電路分析實驗講義7個實驗20160407(1)

1、電路分析實驗講義實驗要求： 1、按時上課，不遲到、早退，不無故曠課，有事有病要請假； 2、課前按實驗講義認真預習，將實驗目的，實驗原理按要求寫在實驗報告上。 3、按要求設計實驗方案，連接，線路，讓指導教師檢查后方可打開電源進行實驗。 4、認真如實地將實驗數據記錄在原始數據紙上，不得抄襲別人的實驗數據。 5、認真完成實驗報告，按時交實驗報告。 6、實驗成績以預習，實驗操作，實驗報告綜合構成，缺實驗請在規(guī)定的時間上補做，過期不補，缺兩次實驗成績不及格。 7、實驗嚴格按課表，不得隨意交換，因故交換請?zhí)崆罢f明，同意后方可。 指導教師：彭光含 2016年4月8日實驗一：受控源V

2、CVS、VCCS、CCVS、CCCS的實驗研究一、實驗目的1 了解用運算放大器組成四種類型受控源的線路原理2 測試受控源轉移特性及負載特性二、實驗器材KHDL1電路原理實驗箱、DY2105數字萬用表三、實驗原理1 運算放大器（簡稱運放）的電路符號及其等效電路圖UssUDDUo+UninipUp+_+_+aUninipUp+_+_A0(Up-Un)_+U0b運算放大器是一個有源三端器件,它有兩個輸入端和一個輸出端,若信號從“+”端輸入，則輸出信號與輸入信號相位相同，故稱為同相輸入端；若信號從“-”端輸入，則輸出信號與輸入信號相位相反，故稱為反相輸入端。運算放大器的輸出電壓為U0=A0(UP- U

3、n)其中A0是運放的開環(huán)電壓放大倍數，在理想情況下，A0與運放的輸入電阻Ri均為無窮大，因此有UP =Un，ip= UP/Rip=0 in= Un /Rin=0這說明理想運放具有下列三大特征：（1）運放的“+”端與“”端電位相等，通常稱為“虛短路”。（2）運放輸入端電流為零，及其輸入電阻為無窮大。（3）運放的輸出電阻為零。2運放的電路模型是一個受控源-電壓控制電壓源（VCVS），如圖（b）所示，在它的外部接入不同的電路元件，可以構成四種基本受控源電路，以實現對輸入信號的各種模擬運算或模擬變換。u1aVCVS+U1U2_b_U1gmU1i2VCCS+3.所謂受控源，是指其電源的輸出電壓或電流是受

4、電路另一支路的電壓或電流所控制的。當受控源的電壓（或電壓）與控制支路的電壓（或電流）成正比時，則該受控源為線性的。根據控制變量的不同可分為四類受控源：電壓控制電壓源（VCVS）、電壓控制電流源（VCCS）、電流控制電壓源（CCVS）、電流控制電流源（CCCS）。電路符號如圖8-2所示。理想受控源的控制支路中只有一個獨立變量（電壓或電流），另一個變量為零，即從輸入口看理想受控源或是短路（即輸入電阻Ri=0，因而Ui=0）或是開路（即輸入電導為零，因而輸入電流i1=0），從輸出口看，理想受控源或是一個理想電壓源或是一個理想電流源。_+i1U2+_rmi1CCVSCi1i2ai1CCCSd4.受控源

5、的控制端與受控端的關系稱為轉移函數四種受控源轉移函數參量的定義如下（1） 電壓控制電壓源（VCVS）U2=f（U1）µ=U2/U1稱為轉移電壓比（或電壓增益）（2） 電壓控制電流源（VCVS） I2=f（U1）gm=I2/u2稱為轉移電導。（3） 電流控制電壓源（CCVS）U2=f（I1）rm=U2/I1稱為轉移電阻。（4） 電流控制電流源（CCCS）I2=f（I1） =I2/I1稱為轉移電流比（或電流增益）。5用運放構成四種類型基本受控源的線路原理分析。（1） VCVS如圖所示轉移電壓比: =U2/U1=1+R1/R2（2） VCCS 如圖所示,運放的輸出電流il =iR=Un/R

6、=U1/R即運放的輸出電流只受輸入電壓的控制,與負載的大小無關。轉移電導gm=il/ U1=1/R （S）up1kiRRRlLiLU2unU1U1upiLU2RLun10k10kVCVS VCCS（3） CCVS如圖所示,運放的輸出電壓U2=-i1R=-isR，即輸出電壓只受輸入電流的控制，與負載的大小無關。轉移電rm= U2/is（4） CCCS如圖所示轉移電流比:=il/is=1+R1/R2R1iLRL1kunU2upisi1R2i21kU2upuniLRLi1 R1kis CCVS CCCS四、實驗內容 本實驗中受控源全部采用直流電源激勵，對于交流電源或其他電源激勵，實驗結果是一樣的。1

7、、測量受控源VCCS的轉移特性IL=f（U1）及負載特性IL=f（U2）.（1）固定RL=2K，調節(jié)直流穩(wěn)壓電源輸出電壓U1，使其在0-5V范圍內取值。測量U1及相應的IL，測量值U1（V）00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0IL（mA）實驗計算值gm(S)理論計算值gm(S)繪制IL=f（U1）曲線，并由其線性部分求出轉移電導gm。(2)保持U1=2V,令RL從0增至5 K,測量相應的IL和U2,繪制IL=f(U2)曲線.RL(K)012345IL(mA)U2(V)2、測量受控源CCVS的轉移特性U2=f（IS）及負載特性U2=f（IL）。(IS為可調直流恒流源，R

8、L為可調電阻箱。)（1）固定RL=2K，調節(jié)直流恒流源輸出電流IS，使其在0-0.8mA內取值，測量IS及相應的U2值，繪制U2=f（IS）曲線，并由其線性部分求出轉移電阻rm。測量值IS（mA）00.10.20.30.40.50.60.70.8U2（V）實驗計算值rm（K）理論計算值rm（K）（2）保持IS=0.3mA，令RL從1 K增至，測量U2及IL值，繪制負載特性曲線U2=f（IL）。RL(K)012345678910U2(V)IL(mA)_+i1U2+_rmi1CCVSC五、實驗報告1、 根據實驗數據，在方格紙上分別繪出VCCS CCVS的轉移特性和負載特性曲線，并求出相應的轉移參量

9、2、 對實驗的結果作出合理的分析和結論，總結四類受控源的認識和理解。六、實驗注意事項1、 實驗中，注意運放的輸出端不能與地短接，輸入電壓不得超過10V。2、 運放的工作電源方向不能接錯，否則會燒毀運放。實驗二：疊加原理的驗證實驗目的: 驗證線性電路的疊加原理的正確性,從而加深對線性電路的疊加性和齊次性的認識和理解.實驗原理: 疊加原理:在有幾個獨立源共同作用下的線性電路中,通過每一個元件的電流或其兩端的電壓,可以看成是由每一個獨立源單獨作用是在該元件上所產生的電流或電壓的代數和.線性電路的齊次性是指當激勵信號(與獨立源的值)增加或減小K倍時,電路的響應(即在電路其他各電阻元件上所建立的電流和電

10、壓值)也將增加或減小K倍.實驗器材: KHDL-1型電路原理實驗箱(含直流穩(wěn)壓電源+6、+12，直流數字毫安表), 數字萬用表DY2105。實驗內容：、 按實驗電路圖接線，取1，2。、 令1電源單獨作用時，用數字萬用表的電壓檔和毫安表測量各支路電流及各電阻元件兩端電壓，數據記入表格中。、 令2電源單獨作用時，重復實驗步驟的測量和記錄。、 令1和2共同作用時，重復上述的測量和記錄。、 將2的數值調到，重復上述第項的測量并記錄。BAC112312vE2圖2-16V 測量項目實驗內容E1(V)E2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UBC(V)UCD(V)UDA(V)UBD(V)E

11、1單獨作用12/E2單獨作用/6E1E2共同作用1262E2單獨作用/12(表格1)實驗注意事項：、 測量各支路電流時，應注意儀表的極性，在數據表中用、號記錄。、 注意儀表的量程和及時換擋。實驗報告：、 根據實驗數據驗證線性電路的疊加性和齊次性。、 各電阻器所消耗的功率能否用疊加原理計算得出？試用上述數據進行計算并作結論。實驗預習思考：、 疊加原理中1、2分別單獨作用，在實驗中應如何操作？可否直接將不作用的電源（1或2）置零（短接）？為什么？、 實驗電路中，若有一個電阻器改為二極管，疊加原理的疊加性與齊次性還成立嗎？為什么？實驗三：戴維南定理有源二端網絡等效參數的測定一實驗目的1驗證戴維南定理

12、的正確性，加深對該定理的理解2掌握測量有源二端網絡等效參數的一般方法二實驗設備 直流電壓表（數字萬用電表）、電流表（數字毫安表）恒壓源 恒流源 三實驗原理1任何一個線性含源網絡，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有源二端網絡（或稱為含源一端口網絡）。 戴維南定理指出:任何一個線性有源網絡，總可以用一個等效電壓源來代替，該電壓源的電動勢ES等于這個有源二端網絡的開路電壓UOC,其等效內阻RO等于該網絡中所有獨立源均置零(理想電壓源視為短接，理想電流源視為開路)時的等效電阻，ES和RO稱為有源二端網絡的等效參數。2有源二端網絡等效參數的測量方法(1)開路電壓、短路電

13、流法在有源二端網絡輸出端開路時，用電壓表直接測其輸出端的開路電壓UO，然后再將其輸出端短路，測其短路電流IS，則內阻為 (2)伏安法 用電壓表、電流表測出有源二端網絡的外特性如圖3-1所示。根據外特性曲線求出斜率tg，則內阻用伏安法，主要是測量開路電壓及電流為額定值IN時的輸出端電壓值Un，則內阻為 若二端網絡的內阻值很低時，則不宜測其短路電流。 如圖3-1 (3)半電壓法 當負載電壓為被測網絡開路電壓一半時，負載電阻（由電阻箱的讀數確定）即為被測有源二端網絡的等效內阻值。 (4)零示法 在測量具有高內阻有源二端網絡的開路電壓時，用電壓表進行直接測量會造成較大的誤差，為了消除電壓表內阻的影響，

14、往往采用零示測量法。 零示法測量原理是用一低內阻的穩(wěn)壓電源與被測有源二端網絡進行比較，當穩(wěn)壓電源的輸出電壓與有源二端網絡的開路電壓相等時，電壓表的讀數將為“0”，然后將電路斷開，測量此時穩(wěn)壓電源的輸出電壓，即為被測有源二端網絡的開路電壓。 四實驗內容被測有源二端網絡如圖3-2(a)所示.mA510200RLUocR0RL300510 等效電路12v10 (a) (b) 1圖3-2(a)線路接入穩(wěn)壓源ES12V及可變電阻RL.先斷開RL測UAB即Uoc，再短接RL測Isc，則RoUOCIsc，填入下表表8-1Uoc(V)Isc(mA)Ro=Uoc/Isc2負載實驗按圖3-2(a)改變R阻值，測量

15、有源二端網絡的外特性。表8-2 RL(W)1000900800700600500400300200100 U(V) I(mA)五注意事項1注意測量時，電流表量程的更換2用萬用表直接測等效電阻時，網絡內的獨立源必須先置零（置零不能直接將電源短接），以免損壞萬用表，其次，歐姆檔必須經調零后再進行測量。 3改接線路時，要關掉電源。 六預習思考題1在求戴維南等效電路時，作短路試驗，測Isc條件是什么？在本實驗中可否直接作負載短路實驗？請實驗前對線路3-2(a)預先作好計算，以便調整實驗線路及測量時可準確地選取電表的量程。Uoc(V)Isc(mA)Ro=Uoc/Isc2說明測有源二端網絡開路電壓及等效內

16、阻的幾種方法，并比較其優(yōu)缺點。七實驗報告1根據步驟2繪出曲線,計算出等效電壓和等效電阻，驗證戴維南定理的正確性,并分析產生誤差的原因。2根據步驟1測得的Uoc與R0與預習時電路計算的結果作比較，你能得出什么結論。3歸納、總結實驗結果。4心得體會及其他。實驗四：RC一階電路的響應測試實驗目的:1、測定一階電路的零輸入響應，零狀態(tài)響應及完全響應。 2、學習電路時間常數的測定方法。 3、掌握有關微分電路和積分電路的概念。 4、進一步學會用示波器測繪圖形。實驗器材：KHDL-1電路原理實驗箱 函數信號發(fā)生器 雙蹤示波器 實驗原理：1、動態(tài)網絡的過渡過程是十分短暫過程，對時間常數較大的電路，可用慢掃描長

17、余輝示波器觀察光點的軌跡。然而能用一般的雙蹤示波器觀察過渡過程和測量有關的參數，必須使這種單次變化的過程重復出現。為此，我們利用信號發(fā)生器輸出的方波來模擬階躍激勵信號，即令方波輸出的上升沿作為零狀態(tài)響應的正階躍信號；方波的下降沿作為零輸入響應的負階躍激勵信號，只要選擇的方波的重復周期遠大于電路的時間常數，電路在這樣的方波序列脈沖信號的激勵下，它的影響和直流電源接通與斷開的過渡過程是基本相同的。2、RC一階電路的零輸入響應和零狀態(tài)響應分別按指數規(guī)律衰減和增長，其變化的快慢決定于電路的時間常數。3、時間常數的測定方法如圖1-a所示電路，用示波器測得零輸入響應的波形如圖1-b所示。根據一階微分方程的

18、求解得知當t=時，Uc（）=0.368E，此時所對應的時間就等于。亦可用零狀態(tài)響應波形增長到0.632E所對應的時間測得，如圖1-c所示。OEEttE12aOtUc0.6320.368tOUcC圖1bO4、微分電路和積分電路是RC一階電路較典型的電路，它對電路元件參數和輸入信號的周期有著特定的要求。一個簡單的RC串聯電路，在方波序列脈沖的重復激勵下，當滿足=RC<<T/2時（T為方波脈沖的重復周期），且由R端作為響應輸出，如圖2-a所示。這就構成了一個微分電路，因為此時電路的輸出信號電壓與輸入信號的電壓的微分成正比。 若將圖中的R與C位置調換一下，即由C端作為響應輸出，且當電路參數

19、的選擇滿足=RC>>T/2條件時,如圖2-b所示即構成積分電路,因為此時電路的輸出信號電壓與輸入信號電壓的積分成正比.tCRUi twa圖2tUiRUctCb 從輸出波形來看,上述兩個電路均起著波形變換的作用,請在實驗過程中仔細觀察與記錄.實驗內容:實驗線路板的結構如圖3所示,認清R、C元件的布局及其標稱值，各開關的通斷位置等。1、 選擇線路板上R、C元件，令（1） R=10K， C=1000Pf組成如圖所示的RC沖放電電路，E為函數發(fā)生器輸出，取Um=3V，f=1KHZ的方波電壓信號，并通過兩根同軸電纜線，將激勵源U和響應Uc的信號分別連至示波器的兩個輸入口CH1和CH2，這時可

20、在示波器的屏幕上觀察到激勵與響應的變化規(guī)律，求時間常數，并描繪U和Uc波形。（2） 令R=10K，C=3300pF，觀察并描繪響應波形，繼續(xù)增大C之值，定性觀察對響應的影響。2、 選擇線路板上R、C元件，組成如圖所示的微分電路，令C=3300pF，R=30K。在同樣的方波激勵信號（Um=3V，f=1KHZ）作用下，觀測并描繪激勵與響應的波形。實驗注意事項：1 示波器的輝度不過亮2 調節(jié)儀器旋鈕時，動作不要過猛。3 調節(jié)示波器時，要注意觸發(fā)開關和電平調節(jié)旋鈕的配合使用，以使顯示的波形穩(wěn)定。4 作定量測定時，“t/div”，“t/div”的微調旋鈕位置“校準”位置。5 為防止外界干擾，函數信號發(fā)生

21、器的接地端與示波器的接地端要連接在一起（稱共地）。實驗報告：1、 根據實驗觀測的結果，在坐標紙上繪出RC一階電路充放電時Uc的變化曲線，由曲線測得值，并與參數值的計算結果作比較，分析誤差的原因。2、 根據實驗觀測結果，歸納、總結積分電路和微分電路的形成條件，闡明波形變換的特征。3、 心得體會及其他。實驗五：二階動態(tài)電路響應的研究 一、實驗目的 1、學習用實驗的方法來研究二階動態(tài)電路的響應，了解電路元件參數對響應的影響。2、觀察、分析二階電路響應的三種狀態(tài)軌跡及其特點，以加深對二階電路響應的認識與理解。二、實驗設備雙蹤示波器函數信號發(fā)生器 KHDL-1型電路原理實驗箱三、原理說明一個二階電路在方

22、波正、負階躍信號的激礪下，可獲得零狀態(tài)與零輸入響應，其響應的變化軌跡決定了電路的固有頻率，當調節(jié)電路的元件參數值，使電路的固有頻率分別為負實數、共軛復數及虛數時，可獲得單調地衰減、衰減振蕩和等幅振蕩的響應。在實驗中可獲得過阻尼，欠阻尼和臨界阻尼這三種響應圖形。簡單而典型的二階電路是一個串聯電路和并聯電路，這二者之間存在著對偶關系。本實驗僅對并聯電路進行研究。四、實驗內容及步驟1、利用動態(tài)電路板中的元件與開關的配合作用，組成如圖111所示的GCL并聯電路。圖111令R110k，L10m，C1000pF，R2為10k可調電阻，令脈沖信號發(fā)生器的輸出為Vp-p2V，f=1kHz的方波脈沖，通過插頭接

23、至上圖的激勵端，同時用同軸電纜將激勵端和響應輸出接至雙蹤示波器的CH1和CH2兩個輸入口。1調節(jié)可變電阻器2之值，觀察二階電路的零輸入響應和零狀態(tài)響應由過阻尼過渡到臨界阻尼，最后過渡到欠阻尼的變化過渡過程，分別定性地描繪、記錄響應的典型變化波形。2調節(jié)2使示波器熒光屏上呈現穩(wěn)定的欠阻尼響應波形，定量測定此時電路的衰減常數和振蕩頻率d。3改變一組電路參數，如增、減L或C之值，重復步驟2的測量，并作記錄。隨后仔細觀察，改變電路參數時，d與的變化趨勢，并作記錄。電路參數實驗次數元件參數測量值10k調至某一欠阻尼態(tài)10mH1000 pF10k10mH 0.0130k10mH0.0110k15mH0.0

24、1五、實驗注意事項調節(jié)2時，要細心、緩慢，臨界阻尼要找準。觀察雙蹤時，顯示要穩(wěn)定，如不同步，則可采用外同步法（看示波器說明）觸發(fā)。六、預習思考題根據二階電路實驗電路元件的參數，計算出處于臨界阻尼狀態(tài)的之值。在示波器熒光屏上，如何測得二階電路零輸入響應欠阻尼狀態(tài)的衰減常數和振蕩頻率d？七、實驗報告根據觀測結果，在方格紙上描繪二階電路過阻尼、臨界阻尼和欠阻尼的響應波形。測算欠阻尼振蕩曲線上的與d。歸納、總結電路元件參數的改變，對響應變化趨勢的影響。心得體會及其他。實驗六：選頻網絡特性測試 一、實驗目的1熟悉文氏電橋電路的結構特點及其應用。2學會用交流毫伏表和示波器測定文氏電橋電路的幅頻特性和相頻特

25、性。 3了解串并聯電路的帶通特性及雙電路的帶阻特性。二、實驗器材1雙蹤示波器2交流毫伏表3函數信號發(fā)生器 4KHDL-1電路原理實驗箱三、實驗原理 文氏電橋電路是一個的串、并聯電路，如圖71所示，該電路結構簡單，被廣泛地用于低頻振蕩電路中作為選頻環(huán)節(jié)，可以獲得很高純度的正弦波電壓。圖71RRCCUiU0 1用信號發(fā)生器的正弦輸出信號作為圖71的激勵信號Ui，并保持Ui不變的情況下，改變輸入信號的頻率f，用交流毫伏表或示波器測出輸出端相應于各個頻率點下的輸出電壓U值，將這些數據畫在以頻率f為橫軸，U為縱軸的坐標紙上，用一條光滑的曲線連接這些點，該曲線就是上述電路的幅頻特性曲線。文氏橋路的一個特點

26、是其輸出電壓幅度不僅會隨輸入信號的頻率而變，而且還會出現一個與輸入電壓同相位的最大值，如圖72所示。由電路分析得知，該網絡的傳遞函數為: 當角頻率 時則 ，此時U與Ui 同相，由圖72可見RC串并聯電路具有帶通特性。2將上述電路的輸入和輸出分別接到雙蹤示波器的ch1和ch2兩個輸入端，改變輸入正弦信號的頻率，觀測相應的輸入和輸出波形間的延時及信號的周期，則兩波形間的相位差為 （輸出相位與輸入相位之差）將各個不同頻率下的相位差畫在以f為橫軸，為縱軸的坐標紙上，用光滑的曲線將這些點連接起來，即是被測電路的相頻特性曲線，如圖7所示。由電路分析理論得知，當 ，即 時，時，電路呈容性，而當ffo時呈感性

27、。圖72 900f90001/3f0fuo/ui圖73 四、實驗內容及步驟1測量串并聯電路的幅頻特性（1）在實驗板上按圖71電路選R1k，C0.1F。（2）調節(jié)低頻信號源的輸出電壓為3V的正弦波，接入圖71的輸入端。（3）改變信號源的頻率f（由頻率計讀得）。并保持Ui=3V不變，測量輸出電壓Ui，（可先測量時的頻率f0，然后再在f0左右設置其它頻率點，測量U0）。（4）另選一組參數（如令R200，2F），重復測量一組數據。 f(Hz) U0 (V) R=1kW, C=0.1mF f(Hz) U0 (V) R=200W, C=2mF2測定RC串并聯電路的相頻特性按實驗原理說明2的內容、方法步驟進

28、行，選定兩組電路參數進行測量。 f(Hz) T(ms) t(ms) j R=2kW, C=0.1mF f(Hz) T(ms) t(ms) jR=200W, C=2mF五、實驗注意事項由于低頻信號源內阻的影響，注意在調節(jié)輸出頻率時，應同時調節(jié)輸出幅度，使實驗電路的輸入電壓保持不變。六、預習思考題1根據電路參數，估算兩種電路兩組參數時的特定頻率。2推導串并聯電路的幅頻、相頻特性的數學表達式。七、實驗報告1根據實驗數據，繪制兩條幅頻特性和兩條相頻特性曲線。找出最大值，并與理論計算值比較。2討論實驗結果3心得體會及其它實驗七：R、L、C串聯諧振電路的研究 一、 實驗目的1、 學習用實驗方法測試R、L、C串聯諧振電路的幅頻特性曲線。2、 加深理解電路發(fā)生諧振的條件、特點、掌握電路的品質因數的物理意義及其測定方法。二、 實驗器材函數心號發(fā)生器、雙蹤示波器、電路分析實驗箱。三、 實驗原理圖9-1ICUiU0Lfl f0 fh圖9-2II0f0.707I01、 在圖9-1所示的R、L、C串聯電路中，當正弦交流信號源的頻率F改變時，電路中的感抗、容抗隨之而變，電路中的電流也隨F而變。取電路電流I作為響應，當輸入電壓Ui維持不變時，在不同信號頻率的激勵下，測出電阻R兩端電壓U0之值，則I= U0/R然后以f為橫坐標,以I