TPEDG實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(電路分析實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書)

清華大學(xué)科教儀器廠word文檔整理分享 實(shí)驗(yàn)八RLC串聯(lián)電路的幅頻特性和諧振現(xiàn)象 電阻性元件的特性可用其端電壓U與通過它的電流I之間的函數(shù)關(guān)系來(lái)1.線性電阻元件的伏安特性曲線是一條通過坐標(biāo)原圖1-1圖1-2安特性如圖1-2所示。由圖可見，半導(dǎo)體二極管理想電壓源的符號(hào)和伏安特性曲線如圖1-3(a)所示。理想電壓源實(shí)際上是不存在的，實(shí)際電壓源總具有一定的能量損失，這種實(shí)際電壓源可以用理想電壓源與電阻的串聯(lián)組合來(lái)作為模型(見圖1-3b)。其端口的電壓與電流的關(guān)系為：式中電阻Rs為實(shí)際電壓源的內(nèi)阻，上式的關(guān)系曲線如圖1-3b所示。顯然實(shí)際電壓源的內(nèi)阻越小，其特性越接近理想電壓源。實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)直流穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻很小，當(dāng)通過的電流在規(guī)定的范圍內(nèi)變化時(shí)，可以近似地當(dāng)作理想電壓源來(lái)處圖1-33.電壓、電流的測(cè)量用電壓表和電流表測(cè)量電阻時(shí)，由于電壓表的內(nèi)阻不是無(wú)窮大，電流表的內(nèi)阻不是零。所以會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)一定的方法誤差。圖1-4例如在測(cè)量圖1-4中的R支路的電流和電壓時(shí)，電壓表在線路中的連接方法有兩種可供選擇。如圖中的1-1'點(diǎn)和2-2'點(diǎn)，在1-1′點(diǎn)時(shí)，電流表的當(dāng)電壓表的內(nèi)阻比R的阻值大得多時(shí)則電壓表的測(cè)量位置應(yīng)選擇在2-2'處。方法選定：先分別在1-1′和2-2′兩處試一試，如果這兩種接法電壓表的讀數(shù)差別很小，甚至無(wú)差別，即可接在1-1′處。如果兩種接法別很小或無(wú)甚區(qū)別，則電壓表接于1-1′處或2-2′處均可。按圖1-5接好線路，經(jīng)檢查無(wú)誤后，接入直流穩(wěn)壓電源，調(diào)節(jié)輸出電壓依次為表1-1中所列數(shù)值，并將測(cè)量所得對(duì)應(yīng)的電流值記錄于表1-1中。圖1-5表1-102468選用2CK型普通半導(dǎo)體二極管作為被測(cè)元件，實(shí)驗(yàn)線路如圖1-6(a)(b)所二極管的反向電阻很大，流過它的電流很小，電流表應(yīng)選用直流微安檔。圖1-6(b)1)正向特性入表1-2中，為了便于作圖在曲線的彎曲部位可適當(dāng)多取幾個(gè)點(diǎn)。0132)反向特性1-3中所列數(shù)值，并將測(cè)量所得相應(yīng)的電流值記入表1-3中。表1-305圖1-7接入直流穩(wěn)壓電源，并調(diào)節(jié)輸出電壓E=10V,由大到小改變電阻R?的阻值，使其分別等于6202、510Ω、3902、300Ω、200Ω、100Ω,將相應(yīng)的電壓、電流數(shù)值記入表1-4中。4.測(cè)定實(shí)際電壓源的伏安特性+EV圖1-8首先選取一個(gè)51Ω的電阻，作為直流穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻與穩(wěn)壓電源串聯(lián)組成一個(gè)實(shí)際電壓源模型，其實(shí)驗(yàn)線路如圖1-8所示。其中負(fù)載電阻仍然取6202、5102、3902、3002、2002、100Ω各值。實(shí)驗(yàn)步驟與前項(xiàng)相同，測(cè)量所得數(shù)據(jù)填入表1-5中。表1-5開路0有一個(gè)線性電阻R=200Ω,用電壓表、電流表Ry=10KQ,電流表內(nèi)阻RA=0.22,問電壓表與電流表怎樣接法其誤差較小?實(shí)驗(yàn)二基爾霍夫定律3.數(shù)字萬(wàn)用表一臺(tái)2.按圖2-1所示接線。3.按圖2-1分別將E?、E?兩路直流穩(wěn)壓電源接入電路，令E?=3V,E?=6V,5.確認(rèn)連線正確后，再通電，將直流毫安表的值記錄在表2-1內(nèi)。6.用數(shù)字萬(wàn)用表分別測(cè)量?jī)陕冯娫醇半娮柙系碾妷褐?，記錄在?-1內(nèi)表2-1相對(duì)誤差1.選定實(shí)路電路中的任一個(gè)節(jié)點(diǎn)，將測(cè)量數(shù)據(jù)代入基爾霍夫電流定律加一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.驗(yàn)證疊加定理2.正確使用直流穩(wěn)壓電源和萬(wàn)用電表。二、實(shí)驗(yàn)原理疊加原理不僅適用于線性直流電路，也適用于線性交流電路，為了測(cè)量方便，我們用直流電路來(lái)驗(yàn)證它。疊加原理可簡(jiǎn)述如下：在線性電路中，任一支路中的電流(或電壓)等于電路中各個(gè)獨(dú)立源分別單獨(dú)作用時(shí)在該支電路中產(chǎn)生的電流(或電壓)的代數(shù)和，所謂一個(gè)電源單獨(dú)作用是指除了該電源外其他所有電源的作用都去掉，即理想電壓源所在處用短路代替，理想電流源所在處用開路代替，但保留它們的內(nèi)阻，電路結(jié)構(gòu)也不作改變。由于功率是電壓或電流的二次函數(shù)，因此疊加定理不能用來(lái)直接計(jì)算功率。例如在圖3-1中3.數(shù)字萬(wàn)用表一臺(tái)實(shí)驗(yàn)線路如圖3-2所示表3-1實(shí)驗(yàn)值同時(shí)作用獨(dú)作用單獨(dú)作用數(shù)值取為負(fù)值!)3.選一個(gè)回路，測(cè)定各元件上的電壓，將數(shù)據(jù)記入表格3-1中。圖3-21.用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證支路的電流是否符合疊加原理，并對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差進(jìn)行適2.用實(shí)測(cè)電流值、電阻值計(jì)算電阻R?所消耗的功率為多少?能否直接用疊加原理計(jì)算?試用具體數(shù)值說明之。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.驗(yàn)證戴維南定理2.測(cè)定線性有源一端口網(wǎng)絡(luò)的外特性和戴維南等效電路的外特性。二、實(shí)驗(yàn)原理口的開路電壓Uc,其電阻(又稱等效內(nèi)阻)等于網(wǎng)絡(luò)中所有獨(dú)立源置零時(shí)的圖4-1圖4-21.開路電壓的測(cè)量方法方法二：補(bǔ)償法。其測(cè)量電路如圖4-2所示，E為高精度的標(biāo)準(zhǔn)電壓源，兩端的電壓隨之改變，當(dāng)U=U時(shí)，流過檢流計(jì)G的電流為零，因此式中為電阻箱的分壓比。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電壓E和分壓比K就可求得開路電壓U。,因?yàn)殡娐菲胶鈺r(shí)Ig=0,不消耗電能，所以此法測(cè)量精度較方法一：將有源二端網(wǎng)絡(luò)中的獨(dú)立源都去掉，在ab端外加一已知電壓U,測(cè)量一端口的總電流I,則等效電阻0實(shí)際的電壓源和電流源都具有一定的內(nèi)阻，它并不能與電源本身分開，因此在去掉電源的同時(shí)，也把電源的內(nèi)阻去掉了，無(wú)法將電源內(nèi)阻保留下來(lái)，這將影響測(cè)量精度，因而這種方法只適用于電壓源內(nèi)阻較小和電流源內(nèi)阻較大的這種方法適用于ab端等效電阻R,較大，而短路電流不超過額定值的情圖4-3圖4-42.直流毫安表測(cè)定有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓U.和等效電阻R,用兩種方法測(cè)定有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻R,首先利用上面測(cè)得的開路電壓U。和預(yù)習(xí)中計(jì)算出的R,估算網(wǎng)絡(luò)的短路電流I大小，在1之值不超過直流穩(wěn)壓電源電流的額定值和毫安表的最大量限的條件下，可直接測(cè)出短路電流，并將此短路電流I數(shù)據(jù)記入表格4-1中。接通負(fù)載電阻R,,調(diào)節(jié)電位器R?,使R,=1KQ,使毫安表短接，測(cè)出此時(shí)的負(fù)載端電壓U,并記入表格4-1中。表4-1取A、B兩次測(cè)量的平均值作為R。(I?的計(jì)算在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中完成)調(diào)節(jié)電位器R?即改變負(fù)載電阻R,之值，在不同負(fù)載的情況下，測(cè)量相應(yīng)等效內(nèi)阻，將兩者串聯(lián)起來(lái)組成戴維南等效電路。按圖4-5(b)接線，經(jīng)檢查2.在同一坐標(biāo)紙上作出兩種情況下的外特性一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.獲得運(yùn)算放大器有源器件的感性認(rèn)識(shí)。2.測(cè)試受控源特性，加深對(duì)它的理解，1.運(yùn)算放大器是一種有源三端元件，圖5-1(a)為運(yùn)放的電路符號(hào)。圖5-1它有兩個(gè)輸入端，一個(gè)輸出端和一個(gè)對(duì)輸入和輸出信號(hào)的參考地線端?！?”端稱為非倒相輸入端，信號(hào)從非倒相輸入端輸入時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)對(duì)參考地線端來(lái)說極性相同?！耙弧倍朔Q為倒相輸入端，信號(hào)從倒相輸入端輸入時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)對(duì)參考地線端來(lái)說極性相反。運(yùn)算放大器的輸出端電壓其中A是運(yùn)算放大器的開環(huán)電壓放大倍數(shù)。在理想情況下，A和輸入電阻R,均為無(wú)窮大，因此有上述式子說明：(1)運(yùn)算放大器的“+”端與“一”端之間等電位，通常稱為“虛短路”。(2)運(yùn)算放大器的輸入端電流等于零。稱為“虛斷路”。此外，理想運(yùn)算放大器的輸出電阻為零。這些重要性質(zhì)是簡(jiǎn)化分析含運(yùn)算放大器電路的依據(jù)。除了兩個(gè)輸入端、一個(gè)輸出端和一個(gè)參考地線端外，運(yùn)算放大器還有相對(duì)地線端的電源正端和電源負(fù)端。運(yùn)算放大器的工作特性是在接有正、負(fù)電源(工作電源)的情況下才具有的。運(yùn)算放大器的理想電路模型為一受控電源。如圖5-1(b)所示。在它的外部接入不同的電路元件可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的模擬運(yùn)算或模擬變換，它的應(yīng)用極其廣泛。含有運(yùn)算放大器的電路是一種有源網(wǎng)絡(luò)，在電路實(shí)驗(yàn)中主要研究它的端口特性以了解其功能。本次實(shí)驗(yàn)將要研究由運(yùn)算放大器組成的幾種基本受控源電2.圖5-2所示的電路是一個(gè)電壓控制型電壓源(vcvs)。由于運(yùn)算放大器的“+”和“一”端為虛短路，有故所以u(píng)?=igR?+ig,R?圖5-2圖5-3即運(yùn)算放大器的輸出電壓u?受輸入電壓u?的控制，它的理想電路模型如圖5-3所示。其電壓比圖5-4圖5-5rm具有電阻的量綱、稱為轉(zhuǎn)移電阻，聯(lián)接方式為共地聯(lián)接。圖5-6圖5-75.運(yùn)算放大器還可構(gòu)成一個(gè)電流控制電流源(cccs)如圖5-8所示，由于∵∴圖5-8圖5-9即輸出電流is受輸入端口電流i的控制，與負(fù)載電阻R,無(wú)關(guān)。它的理想電路模型如圖5-9所示。其電流比α無(wú)量綱稱為電流放大系數(shù)。這個(gè)電路實(shí)際上起著電流放大的作用，聯(lián)接方式為浮地聯(lián)接。6.本次實(shí)驗(yàn)中，受控源全部采用直流電源激勵(lì)(輸入),對(duì)于交流電源激勵(lì)和其它電源激勵(lì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全相同。由于運(yùn)算放大器的輸出電流較小，因此測(cè)量電壓時(shí)必須用高內(nèi)阻電壓表，如用萬(wàn)用表等。三、儀器設(shè)備1.電路分析實(shí)驗(yàn)箱2.直流毫安表3.數(shù)字萬(wàn)用表四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟二只一臺(tái)圖5-101.測(cè)試電壓控制電壓源和電壓控制電流源特性。實(shí)驗(yàn)線路及參數(shù)如圖5-10所示。表5-1012μ①電路接好后，先不給激勵(lì)電源U,將運(yùn)算放大器“+”端對(duì)地短路，接②接入激勵(lì)電源U?,取U,分別為0.5V、1V、1.5V、2V、2.5V(操作時(shí)每次都要注意測(cè)定一下),測(cè)量U2及Is值并逐一記入表5-1中③保持U,為1.5伏，改變R,(即R,)的阻值，分別測(cè)量U?及Is值并逐一記入表5-2中。表5-2給定值12345測(cè)量值μVCCS測(cè)量值④核算表5-1和表5-2中的各μ和gm值，分析受控源特性。2.測(cè)試電流控制電壓源特性實(shí)驗(yàn)電路如圖5-11所示，輸入電流由電壓源Us與串聯(lián)電阻R,所提供。圖5-11并逐一記錄于表5-3中，注意U?的實(shí)際方向。表5-3給定值12345測(cè)量值②保持Us為1.5V,改變R,為1KQ的阻值，分別測(cè)量I?和U?的值，并逐一記錄于表5-4中。給定值12345測(cè)量值③核算表5-3和表5-4中的各rm值，分析受控源特性。實(shí)驗(yàn)電路及參數(shù)如圖5-12所①給定Us為1.5伏，R,為3千歐，R?和R;為1千歐，負(fù)載分別取0.5千歐、2千歐、3千圖5-12歐、2.5千歐、2千歐、1.5千歐、1千歐，逐一測(cè)量并記錄I?及I?的數(shù)值。千歐、2千歐、3千歐、4千歐、5千歐，逐一測(cè)量并記錄I,及I?的數(shù)值。以1.實(shí)驗(yàn)電路確認(rèn)無(wú)誤后，方可接通電源，每次在運(yùn)算放大器外部換接電word文檔整理分享usr實(shí)驗(yàn)六一階、二階動(dòng)態(tài)電路usr一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)微分電路即：當(dāng)t很小時(shí)，輸出電壓u近似與輸入電壓u、對(duì)時(shí)稱圖8-1電路為"微分電路"。圖8-1圖8-2(2)積分電路將圖8-1電路中的R、C位置對(duì)調(diào)，就得到圖8-2電路。電路中是在R=0情況下的振蕩角頻率，習(xí)慣上稱為無(wú)阻尼振蕩電路的固有角頻率，在R≠0時(shí)，放電電路的固有振蕩角頻率將隨增加而下降，(2)將圖8-4電路接直流電壓，當(dāng)電路參數(shù)不同時(shí)，其過渡過程也有不同的時(shí)，響應(yīng)是非振蕩性質(zhì)的。時(shí)，響應(yīng)將形成衰減振蕩。這時(shí)電路的衰減系數(shù)03.如何用示波器觀察電路的過渡過程重復(fù)的，所以無(wú)法用普通的陰極示波器來(lái)觀察(因?yàn)槠胀ㄊ静ㄆ髦荒茱@示重復(fù)出現(xiàn)的、即周期性的波形)。為了能利用普通示波器研究一個(gè)電路接到直流電壓時(shí)的過渡過程，可以采用下面的方法。圖8-5在電路上加一個(gè)周期性的“矩形波”電壓(圖8-5)。它對(duì)電路的作用可以零，這相當(dāng)于使電路輸入端突然短路。由于不斷地使電路接通與短路，電路中便出現(xiàn)重復(fù)性的過渡過程，這樣就可以用普通示波器來(lái)觀察了。如果要求在矩圖8-62.圖8-7電路中設(shè)u、為一矩形脈沖電壓，其幅度為U=6伏，頻KHZ圖8-73.圖8-8電路中，設(shè)ux為一矩形脈沖電壓，其幅度為U=6伏，頻率為圖8-81.按圖8-9接線，用示波器觀察作為電源的矩形脈沖電壓。周期T=1ms。2.按圖8-10接線，使R為10K,分別觀察和記錄C=0.01μ、0.1μ、1μ熒圖8-9圖8-103.按圖8-11接線。使R為10K,分別觀察和記錄C=0.5μ、0.01μ兩種情圖8-114.按圖8-3電路接線L=0.2H,C=0.1μf接入T=10ms的矩形脈沖觀察5.按圖8-4接線L=0.2H,C=0.1uf接入T=10ms的矩形脈沖觀察并描1.將實(shí)驗(yàn)任務(wù)1、2、3、4、5中記錄的波形整理在坐標(biāo)紙實(shí)驗(yàn)七R、L、C元件性能的研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.用伏安法測(cè)定電阻、電感和電容元件的交流阻抗及其參數(shù)R、L、C之值。2.研究R、L、C元件阻抗隨頻率變化的關(guān)系。3.學(xué)會(huì)使用交流儀器。電阻、電感和電容元件都是指理想的線性二端元件。1.電阻元件：在任何時(shí)刻電阻兩端的電壓與通過它的電流都服從歐姆定律。即及方向無(wú)關(guān)，具有雙向性。它的伏安特性是一條通過原點(diǎn)的直線。在正弦電路中，電阻元件的伏安關(guān)系可表示為：式中為常數(shù)，與頻率無(wú)關(guān)，只要測(cè)量出電阻端電壓和其中的電流便可2.電感元件電感元件是實(shí)際電感器的理想化模型。它只具有儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的功能。它是磁鏈與電流相約束的二端元件。即：式中L表示電感，對(duì)于線性非時(shí)變電感，L是一個(gè)常數(shù)。電感電壓在圖示關(guān)聯(lián)參考方向下為：在正弦電路中：U,=JX,1式中X,=oL=2π/L稱為感抗，其值可由電感電壓、電流有效值之比求得。X,越小，電感元件具有低通高阻的性質(zhì)。若f為已知，則電感元件的電感為：理想電感的特征是電流I滯后于電壓電容元件是實(shí)際電容器的理想化模型，它只具有儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的功能，它是電荷與電壓相約束的元件。即：式中C表示電容，對(duì)于線性非時(shí)變電容，C是一個(gè)常數(shù)。電容電流在關(guān)聯(lián)參考方向下為：在正弦電路中或Uc=-jxi式中稱為容抗。其值為,可由實(shí)驗(yàn)測(cè)出。當(dāng)C=通低阻和隔斷直流的作用。當(dāng)f為已知時(shí)，電容元件的電容為：電容元件的特點(diǎn)是電流I的相位超前于電壓0word文檔整理分享1.電路分析實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)(用RLC串聯(lián)與諧振電路部分的元件參數(shù))2.功率信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)3.交流毫伏表一只3.數(shù)字萬(wàn)用表一只四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟(1)測(cè)定電阻、電感和電1.按圖9-1接線確認(rèn)無(wú)誤后，將信號(hào)發(fā)生器的頻率調(diào)節(jié)到50Hz,并保持不變，分別接通R、L、C元件的支路。改變信號(hào)發(fā)生器的電壓(每一次都要用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量),使之分別等于表9-1中的數(shù)值，再用萬(wàn)用表測(cè)出相應(yīng)的電流值，并將數(shù)據(jù)記錄于表9-1中。(注意：電感L本身還有一個(gè)電阻值)表9-1信號(hào)發(fā)生器輸出元件電流U(伏)02468電壓被測(cè)元件R=1KS1(毫安)Ic(毫安)2.以測(cè)得的電壓為橫坐標(biāo)，電流為縱坐標(biāo)，分別作出電阻、電感和電容元件的有效值的伏安特性曲線(均為直線),如圖9-2所示。在直線上任取一點(diǎn)A,過A點(diǎn)作橫軸的垂線，交于B點(diǎn)，則OB代表電壓，AB代表電流，則word文檔整理分享圖9-2再按式9-1,9-2計(jì)算出L和C(此項(xiàng)可留到實(shí)驗(yàn)報(bào)告中完成)。(2)測(cè)定阻抗與頻率的關(guān)系：1.按圖9-1接線，經(jīng)檢查無(wú)誤后，把信號(hào)發(fā)生器的輸出電壓調(diào)至5伏，分別測(cè)量在不同頻率時(shí)，各元件上的電流值，將數(shù)據(jù)記入表9-2中。測(cè)量L、C元件上的電流值時(shí)，應(yīng)在L、C元件支路中串聯(lián)一個(gè)電阻R=100Ω,然后用C元件上的電流值。(注意：電感L本身還有一個(gè)電阻值)信號(hào)源頻率(Hz)電流(A)阻抗(Q)輸出電壓U=5伏，測(cè)量各支路電流及總電流，1.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說明各元件的阻抗與哪些因素有關(guān)?并比較R、L、C2.對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2進(jìn)行分析，從理論上說明總電流與各支路電流的關(guān)系。3.你能分析出產(chǎn)生本次實(shí)驗(yàn)誤差的原因嗎?1.按要求計(jì)算各元件參數(shù)。2.回答思考題1、2、3。實(shí)驗(yàn)八RLC串聯(lián)電路的幅頻特性與諧振現(xiàn)象一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測(cè)定R、L、C串聯(lián)諧振電路的頻率特性曲線。2.觀察串聯(lián)諧振現(xiàn)象，了解電路參數(shù)對(duì)諧振特性的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理1.R、L、C串聯(lián)電路(圖10-1)的阻抗是電源頻率的函數(shù)，即：當(dāng)時(shí)，電路呈現(xiàn)電阻性，U,一