電阻上電壓波形圖100nF功能：微分器解釋：在一個(gè)周期中，經(jīng)過一個(gè)高電平后，電路進(jìn)入零輸入響應(yīng)狀態(tài)，此時(shí)，由電容放電。 電阻上電壓變化情況與電路中電流變化情況相同，即電路中電流以指數(shù)形式衰減。實(shí)驗(yàn)任務(wù)2 示波器截圖C1=10nF:示波器波形圖3

15、-10電阻上電壓波形圖10nF功能：微分器，將方波信號轉(zhuǎn)變?yōu)榧饷}沖信號。思考：在輸入方波頻率和邊沿時(shí)間一定的時(shí)候，假設(shè)輸出響應(yīng)只需要提取輸入信號的邊沿信息，則輸出幅度與電路 RC時(shí)間常數(shù)的關(guān)系如何？答：電路RC常數(shù)越大，輸出幅度越大。實(shí)驗(yàn)任務(wù)3示波器波形CH2: Max:23mV Min«-29rriV Vpp:53mV圖3-11電阻上電壓波形圖10uF功能：輸出的波形與輸入的相同，即耦合。實(shí)驗(yàn)四：RLC電路的頻率響應(yīng)一、仿真實(shí)驗(yàn)1 .RLC串聯(lián)電路實(shí)驗(yàn)任務(wù)1圖4-1阻抗幅頻特性和相頻特性截圖實(shí)驗(yàn)任務(wù)2圖4-2網(wǎng)絡(luò)函數(shù)幅頻特性和相頻特性截圖圖中兩光標(biāo)間距即為3dB帶寬。思考：R的值對網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的3dB帶寬有什么影響?答：R增大，品質(zhì)因數(shù) Q減小，網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的3dB帶寬增大。2 .RLC并聯(lián)電路實(shí)驗(yàn)任務(wù)圖中游標(biāo)間距即為3dB帶寬。旭空巴則圖4-4阻抗相頻特性截圖思考：R的值對輸出電壓的3dB帶寬有什么影響？答：R增大，品質(zhì)因數(shù) Q增大，網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的3dB帶寬減小。二、硬件實(shí)驗(yàn)1.RLC低通濾波器實(shí)驗(yàn)任務(wù)1 示波器截圖1 f 100Hz：圖4-5輸入輸出波形100Hz示波器截圖2輸出幅度下降到輸入幅值的倍圖4-6輸入輸出波形輸出幅度下降到輸入幅值的倍實(shí)驗(yàn)任務(wù)2圖4-7幅頻特性和相頻特性曲線2.RLC帶通濾波器實(shí)