高频情况下电压有效值的测量_EEWorld电子工程世界搜索中心
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。三种表示形式：a.峰峰值Vnp-p：这是我们肉眼能够观察到的直观表示形式，取一段信号上噪声的最大点减去最小点，这种表示虽然直观方便，但是由于噪声的不确定性，在不同的测量时候段，会得到不同的两点，只是一个近似值。b.均方根值（RMS,Root Mean Square）:反应的是噪声的有效值，在电路中常用来描述一个连续的时间段内波动电压的大小。c.电压频谱密度Vn，单位是V/√Hz：其实噪声是个能量...
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电路中是0.9倍的输入电压有效值，所以输出电流的平均值(等同用万用表测量)是输入电压有效值除以负载电阻后的0.9倍。11:示波器的两个探头是共地的，双踪的时候要注意，这两个地必须连在一起，尤其是高电压的时候!并不是所有的示波器两个探头都是共地的，有些地是独立的。12:mos管的测量方法，一般是gds排列。用万用表的话，先在gs两端加电，即用万用表点一下gs 然后点ds,就能测量出数字来了。这些都是...
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：2Mbit/s、8Mbit/s、34Mbit/s、45Mbit/s、140Mbit/s、155Mbit/s；2、特性阻抗：75Ω（标称值）。3、同轴连接器接触电阻；外导体不大于2.5mΩ，经机械耐久性实验后其增值不大于2.5mΩ；内导体不大于10mΩ，经机械耐久性试验后其增值不大于10mΩ。4、绝缘电阻：连接器内、外导体之间、内导体与单元板金属件之间的绝缘电阻应大于1000MΩ，测量回路的直流电压为...
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/s、45Mbit/s、140Mbit/s、155Mbit/s；2、特性阻抗：75Ω（标称值）。3、同轴连接器接触电阻；外导体不大于2.5mΩ，经机械耐久性实验后其增值不大于2.5mΩ；内导体不大于10mΩ，经机械耐久性试验后其增值不大于10mΩ。4、绝缘电阻：连接器内、外导体之间、内导体与单元板金属件之间的绝缘电阻应大于1000MΩ，测量回路的直流电压为500V±50V。5、耐电压：连接器内、外...
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/s、155Mbit/s；2、特性阻抗：75Ω（标称值）。3、同轴连接器接触电阻；外导体不大于2.5mΩ，经机械耐久性实验后其增值不大于2.5mΩ；内导体不大于10mΩ，经机械耐久性试验后其增值不大于10mΩ。4、绝缘电阻：连接器内、外导体之间、内导体与单元板金属件之间的绝缘电阻应大于1000MΩ，测量回路的直流电压为500V±50V。5、耐电压：连接器内、外导体之间、内导体与单元板金属件之间应能...
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日置3333& &单相
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日置3332基本参数；
接线方式& & & & 单相/2线
测量项目& & & & 电压，电流...
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电压的最大相对变化量，常用百分数表示，有时也用绝对变化量表示。
2． 输出电阻（也称等效内阻或内阻）
在额定电网电压下，由于负载电流变化△IL 引起输出电压变化△Uo，则输出电阻为Ro=| Uo/ IL| 欧。
三． 纹波电压的几个指标形式
1． 最大纹波电压
在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（包括噪声）的绝对值的大小，通常以峰峰值或有效值表示。
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，或者高稳定部分。
21、通用双运放LM358,四运放LM324失调电压4～9mV。op07宽电源精密单运放，失调电压65uV。opa2277高精度双运放，失调电压20uV。ad8606高精度低电压双运放，65uV失调电压。真有效值直流转换AD536ak，AD736，双电压供电。频率电压转换芯片lm331。四路模拟开关4066，数字电量测量芯片CS5460,具有有效电压值、电流值、功率的测量和...
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变化△IL引起输出电压变化△Uo，则输出电阻为Ro=|△Uo/△IL| 欧。三． 纹波电压的几个指标形式　　1． 最大纹波电压　　在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（包括噪声）的绝对值的大小，通常以峰峰值或有效值表示。　　2． 纹波系数 Y（%）　　在额定负载电流下，输出纹波电压的有效值Urms与输出直流电压 Uo 之比，即y=Umrs/Uo x100%　　3． 纹波电压抑制比　　在规定的...
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效应，目前还没有一个比较好的办法彻底消除，只能通过一定的手段来削弱这种效应，一般情况下造成这种结果的原因有三个：
1）直流电源射频旁路性能不理想。通常希望漏极供电电源的电压是纯净的并且始终是不变的，但当电源滤波电容不足（容量不足）时，在大电流峰值下电源电压可能有较大的压降，这将产生AM，并与AM-PM distortion和AM-AM distortion都有相位差，恶化性能。
2）功率管固有...
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峰峰值分辨率，有效值分辨率来表示。在ADI一些Sigma-delta ADC的芯片资料里都会列出不同情况下的有效值分辨率指标。高速模数转换器的精度可用SNR，SNOB来表示，这些指标也可在资料中找到。
但一般ADC的指标中不会有噪声系数（NF）的指标。
6.如果采用了外部模拟切换开关，那么这个开关总是存在一些电阻的，必然引起一些误差，那么我想问一下有没有什么办法能减少这些误差，分别描述...
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有效值中的一个，另一个即可用计算获得。在精度要求不是特别高的情况下，可以用高频二极管整流，然后再用低漏电的电容积分，后面接高阻输入的缓冲级。足够长时间后，电容上的电压就可以认为是峰值。另外再设计一个高阻的可控泄放回路，在测量完成后对电容放电以便再次测量。
有种很古老的测量方法，叫热偶电流表。其工作原理是让待测电流流过表内电阻丝，电阻丝当然会发热，然后用热电偶测量电阻丝与环境之间的温度差，间接测量...
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10nV/√Hz。这里的问题是，放大器的噪声带宽等于ADC的全带宽（中心频率位于500 MHz），而ADC的噪声又必须限制在第一奈奎斯特范区（40 MHz）。在没有滤波器的情况下，放大器的噪声有效值是155 μVrms，ADC的噪声有效值是90 μV。从理论上讲，总系统的信噪比（SNR）降低了6dB。为了从实验上证实这一点，用ADA4937驱动的AD9446-80测量的SNR结果是76 dBFS,本底...
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产生明显作用）。
无杂散动态范围（SFDR）是满度值的有效值与最大杂散频谱分量的有效值之比。前端杂散有两大危害，一个是造成放大器的非线性（或者使变压器造成不理想平衡），它主要产生二次谐波失真；另一个是输入失配并且按照一定的增益放大这种失配（在高增益情况下，失配更加严重，并且放大寄生非线性作用），通常将这种情况看作三次谐波失真。
问：变压器的重要特性是什么？答：变压器有许多特性——例如电压增益和...
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3、为便于测量电路的性能指标，本振信号、中频输岀端等应留出相关的测量端
4、高频信号源的输出电阻为50Ω，输出端口为通用标准插座，测试时请自备信
号源至接收机的电缆线及标准插头（50Ω）。
5、接收机灵敏度：在接收机8Ω负载电阻获得100mW输出功率，且信号与噪声
电压比≥12dB条件下，测得的接收机的最小输入电压峰值。
6、测试前应完成整机调整，测试中不允许进行任何...
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传感器原理：
载体催化元件一般由一个带催化剂的敏感元件（俗称黑元件）和一个不带催化剂的补偿元件（俗称白元件）构成。其检测电路如图所示。黑元件是载体催化燃烧式元件，当甲烷气体在元件表面与氧气产生无焰燃烧时，电桥失去平衡，输出一个电压信号，白元件是补偿元件，基本结构和技术参数与黑元件相同，但表面不涂镀催化剂，所以它不掺入低温燃烧。但它处在与黑...
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。因此，高频测量( 如总电压有效值、总功率等) 必须在高频处进行，但必须超出输出波形低频分量的整数倍。
泰克PA4000 功率分析仪利用脉宽调制输出测量的特殊工作模式克服了这个难题。它对数据进行高速采样，并实时计算总体数量，包括所有谐波和载波分量。与此同时，对采样数据进行数字化滤波，提供低频测量，如输出频率的基波分量和测量。
图2. 高精度PA4000 测量技术
除了从同一测量中获得低频和...
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&所以共发，共基放大器，知道共基在后，就知道输出电阻大，将输入电流不衰减的送到输出电阻大的那端。
&&共集共发，明显是输入电阻大，将输入电阻不衰减的送到输出电阻小的那端
10：正弦电压的输出平均电压在全桥整流电路中是0.9倍的输入电压有效值，所以输出电流的平均值（等同用万用表测量）是输入电压有效值除以负载电阻后的0.9倍。
11：示波器的两个探头是共地的，双踪的时候...
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& & 因为本人是做汽车电子研发的，对于后两种噪声接触较少，所以暂不考虑。
开关电源纹波的测量
基本要求：
使用示波器AC耦合20MHz带宽限制拔掉探头的地线
1，AC耦合是去掉叠加的直流电压，得到准确的波形。
2，打开20MHz带宽限制是防止高频噪声的干扰，防止测出错误的结果。因为高频成分幅值较大，测量的时候应除去。
3，拔掉示波器探头的接地夹，使用接地...
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比较稳定的电压作为参考电压，因为内部的产生的参考电压不是特别稳定或精度不是特别的高。例如我在使用时遇到的情况如下：
Vref设为2.5V&&但实际的值大概为2.475V，选择VCC&&VSS作为参考，用电压表测得大概为3.58V&&还是不小的偏差的。
另外，在有可能的情况下，尽量采用较大的VR+和VR-，以减小纹波对采样结果的影响...
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真有效值（RMS）信号隔离变送器隔离放大器&ISO EM RMS-P-O系列
产品类别：
资料类型：
文件大小：
输&&&&入：
&RMS:200mV,1000mV
输&&&&出：
&0-5V,0-10V等
隔离方式：
隔离电压：
&3000VDC 三隔离
封装方式：
说&&&&明：
&真有效值（RMS）信号隔离变送器隔离放大器
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& 15:55:18
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PWM脉宽变送器是一种将PWM脉冲调宽方波信号的占空比经隔离转换为模拟标准信号的混合集成电路.该产品在同一芯片上集成了高隔离的 DC/DC电源电路、PWM驱动电路、高速转换器和信号放大与变换电路等.特别适用于工业过程仪表的信号隔离变送,目前在工业现场远程控制中广泛应用.
PWM脉宽变送器是一种将PWM脉冲调宽方波信号的占空比经隔离转换为模拟标准信号的混合集成电路.该产品在同一芯片上集成了高隔离的 DC/DC电源电路、PWM驱动电路、高速转换器和信号放大与变换电路等.特别适用于工业过程仪表的信号隔离变送,目前在工业现场远程控制中广泛应用.
ISO系列频率信号隔离变换器是一种将正弦波、方波、锯齿波频率信号按比例隔离转换成标准模拟信号的混合集成电路。该电路在同一芯片上集成了一组多路高隔离的DC/DC电源和一个高速的频率信号隔离及变换器，适用于任意一种频率信号的隔离变换。广泛用于电机转速测控、无线数传、物体运动频率监控等行业。
ISO系列频率信号隔离变换器是一种将正弦波、方波、锯齿波频率信号按比例隔离转换成标准模拟信号的混合集成电路。该电路在同一芯片上集成了一组多路高隔离的DC/DC电源和一个高速的频率信号隔离及变换器，适用于任意一种频率信号的隔离变换。广泛用于电机转速测控、无线数传、物体运动频率监控等行业。
正弦波|转速正弦波|正弦波转方波|传感器正弦波|正弦波信号|正弦波转换.转速脉冲信号隔离变送器IC（正弦波转方波）: ISO S-P-O系列是一种将转速传感器信号、正弦波、锯齿波信号或者微弱的波形信号隔离转换成与输入频率完全一致的方波信号的混合集成电路.
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一种两线制4-20mA差分信号采集调理芯片，属于SY 4-20mA系列非隔离型产品。IC内部包含有差分信号采集、调理和耦合变换电路。标准输入等效电阻，使该IC能够从传感器回路中采集到差分信号，以满足用户各种单片机接收信号的需要。
一种两线制4-20mA差分信号采集调理芯片，属于SY 4-20mA系列非隔离型产品。IC内部包含有差分信号采集、调理和耦合变换电路。标准输入等效电阻，使该IC能够从传感器回路中采集到差分信号，以满足用户各种单片机接收信号的需要。
交流信号|交流信号转模拟|交流信号转直流|交流信号检测|交流信号变送器|AC转DC.交流信号转模拟直流信号(AC/DC)隔离变送器IC,是一种将电网、电机检测传感器输出工频交流信号（50～60HZ）转换成线性变化对应模拟直流信号的混合集成电路.通过外接交流电压互感器后就可以组成单相或多相隔离变送器,实现信号输入、输出信号与辅助电源之间的三隔离.产品在发电机或电动机安全运行监测、电力输配电远程监控、仪器仪表与传感器信号收发、医疗设备安全隔离栅、工业自动化控制等领域广泛应用.
交流信号|交流信号转模拟|交流信号转直流|交流信号检测|交流信号变送器|AC转DC.交流信号转模拟直流信号(AC/DC)隔离变送器IC,是一种将电网、电机检测传感器输出工频交流信号（50～60HZ）转换成线性变化对应模拟直流信号的混合集成电路.通过外接交流电压互感器后就可以组成单相或多相隔离变送器,实现信号输入、输出信号与辅助电源之间的三隔离.产品在发电机或电动机安全运行监测、电力输配电远程监控、仪器仪表与传感器信号收发、医疗设备安全隔离栅、工业自动化控制等领域广泛应用.
标准DIN35导轨安装的ISO系列交流电流、电压信号(AC/DC)隔离变送器,其内部配有电流或电压隔离型互感器,通过互感器与(AC/DC)隔离变送器IC的组合可直接达到交流信号输入、辅助电源、模拟量信号输出之间3000VDC 三隔离,输入信号测量范围也由IC封装的0-1Vrms,拓展到0-5AAC/0-500VAC。交流信号|交流信号放大器|交流信号变送器|交流信号隔离|交流信号转换.
标准DIN35导轨安装的ISO系列交流电流、电压信号(AC/DC)隔离变送器,其内部配有电流或电压隔离型互感器,通过互感器与(AC/DC)隔离变送器IC的组合可直接达到交流信号输入、辅助电源、模拟量信号输出之间3000VDC 三隔离,输入信号测量范围也由IC封装的0-1Vrms,拓展到0-5AAC/0-500VAC。交流信号|交流信号放大器|交流信号变送器|交流信号隔离|交流信号转换.
VF转换|VF转换器|电压转脉冲|电压转频率|AD转换|VF无线数传|模拟转脉冲隔离变送器是一种将模拟直流电压信号或电流信号隔离转换成相应数字脉冲频率信号的混合集成电路.产品可根据用户自定义参数要求制作,安装方式为标准SIP 16Pin PCB板焊接安装或DIN 35导轨安装.特别适用于调频调相、模数AD转换器、GPRS/GMS无线数传、数字电压表、数据测量仪器及远程遥测遥控设备中.
VF转换|VF转换器|电压转脉冲|电压转频率|AD转换|VF无线数传|模拟转脉冲隔离变送器是一种将模拟直流电压信号或电流信号隔离转换成相应数字脉冲频率信号的混合集成电路.产品可根据用户自定义参数要求制作,安装方式为标准SIP 16Pin PCB板焊接安装或DIN 35导轨安装.特别适用于调频调相、模数AD转换器、GPRS/GMS无线数传、数字电压表、数据测量仪器及远程遥测遥控设备中.
普通直流电压表只能测量直流电压信号,而测量交流信号必须增加AC/DC转换电路.对于正弦波失真的交流电压信号,这类仪表测量就会出现误差,而使用这类仪表测量方波、矩形波、三角波、锯齿波、梯形波、阶梯波等非正弦波信号的偏差更大,检测结果与信号的实际值不相符.运用真有效值数字仪表可准确测量各种波形的有效值.满足现代电子测量之需要.
普通直流电压表只能测量直流电压信号,而测量交流信号必须增加AC/DC转换电路.对于正弦波失真的交流电压信号,这类仪表测量就会出现误差,而使用这类仪表测量方波、矩形波、三角波、锯齿波、梯形波、阶梯波等非正弦波信号的偏差更大,检测结果与信号的实际值不相符.运用真有效值数字仪表可准确测量各种波形的有效值.满足现代电子测量之需要.《电路实验与仿真设计》-华南理工大学_甜梦文库
《电路实验与仿真设计》-华南理工大学
电路实验与仿真设计（第四版）电路实验教材编写小组二○一一年七月
目2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 实验一 实验二 实验三 实验四 实验五 实验六 实验七 实验八 实验九 实验十录第一章 电路实验概述................................................ 11.1 实验目的和实验要求 ......................................................................................................... 1 1.2 实验课进行方式................................................................................................................. 2 1.3 实验中的几个问题 ............................................................................................................. 4第二章 电路实验（含仿真）.......................................... 9伏安特性的测试 ............................................. 9 叠加定理和基尔霍夫定律 .................................... 16 戴维南定理及诺顿定理的验证 ................................ 20 运算放大器与受控源 ........................................ 25 一阶电路的时域响应 ........................................ 36 二阶电路的时域响应 ........................................ 47 谐振电路的特性研究 ........................................ 54 正弦交流电路中元器件参数测量 .............................. 63 阻抗的串联、并联和混联 .................................... 72 二端口网络参数的测定 ...................................... 77 81 82 88 91 99第三章 仿真工具 Multisim2001 ...................................... 81Multisim2001 简介 ................................................. Multisim2001 操作界面 ............................................. 元器库介绍........................................................ Multisim2001 中的虚拟仪器 ......................................... Multisim2001 的分析功能 ...........................................附录 A 附录 BB.1 B.2 B.3 B.4 B.5SBL 型电路实验台........................................... 103 常用仪器设备简介 .......................................... 107DM-441B 型数字万用表 .............................................. EE1641B 型函数信号发生器 .......................................... OS-5020 型示波器 .................................................. MVT172D 型交流数字毫伏表 .......................................... DW-8 功率表的使用方法 ............................................. 107 110 117 123 126附录 C实验预习与实验报告要求 .................................... 130
第一章 电路实验概述电路实验教学是电路课程教学的重要组成部分，是培养学生科学精神、独立分析问题 和解决问题能力的重要环节。 通过必要的实验技能训练和验证性实验， 使学生将理论与实践 相结合，巩固所学知识。通过实验培训有关电路连接、电工测量及故障排除等实验技巧，学 会掌握常用仪器仪表的基本原理、 使用与选择方法。 在实验测量中学习实验数据的采集与处 理、各种现象的观察与分析。随着计算机应用的广泛普及，电路的计算机辅助分析成为培养 电气工程技术人员必需的基本训练。 总之， 电路实验课及电路仿真设计训练可为今后从事工 程技术工作、科学研究以及开拓技术领域工作打下坚实的基础。1.1 实验目的和实验要求1.1.1 实验目的1. 进行实验基本技能的训练，可在下列几个方面培养学生的能力： （1）电路接线能力，学会按电路图连接线路。 （2）读说明书使用仪器的能力，为今后使用新仪器打下基础。 （3）分析处理实验数据的能力，找出不合理数据，培养独立完成高质量实验的能力。 （4）分析处理电路故障的能力（故障包括开路、短路、连线错误等） 。 （5）写工程报告的能力。 2. 巩固加深并扩大所学到的理论知识， 培养运用基本理论分析来处理实际问题的能力。 3. 培养实事求是、严肃认真、细致踏实的科学作风和良好的实验习惯，为今后的专业 实践与科学研究打下坚实的基础。1.1.2 实验课程的要求经过做几个简单电路实验之后，要求学生在实验技能方面达到下列要求： （1）正确使用电流表、电压表、台式数字万用表、数显相位表、功率表以及一些常用 的电工电子实验设备。初步掌握模拟双踪示波器、函数信号发生器、稳压电源和数字交流毫 伏表等电子仪器和 SBL 电路实验装置的使用方法。 （2）学会按电路图正确连接实验电路，做到合理布线、方便测试，并能初步分析出故1障的原因并排除故障。 （3）能够认真观察和分析实验现象，运用正确的实验手段，采集实验数据，绘制图表、 曲线。科学分析实验数据，正确书写实验报告和分析实验结果，并能找出造成误差的原因。 （4）正确地运用实验手段验证一些定理和结论。 （5）对于设计性实验，要能根据实验任务，在实验前确定实验方案，设计实验电路， 正确选择仪器、仪表、元器件，并能独立完成实验要求的内容。 （6）了解 Multisim 软件，利用 Multisim 所提供的元件来搭制模拟电路。通过 Multisim 所提供的测量仪器仪表，来观察电路现象，由此来提高实验分析和研究的能力。1.2 实验课进行方式实验课一般分为课前预习、实验过程及课后写实验报告三个阶段。1.2.1 课前预习实验能否顺利进行及收到预期效果，很大程度上取决于预习准备是否充分。预习的要 求是： （1）明确了解实验的目的、原理、实验仪器、实验任务及步骤。 （2）画出实验电路图，了解电路图的连接方法。 （3）画好需要填写实验数据的表格及绘制曲线的坐标等。 （4） 根据每个实验的给定条件和具体要求， 通过理论计算完成对实验待测数据的预测。 （5）完成书中的思考题和计算题。 以上预习内容写在统一的“实验报告”纸上，上实验课时带到实验室，由指导实验的 老师检查并签名。凡未按要求预习者不得进行该次实验，也不能补做。1.2.2 实验过程良好的工作方法和操作程序，是使实验顺利进行的有效保证，一般实验按照下列程序 进行： （1）教师在实验前讲授实验要求及注意事项。 （2）学生在规定的实验台上进行实验。做好以下准备： ①按本次实验仪器设备清单清点元件设备， 注意仪器设备类型、 规格和数量是否符合实 验要求，辅助设备是否齐全，检查仪器设备是否完好。若发现设备不足或损坏，应立即报告 老师。2②了解设备的使用方法及注意事项。 凡是较为复杂的仪器， 要清楚了解其使用方法之后 才能使用。在实验指导书的附录中，对 SBL 实验装置和部分仪器设备的原理及使用方法作 了简单介绍，学生应自行查阅，培养通过阅读说明、掌握正确使用仪器的能力。若阅读说明 仍不知道如何使用该仪器，应向指导教师询问。 ③按电路图接线时，应注意仪表的排列位置，以便于实验操作和读取实验数据。暂不用 的设备在一边摆放整齐，保持台面整洁。 4 ○做好记录的准备工作。学生应携带以下文具：水性笔、铅笔、橡皮擦、计算器、直 尺、圆规、方格纸等，以便在实验的每一阶段完成时，立即分析所测数据是否合理。 （3）连接电路。仪器设备应布置到便于操作和读数的位置，接线时，按照电路图先接 主要串联电路（由电源的一端开始，顺次而行，再回到电源的另一端） ，然后连接分支电路， 应尽量避免同一端上有很多的导线，连线完毕后，不要急于通电，应仔细检查，经自查无误 并请老师复查同意后，才能通电开始实验。 （4）设备的操作和数据的记录。按照实验指导书上的实验步骤进行操作。操作时要注 意： “手合电源，眼观全局；先看现象，再读数据” 。 读数据前要清楚仪表的量程及刻度。读数姿势要正确，要求“眼、针、影成一线” 。记 录要完整清晰，一目了然。数据记录在事先准备好的统一的原始数据记录纸上，要尊重原始 数据，实验后不得涂改。当需要把数据绘成曲线时，应以足够绘制一条光滑而完整的曲线为 准，来确定读数的多少。读取数据后，可先把曲线粗略地描绘一下，发现不足之处，应及时 弥补。 学生实验时要避免只测数据而不加以分析。 为了培养分析数据的能力， 在做每一步实验 时，要求记录下来的实验数据（或绘制的波形）与预习时的计算值或者理论分析（值）应基 本相符，才能改接线路进行下一步实验；如果不相符，应查找原因并重做该步骤。 （5）结束工作。完成规定的全部实验内容后，先断电，但不要急于拆除线路。应先自 行核查实验数据，有无遗漏或不合理的情况（必要时可以请老师复查分析） 。检查完毕之后， 方可进行下列结尾工作： ①拆除实验线路（注意：一定要先断电，再拆除） 。 ②做好仪器设备、桌面、周围的清洁工作。 ③经老师同意后方可离开教室。1.2.3 整理实验报告3实验报告是对实验工作的全面总结，是实验课的重要环节。其目的是培养学生严谨的 科学态度，要用简明的形式将实验结果表达出来。实验报告必须使用《华南理工大学实验报 告纸》 ；除画图、画表格可以用铅笔，其它部分均不许用铅笔及荧光笔，且用笔颜色应统一； 作图画表均要使用直尺，不允许徒手画。实验报告要求文理通顺、简明扼要、字迹端正、图 表清晰、结论正确、分析合理、讨论深入。 实验报告由预习报告、现场数据、数据整理及处理三个部分组成。 在预习实验时，写好预习报告。预习报告包括下列内容： （1）实验目的。 （2）实验仪器与设备：列出实验所需的仪器和设备的名称、型号、规格和数量等。 （3）实验原理：包括实验原理和公式。 （4）任务和步骤：列出具体实验内容与要求，画出实验电路图，拟订主要步骤和数据 记录表格。注意事项：实验中应注意哪些问题。 （5）数据预测。 （6）预习要求中的思考题与计算题。 现场数据即实验过程中记录原始数据的实验报告纸。要求纸张完整、记录清晰、数据带 单位。 数据整理及处理，即将现场数据整理（并列表） ，按实验指导书每个实验中“七、实验 报告要求”及教师的要求，对实验数据进行分析计算（并列表） ，要求作图的，必须严格按 要求（用方格纸、直尺、圆规等）作图，将方格纸剪成块、按处理顺序贴在实验报告纸上， 勿将所有图形画在一大张方格纸上订在实验报告最前页或者最后页； 根据对实验数据的分析 和计算，分析误差产生的原因；回答课后思考题；并记录该次实验中出现的问题，写下心得 体会。 预习报告、现场数据和数据整理及处理，三个部分按先后顺序摆放整齐并装订，成为一 本实验报告，下次实验时上交。1.3 实验中的几个问题1.3.1 学生实验守则（1）凡进入实验室进行教学、科研活动的学生，必须严格遵守实验室的各项规章制度； （2）实验前必须接受安全教育，认真做好预习准备，未做预习或无故迟到者，教师有4权停止其实验； （3）进入实验室应衣着整洁，不得随便串走，禁止喧哗、打闹；未经允许，不得拆改 实验器材和摆弄与本实验无关的设备； （4）学生应以实事求是的科学态度对待实验，细心观察现象，认真记录数据，原始数 据须留一复印备份稿在教师处；实验后应独立完成数据处理，按时交任课教师，不得抄袭或 臆造； （5）实验过程中，贵重仪器设备需在专人指导下使用；仪器设备如发生故障，应马上 报告当值教师及时处理； （6）实验完毕，需将仪器设备、实验工具及实验场地等按原样进行清理，借用的物品 应归还，经教师同意后方可离场。1.3.2 人身安全和设备安全要求切实遵守实验室各项安全操作规程，以确保实验过程中的安全。为此，应注意以下 几个方面： （1）不得擅自接通电源。 （2）不得触及带电部分，遵守“先接线后通电源，先断电源后拆线”的操作程序。 （3）发现异常现象（声响、过热、焦臭味等）应立刻断开电源，并及时报告指导老师 检查。 （4）注意仪器设备的规格、量程和操作规程，不了解性能和用法时不得随意使用该设 备。1.3.3 仪器仪表的选择与使用注意仪器设备的容量、参数要适当。工作电源电压不能超过额定值。仪器仪表种类、量 程、准确度要合适。 1、仪表量程的选择 （1）电流表、电压表 仪表量程应大于被测电量，加大幅度一般在 1.1～1.5 倍，以减少测量误差。选用仪表时 被测值愈接近仪表的量程，则所测值精度愈高。 （2）功率表 功率表的量程是电流量程与电压量程的乘积。 但功率表一般不标功率量程， 只标明电流 量程和电压量程。因此，在选用功率表时，要使功率表中电流线圈和电压线圈的额定值大于5被测负载的最大电流值和最大电压值。 （3）调压器 交流实验中的电源有时采用调压器，调压器的输出电压是可调的。实验时，在将调压器 接入电路前，应先将调压器的调节手轮逆时针旋转到“0”位。如果调节调压器手轮的丝杆 滑丝，可将电压表接在调压器的副边通电检查，使电压表指针为零伏，以确保实验时，调压 器的输出电压从零伏开始。当顺时针转调节手轮（或旋钮）时，要使实验电压从零伏缓慢上 升，同时注意仪表指示是否正确，有无声响、冒烟、 焦臭味等异常现象。 一旦发生上述现象， 应立即切断电源或把调压器的手轮退到零位再切断电源， 然后根据现象分析原因， 查找故障。 此注意事项适用于其他类型的交流电源。 2、使用电子仪器的一般规则 （1）预热 实验中常用的电子仪器有示波器、信号发生器、毫伏表、直流稳压电源，这些仪器都需 要交流供电。为了保证仪器的稳定性和测量精度，一般需预热 3～5 分钟后才能使用。 （2）接地 实验中信号电压或电流在传递和测量时，易受到干扰。一般应致意以下两点：第一，各 仪器和实验装置应实现共地，即把各仪器和实验装置的接地端可靠地接在一起。第二，各仪 器及实验装置之间的连线尽可能短。1.3.4 线路的连接1、合理布局 将仪器设备合理布置，使之便于操作、读数和接线。合理布局的原则是：安全、方便、 整齐，防止相互影响。 2、正确连线 1 。 ○根据电路的结构特点，选择合理的接线步骤，一般是“先串后并，先主后辅” 2 ○接线前把元件参数调到应有的数值，调压设备及电源设备应放在输出电压最小的位 置，仪表的指针要调整对零（包括机械调整和电调零） ，然后按电路图接线。 3 ○理清电路图上的节点与实验电路中各元件的对应关系 4 ○实验线路应力求接得简单、清楚、便于检查。养成良好的接线习惯，走线要合理， 导线的长度、粗细选择要适当，防止连线短路。接线端头不要过于集中于某一点，电表接头6上非不得已不接两根导线。接线松紧要适当，不允许在线路中出现没固定端钮的裸露接头。1.3.5 操作、观察、读数和记录操作时要注意：手合电源、眼观全局；先看现象，再读数据。 数据测量和实验观察是实验的核心部分， 读数前一定要先弄清楚仪表的量程和表盘上的 每一小格所代表的实际数值，仪表的实际读数为：实际读数 ?对于普通功率表，其读数值为：使用量程 ? 指针指数 ? K ? 指针指数 刻度极限值实际读数 ?电压量程 ?电流量程 ? 指针指数 ? K ? 指针指数 刻度极限值对于低功率因数功率表，其读数值为：实际读数 ?电压量程 ?电流量程 ? 0.2 ? 指针指数 ? K ? 指针指数 刻度极限值上列式中，K 为仪表某量程时每一小格代表的数值。 正确读取数据，读数时应注意姿势要正确。要求“眼、针、影成一线” ，即读数时应使 自己的视线同仪表的刻度标尺相垂直。 当刻度标尺下有弧形玻璃片时， 要看到指针和镜片中 的指针影子完全重合时，才能开始读数。要随时观察和分析数据。测量时既要忠实于仪表读 数，又要观察和分析数据的变化。 数据记录要求完整，力求表格化，一目了然，并合理取舍有效数字（最后一位为估计 数字） 。数据须记在规定的实验原始数据记录纸上，要尊重原始数据记录，实验后不得随意 修改。交报告时须将原始数据一起附上。波形、曲线一律画在方格纸上，坐标要适当。坐标 轴上应注明量的符号和单位，标明比例和波形、曲线的名称。1.3.5 故障分析实验过程中常会遇到因断线、接错线等原因造成的故障，使电路工作不正常，严重时 可能损坏设备，甚至危及人身安全。为尽量避免故障的出现，实验前一定要预习，实验中， 按电路图有顺序地接线，避免在同一端钮上接很多导线，接线完毕后应对电路认真检查，不 要急于通电。 实验室用到的电源一般都是可调的，对于交流电源，实验时电压应从零缓慢上升，同 时注意仪表指示是否正常；对于直流电，则应先将电源的输出调到电路所需的规定值（如果7实验没有要求，则也是从零开始缓慢上调） ，然后关掉开关再接线。不论是交流电还是直流 电，在接通时都应注意观察有无声响、冒烟、焦臭味等异常现象，一旦发现上述异常现象， 应立即切断电源并将电压输出调节旋钮调回零位（以下简称“调零” ，此举防止处理完故障 后、重新通电时再次将大电压加入电路，造成损坏） 。然后根据现象分析原因，查找故障并 进行处理。 在实验课上出现一些故障是难免的，关键是在出现故障时能够通过自己的分析，检查 出故障原因并排除，使实验顺利进行下去，这样才能提高分析问题和解决问题的能力。 处理故障的一般步骤是： （1）若电路出现短路现象或其他损坏设备的故障时，应立即切断电源并调零，查找故 障。一般首先检查接线是否正确。 （2） 根据出现的故障现象和电路的具体结构判断故障原因， 确定可能发生故障的范围。 （3）逐步缩小故障范围，直到找出故障点为止。 检查电路故障可以用以下两种方法： （1）电压表法，此法适用于无异常现象。 不切断电源，用电压表测量电路各节点的电压，根据电压大小或有无，判断电路故障。 （2）欧姆表法，此法适用于有异常现象。 一定要切断电源调零，用欧姆表检查各支路是否连通，元件或仪表是否良好。 总之，在实验过程中遇到故障时，要耐心细致地去分析查找或请老师帮助查找，切不可 遇难而退，只有动脑筋分析查找故障，才能提高自己分析问题和解决问题的能力，才能为今 后的专业实验、生产实践与科学研究打下坚实的基础。8第二章 电路实验（含仿真）2.1 实验一一、实验目的（1）了解线性电阻与非线性电阻伏安特性的差别。 （2）掌握独立电源伏安特性的测量方法，加深对电压源、电流源特性的认识。 （3）掌握交直流稳压电源、台式数字万用表的使用方法 （4）练习实验曲线的绘制。伏安特性的测试二、实验仪器名 称 插件板 导线 连接片 元件盒 可调电流源模块 稳压电压源模块 滑线电阻器 台式数字万用表 小灯泡（12V，0.1A） 电阻 100Ω/2W、150Ω/2W、200Ω/2W 工作电压：DC15V，输出电流：DC10～50mA 工作电压：DC10V，输出电压：DC6V 0～150Ω,2A DM-411B 型 号 规 格 交、直流稳压电源挂箱（AC0～24V、DC0～30V） SBL 电路实验装置 数 1 2 18 10 1 各1 1 1 1 1 量三、实验原理1、无源器件 任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压 U 与通过该元件的电流 I 之间的函数 关系 U ? f (I ) 来表示，即用 U ? I 平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该元件的伏安 特性曲线。 （1） 线性电阻器是理想元件， 在任何时刻它两端的电压与其电流的关系服从欧姆定律。 线性电阻器的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图 2.1.1 中（a）曲线所示，该直 线的斜率等于该电阻器的电阻值。在一定的条件下，金属膜电阻器、绕线电阻器等的伏安特9性近似为一直线。 非线性电阻器元件的伏安特性不是一条直线，它在 u―i 平面上的特性曲线各不相同， 下图所示的分别是钨丝电阻灯泡 2.1.1（b） 、稳压管 2.1.1（c） 、普通二极管 2.1.1（d）的特 性曲线。另外，如光敏电阻、气敏电阻、湿敏电阻、压敏电阻等也是非线性电阻器。由于它 们的特性各异，被广泛应用在工程检测、电路保护和控制电路中。图 2.1.1无源器件的伏安特性曲线（2） 一般的白炽灯在工作时灯丝处于高温状态时， 其灯丝电阻随着温度的升高而增大， 通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”的阻值 可相差几倍至十几倍，所以它的伏安特性如图 2.1.1 中（b）曲线所示。 （3）稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，但其反 向特性较特别，如图 2.1.1 中（c）曲线所示。在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零， 但当电压增加到某一数值时（称为管子的稳压值，有各种不同稳压值的稳压管）电流将突然 增加，以后它的端电压将维持恒定，不再随外加的反向电压升高而增大。 （4）一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其特性如图 2.1.1 中（d）曲线所示。 正向压降很小（一般的锗管约为 0.2～0.3V，硅管约为 0.5～0.7V） ，正向电流随正向压降的 升高而急骤上升，而反向电压从零一直增加到十多至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略 地可视为零。可见，二极管具有单向导电性，但反向电压加得过高，超过管子的极限值，则 会导致管子击穿损坏。 2、有源器件 有源器件是能够输出电能的装置，发电机、电池是典型的有源器件。其特性可用该器件 的端电压与输出电流之间函数关系 U ? f (I ) 来表示，将此关系绘制成 U ? I 平面上的一条 曲线， 即为该器件的“伏安关系曲线” （或称外特性曲线） 图 2.1.2 为某一电源的外特性曲线。 。10其特点是：在 0 ~ I A 段随着电流的增加，端电压直线下降，过了 I A 以后，电压急剧下降。图 2.1.2电源器件的伏安特性下面，研究该有源器件的模型。如果我们只考虑工作于 0 ~ I A 范围内，此电压伏安关系 特性用数学公式表示为一直线，即：U ? U s ? Rs I（1）该电源器件在０～ I A 段工作时的电路模型如图 2.1.3b，即为电压源与电阻的串联组合。U S 为电压源电压， R S 为内阻，显然 R S 由该直线对 I 轴的斜率来确定。（a） 图 2.1.3 电源器件的电压源、电阻串联电路模型（b）如果工作于 I A ~ I B 范围，图 2.1.2 中 AB 段不是直线，而是弯曲的，若仍用图 2.1.3b 的电路模型，则 R S 不是常数，即内阻随着输出电流而改变。 如果工作于大电流，即 I B ~ I s 范围，图 2.1.2 中的 BI S 段可近似看作一直线，此段直 线的数学表示式可写为：I ? I S ? GS U（2）在 I B ~ I S 范围内，该电源器件的电路模型如图 2.1.4b 所示，即为电流源与电导并联组合电11流源电流为 G S ，显然 G S 之值由直线 BI S 与纵轴 U 的夹角 ? 的正切确定。（a） 图 2.1.4 电源器件的电流源、电导并联电路模型（b）RS ? 0 时的电源器件称为“恒压源”（即理想电压源） ，其特性曲线与横轴 I 平行。 GS ? 0 （即 RS ? ? ）的电源器件称为“恒流源”（即理想电流源） ，其特性曲线与纵轴 U 平行。可见，同一电源器件，不同的工作范围，所用的电路模型不同。四、任务与步骤步骤 1：测量线性电阻的外特性 闭合交、直流稳压电源挂箱的电源开关，调整 AC0～24V 稳压电源的电压输出旋钮， 使其“U”表表盘上的指针指示为 AC20～24V。再将 DC0～30V 稳压电源的“U/I”选择开关选 在“U”的位置（即输出电压而不是电流） 。调整 DC0～30V 稳压电源的输出调节旋钮，使其 表盘上的指针指示为 DC0V。断开挂箱电源开关。图 2.1.5测量线性电阻的外特性按图 2.1.5 接线，台式数字万用表先选择电压表功能接入电路。将 DC0～30V 稳压电源 的输出电压，从 0V 开始缓慢增加，按表 2.1.1 中对电源电压的要求进行调整，记录相应的 电压表的读数 U ，填入表 2.1.1 中。 测完表 2.1.1 中全部电压之后，将台式数字万用表从电路中断开，将红表笔改至“mA”12的红表笔孔，选好电流功能和电流量程，接入图 2.1.5 中电流表的位置，倒序测量电源电压 从 6V 减小至 0 时通过电阻的电流，对应记录在表 2.1.1 的“ I （mA）”数据行。 测量过程中，直流稳压电源的开关、台式数字万用表的开关均勿频繁通断。表 2.1.1U S （V）0123456U （V）I （mA）步骤 2：测量非线性电阻的外特性 将图 2.1.5 中的电阻换成一只 12V、0.1A 的小灯泡，按表 2.1.2 的要求，将测量数据填 入表中相应位置。表 2.1.2U S （V）024681012U （V）I （mA）步骤 3：测量电流源的外特性 将步骤 2 的电路拆除，调整 DC0～30V 稳压电源的输出调节旋钮，使其表盘上的指针 指示为 DC15V（可接上台式数字万用表调整至较精确的程度，也可省去） 。断开挂箱电源开 关。 将 DC0～30V 稳压电源的输出孔接至电流源模块的工作电压输入端（注意正负不可接 反） 。将台式数字万用表改为 200mA 档，接在电流源模块的输出端。闭合电源开关，调节电 流源模块的输出调节旋钮，使其输出电流为 30mA。断开电源开关。图 2.1.6测量电流源的外特性按图 2.1.6 接线，按表 2.1.3 的要求进行测量，记录相应数据。13表 2.1.3R (?)U （V）0100200300350I（mA）步骤 4：测量电压源的外特性 将步骤 3 的电路拆除，调整 DC0～30V 稳压电源的输出调节旋钮，使其表盘上的指针 指示为 DC10V。 DC10V 接至稳压电源模块的输入端， 将 测量并记录此时稳压电源模块的输 出电压，即 I ? 0 时的 U 。图 2.1.7测量稳压电源的外特性按图 2.1.7 接线，调节滑线电阻器，使得接入电路的电阻从最大变到最小，观察电压表 读数的变化情况。然后将台式数字万用表从电路中断开，改成 10A 量程的电流表，再串入 电路，重复上述过程，观察电流表的读数变化，记住大致的规律。 然后调整滑线电阻器，使万用表示数为“DC0.1A”，再将万用表从电路中断开，改为电 压表，测量滑线变阻器两端的电压，并记录。重复操作，完成表 2.1.4。表 2.1.4I （A）U （V）00.10.20.30.40.50.60.70.8五、预测与仿真（1）根据已知实验条件，预测实验中所有待测量，将得到的理论数据填入预习报告对 应的表中。 （2）请自行设计步骤 1-4 的仿真电路。14六、预习（1）复习电源等效变换的有关内容。 （2）计算题： ①测得电压源特性如下： ? 0 时， ? 6V ； ? 0.5A 时， ? 5.5V ， U s ? ? Rs ? ? 问 I U I U ② 测 得 电 流 源 特 性 如 下 ： U ? 0 时 ， I ? 20mA ； U ? 1V 时 ， I ? 19mA , 问I s ? ? Gs ? ?（3）步骤 1～4 中，台式数字万用表测量电压与电流时，表笔孔的位置、功能键与量程 键应该如何选择？为什么？ （4）步骤 4 中，滑线变阻器接入电路前，滑块应该放在什么位置？ （5）完成“五、预测与仿真”中的内容。七、实验报告要求（1）将所有数据分别在方格纸上绘制 U ? I 曲线，直角坐标的纵轴一律用来表示电压。 应注意在绘制的曲线上标明刻度、合理取值并符合工程要求。 （2）计算电流源模块的并联电路模型中理想电流源 I S 及并联电导 G S ，如果电流源模 块的电路模型用图 2.1.3ｂ表示，求 U S 及 R S 。 （3）计算稳压源模块线性工作区的串联电路模型中的电压源 U S 和串联电阻 R S 。八、思考与体会（1）实验心得与体会。152.2 实验二一、实验目的叠加定理和基尔霍夫定律（1）加深对叠加定理的理解。 （2）验证基尔霍夫定律。 （3）理解参考方向与真实方向的关系。二、实验仪器名 称 插件板 导线 连接片 电阻 100Ω 电阻 150Ω 电阻 200Ω 元件盒 电阻 300Ω 电阻 510Ω 运算放大器模块 LM741 非线性元件 可调电流源模块 直流稳压源 台式数字万用表 工作电压：DC15V，输出电流：DC10～50mA DC0～30V 可调，带运放电源 DM-411B 型 号 规 格 数 1 2 18 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 量 交、直流稳压电源挂箱（AC0～24V、DC0～30V） SBL 电路实验装置三、实验原理1、叠加定理如果把独立电源称为激励，由它引起的电压、电流称为响应，则叠加定理可简述为： 在任一线性网络中，多个激励同时作用时的总响应等于每个激励单独作用时引起的响应之 和。所谓某个激励单独作用，就是除此激励外，其它激励均为零值，即独立电压源短路，独 立电流源开路。对于实际电源，电源的内阻和内电导必须保留在原电路中。 叠加定理不适用于功率计算，因为在线性网络中，功率是电压或电流的二次函数。 对含受控源的线性电路，叠加定理也是适用的。2、基尔霍夫定律（1）基尔霍夫电流定律 在集总电路中， 任何时刻， 对任一结点， 所有流出该结点的支路电流的代数和恒等于零。 即16?i ? 0（2）基尔霍夫电压定律 在集总电路中，任何时刻，沿任一闭合回路，所有支路电压的代数和恒等于零。即?u ? 0四、任务与步骤步骤 1：验证叠加定理 图 2.2.1 电路中，电流源采用实验一中所用的电流源模块，IS 为它的输出电流（即短路 电流） i2 为电流源本身的并联等效电阻，其值在实验一中已计算得出。 ，R 电压源用两节 1.5V 的 1 号干电池，Ri1 为两节 1 号电池内阻，新电池内阻很小，因此 Ri1 忽略不计。US 为两节电池串联的开路电压，可用电压表测出。 将电流源的输出电流 IS 调至 20mA，然后关闭电流源的工作电源。按图 2.2.1 所示连接 实验电路。图 2.2.1验证叠加定理按以下三种情况进行实验：U S 与 I S 共同作用；U S 单独作用，I S 不作用；I S 单独作用，U S 不作用，分别测出各支路的电压和电流，填入表 2.2.1 中。 U S 单独作用， I S 不作用，把电流源的工作电源（DC0～30V 稳压电源）断开即可。 I S 单独作用， U S 不作用，把电池去掉，用短路线代替即可。表 2.2.1测量 值测 量 项U AB /VU BC /VU CA /VI1 /mAI 2 /mAI 3 /mAU S 与 I S 共同作用 U S 单独作用 I S 单独作用17步骤 2：验证基尔霍夫定律 （1）按图 2.2.2 连接实验电路，选择节点 a 验证基尔霍夫电流定律（KCL） 。图 2.2.2验证基尔霍夫定律（2）选择 abca 和 acda 两个网孔，验证基尔霍夫电压定律（KVL） ：表 2.2.2 验证 KCL 数据测量项 测量值I1 / mAI 2 / mAI 3 / mA表 2.2.3验证 KVL 数据回路 1 （abca）测量项 测量值 测量项 测量值U ab /VU bc /VU ca /V? U /V ? U /V回路 2 （acda）U ac /VU cd /VU da /V*步骤 3：研究叠加定理对含有非线性元件网络的适用性 将图 2.2.1 中的 R3 用非线性元件代替。自拟实验步骤（测试点不要全部选择在非线性元 件的线性区内。 *步骤 4：研究叠加定理对含有受控源的线性网络的适用性 按图 2.2.3 接线，电路参数由实验室给定，自拟实验步骤，验证电压 U ab 是否符合叠加 定理。五、预测与仿真（1）根据已知实验条件，预测实验中所有待测量，将得到的理论数据填入相应的表中。 （2）对每个步骤进行仿真。18图 2.2.3研究叠加定理对含有受控源的线性网络的适用性六、预习（1）复习叠加定理和基尔霍夫定律的有关内容。 （2）在叠加原理实验中，要令 U S 、 I S 分别单独作用，应如何操作？可否直接将不作 用的电源短接置零？ （3）自行选定图 2.2.2、图 2.2.3 中各电阻的阻值，利用仿真工具，确定所选电阻值不 会造成电路中电压电流超出额定范围。 （4）完成“五、预测与仿真”中的内容。七、实验报告要求（1）根据表 2.2.1 的实验数据，验证叠加定理。 （2） 各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？试用表 2.2.1 的实验数据， 进行 计算并作结论。 （3）根据实验数据，验证 KCL 的正确性。 （4）根据实验数据，验证 KVL 的正确性。八、思考与体会（1）在验证叠加原理时，如果电源内阻不能忽略，实验该如何进行。 （2）叠加原理的使用条件是什么？ （3）实验心得与体会。192.3 实验三一、实验目的戴维南定理及诺顿定理的验证（1）掌握有源二端网络等效电源的实验测定方法。 （2）验证戴维南定理和诺顿定理。 （3）验证电压源与电流源相互进行等效转换的条件。二、实验仪器名 称 插件板 导线 连接片 电阻 100Ω 电阻 200Ω 元件盒 电阻 300Ω 电阻 390Ω 电阻 510Ω 可调电流源模块 干电池 可调电阻箱 台式数字万用表 工作电压：DC15V，输出电流：DC10～50mA 1.5V，1 号 0～9999Ω DM-411B 型 号 规 格 数 1 2 18 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 量 交、直流稳压电源挂箱（AC0～24V、DC0～30V） SBL 电路实验装置三、实验原理1、有源二端网络的等效参数任何一个线性含源网络， 如果仅研究其中一条支路的电压和电流， 则可将电路的其余部 分看作是一个有源二端网络（或称为含源一端口网络） 。 戴维南定理指出： 任何一个线性有源网络， 总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等 效代替。电压源的电动势 U S 等于这个有源二端网络的开路电压 U OC ，其等效内阻 Req 等于 该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。 诺顿定理指出： 任何一个线性有源网络， 总可以用一个电流源与一个电阻的并联组合来 等效代替。 电流源的电流 I S 等于这个有源二端网络的短路电流 I SC ， 其等效内阻定义同戴维 南定理。20U OC ( U S )和 Req ，或者 I SC ( I S )和 Req 称为有源二端网络的等效参数。2、有源二端网络等效参数的测量方法（1）开路电压、短路电流法测 Req 。 在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压 U OC ，然后再将 其输出端用电流表短路，测其短路电流 I SC ，则等效内阻 Req 为Req ?U OC I SC（1）如果二端网络的内阻很小，若将其输出端短路则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。 （2）伏安法测 Req 用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线，如图 2.3.1 所示，根据外特性曲线 求出斜率 tan? ,则内阻 Req 为Req ? tan? ??U U OC ? ?I I SC（2）图 2.3.1有源二端网络的外特性也可以先测量开路电压 U OC ， 再测量电流为额定值 I N 时的输出端电压值 U N ,则内阻为Req ?U OC ?U N IN（3）四、任务与步骤用实验方法测图 2.3.2a 所示有源二端网络的电路等效参数： U OC 、 I SC 及 Req 。 图 2.3.2a 电路中， 电流源仍采用实验一所用的电流源模块， 它的输出电流 （即短路电流）21I S ? 20 mA， Ri 2 为电流源本身的并联等效电阻，其值在实验一中已计算得出。电压源用两节 1.5V 的 1 号干电池，Ri1 为两节 1 号电池内阻，新电池内阻很小，因此 Ri1 忽略不计。US 为两节电池串联的开路电压，可用电压表测出。a 有源二端网络 图 2.3.2b 等效电源步骤 1：开路电压、短路电流法测戴维南等效电阻 Req 。 用台式数字万用表分别测出图 2.3.2a 中 A 、 B 端的开路电压 U OC 及短路电流 I SC 并记 录，根据（1）式计算等效电阻 Req1 。 步骤 2：电压表-电阻器法测戴维南等效电阻 Req 。 在图 2.3.2a 中 A 、 B 端接入电阻 R ? 150 ? ，测出 R 两端的电压 U R ，并按公式Req ? (计算等效电阻 Req 2 。 步骤 3：直接法测戴维南等效电阻 Req 。U OC ? 1) R UR（4）把电池去掉，用短路线代替，把电流源的工作电源（DC0～30V 稳压电源）断开，然后 用台式数字万用电表的电阻挡测图 2.3.2a 中 A 、 B 两端的电阻，其值即为 Req 3 。 步骤 4：验证戴维南定理的正确性。 在图 2.3.2a 中的 A、B 端接上电阻 R ，测量 R 两端的电压 U R ，填入表 2.3.1。 再将 DC0～30V 稳压电源从电路中断开，调节 DC0～30V 稳压电源的输出调节旋钮， 用台式数字万用表监测，使其输出电压等于步骤 1 测出的 U OC ；调节可变电阻箱，用台式22数字万用表监测，使其电阻值等于步骤 2 计算得出的 Req 2 。然后用 DC0～30V 稳压电源和 可变电阻箱组成如图 2.3.2b 所示的等效电源。 在图 2.3.2b 的 A、B 端接上电阻 R ， 测量 R 两 端的电压 U R ，填入表 2.3.1。表 2.3.1R （Ω ）图 2.3.2a100200300390490U R （V）图 2.3.2b步骤 5：验证诺顿定理 将 DC0～30V 稳压电源从图 2.3.2b 电路中断开，重新调回 DC15V 的输出，接至电流源 模块的输入端， 调节电流源模块的输出电流 I S ' ， 使之等于 I SC ， 将电流源模块与阻值为 Req 2 的可变电阻箱并联，组成图 2.3.3 所示的诺顿等效电源。再接上负载电阻，测量电阻两端的 电压值，并记录在表 2.3.2。图 2.3.3诺顿等效电源 表 2.3.2R （Ω ）U R （V）100200300390490比较表 2.3.1 中“图 2.3.2a”行与 2.3.2 中的 U R 的值，分析原因，计算与电流源模块并 联的 G eq ' 的值，重复步骤 5，将结果记录在表 2.3.3 中。表 2.3.3R （Ω ）U R （V）10020030039049023五、预测与仿真（1）根据已知实验条件，预测实验中所有待测量，将得到的理论数据填入相应的表中。 （2）自行设计所有步骤的仿真电路。六、预习（1）复习戴维南定理和诺顿定理相关内容。 （2）在求有源二端网络的等效参数时，做短路实验测 I SC 的条件是什么？在本实验中 可否直接做负载短路实验？ （3）步骤 2 中使用的方法实际上是从原理中的哪个内容变化而来的？ （4）步骤 3 中，能否将电流源模块从电路中断开？为什么？ （5）考虑实验过程中不可避免的内阻（测量仪表、电源等） ，理论分析步骤 1～3 得出 的 Req 会有何不同。U （6） 步骤 4 和步骤 5 中， 组成等效电源时， OC 和 Req 的值要用图 2.3.2a 中测量 U OC 和Req 的同一块仪表测量，电压源、电阻箱上的仪表指示值不能作为 U OC 和 Req 的测量值，为什么？ （7）完成“五、预测与仿真”中的内容。七、实验报告要求（1）根据步骤 1 的数据，画出等效电路图 2.3.2a 的戴维南等效电路图及诺顿等效电路 图，并标明参数名称及数值，如需计算，应写出计算过程。 （2）将步骤 1，2，3 三种不同方法测出的电阻值进行比较，如差别大，找出原因。 （3）根据表 2.3.1 中的数据，在方格纸上作出图 2.3.2a 有源二端网络的外特性曲线,， 并求出 U OC 、 I SC 和 Req 。八、思考与体会（1）戴维南定理的适用条件是被等效的有源二端网络必须是线性的，那么如何判断被 测有源二端网络是线性的？ （2）实验心得与体会。242.4 实验四一、实验目的运算放大器与受控源（1）加深对受控电源的理解 。 （2）学习运算放大器的使用方法，形成有源器件的概念 。 （3）测量电压控制型电流源和电压源，电流控制型电流源和电压源的特性。二、实验仪器名 称 型 号 规 格 交、 直流稳压电源挂箱 （AC0～24V、 DC0～30V） 双路直流稳压电源挂箱（DC0～15V，1A） SBL 电路实验装置 插件板 导线 连接片 电阻1kΩ 元件盒 电阻2kΩ 电阻5kΩ 运算放大器模块LM741 数字万用表 直流毫安表 可变电阻箱 DM-441B 5mA ZX36（0～9999Ω/0.25W） 数 1 1 2 18 10 1 1 1 1 1 2 1 量三、实验原理运算放大器是一种高增益，高输入阻抗和低输出阻抗的放大器，常用图2.4.1（a）所示 电路符号来表示。它有两个输入端，一个输出端和一个对输入和输出信号的参考接地端。 “＋” 端为正相输入端， 当信号从正相输入端输入时， 输出信号与输入信号极性相同； “－” 为反向输入端，当信号从反向输入端输入时，输出信号与输入信号极性相反。（a） 图2.4.1（b） 运算放大器的电路符号及等效电路 25当两输入端同时有电压作用时，输出电压u 0 ? A0 (u p ? u n )其中 A0 称为运算放大器的开环放大倍数。理想情况下， A0 和输入电阻 Rin 为无穷大， 因此有：u p ? unip ?up Rin?0in ?上述式子表明：un ?0 Rin（1）运算放大器“＋”端与“－”端电位相等，通常称为“虚短路” ； （2）运算放大器的输入端电流等于零，通常称为“虚断路” ； （3）理想运算放大器的输出电阻很小，可以认为是零。 这些重要性质是简化分析含有运算放大器网络的依据。 运算放大器的电路模型为一受控电源，如图2.4.1（b）所示。在它的外部接入不同的电 源元件，可以实现信号的模拟运算或模拟变换，它的应用极其广泛。含有运算放大器的电 路是一种有源网络，本次实验将要研究由运算放大器组成的几种基本线性受控电源电路。 （1）图2.4.2（a）所示是一个由运算放大器构成的电压控制电压源（VCVS） 。由于运 算放大器的同相输入端“＋”和反相输出端“－”为“虚短路” ，所以有u p ? u n ? u1（a） 图2.4.2 VCVS（b）故26i R2 ?又因un u ? 1 R2 R2i R1 ? i R2所以u 2 ? i R1 R1 ? i R2 R2 ? i R2 ( R1 ? R2 ) ?u1 R ( R1 ? R2 ) ? (1 ? 1 )u1 R2 R2即运算放大器的输出电压 u 2 受输入电压 u1 控制，其电压比为??u2 R ? 1? 1 u1 R2? 无量纲，又称为电压放大系数。该电路是一个正相比例放大器，其输入和输出端有公共接地点，这种连接方式称为共地连接。 （2）将图 2.4.3（a）电路中的 R1 看作一只负载电阻，这个电阻就成为一个电压控制型 电流源（VCCS） ，如图 2.4.3（b）所示。运算放大器的输出电流i2 ? iR ?un u1 ? R R（a） 图 2.4.3 VCCS（b）即 i2 只受运算放大器输入电压 u1 的控制，与负载电阻 R L 无关。比例系数g?i2 1 ? u1 Rg 称为转移电导。（3）简单的电流控制电压源的电路如图2.4.4（a） 。由于运算放大器的“+”端接地，27即 u p ? u n ? 0 , 流 过 电 阻 R 的 电 流 即 为输 入 端 口 的 电 流 i1 。 运 算 放 大 器 的 输 出 电 压u 2 ? ? Ri1 ，它受电流 i1 控制，比例系数r? u2 ? ?R i1r 称为转移电阻。（a） 图2.4.4 CCVS（b）（4）运算放大器还可以构成一个电流控制电流源（CCCS） ，如图2.4.5（a）所示。（a） 图2.4.5 CCCS（b）由于u a ? ?i R1 R2 ? i1 R2又i R2 ? ?所以ua R ? i1 2 R3 R3i2 ? iR2 ? iR3 ? i1 ? i1R2 R ? i1 (1 ? 2 ) R3 R3即输出电流 i2 受网络输入端口电流 i1 控制，与负载电阻 R L 无关，其电流比为28i2 ? iR ?a?un u1 ? R Ri2 R ? 1? 2 i1 R3a 称为电流放大系数。四、实验内容及步骤步骤1：测试电压控制电压源（VCVS）和电压控制电流源（VCCS）的受控特性。 （1）按图2.4.6接线， R1 为电阻箱，先调至 1k? ， R2 ? 1k? 。U 1 由DC0～30V可调稳压电源提供，接入电路前先调节输出为零。运算放大器的工作电源E1、E 2 由双路直流稳压电源提供，先将两路电源输出均调节为15V，然后把 E1 的负端与E2 的正端连接作为公共端，再与 U 1 的负端（地）接至一起，关闭双路直流稳压电源，用导线将 E1 的正端（+15V）与 E2 的负端（－15V）分别引至运放模块上对应的接孔处，详 见图2.4.6。 电路接好后，先不加电源 U 1 ，将运算放大器的同相输入端“＋”端对地短路（即接至 U 1 的 负 端 ） 然 后 接 通 运 算 放 大 器 的 工 作 电 源 E1、E 2 。 运 算 放 大 器 工 作 正 常 时 ， 应 有 ，U 2 ? 0, I 2 ? 0 。若 U 2 ? 0 ，可进行调零操作。调零后，将运算放大器的同相输入端从地断开，重新接入 U 1 ，进行下一步测量。图 2.4.6测试 VCVS 和 VCCS 的受控特性 29（2）按表2.4.1的要求，测量并记录 U 2 及 I 2 的值。表2.4.1U1 （V）0.51.01.52.02.53.0VCVSU 2 （V）?I 2 (mA)VCCSg (ms)（3）保持 U 1 ? 1V ，按表2.4.2的要求，测量并记录 U 2 及 I 2 的值。表2.4.2R1 (kΩ)U 2 （V）0.51.01.52.02.53.0VCVS?I 2 (mA)VCCSg (ms)步骤2：测试电流控制电压源（CCVS）的特性。 实验电路如图2.4.7。输入电流由电压源 U 1 串联电阻 R1 提供。 ※注：此步骤中的电路图为直观易看，未画出运放的工作电源 E1、E 2 ，但是不可将其拆 除，否则运放无法工作。步骤3同理。图2.4.7CCVS（1） R1 ? 2k? ， R 为电阻箱，调至 5k? 。调节 U 1 ，使 I1 按表2.4.3的要求改变，测 量并记录 U 2 。30（2）保持 I 1 ? 1mA ，按表2.4.4的要求改变 R 的值，测量并记录 U 2 。表2.4.3I1（mA）0.10.20.30.40.5U 2 （V）r （kΩ）表2.4.4R （kΩ）U 2 （V）12345r （kΩ）步骤3：测试电流控制电流源（CCCS）的特性。 实验电路如图 2.4.8。 （1）R1 ? 5k? ，R2 ? 2k? ，R3 ? 1k? ，R L 为可变电阻箱。 调节 U 1 ， I 1 ? 0.5mA 使 并保持不变，按表2.4.5的要求改变 R L 的值，测量并记录 I 2 的值。图2.4.8电流控制电流源 表2.4.5R L（kΩ）I 2（mA）012345?（2） R1 ? 5k? ， R2 ? 2k? ， R3 ? 1k? ， R L 调为 1k? ，调节 U 1 ，按表2.4.6的要31求改变 I1 的值，测量并记录 I 2 的值。表2.4.6I1（mA）0.10.20.30.40.5I 2（mA）?（3）R1 ? 5k? ，R3 ? 1k? ， R L 换为固定电阻 2k? ，R2 换为可变电阻箱。 将 调节 U 1 ， 使 I 1 ? 0.5mA ，按表2.4.7的要求改变 R2 的值，测量并记录 I 2 的值。表2.4.7R2（kΩ）11.522.53I 2（mA）?（4）R1 ? 5k? ， R2 换为固定电阻 1k? ，R3 换为可变电阻箱，RL ? 2k? ， 将 调节 U 1 ， 使 I 1 ? 1mA ，按表2.4.8的要求改变 R3 的值，测量并记录 I 2 的值。表2.4.8R3（kΩ）11.522.53I 2（mA）?五、预测与仿真（1）测试电压控制电压源（VCVS）和电压控制电流源（VCCS）的受控特性32图2.4.9测试VCVS和VCCS受控特性的仿真电路图（2）测量电流控制电压源的特性图2.4.10 测试CCVS受控特性的仿真电路图（3）测量电流控制电流源的特性33图2.4.11 测试CCCS受控特性的仿真电路图六、预习（1）复习运算放大器及受控源的有关理念知识。 （2）根据已知实验条件，计算出实验任务中的每个控制系数的理论值，预测实验中所 有待测量，将得到的理论数据填入相应的表中。七、实验报告要求（1）整理各组实验数据，并对表2.4.2和表2.4.4中的测量数据变化规律作出解释。 （2）回答思考题（1）（2）的问题。 、八、思考与体会（1）分析图2.4.12所示电路中受控源的特性，分别求出转移电阻和转移电导。 （2）图2.4.13所示运算放大器工作在线性区，试判断电路中 I 1 是否等于 I 2 ，为什么？ 试用实验数据证明( E1 、 E 2 为运放供电电源)。 （3）实验心得与体会。34图2.4.12 用运算放大器实现受控源图图2.4.13运算放大器电路小 知 识LM741 是通用型运算放大器电路，他的应用很广泛，可以构成各种功能电路,下面是管 脚资料和调零电路。图 2.4.12LM741 管脚资料和调零电路352.5 实验五一、实验目的一阶电路的时域响应（1）学会双踪示波器的使用方法。 （2）学习用示波器观察和分析一阶电路的零输入响应、零状态响应。 （3）验证时间常数对过渡过程的影响，并掌握其测量方法。二、实验仪器名 称 型 号 规 格 插件板 SBL 电路实验装置 导线 连接片 电阻 5.1kΩ 元件盒 电阻 51kΩ 电容 3900pF 电容 0.047μ F 双踪示波器 函数信号发生器 电阻箱 OS-5020 EE1641B ZX36（0～9999Ω/0.25W） 数 量 2 18 10 1 1 1 1 1 1 1三、实验原理1、 RC 一阶电路的零输入响应电路在无激励情况下，由储能元件的初始状态引起的响应称为零输入响应。 在图 2.5.1 中，当 t ? 0 时开关 S 置于位置 a， uC ?0 _ ? ? U S 。当 t ? 0 时将开关 S 转到 位置 b，电容 C 上的初始电压 u C ?0 _ ?通过 R 放电， uC (t ) 称为 RC 一阶电路的零输入响应。图 2.5.1一阶电路36由方程u C ? RC初始值du C ?0 dt?t ? 0?uC ?0 _ ? ? U S可以得出在过渡过程中，电路中响应随时间变化规律如下：uC (t ) ? uC ?0 _ ?e ? 　　　　　　　　　? 0) (tiC (t ) ? u ?0 _ ? ?? u R (t ) ?? C e 　　　　　? 0) (t R Rt?t式中，? ? RC 为时间常数，其物理意义为电容电压值由初始值衰减到稳态值的 （即1 e36.8% ）处所需的时间。电容电压变化曲线如图 2.5.2 所示。图 2.5.2一阶电路的零输入响应2、 RC 一阶电路的零状态响应储能元件初始值为零的电路对外加激励的响应称为零状态响应。RC 一阶电路如图 2.5.1 所示，当 t ? 0 时开关 S 置于位置 b， u C ?0 _ ? ? 0 。当 t ? 0 时u 将开关 S 转到位置 a， 电路通过电阻 R 向电容 C 充电， C (t ) 称为 RC 一阶电路零状态响应。由方程uC ? RC初始值duC ? US dt(t ? 0)u C ?0 _ ? ? 0可以得出在响应时间中（即过渡过程） ，电路中响应随时间变化规律如下：37uC (t ) ? U S ? U S eiC (t ) ??t?? U S (1 ? e ? )　　　　? 0) (tt?tu R (t ) U S ?? ? e 　　　　　　　　　? 0) (t R R式中， ? RC 为时间常数， 其物理意义为电容电压值由初始值上升到稳态值的 ?1 ? ? ? （即 62.3% ）处所需的时间。电容电压变化曲线如图 2.5.3 所示。? ?1? e?图 2.5.3一阶电路的零状态响应3、 RC 一阶电路的全响应电路在输入激励和初始状态共同作用下引起的响应称为全响应。 对应图 2.5.1 所示电路， 若电容两端已有初始电压 U 0 ，当 t ? 0 时开关 S 合向 a，则描述电路的微分方程为：uC ? RC初始值为：duC ? US dtuC ?0 ? ? ? U 0可以得出全响应t t t ? ? ? ? ? ?1 ? e ? ? ? u C ?0 ? ?e ? ? ?u C ?0 ? ? ? U S ?e ? ? U S u C ?t ? ? U S ? ? ? ? t t t U S ? ? ? u C ?0 ? ? ? ? ? U S ? u C ?0 ? ? ? ? iC ?t ? ? e ? ?? e ?? e R R R ? ??t ? 0? ?t ? 0?上式表明： （1）全响应是零状态和零输入分量之和，它体现了现行电路的可加性。 （2）全响应也可以看成是自由分量和强制分量之和，自由分量的起始值与初始状态和输入 有关，而随时间变化的规律仅仅取决于电路的 R 、 C 参数。强制分量则仅与激励有关。当t ? ? 时，自由分量趋于零，过渡过程结束，电路进入稳态。若 U 0 ? U S ，则响应曲线如图 2.5.4 所示。38图 2.5.4一阶电路的全响应4、暂态响应波形的观察实验时，可根据响应的变化规律来确定实验方案。若其变化规律呈周期性（不用考虑波 形的形状） ，此时只要选取与响应频率相适应的示波器就可观察到其波形。记录下一个完整 的周期，也就得到了系统的解。 若响应是非周期的且不为定值（直流） ，如零状态响应，则此时分两种情况讨论。 （1）若响应变化缓慢（如几十毫秒或几秒）时，可选用长余晖慢扫描示波器对其进行 观测。然后用描点法或照相技术，获取图形即得其解。 实验时，阶跃信号可以用一直流稳压电源和一开关来产生（若用冲激信号激励，可和一 窄脉冲来近似） ，响应用慢扫描示波器来观测。如果用一台数字示波器来观察此类响应，问 题就简单多了（仿真软件中的虚拟示波器就是数字示波器） 。 （2）若响应的变化过程较快，仍用慢扫描示波器就观察不到响应波形，响应会一闪即 逝。解决办法是将非周期信号转化为周期信号。 电路响应从时间上可划分为暂态响应和稳态响应。稳态响应和激励具有相同的形式。激 励的形式一般是已知的，故稳态响应也是可知的，因此只要知道了电路的暂态响应，电路的 响应也就知道了。 为使非周期的响应过程周期性地重复出现，可用方波信号来代替阶跃信号。 对于 RC 一阶电路的方波响应，在电路的时间常数远小于方波周期时，视为零状态响应 和零输入响应的多次过程。 利用函数信号发生器输出的方波模拟阶跃激励信号， 方波的上升 沿相当于零状态响应的正阶跃激励信号，方波下降沿相当于零输入响应的负阶跃激励信号。 只要方波的 1/2 周期大于或等于阶跃响应暂态过程所经历的时间，则第一个方波还未结束， 响应的暂态过程就已经结束； 当第二个方波来到时， 系统已经处于和第一个方波开始时相同39的状态，于是在示波器的荧光屏上便可以看到稳定的响应波形，如图 2.5.5 所示。图 2.5.5一阶电路的方波响应波形将图 2.5.5 与图 2.5.2 和图 2.5.3 比较，不难发现，0～ T 2 之间的波形与图 2.5.3 中的暂 态部分是相同的， T 2 ～ T 之间的波形与图 2.5.2 中的暂态部分是相同的。因此，用方波激 励，就可以观察到 RC 一阶电路的零输入响应和零状态响应。5、 RC 一阶电路时间常数 ? 的测量? ? RC ，响应波形衰减或上升的快慢都取决于时间常数 ? 的大小。如图 2.5.6 所示电路中，激励源为方波信号，为使响应能够进入或接近稳态，取方波的 周期远大于时间常数 ? （通常认为方波的 T 2 ? (3 ~ 5)? ，暂态响应结束） 。 适当调整示波器，使荧光屏上显示出稳定的波形。如果波形不理想，还可适当调整方波 的频率。调整好波形后，在波形上找到 0.632U S 的点（参考图 2.5.3） ，找出该点在时间轴上 的坐标。若方波的周期 T 在水平轴上占 n 个格， ? 占 m 个格，则? ?m还可以利用公式T n? ? Ktm来计算 ? ，其中，K t 为示波器的扫描速率开关 T DIV 所指的刻度值，即表示荧光屏上水平 轴每一大格所占的时间。此时示波器的扫描速率微调按钮（ VARIABLE ）一定要按在校 准（ CAL ）位上。 在测量时间常数 ? 时，为减小误差，必须要注意方波频率的选取。 （1）方波频率过高，在方波的半周期结束时，电路还没有进入稳态，电容两端的电压40达不到稳定值，测量出的时间常数 ? 将远小于理论值。 （2）方波的频率过低，输出波形中稳态部分过长，暂态过程将被压缩，不利于 m 值的 读取，误差也会增大。四、任务与步骤步骤 1：初调函数信号发生器和模拟双踪示波器 （1）打开函数信号发生器，输出波形选择方波，调节频率调节旋钮，使频率 LED 显 示 窗 显 示 出 的 信 号 频 率 为 1000 Hz ， 调 节 AMPL 旋 钮 ， 使 幅 度 LED 显 示 窗 显 示 为 “02.0Vp-p” 。 （注意： SYM 、 OFFSET 旋钮应置 & OFF& 位； 20dB 、 40dB 应弹起。) （2）打开双踪示波器，将函数信号发生器的方波信号送入双踪示波器的 CH1 通道。 调节示波器面板右下角的 & TIME / DIV&旋钮，使屏幕上显示两个周期左右的波形。 （注意： ? 5 、 INV 、 ?10 、 CAL 四个按钮应弹起。 ） 调节 CH1 通道的 & VOLTS / DIV& 旋钮，使波形在竖直方向上的高度合适。 （注意： & VOLTS / DIV& 旋钮上的微调旋钮应向右调至“校准”） 。 （3）记录下方波的波形、周期和峰峰值。 步骤 2：观察并记录 u C 的波形、周期和峰峰值 组合① R ? 5.1k?，C ? 3900 pF图 2.5.6观察并记录 u C按图 2.5.6 接好电路。调整示波器，使屏幕上同时显示方波 u S 和电容两端电压 u C 的稳 定波形。将 CH1 与 CH 2 的 Y 轴输入选择开关置 & GND & 位，将两条水平时基线移至屏幕的41中心，使之重合。再将 Y 轴选择输入开关拨回 & AC& 位置。记录 u S 与 u C 的波形、周期和峰 峰值。 （ 注 意 ： 为 使 两 波 形 同 步 稳 定 ， 触 发 模 式 选 择 开 关 拨 至 & AUTO& ， TRIGGER ） SOURCE 拨至 & CH1& ， TRIG LEVEL 旋钮居中。 步骤 3：观察并记录 u R 的波形、周期和峰峰值图 2.5.7观察并记录 u R在步骤 2 的基础上，将电容与电阻交换位置，如图 2.5.7 所示。将 u R 的波形与步骤二中u S 与 u C 的波形画在同一个坐标中，并记录 u R 的周期和峰峰值。步骤 4：观察并记录不同 RC 组合的 u C 、 u R 的波形 重复步骤 2 和步骤 3，分别记录组合②、组合③的 u S 、 u C 和 u R 组合② R ? 51k? ， C ? 3900 pF 组合③ R ? 51k? ， C ? 0.047 μF 步骤 5：测量时间常数 ? （1）选择组合② R ? 51k? ， C ? 3900 pF ，按图 2.5.6 接线，调节方波的频率，使得 半周期内的响应波形能够进入稳态。 调节示波器使响应波形显示较理想， 读出时间常数 ? 对 应的 m 值，记下示波器扫描速率旋钮此时的刻度，计算出 ? 。 （2）将响应波形在示波器显示屏上在竖直方向上占的格数调为 5.4 格，这样，竖直方 向上 3.4 格近似 0.632，2 格近似 0.368。对应水平方向的格数，读出 ? 。五、预测与仿真42利用 MULTISM 仿真软件，了解电路参数与响应波形之间的关系，并通过软件中的双 踪示波器的调节熟悉时域测量的基本操作；然后进行实际操作实验。下面将介绍利用MULTISM 仿真软件仿真步骤二。取 R ? 5.1k?，C ? 3900 pF ，仿真原理图如图 2.5.8 所示：图 2.5.8仿真原理图仿真电路图如 2.5.9 所示。图 2.5.9仿真电路图1. 示波器接信号源观察方波信号，熟悉信号源和示波器的调解方法。示波器设置方法： 选择自动触发方式→调节合适的 X 轴刻度、 Y 轴刻度→调节触发电平，使输入输出稳定。432. 关断仿真开关。连接一阶电路，按图设定各元件参数。启动仿真开关，观测示波器 通道 B 的输出波形，减少 Timebase 的 Scale 值，使波形在 X 轴方向尽量地扩展。 3. 测量时间常数。观测零输入响应和零状态响应，并分别测出时间常数。将游标 1 置 于输出波形的 （零状态响应） 起点， 移动游标 2 使 VB 2 ? VB1 读数等于或非常接近 1.264 V （ U S ? 2V ） ，则 T2 ? T1的读数就是时间常数。须要注意的是，由于输出的方波只有正半 周的波形，因此调节信号发生器是需要加上 Offset 电压，从而在原方波叠加一个直流电压。 如图 2.5.10 所示。我们需要的波幅为 U S ? 2V ，故 Amplitude 与 Offset 设为 1V 即可。输 出波形如图 2.5.11 所示。 另外，示波器上的触发开关必须置于“ DC ”位置才能够显示交流信号与直流信号叠加 的波形。图 2.5.10 信号发生器设置参数图 2.5.11输出波形⒋ 如图 2.5.12 所示， T2 ? T1 ? 19.7?s ，计算值为 ? ? RC ? 5.1k? ? 3900 pF? 19.87?s ，测量值与理论值大致相同。44图 2.5.12 实验结果图六、预习题（1）熟悉模拟双踪示波器的使用方法。 （2）已知一阶 RC 电路中 R ? 10? ， C ? 0.1mF ，试计算时间常数 ? ，并根据 ? 值的 物理意义，拟定测量 ? 的方案。 （3）根据实验条件，事先确定步骤 1 至 4 中，示波器的扫描速率旋钮和 Y 轴灵敏度旋 钮应选取的刻度值。七、报告要求（1）在方格纸上整理记录的波形，注明纵、横坐标代表的物理量及单位，标明各曲线 的名称，及每组曲线对应的 RC 组合。自拟表格，记录实验数据。 （2）对所测的一阶电路波形进行分析，分析时间常数 ? 对波形的影响。 （3）根据步骤 5 的数据计算时间常数 ? ，与理论值进行比较，分析误差原因。八、思考与体会（1）若电容换成电感线圈，实验结果又会变得如何呢？请定性分析。 （2）你还能想出别的求时间常数的方法吗？可结合实验结果分析。45（3）测量时间常数时，如果方波的频率选取得不合适，对测量有什么影响？ （4）实验中若要函数信号发生器输出的方波和图 2.5.11 所示波形一样，应如何调整函 数信号发生器和模拟双踪示波器？ （5）实验必得与体会。462.6 实验六一、实验目的二阶电路的时域响应（1）研究二阶电路在过阻尼、临界阻尼和欠阻尼情况下的相应波形； （2）研究二阶电路元件参数与相应的关系； （3）进一步熟悉示波器的使用方法。二、实验仪器名 称 插件板 SBL 电路实验装置 导线 连接片 电阻 5.1kΩ 电阻 51kΩ 元件盒 电容 3900pF 电容 0.047μF 电感 5mH，8Ω 函数信号发生器 双踪示波器 EE1641B OS-5020 型 号 规 格 数 2 18 10 1 1 1 1 1 1 1 量三、实验原理1、二阶电路凡是可以用凡是可用二阶微分方程描述的电路称为二阶电路。图 2.6.1RLC 串联电路图 2.6.1 中的二阶电路可用以下微分方程描述：d 2 uC du LC ? RC C ? u C ? u S 2 dt dt2、二阶电路响应方程的特征根方程为：47LCp 2 ? RCp ? 1 ? 0解出特征根为：? R ? p1 ? ? ? 2L ? ? ? R ? ? p2 ? ? 2L ?令1 ? R ? ? ? ? LC ? 2L ? 1 ? R ? ? ? ? LC ? 2L ?22uC ?0 ? ? ? U 0（1） R ? 2L ，非振荡过程 C在这种情况下，特征根 p1 和 p 2 是两个不等的负实数，电容上的电压为uC ?U0 p 2 e p1t ? p1e p2t p 2 ? p1??（零输入情况）图 2.6.2零输入下，非振荡放电过程的相应曲线? 1 u C ? ?1 ? p 2 e p1t ? p1e p2t p 2 ? p1 ???? k? ?t ? ??（零状态情况）（2） R ? 2L ，振荡过程 C在这种情况下，特征根 p1 和 p 2 是一对共轭复数。若令：1 ? R ? R 2 ?? ? ；? ? ? ? LC ? 2 L ? 2L248?0 ? ???0 ???2? ? 2 ， ? ? tan ?1?? ， ?则有p1 ? ??0 e ? j? ， p1 ? ?? 0 e j?这样，有：uC ?U0 p 2 e p1t ? p1e p2t p 2 ? p1???U0?e ??t sin??t ? ? ? （零输入情况）图 2.6.3零输入下，振荡放电过程的响应曲线? U ? u C ? ?1 ? 0 e ??t sin??t ? ? ?? k? ?t ? （零状态情况） ? ? ?（3） R ? 2L ，临界情况 C在这种情况下，特征根方程具有重根p1 ? p 2 ? ?微分方程的通解为R ?? 2L49u C ? ? A1 ? A2 ?e ??t根据初始条件可得：? A1 ? U 0 ? ? A2 ? ?U 0故u C ? U 0 ?1 ? ?t ?e ??t（零输入情况）uC ? 1 ? ?1 ? ?t ?e ??t k? ?t ? （零状态情况）??图 2.6.4零输入下，临介阻尼过程的响应曲线这种过程是振荡与非振荡的分界线，所以称为临界非振荡过程。图 2.6.5二阶电路零状态响应情况曲线四、任务与步骤步骤 1：按图 2.6.6 接线， U S ? 2Vp - p 的方波， f ? 1000 Hz ， L ? 5mH ,分别取以下三 组不同的 R 、 C 值，观察并记下 u C 波形、周期和峰峰值； ① R ? 0 ， C ? 3900 pF50② R ? 0 ， C ? 0.047 μF ③ R ? 51k? ， C ? 3900 pF图 2.6.6步骤 1 接线图步骤 2：将图中的 R 用电阻箱代替， C ? 3900 pF ，从 0 开始逐渐增大电阻箱的电阻值，观 察 u C 的变化。当波形刚好不产生振荡时，记下此时电阻箱的电阻值，验证产生振荡的条件 是R?2L C五、预测与仿真在零状态下，取 R ? 51k? ， C ? 3900 pF ， u S ? 2 sin ?t ， f ? 1000 Hz ，截得电路 原理图如 2.6.7 所示。 ：图 2.6.7截得的电路图软件截图如图 2.6.8 所示。51图 2.6.8软件截图的波形如图 2.6.9 所示。图 2.6.9u C 的波形六、预习（1）复习二阶电路相关内容52（2）二阶电路产生振荡的条件是什么？振荡波形如何？ u C 与电路参数 R 、 L 、 C 有 何关系？七、实验报告要求（1）在方格纸上整理记录的波形，注明纵、横坐标代表的物理量及单位，标明各曲线 的名称，及每组曲线对应的 RLC 参数。自拟表格，记录实验数据。 （2）对所测的二阶电路波形进行分析，分析 C 对振荡频率的影响。八、思考与体会（1）当 R 、 L 、 C 电路处于过阻尼情况下，若再增加电阻 R ，对过渡过程有何影响？ 在欠阻尼情况下，再减少 R ，过渡过程又有何影响？在什么情况下电路达到稳态的时间最 短？ （2）如果实验室没有提供信号发生器，而提供了直流稳压电源和单刀双掷开关，能否 观察到相应波形？ （3）实验心得与体会。532.7 实验七谐振电路的特性研究一、 实验目的（1）复习谐振电路产生谐振的条件。 （2）学习测定 RLC 谐振串联电路幅频特性的方法，研究电路谐振时的特性。 （3）了解通频带的意义。 （4）了解品质因数 Q 对幅频曲线的影响，了解 Q 值的意义。二、 实验仪器名 称 插件板 SBL 电路实验装置 导线 连接片 电感线圈（140mH，200Ω） 元件盒 电阻 30Ω 电阻 100Ω 电容 0.01μF 函数信号发生器 数字毫伏表 EE1641B1 MVT-172D 型 号 规 格 数 量 2 18 10 1 1 1 1 1 1三、实验原理1、 RLC 电路的谐振条件图 2.7.1RLC 串联电路如图 2.7.1 所示，串联电路的阻抗 Z 与电源角频率 ? 的关系式是：Z ? R ? j (?L ? 1 ?C ) ? Z ??（7-1）当 RLC 串联电路的总电抗为零时，即 ?L ? 1 ?C ? 0 时，电路处于谐振状态。此时，54谐振角频率 ? 0 与谐振频率 f 0 有如下关系：?01 LC， f0 ?1 2? LC（7-2）显然，电路的谐振频率与电阻值无关，只与电感值和电容值有关。当 ? ? ?0 时，电路 呈容性，阻抗角 ? ? 0 ；当 ? ? ?0 时，电路呈感性，阻抗角 ? ? 0 ；当 ? ? ?0 时，电路处 于谐振状态，阻抗角 ? ? 0 ，此时电路阻抗值最小，等于电阻值 R 。 同理，RLC 并联电路的谐振条件为总的导纳为零， 谐振时总导纳最小， 等于电导值 G 。2、品质因数 Q以 RLC 串联电路为例，谐振时由于 ?L ? 1 ?C ，所以 U L ? U C ，电感（或电容）上 的电压与激励电压的比值成为品质因数 Q ，即Q?U L U C ?0 L 1 1 L ? ? ? ? US US R R? 0 C R C（7-3）3、 RLC 串联电路的幅频特性与相频特性（1）幅频特性 回路响应电流与激励电源角频率的关系称为电流的幅频特性，其表达式为：I ?? ? ?US 1 ? ? R 2 ? ? ?L ? ? ?C ? ?2?2US ? ? ?0 ? R 1? Q ? ?? ? ? ? ? ? 0 ?2（7-4）在 L 和 C 一定的情况下，改变 R 可以获得不同的品质因数 Q ，由式 7C3 得，不同 Q 值 对应不同的幅频特性，如图 2.7.2 所示。I Q1 Q2 Q30图 2.7.2?设 I 0 为电路谐振时的电流有效值，则 I 0 ? U S / R ，由式 7C4 得：I ? I01 1? Q2 (? ?0 2 ? ) ?0 ?（7-5）55式 7-5 是电流比与角频比的关系，由?? ? I ? f ? ? 得出的曲线，称为通用幅频曲线，如 ?? ? I0 ? 0?图 2.7.3 所示。由图可知， Q 值越高，幅频特性曲线越尖锐，即在一定的频率偏移下，电流 下降的越厉害。I / I0 10.707Q ? 0.5Q ?1 Q ? 100图 2.7.3 通用幅频曲线?(? ) ?0（2）相频特性 激励电压与回路响应电流的相角差 ? 与激励源角频率 ? 0 的关系称为相频特性它可又公 式：? (? ) ? arctan?L ?R1 ?C（7-6）计算得出或由实验测定。 RLC 串联电路的相频特性如下图 2.7.4。谐振电路的幅频特性与相 频特性是衡量电路特性的重要标志。图 2.7.4RLC 串联电路的相频特性4、通频带 B?为了衡量谐振电路对不同频率的选择能力， 定义在幅频特性曲线中由峰值下降至峰值的 0.707 倍（ 1 2 倍）时对应的频率范围为通频带：B? ? ? 2 ? ?1（7-7）由图 2.7.3 知，显然， Q 值越高，通频带越窄，电路的选择性越好。如一个 FM 频道的信号 频率为 f 0 ，而收音机电路的固有谐振频率在 f 0 附近（可以认为是在通频带内） ，信号就能 被收音机放大；当电路的 Q 值升高，通频带变窄，信号频率偏移一点点，电路中的电流就 可能下降很多，即通频带以外的信号不能被放大。所以， Q 值越高，意味着电路的选频特56性越好； Q 值越低，意味着信号在较大的频率范围内能被电路放大。5、串联谐振电路中电感电压与电容电压的关系在串联谐振电路中，电感两端的电压 U L 为：U L ? ?LI ??LU S1 ? ? R 2 ? ? ?L ? ? ?C ? ?2（7-8）电容两端的电压 U C 为：UC ?1 I? ?CUS（7-9）?C R 2 ? ? ?L ?? ?1 ? ? ?C ?2图 2.7.5如图 2.7.5， 7-8 和 7-9 告诉我们， L 和 U C 都是电源角频率 ? 的函数。 Q ? 0.707 式 当 U 时， U L 和 U C 才能出现峰值，并且 U C 的峰值出现在 ? ? ?C ? ?0 处， U L 的峰值出现在? ? ? L ? ?0 处。 Q 值越高，出现峰值处离 ? 0 越近。四、任务与步骤步骤 1：测量谐振时的 f 0 、 U R 0 和 U C 0图 2.7.657如图 2.7.6 连接电路， R ? 30? ， C ? 0.01μF （1）调节函数信号发生器，使其输出波形为正弦波，输出信号幅度在数字毫伏表上的 显示为 U S ? 1.0V 。 （2）调节函数信号发生器的“频率调节旋钮” ，找到 U R 最大时的频率点，不再改变频 率调节旋钮，将数字毫伏表切换到 U S ，确认 U S =1.0V，如果 U S ≠1.0V，调节函 数信号发生器的“幅度调节旋钮” U S ? 1.0V 。记下此时函数信号发生器的频率 ，使f 0 及数字毫伏表显示的 U R 0 的值。※函数信号发生器的信号输出幅度会因为频率的改变而改变， 因此每次调节频率后、 记 录 U R 之前都要将数字毫伏表的显示切换至 U S ，调节 U S ? 1V ，才能记录 U R 的值。 （3）将 R 与 C 互换位置，测量 U S ? 1.0V 、电路谐振时的 U C 0 ，并记录。 步骤 2：测定串联回路中 R ? 30? 时的幅频特性 在步骤 1 的基础上，测定电路的幅频特性曲线：在 f 0 前后各取 6 个不同频率的点，记 录相应的 f 和 U R 。在大于 f 0 的频率范围内取点时，注意按需要适当改变“频段范围选择 按钮”的指示频段，增大频率可调范围。 为了合理选取频率点，可先将频率由高到低初测一次，把初测数据用钢笔粗略地画在方 格纸上。然后根据曲线形状补测一些点，删去一些点，力求所得曲线能准确地反映电路的频 率特性。 取点建议：将 0 ~ U R 0 之间分成 6 段，通过调节 f 改变 U R ，按大致 U R 0 / 6 的变化进行取 点。再在曲线中变化较大的区域中适当加取一些点。 }