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 姓名： 學(xué)號(hào)： 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1、 仿真實(shí)驗(yàn)1. 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。2. 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：1. 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。2. 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。2、 硬件實(shí)驗(yàn)1. 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（V）4.924.984.994.994.992. 電容的伏安特性測(cè)量圖1-5 電容電壓電流波形圖3. 電感的伏安特性測(cè)量圖1-6 電感電壓電流波形圖4. 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：1. 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。2. 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：1. 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：1. 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。2. 通過(guò)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(kāi)路電壓、短路電流法之外的一種測(cè)有源二端網(wǎng)絡(luò)開(kāi)路電壓及等效內(nèi)阻的方法，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)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(kāi)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2-6 VCCS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2-3 VCCS轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移參量=2. 測(cè)試VCCS的負(fù)載特性表2-7 VCCS的負(fù)載特性數(shù)據(jù)4720104.73210.20.10.070.1390.2070.2090.20.20.20.20.2圖2-4 VCCS負(fù)載特性曲線實(shí)驗(yàn)三：一階電路的時(shí)域分析1、 仿真實(shí)驗(yàn)1. 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?lái)的二分之一，10ms時(shí)達(dá)到的穩(wěn)定值也是原來(lái)的一半。解釋：兩個(gè)相同的電容并聯(lián)，等效阻抗變?yōu)樵瓉?lái)兩倍，則電壓變化率和電壓的值均變?yōu)樵瓉?lái)一半。2. 電感特性實(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（015ms）：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(guò)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?lái)的兩倍，15ms時(shí)達(dá)到的穩(wěn)定值也是原來(lái)的兩倍。解釋：兩個(gè)相同的電感并聯(lián)，等效阻抗變?yōu)樵瓉?lái)一半，則電流變化率和電流的值均變?yōu)樵瓉?lái)兩倍。實(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2、 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(lái)不及完成就開(kāi)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(guò)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）。2. 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(guò)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)1、 仿真實(shí)驗(yàn)1. 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。2. 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。2、 硬件實(shí)驗(yàn)1. 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2. 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，且相位滯后）：圖4-10實(shí)驗(yàn)任務(wù)2圖4-11 幅頻特性和相頻特性曲線中心頻率：6310Hz峰值增益：0.66-3dB帶寬：0.95思考：根據(jù)講義上圖4-10所示的電路參數(shù)，該濾波器峰值增益的理論值是多少？實(shí)際測(cè)試值和理論值之間的差異由什么原因?qū)е碌?？答：該濾波器峰值增益的理論值應(yīng)約為0.995。但由于實(shí)驗(yàn)所用的電感不是理想電感，存在電阻，所以實(shí)際測(cè)試值和理論值之間存在差異。