東南大學電路實驗實驗報告

.11/11電路實驗實驗報告第二次實驗實驗名稱：弱電實驗院系：信息科學與工程學院專業(yè)：信息工程____實驗時間：年月日實驗一：PocketLab的使用、電子元器件特性測試和基爾霍夫定理仿真實驗電容伏安特性實驗電路：圖1-1電容伏安特性實驗電路波形圖：圖1-2電容電壓電流波形圖思考題：請根據測試波形,讀取電容上電壓,電流擺幅,驗證電容的伏安特性表達式。解：,,；,；而且誤差較小,即可驗證電容的伏安特性表達式。電感伏安特性實驗電路：圖1-3電感伏安特性實驗電路波形圖：圖1-4電感電壓電流波形圖思考題：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。請根據測試波形,讀取電感上電壓、電流擺幅,驗證電感的伏安特性表達式。解：,,；,；而且誤差較小,即可驗證電感的伏安特性表達式。硬件實驗恒壓源特性驗證表1-1不同電阻負載時電壓源輸出電壓電阻0.11101001000電源電壓〔V4.924.984.994.994.99電容的伏安特性測量圖1-5電容電壓電流波形圖電感的伏安特性測量圖1-6電感電壓電流波形圖基爾霍夫定律驗證表1-2基爾霍夫驗證電路待測值I1I2I3計算值0.366mA0.978mA1.344mA1.34V測量值0.364mA0.975mA1.35mA1.35V相對誤差5.463.074.467.46思考題：根據實驗數據,選定節(jié)點,驗證KCL的正確性。對于B點,近似滿足,驗證的KCL的正確性。驗證KVL表1-3驗證KVL節(jié)點98計算值2.32V0.77V測量值2.32V0.77V相對誤差00對于節(jié)點5、9、8、0構成的回路：,,即驗證了KVL的正確性。實驗二：電路定律的驗證和受控源仿真預習題：根據實驗一中電阻的伏安特性測量方法,請自行設計實驗方法,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.請運用戴維寧定理,計算圖2-14電路的Rload,Req和Veq,填入表2-3。3.〔補充采用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驗一：疊加定理驗證表2-1驗證疊加定理實驗內容測量項目單獨作用1.14-0.1031.031.03單獨作用-0.1550.4680.310.31、共同作用0.980.3651.341.34表2-2驗證疊加定理〔二極管實驗內容測量項目單獨作用2.794-0.2542.542.54單獨作用00.460.460.46、共同作用2.3070.2432.552.55思考題：根據實驗數據,驗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,每縱列的數據,第一行的數加上第二行的數等于第三行的數,即、共同作用的效果和,單獨作用效果的疊加結果一樣,即驗證了線性電路的疊加性。通過實驗步驟5及分析表格中數據你能得出什么結論？將換成二極管后,得到表2-2實驗結果,分析表2-2數據發(fā)現不再有表2-1數據的規(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。硬件實驗二：戴維寧定理驗證表2-3測試等效電路的和計算值N.C3.585/6k1k測量值4.253.550.83k0.99k表2-4驗證戴維寧定理原始電路0.941.88等效電路0.931.86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絡開路電壓及等效內阻的方法,設計實驗過程對上面的電路測定,給出實驗方法和測試結果。答：用電壓源代替內阻,改變電壓源電壓大小,測多組端口電壓和電流的數據,做出伏安特性曲線圖。則時的電壓值即為開路電壓,直線斜率的倒數即為等效內阻。硬件實驗三：采用運放測試電壓控制電流源〔VCCS特性1.測試VCCS的轉移特性表2-6VCCS的轉移特性數據00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.000.020.040.060.080.100.120.140.160.180.20圖2-3VCCS轉移特性曲線轉移參量=測試VCCS的負載特性表2-7VCCS的負載特性數據4720104.73210.20.10.070.1390.2070.2090.20.20.20.20.2圖2-4VCCS負載特性曲線實驗三：一階電路的時域分析仿真實驗電容特性實驗任務1圖3-1電容電阻電壓波形圖解釋：電阻的電壓電流關系為：,所以電阻的電壓波形仍為方波；電容的電壓電流關系為：,所以實驗任務2電容中的能量：電流源提供的能量:請解釋和之間為什么會存在差異：答：包含了和兩部分,電阻以熱量形式消耗電流源的能量,而電容儲存能量,即。實驗任務3圖3-2電容電阻電壓波形圖〔2波形變化：電容電壓變化率變?yōu)樵瓉淼亩种?10ms時達到的穩(wěn)定值也是原來的一半。解釋：兩個相同的電容并聯,等效阻抗變?yōu)樵瓉韮杀?則電壓變化率和電壓的值均變?yōu)樵瓉硪话?。電感特性實驗任?圖3-3電感中電流波形圖解釋：電感的電流電壓關系為：,所以電感中的能量Wc〔t=15ms：電壓源提供的能量Wv〔0~15ms：實驗任務2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?15ms時達到的穩(wěn)定值也是原來的兩倍。解釋：兩個相同的電感并聯,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?。實驗任?圖3-5電感電流及節(jié)點2電壓波形計算得到的電感電流的響應：即硬件實驗1.硬件實驗一實驗任務1示波器截圖〔100Hz：圖3-6電容上電壓〔100Hz實驗任務2示波器截圖〔1kHz：圖3-7電容上電壓〔1kHz示波器截圖〔5kHz：圖3-8電容上電壓〔5kHz思考：在輸入方波頻率一定的時候,輸出響應的幅度與電路時間常數的關系如何？若要作為積分器使用,如圖所示電路的RC時間常數需要滿足什么條件？答：時間常數越大,輸出響應的幅度越小,電容充電來不及完成就開始放電；時間常數越小,輸出響應的幅度越大,但不超過峰峰值。若要作為積分器使用,需：1.保證電壓變化周期與時間常數的適當比例,105較為合適,使得電容上的電壓有較大變化；2.電路的RC時間常數應遠大于5ms〔即方波的半個周期長度。硬件實驗二實驗任務1圖3-9電阻上電壓波形圖〔100nF功能：微分器解釋：在一個周期中,經過一個高電平后,電路進入零輸入響應狀態(tài),此時,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形式衰減。實驗任務2示波器截圖〔C1=10nF：圖3-10電阻上電壓波形圖〔10nF功能：微分器,將方波信號轉變?yōu)榧饷}沖信號。思考：在輸入方波頻率和邊沿時間一定的時候,若輸出響應只需要提取輸入信號的邊沿信息,則輸出幅度與電路RC時間常數的關系如何？答：電路RC常數越大,輸出幅度越大。實驗任務3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。實驗四：RLC電路的頻率響應仿真實驗RLC串聯電路實驗任務1圖4-1阻抗幅頻特性和相頻特性截圖實驗任務2圖4-2網絡函數幅頻特性和相頻特性截圖圖中兩光標間距即為3dB帶寬。思考：的值對網絡函數的3dB帶寬有什么影響？答：增大,品質因數Q減小,網絡函數的3dB帶寬增大。RLC并聯電路實驗任務圖4-3阻抗幅頻特性截屏圖中游標間距即為3dB帶寬。圖4-4阻抗相頻特性截圖思考：的值對輸出電壓的3dB帶寬有什么影響？答：增大,品質因數Q增大,網絡函數的3dB帶寬減小。硬件實驗RLC低通濾波器實驗任務1示波器截圖1〔：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0.707倍：圖4-6輸入輸出波形〔輸出幅度下降到輸入幅值的0.707倍實驗任務2圖4-7幅頻特性和相頻特性曲線RLC帶通濾波器實驗任務1示波器截圖1〔輸出幅度最大：圖4-8示波器截圖2〔輸出幅度下降到最大輸出幅度的0.707倍,且相位超前：圖4-9示波器截圖3〔輸出幅度下降到最大輸出幅度的0.707倍,且相位滯