東南大學(xué)電路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

.11/11電路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告第二次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：弱電實(shí)驗(yàn)院系：信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)：信息工程____實(shí)驗(yàn)時(shí)間：年月日實(shí)驗(yàn)一：PocketLab的使用、電子元器件特性測(cè)試和基爾霍夫定理仿真實(shí)驗(yàn)電容伏安特性實(shí)驗(yàn)電路：圖1-1電容伏安特性實(shí)驗(yàn)電路波形圖：圖1-2電容電壓電流波形圖思考題：請(qǐng)根據(jù)測(cè)試波形,讀取電容上電壓,電流擺幅,驗(yàn)證電容的伏安特性表達(dá)式。解：,,；,；而且誤差較小,即可驗(yàn)證電容的伏安特性表達(dá)式。電感伏安特性實(shí)驗(yàn)電路：圖1-3電感伏安特性實(shí)驗(yàn)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(guān)系。對(duì)于電感而言,電壓相位超前〔超前or滯后電流相位；對(duì)于電容而言,電壓相位滯后〔超前or滯后電流相位。請(qǐng)根據(jù)測(cè)試波形,讀取電感上電壓、電流擺幅,驗(yàn)證電感的伏安特性表達(dá)式。解：,,；,；而且誤差較小,即可驗(yàn)證電感的伏安特性表達(dá)式。硬件實(shí)驗(yàn)恒壓源特性驗(yàn)證表1-1不同電阻負(fù)載時(shí)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(cè)量圖1-5電容電壓電流波形圖電感的伏安特性測(cè)量圖1-6電感電壓電流波形圖基爾霍夫定律驗(yàn)證表1-2基爾霍夫驗(yàn)證電路待測(cè)值I1I2I3計(jì)算值0.366mA0.978mA1.344mA1.34V測(cè)量值0.364mA0.975mA1.35mA1.35V相對(duì)誤差5.463.074.467.46思考題：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),選定節(jié)點(diǎn),驗(yàn)證KCL的正確性。對(duì)于B點(diǎn),近似滿足,驗(yàn)證的KCL的正確性。驗(yàn)證KVL表1-3驗(yàn)證KVL節(jié)點(diǎn)98計(jì)算值2.32V0.77V測(cè)量值2.32V0.77V相對(duì)誤差00對(duì)于節(jié)點(diǎn)5、9、8、0構(gòu)成的回路：,,即驗(yàn)證了KVL的正確性。實(shí)驗(yàn)二：電路定律的驗(yàn)證和受控源仿真預(yù)習(xí)題：根據(jù)實(shí)驗(yàn)一中電阻的伏安特性測(cè)量方法,請(qǐng)自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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(qǐng)運(yùn)用戴維寧定理,計(jì)算圖2-14電路的Rload,Req和Veq,填入表2-3。3.〔補(bǔ)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(shí)驗(yàn)一：疊加定理驗(yàn)證表2-1驗(yàn)證疊加定理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)量項(xiàng)目單獨(dú)作用1.14-0.1031.031.03單獨(dú)作用-0.1550.4680.310.31、共同作用0.980.3651.341.34表2-2驗(yàn)證疊加定理〔二極管實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)量項(xiàng)目單獨(dú)作用2.794-0.2542.542.54單獨(dú)作用00.460.460.46、共同作用2.3070.2432.552.55思考題：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),驗(yàn)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(shù)據(jù),第一行的數(shù)加上第二行的數(shù)等于第三行的數(shù),即、共同作用的效果和,單獨(dú)作用效果的疊加結(jié)果一樣,即驗(yàn)證了線性電路的疊加性。通過實(shí)驗(yàn)步驟5及分析表格中數(shù)據(jù)你能得出什么結(jié)論？將換成二極管后,得到表2-2實(shí)驗(yàn)結(jié)果,分析表2-2數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)不再有表2-1數(shù)據(jù)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(shí)驗(yàn)二：戴維寧定理驗(yàn)證表2-3測(cè)試等效電路的和計(jì)算值N.C3.585/6k1k測(cè)量值4.253.550.83k0.99k表2-4驗(yàn)證戴維寧定理原始電路0.941.88等效電路0.931.86思考題：請(qǐng)自行選定除開路電壓、短路電流法之外的一種測(cè)有源二端網(wǎng)絡(luò)開路電壓及等效內(nèi)阻的方法,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程對(duì)上面的電路測(cè)定,給出實(shí)驗(yàn)方法和測(cè)試結(jié)果。答：用電壓源代替內(nèi)阻,改變電壓源電壓大小,測(cè)多組端口電壓和電流的數(shù)據(jù),做出伏安特性曲線圖。則時(shí)的電壓值即為開路電壓,直線斜率的倒數(shù)即為等效內(nèi)阻。硬件實(shí)驗(yàn)三：采用運(yùn)放測(cè)試電壓控制電流源〔VCCS特性1.測(cè)試VCCS的轉(zhuǎn)移特性表2-6VCCS的轉(zhuǎn)移特性數(shù)據(jù)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(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移參量=測(cè)試VCCS的負(fù)載特性表2-7VCCS的負(fù)載特性數(shù)據(jù)4720104.73210.20.10.070.1390.2070.2090.20.20.20.20.2圖2-4VCCS負(fù)載特性曲線實(shí)驗(yàn)三：一階電路的時(shí)域分析仿真實(shí)驗(yàn)電容特性實(shí)驗(yàn)任務(wù)1圖3-1電容電阻電壓波形圖解釋：電阻的電壓電流關(guān)系為：,所以電阻的電壓波形仍為方波；電容的電壓電流關(guān)系為：,所以實(shí)驗(yàn)任務(wù)2電容中的能量：電流源提供的能量:請(qǐng)解釋和之間為什么會(huì)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(chǔ)存能量,即。實(shí)驗(yàn)任務(wù)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(shí)達(dá)到的穩(wěn)定值也是原來的一半。解釋：兩個(gè)相同的電容并聯(lián),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?shí)驗(yàn)任務(wù)1圖3-3電感中電流波形圖解釋：電感的電流電壓關(guān)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(shí)驗(yàn)任務(wù)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(shí)達(dá)到的穩(wěn)定值也是原來的兩倍。解釋：兩個(gè)相同的電感并聯(lián),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?。?shí)驗(yàn)任務(wù)3圖3-5電感電流及節(jié)點(diǎn)2電壓波形計(jì)算得到的電感電流的響應(yīng)：即硬件實(shí)驗(yàn)1.硬件實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)任務(wù)1示波器截圖〔100Hz：圖3-6電容上電壓〔100Hz實(shí)驗(yàn)任務(wù)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(shí)候,輸出響應(yīng)的幅度與電路時(shí)間常數(shù)的關(guān)系如何？若要作為積分器使用,如圖所示電路的RC時(shí)間常數(shù)需要滿足什么條件？答：時(shí)間常數(shù)越大,輸出響應(yīng)的幅度越小,電容充電來不及完成就開始放電；時(shí)間常數(shù)越小,輸出響應(yīng)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(shí)間常數(shù)的適當(dāng)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(shí)間常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)大于5ms〔即方波的半個(gè)周期長(zhǎng)度。硬件實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)任務(wù)1圖3-9電阻上電壓波形圖〔100nF功能：微分器解釋：在一個(gè)周期中,經(jīng)過一個(gè)高電平后,電路進(jìn)入零輸入響應(yīng)狀態(tài),此時(shí),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(shù)形式衰減。實(shí)驗(yàn)任務(wù)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(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榧饷}沖信號(hào)。思考：在輸入方波頻率和邊沿時(shí)間一定的時(shí)候,若輸出響應(yīng)只需要提取輸入信號(hào)的邊沿信息,則輸出幅度與電路RC時(shí)間常數(shù)的關(guān)系如何？答：電路RC常數(shù)越大,輸出幅度越大。實(shí)驗(yàn)任務(wù)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(shí)驗(yàn)四：RLC電路的頻率響應(yīng)仿真實(shí)驗(yàn)RLC串聯(lián)電路實(shí)驗(yàn)任務(wù)1圖4-1阻抗幅頻特性和相頻特性截圖實(shí)驗(yàn)任務(wù)2圖4-2網(wǎng)絡(luò)函數(shù)幅頻特性和相頻特性截圖圖中兩光標(biāo)間距即為3dB帶寬。思考：的值對(duì)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的3dB帶寬有什么影響？答：增大,品質(zhì)因數(shù)Q減小,網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的3dB帶寬增大。RLC并聯(lián)電路實(shí)驗(yàn)任務(wù)圖4-3阻抗幅頻特性截屏圖中游標(biāo)間距即為3dB帶寬。圖4-4阻抗相頻特性截圖思考：的值對(duì)輸出電壓的3dB帶寬有什么影響？答：增大,品質(zhì)因數(shù)Q增大,網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的3dB帶寬減小。硬件實(shí)驗(yàn)RLC低通濾波器實(shí)驗(yàn)任務(wù)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(shí)驗(yàn)任務(wù)2圖4-7幅頻特性和相頻特性曲線RLC帶通濾波器實(shí)驗(yàn)任務(wù)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