線性與非線性元件伏安特性的測(cè)定

一．試驗(yàn)?zāi)康?/p>

線性與非線性元件伏安特性的測(cè)定學(xué)習(xí)直讀式儀表和直流穩(wěn)壓電源等儀器的使用方法把握線性電阻元件、非線性電阻元件的伏安特性的測(cè)試技能加深對(duì)線性電阻元件、非線性電阻元件伏安特性的理解．驗(yàn)證歐姆定律二．試驗(yàn)原理大小等于電流的大小與電阻的乘積。電壓降和電流及電阻的這一關(guān)系稱為歐姆定律。U=IR上式的前提條件是電壓U和電流I向相反．則歐姆定律的形式應(yīng)為U＝-IR“無(wú)記憶”元件。當(dāng)電阻元件R的值不隨電壓或電流大小的變化而轉(zhuǎn)變時(shí)，則電阻R兩端的電壓與流過(guò)的電阻元件被叫做非線性電阻元件。電阻元件的特性除了用電壓和電流的方程式表示外的直線，該直線的斜率即為電阻值，它是一個(gè)常數(shù)。如圖1-1所示。導(dǎo)體二極管的電路符號(hào)用 表示．其伏安特性如圖導(dǎo)體二極管的電路符號(hào)用 表示．其伏安特性如圖1-2所示。由此可見半導(dǎo)體二極管的伏安特性為非對(duì)稱曲線。圖1-1線性電阻的伏安特性 圖l-2半導(dǎo)體二極管伏安特性1-l1-2可以覺察，線性電阻的伏安特性對(duì)稱于坐標(biāo)原點(diǎn)。這種性質(zhì)稱為雙二極管的電阻隨著其端電壓的大小和極性的不同而不同利用單向?qū)щ娦钥梢园褱贤娮儞Q成為直流電。三．試驗(yàn)內(nèi)容和步驟1．測(cè)定線性電阻的伏安特性本試驗(yàn)在九孔試驗(yàn)方板上進(jìn)展。分立元件R=200Ω和R=2023Ω電阻作為被測(cè)元件．井按圖1-3接好線路。經(jīng)檢查無(wú)誤后．翻開直流穩(wěn)壓電源開關(guān)。依次調(diào)整直流穩(wěn)壓電源的輸出1-1l中所列數(shù)值。并將相對(duì)應(yīng)的電流值記錄在表1-l中。1-3測(cè)量電阻的伏安特性電路圖表1-1測(cè)定線性電阻的伏安特性U(V)U(V)I(mA)I(mA)0246810R=200ΩR=2023Ω2 測(cè)量半導(dǎo)體二極管正向特性1-4(a)測(cè)量半導(dǎo)體二極管正向伏安特性電路圖按圖1-4(a)接好線路。經(jīng)檢查無(wú)誤后，開啟穩(wěn)壓電源．輸山電壓調(diào)至2v。調(diào)整電位器R1-21-2中，為了便于作圖，在曲線彎曲局部可適當(dāng)多取幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)。表1-2測(cè)定二極管的正向伏安特性U(V)U(V)I(mA)00.10.20.30.40.50.550.60.650.70.75反向特性1-4(b)測(cè)量半導(dǎo)體二極管反向伏安特性電路圖按圖1-4(b)接好線路。經(jīng)檢查無(wú)誤后，開啟穩(wěn)壓電源．輸山電壓調(diào)至20v。調(diào)整可變電1-3中所列數(shù)值，井將相對(duì)應(yīng)的電流表讀數(shù)記入表1-3中。表1-3測(cè)定二極管的反向伏安特性U(V)U(V)I(mA)051015203．測(cè)定小燈泡燈絲的伏安特性1-5測(cè)最小燈泡燈絲伏安特性電路圖本試驗(yàn)承受低壓小燈泡做為測(cè)試對(duì)象。接圖1-5接好線路．經(jīng)檢查無(wú)誤后．翻開直流穩(wěn)壓電源開關(guān)。依次調(diào)整電源輸山電壓為2—4所列數(shù)值。井將相對(duì)應(yīng)的電流值記錄在表1－4中。表1-4測(cè)定小燈泡燈絲的伏安特性U(V)U(V)I(mA)00．40．81．21．6234 5 6 8四．試驗(yàn)設(shè)備名稱數(shù)量型號(hào)10－30V板1MC10462 電阻310Ω×1，200Ω×1，2kΩ×13 電位器11kΩ×14 二極管15 燈座和燈泡16 標(biāo)準(zhǔn)型導(dǎo)線假設(shè)干7 標(biāo)準(zhǔn)型短接橋假設(shè)干8 九孔試驗(yàn)方板1塊200mm×300mm9 交直流電壓電流表2塊MC1102，MC1108五．分析與爭(zhēng)論按報(bào)告單上所列項(xiàng)日認(rèn)真填寫試驗(yàn)報(bào)告。依據(jù)試驗(yàn)中所得數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上繪制兩個(gè)線性電阻、半導(dǎo)體二極管、小燈泡燈絲的伏安特性曲線。分析試驗(yàn)結(jié)果，并得出相應(yīng)結(jié)論。答復(fù)以下思考題：試說(shuō)明圖1-4(a)、(b)中電壓表和電流表接法的區(qū)分，為什么?通過(guò)比較線性電阻與燈絲的伏安特性曲線分析這兩種元什性質(zhì)的異同。什么叫雙向元件?白熾燈燈絲是雙向元件嗎?—試驗(yàn)?zāi)康?/p>

2．基爾霍夫定律的驗(yàn)證通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證基爾霍夫電流定律和電壓定律，穩(wěn)固所學(xué)理論學(xué)問加深對(duì)參考方向概念的理解二試驗(yàn)原理基爾霍夫定律是電路理論中最根本也是最重要的定律之一(KCL)和基爾霍夫回路電壓定律(KVL)?；鶢柣舴蚬?jié)點(diǎn)電流定律：電路中任意時(shí)刻流進(jìn)(或流出)任一節(jié)點(diǎn)的電流的代數(shù)和等于零。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：∑I=0。此定律闡述了電路任一節(jié)點(diǎn)上各支路電流間的約束關(guān)系質(zhì)無(wú)關(guān)，不管元什是線性的或是非線性的，含源的或是無(wú)源的，時(shí)變的或時(shí)不變的?；鶢柣舴蚧芈冯妷憾?；電路中任意時(shí)刻．沿任一閉合回路，電壓的代數(shù)和為零。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為∑U=0。此定說(shuō)明白任一閉合回路中各電壓間的約束關(guān)系。這種關(guān)系僅與電路的構(gòu)造有關(guān)．而變的或時(shí)不變的。參考方向：KCL和KVI表達(dá)式中的電流和電壓都是代數(shù)量。它們除具有大小之外，還有其方向，考．稱為參考方向。當(dāng)電路中的電流(或電壓)的實(shí)際方向與參考方向一樣時(shí)取正值，其實(shí)際方向與參考方向相反時(shí)取負(fù)值。(反之亦可)。流方向與參考方向一樣；當(dāng)電流為負(fù)值，表示電流方向與參考方向相反。時(shí)，假設(shè)電壓為正值，表示電壓方向與參考方向一樣；當(dāng)電壓為負(fù)值，表示電壓方向與參考方向相反。三試驗(yàn)內(nèi)容和步驟1．驗(yàn)證基爾霍夫電流定律(KCL)。本試驗(yàn)在九孔試驗(yàn)方板上進(jìn)展．按圖2-1接好線路，圖中x1、x2、x3，X4、x5、x6為節(jié)點(diǎn)B的三條支路電流測(cè)量接口(三條支路自己定義)。在試驗(yàn)過(guò)程中．先將此六個(gè)節(jié)點(diǎn)用短短接橋即可測(cè)量此處的電流。驗(yàn)證KCL定律時(shí)，可假定流入該節(jié)點(diǎn)的電流為正(反之也可)，并將表筆負(fù)極接在節(jié)點(diǎn)接口上，表筆正極接到支路接口上。將測(cè)量的結(jié)果填入表2-l中。2-1試驗(yàn)電路圖2-1驗(yàn)證基爾霍夫電流定律計(jì)算值計(jì)算值測(cè)量值確定誤差I(lǐng)1(mA)I2(mA)I3(mA)∑I(mA)2 驗(yàn)證基爾霍夫回路電壓定律(KVL)。 -試驗(yàn)電路與圖2-11為ABEFA2BCDEBABEFA同路中各支路電壓UABUBEUEF和UFBCDEB回路中各支路電壓UBUCUDUE2-2測(cè)量時(shí)可選順時(shí)針方向?yàn)槔@行方向，并留意被測(cè)電壓的極性。表2-2驗(yàn)證基爾霍夫電壓定律 單位：vUAB UBE UEF UFA UAB UBE UEF UFA 回路∑U UBC UCD UDE UEB 回路∑U計(jì)算值測(cè)量值誤差誤差四．試驗(yàn)設(shè)備名稱數(shù)量型號(hào)1 0~30V扳1MCl04624-15V200mA扳1MC10343 電阻5430Ω×1，620Ω×1，680Ω×14 交直流電壓電流表j 標(biāo)準(zhǔn)型導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)型短接橋九孔試驗(yàn)方扳1假設(shè)干假設(shè)干1塊MC1108MC1102200mm×300mm五．分析與爭(zhēng)論2-12-2中的測(cè)量結(jié)果驗(yàn)證基爾霍夫兩個(gè)定律。利用電路中所給數(shù)據(jù)，計(jì)算各支路電壓和電流，并計(jì)算刪量值與計(jì)算值之問的誤差，分析誤差產(chǎn)生的緣由。答復(fù)以下問題3mA20mA,200mA2A用電流表的哪檔量程進(jìn)展測(cè)量？為什么？轉(zhuǎn)變電流或電壓的參考方向，對(duì)驗(yàn)證基爾霍犬定律有影響嗎?為什么?—試驗(yàn)?zāi)康?/p>

3．戴維南定理和諾頓定理試驗(yàn)l 通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證戴維南定理和諾頓定理．加深對(duì)等效電路概念的理解2 學(xué)習(xí)用補(bǔ)償法測(cè)量開路電壓。二試驗(yàn)原理對(duì)任何—個(gè)線性含源—端口網(wǎng)絡(luò)(如圖3-1(a))，依據(jù)戴維南定理，可以用圖3-1(b)所示電路代替；依據(jù)諾頓定理，可以用圖3-1(c)所示電路代替。其等效條件是：UOC是含源一端口網(wǎng)絡(luò)C、D兩端的開路電壓；ISC是含源一端口網(wǎng)絡(luò)C、D兩端短路后的短路電流；電阻R是把含源一端口網(wǎng)絡(luò)化成無(wú)源網(wǎng)絡(luò)后的入端電阻。含源一端口網(wǎng)絡(luò)(b)用戴維南定理等效替代(c)用諾頓定理等效替代3-l等效電源定理(或流入)引出端鈕的電流也必需相等(伏安特性一樣)。含源一端口網(wǎng)絡(luò)開路電壓的測(cè)量方法。(1)直接測(cè)量法：Ri與電壓表內(nèi)阻Rv相比可以無(wú)視不計(jì)時(shí)，可以直接用電壓表測(cè)量其開路電壓Uoc。補(bǔ)償法Ri與電壓表內(nèi)阻Rv相比不行無(wú)視時(shí)，用電壓表直接測(cè)量開以排解電壓表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量所造成的影響。3-2是用補(bǔ)償法測(cè)量電壓的電路，測(cè)量步驟如下：丁初測(cè)的開路電壓，將CD與C’對(duì)應(yīng)相接．再細(xì)調(diào)補(bǔ)償電路中分壓器的輸出電壓．使檢流計(jì)G的指示為零。由于G中無(wú)電流通過(guò)，這時(shí)電壓表指示的電壓等于被測(cè)電壓．并且補(bǔ)償電路的接入沒有影響被刪電路的工作狀態(tài)。3-2補(bǔ)償法測(cè)一端口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓一端口網(wǎng)絡(luò)入端等效電阻Ri的試驗(yàn)求法：入端等效電阻Ri，可依據(jù)一端口網(wǎng)絡(luò)除源(電壓源短路、電流源開路，保存內(nèi)阻)后的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)通過(guò)計(jì)算求得．也可通過(guò)試驗(yàn)的方法求出。測(cè)量含源一端口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓Uoc和短路電流Isc，則UR OCi ISC將含源一端口網(wǎng)絡(luò)除源，化為無(wú)源網(wǎng)絡(luò)P3—3UsI，則UR Si I3-3測(cè)量一端口無(wú)源網(wǎng)絡(luò)輸入端電阻三．試驗(yàn)內(nèi)容和步驟3—4U1=25VC、D兩端左側(cè)為一端口含源網(wǎng)絡(luò)。圖3—4 試驗(yàn)電路1調(diào)整一端口網(wǎng)絡(luò)外接電阻RL3lRL的電流(X5和X6電流接口處電流表讀數(shù))和CD3—1RL=0時(shí)的電流稱為短路電流。3l測(cè)量含源一端口網(wǎng)絡(luò)的外部伏安特性RL(RL(Ω)I(mA)U(V)05101k1.5k2k2.5k開路驗(yàn)證戴維南定理分別用直接測(cè)量法和補(bǔ)償法測(cè)量C、D端口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC；用補(bǔ)償法(或直接測(cè)量法)所測(cè)得的開路電壓UOC和步驟1中測(cè)得的短路電流(RL=0)ISC，計(jì)算C、D端入端等效電阻UIR R OCCD iISC3l(b)壓，使之等于UOC，Ri用電阻箱代替，在C、D端接入負(fù)載電阻RL3-5所示。3l中一樣的電阻值，測(cè)取電流和電壓，填入表3—2。3—5戴維南定理的驗(yàn)證3l3-2中的數(shù)據(jù)進(jìn)展比較，驗(yàn)證戴維南定理。RL(Ω)I(mA)U(V)0510RL(Ω)I(mA)U(V)05101k1.5k2k2.5k開路驗(yàn)證諾頓定理3-6諾頓定理的驗(yàn)證3-6Isc需要用可調(diào)電流源與Ri并聯(lián)，接上負(fù)載電RL3-13-3313-3中的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證諾頓定理。3-3驗(yàn)證諾頓定理RL(RL(Ω)I(mA)U(V)05101k1.5k2k2.5k開路四．試驗(yàn)設(shè)備名稱數(shù)量型號(hào)l 0~30V板1MCl0462 ±15V200mA恒流源1MCl0343 電阻54 電位器1820Ω×1 1kΩ×15.1kΩ×交直流電壓電流表標(biāo)準(zhǔn)型導(dǎo)線7．標(biāo)準(zhǔn)型短接橋8 九孔試驗(yàn)方板1假設(shè)干假設(shè)干1塊MC1102MC1108200mm×300mm五．分析與爭(zhēng)論，說(shuō)明如何驗(yàn)證戴維南定理和諾頓定理。同答問題3-2，假設(shè)在補(bǔ)償法測(cè)量開路電壓時(shí)，將C’和D相接，D’與C相接，能否到達(dá)測(cè)量電壓UOC的目的?為什么?4．電壓源與電流源的等效變換一．試驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)試驗(yàn)加深對(duì)電流源及其外特性的生疏把握電流源和電壓源進(jìn)展等效變換的條件二．試驗(yàn)原理抱負(fù)電流源和實(shí)際電流源(實(shí)際電流源通常簡(jiǎn)稱電流源)，抱負(fù)電流源可以向外電路供給一個(gè)恒值電流，不管外電路電阻的大小如何。抱負(fù)電流源具有兩個(gè)根本性質(zhì)：第一，它的電流是恒值的．而與其端電壓的大小無(wú)關(guān)；其次，抱負(fù)電流源的端電壓井不能由它本身打算，而是由與之相聯(lián)接的外電路確定的。抱負(fù)電流源的伏安特性曲線如圖4l所示-4-1抱負(fù)電流源及其伏安特性高，電流下降得越多；相反，端電壓越低，通過(guò)外電路的電流越大．當(dāng)端電壓為零時(shí)，流過(guò)外電路的電流最大，為Is。實(shí)際電流源可以用一個(gè)抱負(fù)電流源Is種一個(gè)內(nèi)阻Rs相并聯(lián)的電路模型表示。實(shí)際電流源的電路模型及伏安特性如圖4—2所示·4．2實(shí)際電流源及其伏安特性某些器件的伏安特性具有近似抱負(fù)電流源的性質(zhì)本試驗(yàn)中的電流源是用晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)的。晶體三極管在共基極聯(lián)接時(shí)．集電極電流Ic和集電極與基極間的電壓UCB4-3Ic=f(UCB)關(guān)系曲線的平坦局部具有恒流特性，當(dāng)UCB在肯定范圍變化時(shí)，集電極電流Ic近乎恒定值，可以近似地將其視為抱負(fù)電流源。4_3三極管伏安特性電源的等效變換：流源。原理證明如下：設(shè)有一個(gè)電壓源和一個(gè)電流源分別與一樣阻值的外電阻R相接，如4—4所示。對(duì)于電壓源來(lái)說(shuō)．電阻R兩端的電壓U和流過(guò)R的電流I間的關(guān)系表示為：UUS或

IRSSIU USRS4-4實(shí)際電源的兩種等效電路對(duì)于電流源電路來(lái)說(shuō)，電阻R兩端的電壓U和流過(guò)它的電流I間的關(guān)系可表示為：或UIR”S S

IR”S

IIS

UR”S假設(shè)兩種電源的參數(shù)滿足以下關(guān)系：URI S (4-1)RSSR R”S S

(4-2)則電壓源電路的二個(gè)表達(dá)式可以寫成：UUS

IRSIR”S S或

IR”SSIU USRSUI S R”S(4-1)式和(4-2)式的條件下，兩種電源對(duì)外電路電阻R是完全等效的。假設(shè)將兩種電源相互替換，對(duì)外電路將不發(fā)生任何影響。(4-1)式和(4-2)Us和RsU的電壓源變換為一個(gè)參數(shù)為I S源轉(zhuǎn)換成一個(gè)等效的電壓源。三．試驗(yàn)內(nèi)容和步驟

RSRs的等效電流源；反之．也可以簡(jiǎn)潔地把一個(gè)電流S測(cè)試抱負(fù)電流源的伏安特性。此試驗(yàn)在九孔方板上進(jìn)展。按圖4-5(a)接好電路，其等效電路如圖4-5(b)所示。試驗(yàn)電路 (b)等效電路4-5測(cè)量電源伏安特性的試驗(yàn)電路及等效電路圖中EeEc由雙路直流穩(wěn)壓電源供給．調(diào)整電位器Re．使Ic=8mA。按表4l中的數(shù)值從小到人依次調(diào)整電阻RL的值，記錄電流相對(duì)應(yīng)的讀數(shù)．填入表4—1中。4—1測(cè)試抱負(fù)電流源的伏安特性RL(RL(Ω)Ic(mA)U(V)02004006008001k測(cè)試實(shí)際電流源的伏安特性。4—5(a)RS4—5(a)所示，其等效電路如圖4—5(b)所示，其中RS=lkΩ。RL(Ω)02004006008001k調(diào)整Re使Ic=8mRL使其分別為表4—2RL(Ω)02004006008001kIc(mA)Ic(mA)U(V)電流源與電壓源的等效變換。4—6(a)所示電流源可以變換成一個(gè)電壓源，其參數(shù)為Us=Ic×Rs=8mA×1kΩ=8V4—64Us由直流穩(wěn)壓電源供給(要用試驗(yàn)用電壓表測(cè)量)，RL用電阻箱，Rs1kΩ固定電阻。RL4—3中數(shù)值，記錄對(duì)應(yīng)的電流值IL4—34—24—3中的數(shù)據(jù)．驗(yàn)證明際電流源(4—6)與實(shí)際電壓源(4—7)的等效性。圖4—6 等效性驗(yàn)證4—3電流源與電壓源的等效變換RL(RL(Ω)Ic(mA)U(V)02004006008001k四．試驗(yàn)設(shè)備名稱數(shù)量型號(hào)L0～30V板1MCl0462．±15V200mA恒流源lMCl0343．電阻箱2ZX2l4．電阻2300Ω×1，1kΩ×15．電位器21kΩ×1，5.1kΩ×16．三極管19013交直流電壓電流表標(biāo)準(zhǔn)型導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)型短接橋九孔試驗(yàn)方板1假設(shè)干假設(shè)干1塊MC1108MC1102200mm×300mm五．分析與爭(zhēng)論4-l，表4-24-3中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制抱負(fù)電流源、實(shí)際電流源以及電壓源的伏安特性曲線。比較兩種電源等效變換后的結(jié)果，井分析產(chǎn)生誤差的緣由。答復(fù)以下問題：電壓源和電流源等效變換的條件是什么？抱負(fù)電流源和抱負(fù)電壓源是否能夠進(jìn)展等效變換?為什么?一．試驗(yàn)?zāi)康?/p>

一階電路試驗(yàn)觀看一階電路的過(guò)渡過(guò)程．爭(zhēng)論元件參數(shù)轉(zhuǎn)變時(shí)對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響學(xué)習(xí)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器和示渡器的使用方法二．試驗(yàn)原理RC電路在脈沖信號(hào)的作用下，電容器充電，電容器上的電壓按指數(shù)規(guī)律上升，即U (t)U(1et/) (5—1)CUc隨時(shí)間上升的規(guī)律可用曲線表示，如圖5—1所示。圖5．1 RC充電過(guò)渡過(guò)程 圖5．2 RC放電過(guò)渡過(guò)程電路到達(dá)穩(wěn)態(tài)后．將電源短路，電容器放電，其電壓按指數(shù)規(guī)律衰減，即U (t)Uet/ (5—2)CUc隨時(shí)間衰減的規(guī)律可以用曲線表示。如圖5—2所示。其中 ＝RC稱為電路的時(shí)間常數(shù)它的太小打算了過(guò)渡過(guò)程進(jìn)展的快慢其物理意義是電路零輸入相應(yīng)衰減到初始值的36.863.2(3～5)的時(shí)間，過(guò)渡過(guò)程就根本完畢，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。對(duì)于一般電路．時(shí)間常數(shù)均較小，在毫秒甚至微秒級(jí)，電路會(huì)很快到達(dá)穩(wěn)態(tài)。一般儀表尚來(lái)不及反響，過(guò)渡過(guò)程已經(jīng)消逝。因此，用一般儀表難以觀測(cè)到電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律。過(guò)電阻充電，如圖5—1；方波后沿相當(dāng)于電源短路，電容器通過(guò)電阻放電．如圖5—2。方波周期性重復(fù)消滅，電路就不斷地進(jìn)展充電、放電。將電容器兩端接到示波器輸入端，就可觀看到一階電路充電、放電的過(guò)渡過(guò)程。用同樣的方法也可以觀看到RL電路的過(guò)渡過(guò)程。三．試驗(yàn)內(nèi)容和步驟1．觀看并記錄RC電路的過(guò)渡過(guò)程觀看并記錄電容器上的過(guò)渡過(guò)程5—3接好電路。調(diào)整方波頻率為IkHz．并使占空比為l：l，方波幅值為25V，圖中R=300Ω，C=0.1μF。觀看示波器上的波形。調(diào)整示波器的放大倍率，放大過(guò)渡曲線，從波形圖上測(cè)量電路的時(shí)間常數(shù) ，計(jì)算測(cè)量誤差，然后與用電路參數(shù)的計(jì)算時(shí)間常數(shù)相比較，分析二者不同的緣由。圖5-3 試驗(yàn)電路1觀看并記錄參數(shù)轉(zhuǎn)變對(duì)Uc(t)過(guò)渡過(guò)程的影響將電路參數(shù)改為R=820Ω，C=0.1μF，重復(fù)步驟(1)的試驗(yàn)內(nèi)容。〔3〕按圖5-4接好電路，觀看并記錄電阻上電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律uR(t)圖5-4 試驗(yàn)電路2uUR(t)的波形，井川坐標(biāo)紙記錄下所觀看到的波形。(4) 將電路參數(shù)改為R=820Ω．C=0.1uF．重復(fù)(3)的試驗(yàn)內(nèi)容。2．觀看并記錄RL電路的過(guò)渡過(guò)程5-51kHz2.5V1：1；使R=300Ω，L=22mH，觀看并記錄電感上的電壓波形uL(t)。圖5-5 試驗(yàn)電路3轉(zhuǎn)變參數(shù)，使R=820Ω，L=22mH，重復(fù)步驟(1)的試驗(yàn)內(nèi)容。5—6接線．使R=300Ω．L=22mH，觀看并記錄電阻R上的電壓波形uR(t)轉(zhuǎn)變參數(shù)值R=820Ω，L=22mH．重復(fù)步驟(3)的試驗(yàn)內(nèi)容。圖5-6 試驗(yàn)電路4四．試驗(yàn)設(shè)備名稱數(shù)量型號(hào)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器1TFG2023DDS示波器1CS4125A電阻2300Ω×1，820Ω×1電容10.1uF×1電感122mH標(biāo)準(zhǔn)型導(dǎo)線假設(shè)干標(biāo)準(zhǔn)型短接橋假設(shè)干九孔試驗(yàn)方板1塊200mm×300mm五．分析與爭(zhēng)論用坐標(biāo)紙繪制所觀看到的各種波形。說(shuō)明元件參數(shù)的變化對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響．為什么試驗(yàn)中要使RC電路的時(shí)間常數(shù)較方波的周期小很多?RC電路時(shí)間常數(shù)小很多，會(huì)消滅什么狀況?一．試驗(yàn)?zāi)康?/p>

二階電路過(guò)渡過(guò)程試驗(yàn)觀看R、L、C串聯(lián)電路的過(guò)渡過(guò)程了解二階電路參數(shù)與過(guò)渡過(guò)程類型的關(guān)系學(xué)習(xí)從波形中測(cè)量固有振蕩周期和衰減系數(shù)的方法二．試驗(yàn)原理R、L、C61所示，它可以用線性二階常系數(shù)微分方程描述其規(guī)律：d2u duLC Cdt2

RC Cu Udt C

〔6-1)圖6-1 RLC串聯(lián)電路u””其微分方程的解等于對(duì)應(yīng)的齊次方程的通解C

和它的特解u”C

之和，即u” U

u””AestA

uCest

u”C

u””C其中 ， 1 2C S C 1 2即u AestAestU

(6—2)C 1 1 2 2 SA1和A2是由初始條件打算的常數(shù)；s1和S2是特征方程的根，由電路的參數(shù)打算。由于電路參數(shù)R、L、C之間的關(guān)系不同，電路響應(yīng)會(huì)消滅下述三種狀況。LC(1)RLC示。LC〔2)RLC6-2所示。所示。

時(shí)，響應(yīng)是非振蕩的，稱為過(guò)阻尼狀況，uC隨時(shí)間的變化曲線如圖6-2所uC隨時(shí)間的變化曲線如圖LCuCLC6-2二階電路響應(yīng)的三種狀況振蕩周期T和衰減系數(shù)δ的測(cè)量方法當(dāng)電路處于欠阻尼狀況時(shí)，響應(yīng)uc的表達(dá)式為u U[1e tg )] 〔6-3〕0 t 1 C S 其振蕩波形如圖6-3(a)所示．其中2RT振蕩周期，R2L衰減系數(shù)(其中R為回路總電阻)，1 固有頻率。10 LC在電流It則衰減振蕩周期T=t2-t1 (6-4)(b)圖6-3 RLC串聯(lián)電路欠阻尼振蕩假設(shè)第一個(gè)正峰值為Im1，其次個(gè)正峰值為Im2，則有SI US

et

sintm1 L 1 1UI Setm2 L

sint2所以II1e(tm2故

t)1 1 I三．試驗(yàn)內(nèi)容和步驟

ln m1T Im2

(6-5)6—4接線，c=0.01uF，L=10mH，電阻元件用電阻箱；方波鼓勵(lì)信號(hào)取自函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。6—4使R0—4kΩ間變化，用示波器觀看uCI在欠阻尼(衰減振蕩)、臨界阻尼和過(guò)阻尼衰減系數(shù)和衰減振蕩周期(δ和T)。認(rèn)真觀看R轉(zhuǎn)變時(shí)波形的變化，找到臨界狀態(tài)，記錄此時(shí)的電阻值，井與計(jì)算值L/CRL/C

相比較。四．試驗(yàn)設(shè)備名稱數(shù)量型號(hào)1．函數(shù)信號(hào)發(fā)生器1TFG2023DDS2．示波器1CS-41253．電容l0.01μF×14．電感110mH電位器標(biāo)準(zhǔn)型導(dǎo)線1假設(shè)干5.lkΩ×l標(biāo)準(zhǔn)型短接橋 假設(shè)干九孔試驗(yàn)方板 1塊 200mm×300mm五．試驗(yàn)報(bào)告要求寫清試驗(yàn)?zāi)康?，畫出試?yàn)電路。繪制過(guò)渡過(guò)程中的欠阻尼(衰減振蕩)、臨界阻尼、過(guò)阻尼三種波形圖，在圖上測(cè)量并計(jì)算δT，井與按參數(shù)值計(jì)算的結(jié)果相比較。一．試驗(yàn)?zāi)康?/p>

LC元件在直流電路和溝通電路中的特性試驗(yàn)爭(zhēng)論電感元件和電容元件在直流電路和溝通電路中的不同特性加深正弦溝通電路中向量和向量圖概念的理解二．試驗(yàn)原理線性電感元件上的電壓、電流關(guān)系為uLdidt(如圖7—1)顯示的性質(zhì)和通過(guò)直流穩(wěn)恒電路中相當(dāng)于短路線。7-l電路中的電感元件假設(shè)電感元件L(XL=ωL)ω≈0，電感相當(dāng)于短路線。所以，電感元件在電路中通常用做接通直流和低頻訊號(hào)，阻礙高頻信號(hào)通過(guò)的元件。線性電容元件上的電壓和電流關(guān)系為iCdudt明顯，電容元件也是一個(gè)動(dòng)態(tài)元件，它在電路中〔如圖7—2)顯示的性質(zhì)和元件上電壓的變化率有關(guān)，當(dāng)電壓不隨時(shí)間變化時(shí)，電流為零，這時(shí)電容元件相當(dāng)于開路，故電容元件在穩(wěn)態(tài)直流電路中有隔斷電流(簡(jiǎn)稱隔直)的作用。圖7-2 電路中的電容元件假設(shè)將電容元件接在溝通電路中，它的動(dòng)態(tài)特性就表現(xiàn)為容抗(XC

1 )的形式，容C時(shí)，XC

0即相當(dāng)于短路而當(dāng)0 C

，即電容相當(dāng)于開路。所以電容元件在電路中通常用做通高頻、阻低頻、隔直流信號(hào)的元件。在_止弦溝通電路中，電壓、電流都是用向量表示的?；鶢柣舴蚨傻南蛄啃问綖镮0, U0對(duì)于圖7-3后，我們可以用兩種方法建立這些量的向量芙系。圖7-3溝通電路1．通過(guò)計(jì)算或測(cè)量，求出各元件的阻抗角，然后依據(jù)己知的阻抗角畫出電路的向量圖。電路中電阻RL和電阻r，其阻抗角Ltg1

。我們可取某一向量(Ir 2

)為參考向量畫U1

(I2

相位角)I1(與U1同相位) 求和II1I2畫U2 (與I同相位) 畫UU1U2。電壓和電流向量圖如圖7—4所示。圖7-4 電壓與電流向量圖2．假設(shè)元件的阻抗角不知道，在測(cè)得IIII=0，這三個(gè)電流應(yīng)構(gòu)成一1 2閉合三角形用幾何作圖法就可以得到I、I和I間的向量關(guān)系也可畫出U、U 和U1 2 1 27—5。圖7-5 電流向量圖三．試驗(yàn)內(nèi)容和步驟圖7-6(a) 電容在脈動(dòng)直流電路中的作用7-6(a)60WC取自電容扳(MC1060)2uF一個(gè)，試驗(yàn)電源使用交直流可調(diào)電源0～240V板，調(diào)整調(diào)壓器，使整流橋直流輸出電壓U=220V，將此直流電壓加到燈泡與電容的串聯(lián)電路，用交直流電壓電流表測(cè)量電流和電壓，填入表7—1中。將一開關(guān)與電容并聯(lián)．撥動(dòng)開關(guān)，觀看燈泡亮度的變化，同樣用交直流電壓電流表測(cè)量電流和電壓，填入表7—1中。圖7-6(b) 電容在溝通電路中的作用220V7-6(b)所示電路上，用交直流電壓電流表測(cè)量燈泡與電容串聯(lián)時(shí)的電流和電壓以及用開關(guān)短接電容時(shí)的電流和電壓7l中。7l測(cè)定C元件在直流和溝通電路中的特性燈泡亮度燈泡亮度U1(V)U2(V)短接C串聯(lián)C短接C串聯(lián)C7—6中的電容CL(本試驗(yàn)用試驗(yàn)板MC1057Lr串聯(lián))127—2中。燈泡亮度I〔A〕U1(V)U2(V)220V燈泡亮度I〔A〕U1(V)U2(V)220V220VLLLL7-7向量關(guān)系驗(yàn)證電路7—760W燈泡，電容C2uF，調(diào)整調(diào)壓器，使U=220V，洲量各7—3中。7—3測(cè)定各支路電流及各段電壓測(cè)量工程測(cè)量工程U(V)U1(V)U2(V)I(A)I1(A)I2(A)數(shù) 據(jù)四．試驗(yàn)設(shè)備名稱數(shù)量型號(hào)10~240V板1MC11032．交直流電壓電流表板1MC1102MC11083．電容板1MC10594．日光燈鎮(zhèn)流器板1MC10135．三相負(fù)載扳1MC11006．安全型導(dǎo)線假設(shè)干7．安全型短接橋假設(shè)干五．分析與爭(zhēng)論對(duì)試驗(yàn)1、2、3步驟中所觀看到的現(xiàn)象及測(cè)量的數(shù)據(jù)作出解釋，說(shuō)明L、C元件在直流和溝通電路中表現(xiàn)出的不同特性。依據(jù)試驗(yàn)步驟4所測(cè)得的數(shù)據(jù)，畫出向量圖，驗(yàn)證溝通電路中的基爾霍夫定律·一．試驗(yàn)?zāi)康?/p>

RLC的特性試驗(yàn)通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)一步加深對(duì)對(duì)R、L、C元件在正弦溝通電路中根本特性的生疏爭(zhēng)論RLC元件并聯(lián)電路中總電流和各支路電流之間的關(guān)系二．試驗(yàn)原理化。R、L、C元件電壓與電流間的相量關(guān)系關(guān)系為URI (81)其中UUuIIi，分別為電壓相量和電流相量。將其代入(8—1)式，有UuRIiui)。電阻元件阻值大小與頻率無(wú)關(guān)。對(duì)于電容元件來(lái)說(shuō)，其電壓與電流間的相量關(guān)系為：UZCI (8—2)其中UU

，II。X 1 1 90u i C jC C將其代入(8-2)式，有 1

90u C i此式說(shuō)明電容C端電壓的有效值與電流的有效值之間不僅與電容量的大小有關(guān)，而且和電源的角頻率的大小有關(guān)。當(dāng)電容C肯定時(shí)，越高，電容的容抗越小，在電壓肯定的狀況下，電流越大。反之，頻率越低，電容器容抗越大，在肯定電壓狀況下，電流越小。同時(shí)，公式還說(shuō)明流過(guò)電容的電流超前其端電壓900。對(duì)于電感元件L，其電壓與電流間相量關(guān)系為UZL

I (8—3)其中UUu

，II，Xi

jLL90