橋T型衰減器的設計與分析解讀

姓名

班級

學號實驗日期

節(jié)次

教師簽字

成績橋T型衰減器的設計與分析1.實驗目的1）熟練進行實驗室實驗設備的使用，提高儀器使用能力。2）了解橋T型衰減器的工作原理及作用。3）學習用orCAD仿真尋找最佳參數。4）學會用電阻Y-△等效變換分析電路。5）提高自主設計能力，綜合運用所學知識解決實際問題。2.總體設計方案或技術路線利用橋T型電路負載 RL上的輸出電壓U總是小于輸入電壓 US的原理，調節(jié)負載電阻RL的阻值，從而得到衰減程度不同的輸出電壓，構成衰減器電路。（1）利用電阻Y-△等效變換，從理論上計算電阻R1、R2、RL滿足什么關系時，有U0.5Us。以理論計算確定的電阻及電源參數，利用orCAD進行仿真實驗，從仿真結果驗證理論計算的正確性，并通過操作實驗進行對比驗證。（2）利用電阻Y-△等效變換，從理論上計算電阻R1、R2、RL滿足什么關系時，有輸出電阻RORL。利用orCAD進行仿真實驗，從仿真結果驗證理論計算的正確性，并通過操作實驗進行對比驗證，計算出此時電壓比U的值。US（3）改變RL的值，測量并計算出不同阻值下U的值，并繪制出U~RL的變化曲線，USUS探究衰減程度與負載阻值的關系。（4）衰減系數為衰減器的一項重要指標，其衰減公式為：20lgUS，單位為dB。對于U（2），計算不同參數下衰減器的衰減比例。對于（3）計算不同參數下衰減器的衰減比例，并繪制出20lgUS~RL的曲線，探究衰減系數與負載阻值的關系。U3.實驗電路圖經Y-△變換：其中R3 3R1儀器設備名稱、型號1）TFG2000型函數信號發(fā)生器2）可編程線性直流電源3）電阻箱一臺4）電阻若干5）數字萬用表6）Fluke190-104型示波表7）Flukei30s電流鉗表8）交直流實驗箱9）導線若干5.理論分析或仿真分析結果1、根據Y-△變換公式，理論證明得對于橋T型衰減器，當3R1R2RLR23R1RL時，U0.5Us。當各電阻滿足上述關系時，設置正弦交流電壓源輸出頻率為1kHz，調整輸出幅度使電壓源輸出有效值不同的電壓，并選定滿足上述等式的電阻進行仿真實驗驗證，并將所得數據填入表一。R41kR1R2n11k1kV1R3R55Vac1k1k0Vdc0圖1仿真電路圖圖2仿真結果顯示表一USVR1R2RLUVUUS12.501000100010001.250.5025.001000100010002.500.5032.501000200020001.250.5045.001000200020002.500.5052.502000200020001.250.5065.002000200020002.500.502、根據Y-△變換公式，理論證明得對于橋T型衰減器，當RL3R1R2時，RORL。2R23R1當各電阻滿足上述關系時，設置正弦交流電壓源輸出頻率為1kHz，調整輸出幅度使電壓源輸出有效值不同的電壓，并選定滿足上述等式的電阻進行仿真實驗驗證，并將所得數據填入表二。（計算RO時，先將輸入端電壓源置零，RL開路，然后再輸出端加5V直流電壓，測出輸出端電流IO）R41kR1R2n11k1kV1R3R55Vac1k6000Vdc0圖3仿真電路圖R41kIPRINTR1R21k1kV1R35Vdc1k0圖4計算RO的仿真電路圖圖5計算RO的仿真結果顯示表二USVR1R2RLIOmAUVROU20lgUSdBUSU12.50100010006008.331.006000.407.9625.00100010006008.332.006000.407.9632.5010002000857.145.831.00857.140.407.9645.0010002000857.145.832.00857.140.407.9652.502000200012004.171.0012000.407.9665.002000200012004.172.0012000.407.966.詳細實驗步驟及實驗結果數據記錄（包括各儀器、儀表量程及內阻的記錄）（1）按電路圖接好電路，為方便調整RL的阻值，用電阻箱代替RL。（2）設置函數信號發(fā)生器輸出頻率為1kHz，波形選擇正弦波，調整輸出幅度旋鈕使信號發(fā)生器輸出有效值不同的電壓，根據仿真結果設定各電阻值，并將示波表A端口測試線接在電路的輸入端，將B端口測試線接在RL兩端，測其兩端的電壓，記錄波形圖，并所得將數據記錄在表三中。圖6實際電路圖連接圖7輸入電壓與輸出電壓的波形表三USVR1R2RLUUVUS1 2.47 1000 1000 1000 1.23 0.4982 4.92 1000 1000 1000 2.47 0.50232.461000200020001.220.49644.931000200020002.480.50352.472000200020001.240.50264.942000200020002.460.498（3）設置函數信號發(fā)生器輸出頻率為 1kHz，波形選擇正弦波， 調整輸出幅度旋鈕使信號發(fā)生器輸出有效值不同的電壓，根據仿真結果設定各電阻值，并將示波表 A端口測試線接在電路的輸入端，將 B端口測試線接在 RL兩端，測其兩端的電壓，并記錄波形圖。然后用電流鉗表測輸入端電流，并將所得數據記錄在表四中。 （計算RO時，先將輸入端電壓源置零，RL開路，然后再輸出端加 5V直流電壓，測出輸出端電流 IO）圖8輸入電壓與輸出電壓的波形表四IOmAUUSdBUSVR1R2RLUVRO20lgUSU（平均值）12.47100010006008.250.99606.060.4017.93724.92100010006008.001.98625.000.4027.91532.4610002000857.146.000.95833.330.3868.26844.9310002000857.145.751.97869.560.4007.95952.472000200012004.251.011176.470.4097.76564.922000200012004.252.011176.470.4097.765（4）設置函數信號發(fā)生器輸出頻率為1kHz，設置其輸出有效值為5V的正弦波。根據仿真結果設置各電阻值，然后將所得數據記錄在表五中，并繪制出U~RL和20lgUS~RLUSU的曲線。表五USVR1R2RLUVUUSdBUS20lgU14.9210001000200.130.02631.70124.9310001000400.250.05125.84834.9310001000800.470.09520.44544.93100010001000.570.11618.71154.93100010002000.990.20113.93664.92100010004001.580.3219.8707 4.93 1000 1000 800 2.25 0.456 6.82184.921000100010002.460.5006.02094.921000100020003.020.6144.237104.931000100040003.430.6963.148114.931000100080003.630.7362.662124.9310001000100003.730.7562.429（5）整理表格，繪制相應曲線，得出結論。7.實驗結論根據仿真以及實際操作的結果，我們可以得出結論：（1）當R1、R2、RL滿足3R1R2RLR23R1RL的關系時，可以得到衰減程度為0.5的輸出電壓。此時輸入電壓和輸出電壓的關系可以從圖7中較為明顯地看出；（2）當R1、R2、RL滿足當RL3R1R2時，RORL。由最大功率傳輸定理可2R2 3R1得，此時負載能獲得最大的功率。但此時電壓的衰減程度為0.4，這個衰減程度是比較大的。因此，對于橋T型衰減電路，我們無法同時保證電壓的衰減程度較小時，負載獲得最大功率。（3）通過調節(jié)負載電阻的阻值，可以得到衰減程度不同的輸出電壓。 并且，隨著RL數值的增大，輸出電壓衰減程度越來越慢，衰減系數減小的速度也越來越慢。下圖為 U~RL的曲線。US下圖為20lgUS~RL的曲線。U8.實驗中出現的問題及解決對策出現的問題：（1）實驗過程中發(fā)現， 電流鉗夾測得的電流精度只能到個位數， 這就給最后計算 RO帶來了一定的誤差。（2）實驗過程中發(fā)現，信號源輸出正弦波的有效值最大為7.057V，這與實驗原來設定的輸出有效值為5V和10V的電壓不符。解決對策：（1）多次測量電流取平均值， 盡可能減小誤差（本實驗每組數據測量 4次電流取平均值） 。（2）將信號源輸出的正弦波有效值設定為 2.5V和5V。9.本次實驗的收獲和體會、對電路實驗室的意見或建議收獲和體會：在本次自主設計實驗中，經過構想、設計、模擬仿真、實際操作等過程，我對電路理論知識有了更深刻的理解，初步掌握了電路設計和調試的基本方法，同時增強自己的動手能力。通過這次實驗，我提高了獨立思考和解決問題的能力，也體會到了努力之后成功的喜悅。同時，自主設計實驗將書本上的知識更加生動地展示和科學地驗證， 能幫助我們更好地學習理論知識。對實驗室的建議： 實驗室儀器設備不是很多， 這就限制了同學們自主設計的范圍， 建議實驗中心多購置一些常用的設備，還有就是現有的儀器設備應多注意維護整修，提供給同學們更好的實驗環(huán)境。10．參考文獻孫立山陳希有.電路理論基礎.北京：高等教育出版社，2013劉冬梅.電路實驗教程.北京：機械工業(yè)出版社，2013孟濤.電工電子EDA實踐教程.北京：機械工業(yè)出版社，2012實驗原始數據記錄表一USVR1R2RLUVUUS12.501000100010001.250.5025.001000100010002.500.5032.501000200020001.250.5045.001000200020002.500.505 2.50 2000 2000 2000 1.25 0.506 5.00 2000 2000 2000 2.50 0.50表二USVR1R2RLIOmAUVROU20lgUSdBUSU12.50100010006008.331.006000.407.9625.00100010006008.332.006000.407.9632.5010002000857.145.831.00857.140.407.9645.0010002000857.145.832.00857.140.407.9652.502000200012004.171.0012000.407.9665.002000200012004.172.0012000.407.96表三USVR1R2RLUVUUS12.471000100010001.230.49824.921000100010002.470.50232.461000200020001.220.49644.931000200020002.480.50352.472000200020001.240.5026 4.94 2000 2000 2000 2.46 0.498表四USVR1R2IOmAROU20lgUSdBRLUVUSU（平均值）12.47100010006008.250.99606.060.4017.93724.92100010006008.001.98625.000.4027.91532.4610002000857.146.000.95833.330.3868.26844.9310002000857.145.751.97869.560.4007.95952.472000200012004.251.011176.470.4097.76564.922000200012004.252.011176.470.4097.765表五USVR1R2RLUVU20lgUSdBUSU14.9210001000200.130.02631.70124.9310001000400.250.05125.84834.9310001000800.470.09520.4454 4.93 1000 1000 100 0.57 0.116 18.71154.93100010002000.990.20113.93664.92100010004001.580.3219.87074.93100010008002.250.456