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文檔簡介

實驗指導手冊

課程名稱:

課程編碼:

學時:

樂部:

任課教師:

任課班級:

學年學期

目錄

實驗一電路基本定律.....................................................1

實驗二RC一階電路響應測試.............................................5

說明:1)本實驗實訓指導手田,相關內容及格式僅供各系部參考;

2)實驗實訓指導手冊編寫過程中,各實驗內容建議包括但不限于實驗目的、實

驗要求、實驗原理、儀器設備、實驗內容及步驟、注意事項、實驗報告等。

實驗一電路基本定律

一、實驗目的

I.驗證基氏定律(KCL、KVL)

2.驗證迭加定理

3.驗證戴維南定理

4.加深對電流、電壓參考方向的理解

5.正確使用直流穩壓電源和萬用電表

二、儀器設備

1.TPE—DG2電路分析實驗箱1臺

2.A/F-10型萬用表及數字萬用表各1臺

三、預習內容

1.認真閱讀7PE—OG2電路分析實驗箱使用說明(見附錄)

2.預習實驗內容步驟:寫預習報告,設計測量表格并計算理論值

3.根據TPE-DG2電路分析實驗箱設計好連接線路

四、實驗原理

1.基爾霍夫電流、電壓定律及疊加定理

(1)基爾霍夫電流定律(KCL)

在集總電路中,任一瞬時,流向某一結點的電流之和等于由該結點流出的電流之和。

電路原理圖及電流的參考方向如圖1-1所示。根據KCL,當£八£2共同作用時,流入和流出

結點A的電流應有:入+/2-/3=0成立。

(2)基爾霍夫電壓定律(AIZ)

1

在集總電路中,任?瞬時,沿任?回路所有支路電壓的代數和恒等于零。

其電路原理圖及電流的參考方向如圖1-1所示。根據KVL應有:E/-UK/?UK3=0;或

巴?以/+以2-及=0;或及-“/川內也成立。

(3)疊加定理

在線性電路中,任?支路中的電流(或電壓)等于電路中各個獨立源分別單獨作用時在該支

路產生的電流(或電壓)的代數和。所謂?個電源單獨作用是指除了該電源外其他所有電源的作

用都去掉,即理想電壓源所在處用短路代替,理想電流源所在處用開路代替,但保留它們的內阻,

且電路結構不作改變。由于功率是電壓或電流的二次函數,因此疊加定理不能用來宜接計算功率。

電路原理圖及電流的參考方向如圖1-1所示。分別測量修、心共同作用下的電流,八〃、人

以單獨作用下的電流〃'、〃'、才和號單獨作用下的電流。"、h\//;根據登加原理應有:;/=//+

h'\l2=h+h\成立。

2.戴維南定理

任何一個線性有源二端口網絡,對于外電路而言,總可以用一個理想電壓源和電阻的串聯形

式來代昔。理想電壓源的電壓等于原二端口網絡的開路電壓Uoc,其電限(乂稱等效電阻)等于

網絡中所有電壓源短路、電流源開路時的入端等效電阻凡『見圖1-2。

線性有

源二端

網絡

圖1-2戴維南定理示意圖

(1)開路電壓的測量方法

a.直接測量法:

當有源二端網絡的等效電阻R”與電壓表的內阻相比可以忽略不計時,可以直接用電壓表

測量開路電壓。

b.零不法:—<y

在測量具有高內阻有源二端網絡的開路電壓時,用電壓表直接隊C壓

測量會造成較大誤差。為了消除電壓表內阻的影響,采用零示法。

&q源

即用一個低內阻的穩壓電源與被測有源二端網絡進行比較,當穩壓

電源的輸出電壓與二端網絡的開路電壓相等時,電壓表的讀數將為0。然后將電路斷開,測量

此時穩壓電源的輸出電壓,即為二端網絡的開路電壓Uoc。

2

(2)等效電阻的測量方法

a.短路電流法:

用電壓表測得開?路電壓Ibc后,將開路端短路,測其短路電流Isc,則等效電阻Req=Uoc/lsCo

此方法測量簡便,但可能因短路電流過大會損壞電路內部的元件,對于等效電阻較小的二端網

絡,一般不宜采用。

b.兩次電壓測量法:

先測開路電壓Uoc,再在開路端接一個已知負載電阻RL,測心兩端的電壓UL,則等效電

c.半電壓測量法:

調電位器品.大小,當其兩端的電壓等于二端網絡開路電壓的一半

時,足的阻值即為等效電阻R”的值。

d.直接測量法:

當一端網絡的等效電阻與萬用衣內阻相比可忽略不計時,可用萬用表歐姆檔直接測量一端

網絡的等效電阻R“。

五、實驗內容與步驟

I、驗證基爾霍夫電流(KCL)、電壓(KVL)定律

實驗線路中取的后=3V、及=6V,R=R=/?3=lkC,連接電路,測量各支路電流及各元件兩端

的電壓值,驗證結果,自擬表格,

2、驗證疊加定理

測量后、氏單獨作用和共同作用時,各支路的電流值。數據填入表1-1。

表1-i驗證疊加定理

/](mA)h(mA)h(mA)

計算測量誤差計算測量誤差計算測量誤差

后作用

反作用

巴、反作用

3、驗證戴維南定理

用戴維南定理測量自支路的電流按實驗原理,選擇合適的測量方法測量開路電壓Uoc和

等效電阻飛的值。然后用直流電壓源和可變電位器分別調出Uoc和&q的值,再串上當支路,

3

測量&支路的電流右。

A注意:

1.一定要接好線后再開電源,切勿帶電接線。

2.選定參考方向后,按參考方向插入指針式萬用表表筆。測量電壓或電流時,如果

指針正偏,測量值為正,電壓或電流的實際方向與參考方向一致;如指針反偏,則必須調換萬用

表表筆極性,重新測量,此時,測量值為負正,說明電壓或電流的實際方向與參考方向相反。

六、實驗報告要求

I.數據分析:用你所測得的實驗數據如何驗證定律及定理的?

2.與計算值比較,分析誤差原因。

3.請回答問題:

I)你是如何通過電流表的串入,測試并理解參考方向這?概念的?

2)在驗證戴維南定理的實驗中,如果線性二端網絡的內阻和你所用的萬用電表內阻接近

時,

應選用實臉原理中講述的哪種方法測量&q值?

4

實驗二RC一階電路響應測試

一、實驗目的

I.掌握RC一階動態電路零狀態響應和零輸入響應的概念。

2.學習電路時間常數的測量方法。

3.掌握有關微分電路和積分電路的概念。

4.進一步學會用示波器觀測波形。

二、儀器設備

I.7PE—43模擬電路實驗箱1臺

2.FBI602P系列功率函數信號發生器或EM1652系列數孑信號源1臺

3.KENWOODCS-4125A20MHz2通道示波器I臺

三、實驗原理

I.RC電路的方波響應

圖2-1(a)所示為RC串聯電路。為了用示波器觀察電路的智態過程,用方波來代替輸入階

躍信號.在后端加方波信號時.電容兩端的響應波形如圖2-1(c:所求.

(b)輸入階躍信號

圖2-1方波激勵下電容的響應波形

圖(c)中,ab段曲線是電容器的充電過程,即零狀態響應過程。此過程維持時間的長短與

時間常數r有關,T=RCO當?時,電容電壓(z)=0.632Um(Um為方波信號的峰值);當r=5r

時,電容電壓〃c(5r)=0.993Um,通常認為r=5?時,電路暫態過程結束,進入新的穩定狀態。be

段是電容器的放電過程,即零輸入響應過程。當片r時,電容電壓吹(了)=0368(/,,.:當片5:■時,

電容電壓HC(5r)=0.007Um,此時電路已接近穩定狀態。

圖2-2輸入正負勸稱方波時電容端的全響應波形

5

由于函數信號發生器輸山的是正負對稱的方波,因此,當此信號作為AC電路的階跣信號時,

電路是一個輸入階躍和電容初始道均不為零的全響應過程,如圖2-2。

2.用示波器測量時間常數r

在電容充電響應波形上,沿波形在縱軸上找到0.632Um值的點,通過該點做垂線與橫軸相交,

讀出該點到充電波形起始端之間的格數小則時間常數尸aX掃播時間s/div。(注意掃描微調

要放在CAL校準位置)。

3.微分電路和積分電路

微分電路和積分電路是電容器充放電現象的一種應用,電路如圖2?3所示。微分電路中,當

時間常數很小時,輸出電壓〃R正比于輸入電壓心的微分,即〃魯;枳分電路中,當時■間

常數很大時,輸出電壓收正比于輸入電壓w的積分,即〃K=」一f%市。

KRCJ

(a)微分電路(b)積分電路

圖2-3微分電路與積分電路

當輸入電壓跖的波形為正負對稱的方波時,微、積分電路輸入、輸出電壓波形如圖2-4所示。

如改變時間常數?與方波脈沖寬度小的比值,電容器充放電的快慢就不同,因此輸出電壓的波形

就不同。

(b)積分電路〃c波形

圖2-4微分、積分電路輸出波形

在微分電路中,當r>>加時,電容器充電很慢,輸出電壓WR與輸入電壓3的波形很相近。隨

著r和加比值的減小,電阻兩端電壓〃R的波形逐漸變成正負尖脈沖,如圖2-4(a)所示。r越小,

尖脈沖越陡。因此,構成微分電路的條件是:3)KVP(通常MC.2/P),(2)從電阻兩端輸出。

在積分電路中,當心時,電容器充放電較快,電容兩端的波形如圖2-1(c)所示。當己力P

時,電容器充電緩慢,后又經電阻緩慢放電,電容兩端電壓的波形逐漸變成三角波,r越大,

6

充放電越緩慢,輸出三角波的線性度越好,如圖24(b)所示。因此,構成積分電路的條件是:

(1)r?/P(通常55加),(2)從電容兩端輸出。

四、實驗內容

I.根據RC電路的全響應波形,觀察零狀態和零輸入響應過程,并通過波形測量時間常數?

由函數信號發生器輸出Upp=3V、f=lkHz(Zp=772=O.5ms)的方波作為階躍信號。設計實驗

電路,在元件參數滿足要求時,通過示波器測量時間常數并與計算值比較誤差。

2.觀察RC電路的微分響應

按實驗原理選擇電阻、電容參數及方波信號的頻率,觀察⑴(?般KO.2/P)時由和〃R

的波形,并測量“R峰峰值。改變電阻或電容的參數,使r值增大時,觀察〃R波形的變化。

3.觀察

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