東南大學(xué)電路實驗實驗報告.doc
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電路實驗實驗報告第二次實驗實驗名稱:弱電實驗 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: 實驗時間: 年 月 日實驗一:PocketLab的使用、電子元器件特性測試和基爾霍夫定理1、 仿真實驗1. 電容伏安特性實驗電路:圖1-1 電容伏安特性實驗電路波形圖:圖1-2 電容電壓電流波形圖思考題:請根據(jù)測試波形,讀取電容上電壓,電流擺幅,驗證電容的伏安特性表達式。解:, ,;,;而且誤差較小,即可驗證電容的伏安特性表達式。2. 電感伏安特性實驗電路:圖1-3 電感伏安特性實驗電路波形圖: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。對于電感而言,電壓相位 超前 (超前or滯后)電流相位;對于電容而言,電壓相位 滯后 (超前or滯后)電流相位。2. 請根據(jù)測試波形,讀取電感上電壓、電流擺幅,驗證電感的伏安特性表達式。解:, ,;,;而且誤差較小,即可驗證電感的伏安特性表達式。2、 硬件實驗1. 恒壓源特性驗證表1-1 不同電阻負(fù)載時電壓源輸出電壓電阻0.11101001000電源電壓(V)4.924.984.994.994.992. 電容的伏安特性測量圖1-5 電容電壓電流波形圖3. 電感的伏安特性測量圖1-6 電感電壓電流波形圖4. 基爾霍夫定律驗證表1-2 基爾霍夫驗證電路待測值I1I2I3計算值0.366mA0.978mA1.344mA1.34V測量值0.364mA0.975mA1.35mA1.35V相對誤差5.463.074.467.46思考題:1. 根據(jù)實驗數(shù)據(jù),選定節(jié)點,驗證KCL的正確性。對于B點,近似滿足,驗證的KCL的正確性。2. 驗證KVL表1-3 驗證KVL節(jié)點98計算值2.32V0.77V測量值2.32V0.77V相對誤差00對于節(jié)點5、9、8、0構(gòu)成的回路:,即驗證了KVL的正確性。實驗二:電路定律的驗證和受控源仿真預(yù)習(xí)題:1. 根據(jù)實驗一中電阻的伏安特性測量方法,請自行設(shè)計實驗方法,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.請運用戴維寧定理,計算圖2-14電路的Rload,Req和Veq,填入表2-3。3.(補充)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驗一:疊加定理驗證表2-1 驗證疊加定理 實驗內(nèi)容 測量項目單獨作用1.14-0.1031.031.03單獨作用-0.1550.4680.310.31、共同作用0.980.3651.341.34表2-2 驗證疊加定理(二極管) 實驗內(nèi)容 測量項目單獨作用2.794-0.2542.542.54單獨作用00.460.460.46、共同作用2.3070.2432.552.55思考題:1. 根據(jù)實驗數(shù)據(jù),驗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,單獨作用效果的疊加結(jié)果一樣,即驗證了線性電路的疊加性。2. 通過實驗步驟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實驗結(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。硬件實驗二:戴維寧定理驗證表2-3 測試等效電路的和計算值N.C3.585/6k1k測量值4.253.550.83k0.99k表2-4 驗證戴維寧定理原始電路0.941.88等效電路0.931.86思考題:請自行選定除開路電壓、短路電流法之外的一種測有源二端網(wǎng)絡(luò)開路電壓及等效內(nèi)阻的方法,設(shè)計實驗過程對上面的電路測定,給出實驗方法和測試結(jié)果。答:用電壓源代替內(nèi)阻,改變電壓源電壓大小,測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。硬件實驗三:采用運放測試電壓控制電流源(VCCS)特性1.測試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)載特性曲線實驗三:一階電路的時域分析1、 仿真實驗1. 電容特性實驗任務(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:,所以實驗任務(wù)2電容中的能量:電流源提供的能量:請解釋和之間為什么會存在差異:答:包含了和兩部分,電阻以熱量形式消耗電流源的能量,而電容儲存能量,即。實驗任務(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)樵瓉淼亩种唬?0ms時達到的穩(wěn)定值也是原來的一半。解釋:兩個相同的電容并聯(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)樵瓉硪话搿?. 電感特性實驗任務(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):實驗任務(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)樵瓉淼膬杀叮?5ms時達到的穩(wěn)定值也是原來的兩倍。解釋:兩個相同的電感并聯(lián),等效阻抗變?yōu)樵瓉硪话耄瑒t電流變化率和電流的值均變?yōu)樵瓉韮杀?。實驗任?wù)3圖3-5 電感電流及節(jié)點2電壓波形計算得到的電感電流的響應(yīng):即2、 硬件實驗1.硬件實驗一實驗任務(wù)1示波器截圖(100Hz):圖3-6 電容上電壓(100Hz)實驗任務(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候,輸出響應(yīng)的幅度與電路時間常數(shù)的關(guān)系如何?若要作為積分器使用,如圖所示電路的RC時間常數(shù)需要滿足什么條件?答:時間常數(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時間常數(shù)應(yīng)遠大于5ms(即方波的半個周期長度)。2. 硬件實驗二實驗任務(wù)1圖3-9 電阻上電壓波形圖(100nF)功能:微分器解釋:在一個周期中,經(jīng)過一個高電平后,電路進入零輸入響應(yīng)狀態(tài),此時,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。實驗任務(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,將方波信號轉(zhuǎn)變?yōu)榧饷}沖信號。思考:在輸入方波頻率和邊沿時間一定的時候,若輸出響應(yīng)只需要提取輸入信號的邊沿信息,則輸出幅度與電路RC時間常數(shù)的關(guān)系如何?答:電路RC常數(shù)越大,輸出幅度越大。實驗任務(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。實驗四:RLC電路的頻率響應(yīng)1、 仿真實驗1. RLC串聯(lián)電路實驗任務(wù)1圖4-1 阻抗幅頻特性和相頻特性截圖實驗任務(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)電路實驗任務(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、 硬件實驗1. RLC低通濾波器實驗任務(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)實驗任務(wù)2圖4-7 幅頻特性和相頻特性曲線2. RLC帶通濾波器實驗任務(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實驗任務(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?實際測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。但由于實驗所用的電感不是理想電感,存在電阻,所以實際測試值和理論值之間存在差異。- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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