东南大学电路实验实验报告.doc

东南大学电路实验实验报告电路实验实验报告第二次实验实验名称：弱电实验 院系：信息科学与工程学院 专业：信息工程 姓名： 学号： 实验时间： 年 月 日实验一：PocketLab的使用、电子元器件特性测试和基尔霍夫定理一、 仿真实验1. 电容伏安特性实验电路：图1-1 电容伏安特性实验电路波形图：图1-2 电容电压电流波形图思考题：请根据测试波形，读取电容上电压，电流摆幅，验证电容的伏安特性表达式。解：， ，；，；而且误差较小，即可验证电容的伏安特性表达式。2. 电感伏安特性实验电路：图1-3 电感伏安特性实验电路波形图：图1-4 电感电压电流波形图思考题：1. 比较图1-2和1-4，理解电感、电容上电压电流之间的相位关系。对于电感而言，电压相位 超前 （超前or滞后）电流相位；对于电容而言，电压相位 滞后 （超前or滞后）电流相位。2. 请根据测试波形，读取电感上电压、电流摆幅，验证电感的伏安特性表达式。解：， ，；，；而且误差较小，即可验证电感的伏安特性表达式。二、 硬件实验1. 恒压源特性验证表1-1 不同电阻负载时电压源输出电压电阻0.11101001000电源电压（V）4.924.984.994.994.992. 电容的伏安特性测量图1-5 电容电压电流波形图3. 电感的伏安特性测量图1-6 电感电压电流波形图4. 基尔霍夫定律验证表1-2 基尔霍夫验证电路待测值I1I2I3计算值0.366mA0.978mA1.344mA1.34V测量值0.364mA0.975mA1.35mA1.35V相对误差5.463.074.467.46思考题：1. 根据实验数据，选定节点，验证KCL的正确性。对于B点，近似满足，验证的KCL的正确性。2. 验证KVL表1-3 验证KVL节点98计算值2.32V0.77V测量值2.32V0.77V相对误差00对于节点5、9、8、0构成的回路：，即验证了KVL的正确性。实验二：电路定律的验证和受控源仿真预习题：1. 根据实验一中电阻的伏安特性测量方法，请自行设计实验方法，绘制二极管的伏安特性曲线，了解其工作性能。图2-1 二极管伏安特性曲线2.请运用戴维宁定理，计算图2-14电路的Rload，Req和Veq，填入表2-3。3.（补充）采用PocketLab的math功能，直接获得二极管的伏安特性曲线。图2-2 二极管伏安特性曲线硬件实验一：叠加定理验证表2-1 验证叠加定理 实验内容 测量项目单独作用1.14-0.1031.031.03单独作用-0.1550.4680.310.31、共同作用0.980.3651.341.34表2-2 验证叠加定理（二极管） 实验内容 测量项目单独作用2.794-0.2542.542.54单独作用00.460.460.46、共同作用2.3070.2432.552.55思考题：1. 根据实验数据，验证线性电路的叠加性。 纯电阻电路为线性电路。由表2-1，可以看出，每纵列的数据，第一行的数加上第二行的数等于第三行的数，即、共同作用的效果和，单独作用效果的叠加结果一样，即验证了线性电路的叠加性。2. 通过实验步骤5及分析表格中数据你能得出什么结论？ 将换成二极管后，得到表2-2实验结果，分析表2-2数据发现不再有表2-1数据的规律，即不满足叠加性，因此判断，二极管不是线性元件，此电路不是线性电路。硬件实验二：戴维宁定理验证表2-3 测试等效电路的和计算值N.C3.585/6k1k测量值4.253.550.83k0.99k表2-4 验证戴维宁定理原始电路0.941.88等效电路0.931.86思考题：请自行选定除开路电压、短路电流法之外的一种测有源二端网络开路电压及等效内阻的方法，设计实验过程对上面的电路测定，给出实验方法和测试结果。答：用电压源代替内阻，改变电压源电压大小，测多组端口电压和电流的数据，做出伏安特性曲线图。则时的电压值即为开路电压，直线斜率的倒数即为等效内阻。硬件实验三：采用运放测试电压控制电流源（VCCS）特性1.测试VCCS的转移特性表2-6 VCCS的转移特性数据00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.000.020.040.060.080.100.120.140.160.180.20图2-3 VCCS转移特性曲线转移参量=2. 测试VCCS的负载特性表2-7 VCCS的负载特性数据4720104.73210.20.10.070.1390.2070.2090.20.20.20.20.2图2-4 VCCS负载特性曲线实验三：一阶电路的时域分析一、 仿真实验1. 电容特性实验任务1图3-1 电容电阻电压波形图解释：电阻的电压电流关系为：，所以电阻的电压波形仍为方波；电容的电压电流关系为：，所以实验任务2电容中的能量：电流源提供的能量:请解释和之间为什么会存在差异：答：包含了和两部分，电阻以热量形式消耗电流源的能量，而电容储存能量，即。实验任务3图3-2 电容电阻电压波形图（2）波形变化：电容电压变化率变为原来的二分之一，10ms时达到的稳定值也是原来的一半。解释：两个相同的电容并联，等效阻抗变为原来两倍，则电压变化率和电压的值均变为原来一半。2. 电感特性实验任务1图3-3 电感中电流波形图解释：电感的电流电压关系为：，所以电感中的能量Wc（t=15ms）：电压源提供的能量Wv（015ms）：实验任务2图3-4 电感中电流波形图（2）注：图中流过两电感的电流相等，因此两曲线重合，其和为干路电流。波形变化：电感电流变化率变为原来的两倍，15ms时达到的稳定值也是原来的两倍。解释：两个相同的电感并联，等效阻抗变为原来一半，则电流变化率和电流的值均变为原来两倍。实验任务3图3-5 电感电流及节点2电压波形计算得到的电感电流的响应：即二、 硬件实验1.硬件实验一实验任务1示波器截图（100Hz）：图3-6 电容上电压（100Hz）实验任务2示波器截图（1kHz）：图3-7 电容上电压（1kHz）示波器截图（5kHz）：图3-8 电容上电压（5kHz）思考：在输入方波频率一定的时候，输出响应的幅度与电路时间常数的关系如何？若要作为积分器使用，如图所示电路的RC时间常数需要满足什么条件？答：时间常数越大，输出响应的幅度越小，电容充电来不及完成就开始放电；时间常数越小，输出响应的幅度越大，但不超过峰峰值。 若要作为积分器使用，需：1.保证电压变化周期与时间常数的适当比例，105较为合适，使得电容上的电压有较 大变化；2.电路的RC时间常数应远大于5ms（即方波的半个周期长度）。2. 硬件实验二实验任务1图3-9 电阻上电压波形图（100nF）功能：微分器解释：在一个周期中，经过一个高电平后，电路进入零输入响应状态，此时，由电容放电。电阻上电压变化情况与电路中电流变化情况相同，即电路中电流以指数形式衰减。实验任务2示波器截图（C1=10nF）：图3-10 电阻上电压波形图（10nF）功能：微分器，将方波信号转变为尖脉冲信号。思考：在输入方波频率和边沿时间一定的时候，若输出响应只需要提取输入信号的边沿信息，则输出幅度与电路RC时间常数的关系如何？答：电路RC常数越大，输出幅度越大。实验任务3图3-11 电阻上电压波形图（10uF）功能：输出的波形与输入的相同，即耦合。实验四：RLC电路的频率响应一、 仿真实验1. RLC串联电路实验任务1图4-1 阻抗幅频特性和相频特性截图实验任务2图4-2 网络函数幅频特性和相频特性截图图中两光标间距即为3dB带宽。思考：的值对网络函数的3dB带宽有什么影响？答：增大，品质因数Q减小，网络函数的3dB带宽增大。2. RLC并联电路实验任务图4-3 阻抗幅频特性截屏图中游标间距即为3dB带宽。图4-4 阻抗相频特性截图思考：的值对输出电压的3dB带宽有什么影响？答：增大，品质因数Q增大，网络函数的3dB带宽减小。二、 硬件实验1. RLC低通滤波器实验任务1示波器截图1（）：图4-5 输入输出波形（100Hz）示波器截图2（输出幅度下降到输入幅值的0.707倍）：图4-6 输入输出波形（输出幅度下降到输入幅值的0.707倍）实验任务2图4-7 幅频特性和相频特性曲线2. RLC带通滤波器实验任务1示波器截图1（输出幅度最大）：图4-8示波器截图2（输出幅度下降到最大输出幅度的0.707倍，且相位超前）：图4-9示波器截图3（输出幅度下降到最大输出幅度的0.707倍，且相位滞后）：图4-10实验任务2图4-11 幅频特性和相频特性曲线中心频率：6310Hz峰值增益：0.66-3dB带宽：0.95思考：根据讲义上图4-10所示的电路参数，该滤波器峰值增益的理论值是多少？实际测试值和理论值之间的差异由什么原因导致的？答：该滤波器峰值增益的理论值应约为0.995。但由于实验所用的电感不是理想电感，存在电阻，所以实际测试值和理论值之间存在差异。