2023年電路實驗報告4

電珞原理

實齡想告

學院：理學院

班級：電科13

姓名：管亮

1—1

2023412月

港德博號布而系同

實驗一典型電信號的觀測與測量

一'實驗目的

1.熟悉低頻信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器的布局，各旋鈕、開關(guān)的作用及使用方法;

2.初步掌握用示波器觀測電信號波形，定量測量出正弦信號和脈沖信號的波形參數(shù);

3.初步掌握示波器、信號發(fā)生器的使用。

二'原理說明

1.正弦交流信號和方波脈沖信號是常用的電激勵信號，分別由低頻信號發(fā)生器和脈沖信號發(fā)生器提

供。

正弦信號的波形參數(shù)是幅值Um、周期T（或頻率f）和初相；脈沖信號參數(shù)是幅值Um、脈沖反復周

期T及脈寬tK。

2.電子示波器是一種信號圖形測量儀器,可定量測出波形參數(shù)，從熒光屏的Y軸刻度尺量程分檔選

擇開關(guān)讀得信號幅值。

3.儀器介紹

示波器面板控制件的作用簡介

三'實驗內(nèi)容

1.正弦波信號的觀測

a將示波器幅度和掃描速度微調(diào)旋鈕旋至“校準”位置。

b通過電纜線，將信號發(fā)生器的輸出口與示波器的YA（或YB）端相連。

c將信號發(fā)生器的輸出信號類型選擇為正弦波信號。

d接通電源，調(diào)節(jié)信號源的頻率旋鈕，使輸出頻率分別為50Hz,1.5kHz和100kHz（由頻率計讀

出）

，輸出幅值分別為有效值IV,3V,5V（由交流毫伏表讀得），調(diào)節(jié)示波器Y軸和X軸靈敏度開關(guān)到合適的

位置，從熒光屏上讀得幅值及周期，數(shù)據(jù)填入表1和表2。

頻率計讀數(shù)所測項目正弦信號頻率的測定

50HZ1500HZ20230HZ

示波器“t/div”旋5ms250us10us

鈕

一個周期占有的格數(shù)42.55

信號周期（S）20ms625us50us

計算所得頻率（HZ）50160020230

表1正弦波信號頻率實驗數(shù)據(jù)

交流毫伏表讀數(shù)所測項正弦波信號幅值測定

目IV3V5V

示波器"V/div"位置500mv2v5v

峰-峰值波形格數(shù)5.44.42.8

峰-峰值2.7v8.814

計算所得有效值0.96v3.114.95

表2正弦波信號幅值實驗數(shù)據(jù)

2、方波脈沖信號的測定

a將信號發(fā)生器的輸出類型選擇為方波信號位置上。

b調(diào)節(jié)信號源的輸出幅度為1.5V（用交流毫伏表測定），分別觀測10OHz,1kHz和100kHz方波信號

的波形參數(shù)。

c使信號頻率保持在1kHz,調(diào)節(jié)幅度和脈寬旋鈕，觀測波形參數(shù)的變化。

d參照正弦波的測定自擬數(shù)據(jù)表格。

頻率計讀數(shù)所測項目方波信號頻率的測定

50HZ1500HZ20230HZ

示波器“t/div”2.5ms250us10us

旋鈕

一個周期占有的格數(shù)7.822.614.88

信號周期（S）19.55m625.5us48.8pis

計算所得頻率（HZ）51.21598.1220491.50

表3方波信號頻率實驗數(shù)據(jù)

交流毫伏表讀數(shù)所測項方波信號幅值測定

目IV3V5V

示波器"V/div"位置1V2v5v

峰-峰值波形格數(shù)232

峰一峰值2v610

計算所得有效值1V35

表4方波信號幅值實驗數(shù)據(jù)

四'實驗要點：

①示波器的輝度不要過亮,以增長其使用壽命。

②調(diào)節(jié)儀器旋鈕時，動作要平緩。

③要注意觸發(fā)開關(guān)和電平調(diào)節(jié)旋鈕應旋置標準位置。

④作定量測定期,t/div和v/div的微調(diào)旋鈕應旋置標準位置，并且示波器是通過校準的。

⑤信號發(fā)生器的接地端與示波器的接地端要相連一致（稱共地）。

五'預習與解答

①查閱相關(guān)資料，掌握示波器的基本原理與操作。

②示波器面板上t/div和v/div的含義是什么？

③觀測本機標準信號時，要在熒光屏上得到兩個周期的穩(wěn)定波形,而幅度規(guī)定為五格，試問

Y軸電壓靈敏度應置于哪一檔位置?t/div又應置于哪一檔位置？

④應用雙蹤示波器觀測到如題圖所示的兩個波形,Y軸的v/div的指示為0.5V,t/div指示為1OOps

，試問這兩個波形信號的波形參數(shù)為多少？

六、實驗規(guī)定

①對實驗中顯示的各種波形進行整理,繪制出具有代表性的波形。

②總結(jié)實驗中所用儀器的使用方法及觀測電信號的方法。

③如用示波器觀測正弦信號時，熒光屏上出現(xiàn)如下圖情況時，試說明因素并提出解決辦法？

實驗二R、L、C元件阻抗特性的測定

一'實瞼目的

1.驗證電阻、感抗、容抗與頻率的關(guān)系，測定R（/）、X）/）與Xc（f）特性曲線；

2.加深理解R、L、C元件端電壓與電流間的相位關(guān)系。

二'原理說明

1.在正弦交變信號作用下，電阻元件R兩端電壓與流過的電流有關(guān)系式

U=Ri

在信號源頻率/較低情況下，略去附加電感及分布電容的影響，電阻元件的阻值與信號源頻率無關(guān),

其阻抗頻率特性卡~/如圖1所示。

假如不計線圈自身的電阻又在低頻時略去電容的影響，可將電感元件視為純電感，有關(guān)系式

U,_=jX,I感抗XL二271fL

感抗隨信號源頻率而變，阻抗頻率特性乂乙~/如圖1所示。

在低頻時略去附加電感的影響，可將電容元件視為純電容，有關(guān)系式

u=-jxi感抗無1

cc一2nfC

容抗隨信號源頻率而變,阻抗頻率特性X。~/如圖1所示。

二E

r

______J

f---------

囪1囪?

2.單一參數(shù)R、L、（:阻抗頻率特性的測試電路如圖2所示

圖中R、L、C為被測元件，r為電流取樣電阻。改變信號源頻率，測量R、L、C元件兩端的電壓UR、

UL、UJ流過被測元件的電流則可由r兩端電壓除以r得到。

3.元件的阻抗角（即相位差。）隨輸入信號的頻率

變化而改變，同樣可由實驗方法測得阻抗角的頻率特性曲

線

用雙蹤示波器測量阻抗角（相位差）的方法。

將欲測量位相差的兩個信號分別接到雙蹤示波器匕

?-----------------------?!

和工兩個輸入端。調(diào)節(jié)示波器有關(guān)旋鈕，使示波器屏幕

n格

nFio

上出現(xiàn)兩條大小適中、穩(wěn)定的波形，如圖3所示，熒光屏上

數(shù)得水平方向一個周期占n格，相位差占m格，則實際的相位差。（阻抗角）為

,360°

(p=mx----

n

三'實驗設(shè)備

函數(shù)信號發(fā)生器、交流毫伏表、雙蹤示波器、實驗電路元件（R=MC、L=10mH、C=1"、

r—100Q\頻率計。

四'實驗內(nèi)容

1.測量單一參數(shù)R、L、C元件的阻抗頻率特性。

實驗線路如圖2所示，取R=L=10mH,C=1〃P、r=100Q。通過電纜線將函數(shù)信號

發(fā)生器輸出的正弦信號接至電路輸入端,作為激勵源〃，并用交流毫伏表測量，使激勵電壓的有效值為

U=3V,并在整個實驗過程中保持不變。

改變信號源的輸出頻率從200”z逐漸增至5左4z（用頻率計測量），并使開關(guān)S分別接通R、L、C

三個元件，用交流毫伏表分別測量UR,U,.;Uc，S并通過計算得到各頻率點時的R、Xz和X。

之值，計入表中。

頻率/(〃z)2005001000202340005000

0.950.960.9630.930.9360.976

UR(V)

0.070.090.090.0790.0630.07

t/r(V)

R

0.70.90.90.790.630.7

IR=Ur/r(mA')

1.41.11.071.171.41.4

R=UR/1R(kQ)

0.440.4820.6050.8171.0181.032

UL（V）

0.7170.7120.680.5840.3820.305

Ur(V)

L1

7.17.16.85.843.823.05

IL=Ur/r(mA)

0.0620.0670.0890.140.2670.338

XL=UL/IL(ka)

%（V）1.4961.3671.0460.6680.3040.223

0.1950.4520.7320.8620.8410.800

ur(V)

C

1.954.527.328.628.418.00

Ic=Ur/r(mA)

0.7670.3020.1430.0770.0360.029

Xc=Uc/Ic(ZC)

2.用雙蹤示波器觀測“串聯(lián)和串聯(lián)電路在不同頻率下阻抗角的變化情況，并作記錄。

20010005000

頻率/(Hz)

rLrCrLrCrLrC

〃（格）0.10.10.40.60.80.9

m（格）5.15.63.43.23.33.7

。（度）7.066.4242.3567.58788.5

五'實驗注意事項

1.交流毫伏表屬于高阻抗電表，測量前必須調(diào)零。

六'預習思考題

1.圖2中各元件流過的電流如何求得？

2.如何用雙蹤示波器觀測也串聯(lián)和rC串聯(lián)電路阻抗角的頻率特性?

七'實驗報告

1.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，繪制R、L、C三個元件的阻抗頻率特性曲線。

2.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，繪制〃串聯(lián)和rC串聯(lián)電路的阻抗角頻率特性曲線，并總結(jié)、加納出結(jié)論。

實驗三R、L、C串聯(lián)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(lián)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、掌握電路品質(zhì)因數(shù)的物理意義及其測定方法。

二'原理說明

1.在圖1所示的R、L、C串聯(lián)電路中，當正弦交流信號源的頻率/改變時，電路中的感抗、容抗

隨之而變，電路中的電流也隨/而變。取電路電流/作為響應，當輸入電壓維持不變時，在不同信號

頻率的激勵下，測出電阻R兩端電壓U“之值，則/=隼，然后認為了橫坐標，認為/縱坐標，繪出光

滑的曲線，此即為幅頻特性，亦稱電流諧振曲線，如圖2所示。

圖1囪C

在短處（兒

2.=XJ即幅頻特性曲線尖峰所在的頻率點，該頻率稱為諧振頻率,

此時電路呈純阻性，電路阻抗的模為最小，在輸入電壓q為定值時，電路中的電流/“達成最大值，且與

輸入電壓同相位，從理論上講，此時5=URO=。0，U/,0=Uco=QU；，式中的。稱為電路的品質(zhì)

因數(shù)。

3.電路品質(zhì)因數(shù)Q值的兩種測量方法

一是根據(jù)公式

0_九一"co

測定,Uzo與Uco分別為諧振時電容器C和電感線圈L上的電壓;另一方法是通過測量諧振曲線的通頻帶

寬度

△HL

再根據(jù)

于。

Q=

tn~fl.

1

求出Q值，式中為為諧振頻率,京和力是失諧時，幅度下降到最大值的正倍時的上、下頻率點。

Q值越大，曲線越鋒利，通頻帶越寬，電路的選擇性越好，在恒壓源供電時，電路的品質(zhì)因數(shù)、選擇性

與通頻帶只決定于電路自身的參數(shù)，而與信號源無關(guān)。

三'實驗設(shè)備

函數(shù)信號發(fā)生器、交流毫伏表、雙蹤示波器、頻率計、諧振電路實驗線路板

四'實驗內(nèi)容

I.按圖3電路接線，取R=51OC,C=lnf,L=100m1,調(diào)節(jié)信號源輸出電壓為2V正弦

信號，并在整個實驗過程中保持不變。

圖3

2.找出電路的諧振頻率人，其方法是，將交流毫伏表跨接在電阻兩端，令信號源的頻率由小逐漸變

大（注意要維持信號源的輸出幅度不變），當U0的讀數(shù)為最大時，讀得頻率計上的頻率值即為電路的諧

書定頻率為,并測量U。、ULQ.Uco之值（注意及時更換毫伏表的量限），記入表格中。

fo(kHz)U。"）4?！保?。"）支

0.5115.9151.41427.7227.722.77227.718

1.515.9151.4149.439.420.9439.43

3.在諧振點兩側(cè)，應先測出下限頻率/和上限頻率fH及相相應的U。值，然后再逐點測出不同頻率

下4,值，記入表格中。

R(⑼f0（取值跨度不夠大，下數(shù)值作參考列）

f(kHz)14.514.7814.91617.117.4

81315.9192426

0.8881.0081.0641.411.0190.907

0.51

I(mV)0.5920.6800.7090.9410.6790.604

f(kHz)1414.514.716.517.117.2

0.7140.8881.0081.2721.0190.979

1.5

I(mV)0.4470.5910.6710.8480.6790.653

4.取R=1.5左C,反復環(huán)節(jié)2、3的測量過程。

五'實驗注意事項

1.測試頻率點的選擇應在靠近諧振頻率附近多取幾點，在變換頻率測試時，應調(diào)整信號輸出幅度,

使其維持在IV輸出不變。

2.在測量U,。、Uco數(shù)值前，應及時改換毫伏表的量限，并且在測量UL。、Ug時毫伏表的“十”

端接C與L的公共點，其接地端分別觸及L和C的近地端Ni和N2O

3.實驗過程中交流毫伏表電源線采用兩線插頭。

六、預習思考題

1根據(jù)實驗電路板給出的元件參數(shù)值，估算電路的諧振頻率。

2.改變電路的哪些參數(shù)可以使電路發(fā)生諧振，電路中R的數(shù)值是否影響諧振頻率值？

3.如何判別電路是否發(fā)生諧振?測試諧振點的方案有哪些?

4.電路發(fā)生串聯(lián)諧振時，為什么輸入電壓不能太大，假如信號源給出1V的電壓，電路諧振時，用交流

毫伏表測UL和uc,應當選擇多大的量限？

5.要提高R、L、C串聯(lián)電路的品質(zhì)因數(shù)，電路參數(shù)應如何改變？

6.諧振時，比較輸出電壓與輸入電壓&是否相等?試分析因素。

7.諧振時，相應的與Uco是否相等?如有差異，因素何在？

七'實驗報告

1.根據(jù)測量數(shù)據(jù)，繪出不同Q值時兩條幅頻特性曲線。

2.計算出通頻帶與Q值，說明不同R值時對電路通頻帶與品質(zhì)因數(shù)的影響。

3.對兩種不同的測Q值的方法進行比較，分析誤差因素。

4.通過本次實驗，總結(jié)、歸納串聯(lián)諧振電路的特性。

實驗四并聯(lián)諧振電路的研究

一'實驗目的

1.運用計算機分析諧振電路的特性。

2.加深電路發(fā)生諧振的條件和特點，掌握電路品質(zhì)因數(shù)的物理意義和測定方法。

3.學習掌握用仿真軟件的波特圖儀測試諧振電路的幅頻特性曲線。

二'原理說明

任何具有電感L和電容C的電路，假如局部或所有處在無功功率完全補償狀態(tài)，而使電路的局部

或總電壓和電流同相，便稱此電路（局部或所有）處在諧振狀態(tài)。處在諧振狀態(tài)的電路，假如L與C串聯(lián)

則稱為串聯(lián)諧振;假如L與C并聯(lián)則稱為并聯(lián)諧振。諧振是線性電路在正弦穩(wěn)態(tài)下的一種特定的工作狀

態(tài)。通過調(diào)節(jié)電路參數(shù)（電感L或電容C的值）或是改變電源的頻率，能發(fā)生諧振的電路，稱為諧振電

路。

Y=G+jSC——

圖1所示為抱負電感和電容并聯(lián)的電路。在該電路中，電路的導納為：口￡

X=0n3崔=工

若要使得電壓u與電流i同相，則必須滿足：'

圖1并聯(lián)諧振電路圖

RLC并聯(lián)電路產(chǎn)生并聯(lián)諧振的條件為：.而'^4LC\

在RLC并聯(lián)電路發(fā)生諧振時，電壓U與電流I同相，電路表現(xiàn)為純電阻，電源只提供有功功率。電

感和電容的無功功率完全互相補償，不與電源進行能量互換。電路的總阻抗為最大值，當電源電壓一定

期,總電流最小。并聯(lián)支路中的電容電流k和電感電流II相等，其值也許遠大于電路的總電流I。所以,

并聯(lián)諧振也被稱為電流諧振。

RLC并聯(lián)諧振電路的特點如下：

1.諧振時丫=6,電路呈電阻性，導納的模最小。

2.電阻中電流達成最大,且與外施電流相等,IR=Iso

3.諧振時IL+IC=0,即電感電流和電容電流大寫相等，方向相反。

在并聯(lián)諧振電路中，電感和電容支路產(chǎn)生大電流的能力可以用品質(zhì)因數(shù)來表達。并聯(lián)諧振時,電容和

電感上通過的電流和總電流的關(guān)系如下面的公式所示：

I,=C=ja)0€^-=jQis4=次/j4￡=二穌。3=-j*

品質(zhì)因數(shù)定義為電容支路電流或電感電流與總電流在諧振點的比值：

=空＞=

&QG'_3J(L_=LGK叵

三'實驗內(nèi)容與環(huán)節(jié)

1.測試頻率特性擬定諧振點。

⑴在Multisiml3環(huán)境中創(chuàng)建如圖2所示電路。Ri=50KQ(串入Ri是為了構(gòu)成恒流源)，圖中指針

可以實時觀測電路中的支路電流，示波器可以觀測電壓和電流之間的相位關(guān)系。可根據(jù)電路實驗參數(shù)自

己設(shè)計。

1M

50kQ

V<p-pt:25.7V

V(E):9.09VV(p^):25.7V

vgp):25.7V

V(dc)-133WV(nrs):9.09V

V(rrrs):9.09V

F：1.13krtr-133W

V(dc):-183W

creq.：1.13krlr

5.14mA%.：1.13KHE

100VrmiI(rtrs):152rrAI(p-p)：133mA

18.0mA

I(dc):-335MIfrrrs):6.47rrA

I<rrrs):635mA

U3kHz收)：132M

-130M

F：113kHr

Freq.:1.13KHx

Cl

100nF200mH

V(p^J):514mVE

Vfmrs):182mV

V(dc):-335W

Preq.:1.14Krtt

vgp)：51.4mV513mA

V(rrrs):182mVLB1EA

V