河北工业大学电路电气工程实验案例解析62P

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1、糖糖部落525河工大电气考研不要辜负本应奋斗的青春QQ645795590实验一基尔霍夫定律的验证一、实验目的1. 验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。2. 用电流插头、插座测量各支路电流的方法。3. 提高分析、检查电路简单故障的能力。+- 二、实验方法1. 基尔霍夫电流定律指出:.“在集总电路中，任何时刻，对任一结点，所有流出结点的支路 电流的代数和恒等于零”；基尔霍夫电压定律指出：“在集总电路中，任何时刻，沿任一回路， 所有支路电压的代数和恒等于零”。运用上述定律时必须注意电流的参考方向，此方向可预先任意设定。2，电路常见的简单故障一般出现在连线或元件部分。连线部分的故障通常

2、有连线接错，接触 不良而造成的断路等；元件部分的故障通常有接错元件、元件本身有故障、电源输出有故障 等。检查方法如下：(1) 通电检查法；在通电的情况下，用万用表的电压档，根据电路的工作原理，测量各点的电压值。.(2) 断电检查法；在断电的情况下，用万用表的电阻档，根据电路工作原理，分段检查各段 导线，或根据元件的电阻特性检查元件的好坏。三、实验仪器1. 万用表、直流毫安表；2. 电阻箱；3. 恒压源。.四、实验内容1. 实验前先任意设定三条支路的电流参考方向，如图1-1中的II、12、13所示。2. 将仏、U2两路直流稳压电源分别调至U1-6V, U2 = 12Vo3. 熟悉电源插头的结构，

3、将电流插头的两端接至数字毫安表的“ +、一”两端。4. 将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，记录相应电流值。5. 用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，数据填入表1-1中。电路如图1-1所示。图1一 1基尔霍夫定律验证电路表1_1 电压、电流实验数据待测量Ii (mA)I2(mA)Is (mA)UR1(V)UR“V)Uab(V)Ucd(V)Uad(V)Ude(V)Ufa(V)计算值测量值相对误差6VUiE510Q ZZZbRiAlkQ I2 BD330-EZZ?U2C12V五、实验要点1. 防止电压源两端碰线短路。2. 若用指针式电流表进行测量时，要识别电流插头所接电流

4、表的“ +、一”极性，倘若不换 接极性，则电表指针可能反偏（电流为负值时），此时必须调换电流表极性，重新测量， 此时指针正偏，但读得的电流值必须冠以负号。六、预习与思考1. 在图1-1中，A、D两结点的电流方程是否相同？为什么？2. 根据图1-1的电路参数，估出待测的电流I，、12、13和各电阻上的电压值，记入表中，以 便实验测量时，可正确地选定毫安表和电压表的量限。3. 实验中，若用万用表直流毫安档测各支路电流，什么情况下可能出现毫安表指针反偏，。应 如何处理，在记录数据时应注意什么？若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示 呢？七、实验要求1. 根据实验数据，选定实验电路中的任一个节点

5、，验证基尔霍夫电流定律的正确性。2. 根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证基尔霍夫电压定律的正确性。4. 写出实验中检查、分析电路故障的方法，总结查找故障的体会。实验二 电路基本定律的研究一、实验目的1. 掌握戴维南等效电路参数的实验测定方法。2. 加深对电路基本定律认识。二、实验原理 、- -,戴维南一诺顿定理：任何一个线性有源二端网络，总可以用一个恒压源与内阻串联的支 路或一个恒流源与内阻并联的支路来代替。恒压源的电压等于该网络的开路电压，恒流源的 电流等于该网络的短路电流，而内阻等于该网络中所有独立源为零（保留内阻及受控源）时 的等效电阻。戴维南一诺顿等效电路的内阻常可用测

6、量方法求得：在开路两端接一己知电阻Rl，测量 RL两端电压UL，然后代入计算公式：Ro =（UJL -1）.氏Uoc式中为负载开路时的开路电压。也可采用半电压法求得：在开路两端接一可变电阻Ri，调Re同时测两端电压UL，当Ul=U0C/2 时，图2-1电路基本定律实验线路图三、实验内容1. 公式法。1）验线路如图21所示，其中E尸1.5V, E2=6V。断开BC点，从AC两端看进去，狈！J出 AC两端的开路电压Uoc。2）接上BC点，测出AC两端的电压UL （即115）。3）数据记录于表24中。运用公式：计算等效内阻Ro与理 3糖糖部落525河工大电气考研不要辜负本应奋斗的青春QQ645795

7、590论计算比较。2. 半电压法测等效内阻Ro，即断开BC点，在AC两端接上标准电阻箱，调节电阻箱电阻，使AC两端 电压为Ul-Uoc/2,则标准电阻箱的读数即为Ro （等效电阻）。表2 1UoULRl乂 J.Rl公式法（半电压法四、思考题1. 简述你所知道的电路定律及适用的条件？2. 戴维南一诺顿定理的适用条件，电压源或电流源方向如何确定？有几种求等效电阻的方 法，应该注意什么？五、实验仪器1. _电路基本定律实验板2. 直流稳压电源3. 数字万用表实验三 电压源、电流源及其电源等效变换的研宄一、实验目的1. 掌握建立电源模型的方法；2. 掌握电源外特性的测试方法；3. 加深对电压源和电流源

8、特性的理解；4. 研究电源模型等效变换的条件。二、实验原理1. 电压源和电流源电压源具有端电压保持恒定不变，而输出电流大小由负载决定的特性。其外特征，极端. 电压U与输出电流I的关系U=f(I)是一条平行于I轴的直线。实验中使用的恒压源在规定的 电流范围内，具有很小的内阻，可以将它视为一个电压源。电流源具有端电流保持恒定不变，而端电压的大小由负载决定的特性。其外特征，即输 出电流I与端电压U的关系I=f(U)是一条平行于U轴的直线。实验中使用的恒流源在规定 的电流范围内，具有很大的内阻，可以将它视为一个电流源。2. 实际电压源和实际电流源实际上任何电源内部都存在电阻，通常称为内阻。因而，实际电

9、压源可以用一个内阻 RS和电压源US串联表示，其断电压U随输出电流I增大而降低在实验中，可以用一个小 阻值的电阻与恒压源相串联来模拟一个实际电压源.实际电流源可以用一个内阻RS和电压源US并联表示，其输出电流I随断电压U增大 而减小。在实验中，可以用一个大阻值的电阻与恒流源相并联来模拟一个实际电流源.3. 实际电压源和实际电流源的等效互换一个实际的电源，就其外部特征而言，既可以看成是一个电压源，又可以看成是一个电 流源。若视为电压源，则可用一个电压源于一个电阻相串联来表示；若视为电流源，则可用 一个电流源与一个电阻向并联来表示。若他们向同样大小的负载供出同样大小的电流和端电 压，则称这两个电源

10、是等效的，即具有相同的外特性。实际电压源和实际电流源的等效变换的条件为：(1) 取实际的电压源与实际的电流源的内阻均为Rs。(2) 已知实际电压源的参数为Us和Rs，则实际电流源的参数为和Rs，若Rs己知实际电压源的参数为Is和Rs，则实际电流源的参数为US=ISRS和Rs。三、实验设备1. 直流数字电压表、直流数字毫安表(根据型号的不同，EELI型为单独的MEL06组 件，其余型号含在主控制屏上)2. 恒压源(EELI、U、III、IV均含在主控制屏上，根据用户的要求，可能有两种配置(1) +6v(+5v),+12v,030v 可调(2)双路030v可调。3. 恒流源(0500mA可调)4.

11、 EEL23组件（含固定电阻、电位器）或EEL51组件、EEL52组件四、实验内容1. 测定电压源（恒压源）与实际电压源的外特性实验电路如图3-1所示，图中的电源Us用恒压源中的+6V （+5）输出端，&取200Q 的固定电阻，&取4700的电位器。调节电位器R2,令其阻值由大至小变化，将电流表、电 压表的读书记入表3一1中。表3-1电压源（恒压源）外特性数据I(mA)U(V)图3 1电路中，将电压源改为实际电压源，如图3 2所示，图中内阻&取511的固定电阻，调节电位器R2,令其阻值由大至小变化，将电流表、电压 表的读书记入衰52中。表3 2实际电压源外特性数据I(mA)u（v）2.测定电流

12、源（恒流源）与实际电流源的外特性糖糖部落525河工大 电气考研 不要辜负本应奋斗的青春 QQ645795590按图33接线，图中Is为恒流源，调节其输出为5mA (用毫安表测量)，R2取47(K1 的电位器，在R2分别为1KQ和两种情况下，调节电位器R2,令其阻值由大至小变化， 将电流表、电压表的读数记入自拟的数据表格中。3. 研究电源等效变换的条件按图3-4电路接线，其中(a)、(b)图中的内阻R2均为51Q,负载电阻R均为2001。在图3-4 (a)电路中，Us用恒压源中的+6V输出端，记录电压表、电流表的读数。 然后调节图3-4 (b)电路中恒流源Is ,另两表的读数与图3-4 (a)的

13、数值相等，记录 Is之值，验证等效变换条件的正确性。五、实验注意事项1. 在测电压源外特性时，不要忘记测空载(1=0)时的电压值；测电流源外特性时，不要 忘记测短路(U=0)时的电流值，注意恒流源负载电压不可超过20伏，负载更不可幵 路；2. 换接线时，必须关闭电源开关；3. 直流仪表的接入应注意极性与量程。六、预习与思考1. 电压源的输出端为什么不允许短路？电流源的输出端为什么不允许开路？2.说明电压源和电流源的特性，其输出是否在任何负载下能保持恒值？3. 实际电压源与电流源的外特性为什么呈下降变化趋势，下降的快慢受哪个参数影响？4. 实际电压源和实际电流源的等效变换的条件是什么？所谓等效是

14、对谁而言？电压源 和实际电流源能否等效变换？七、实验报告据实验数据绘出电源的四条外特性，并总结、归纳两类电源的特性；1. 实验结果，验证电源等效变换的条件；2. 答思考题。实验四受控源特性的研宄一、实验目的1. 熟悉四种受控源的基本特性。2. 掌握受控源转移参数的测试方法。二、实验原理受控源也是一种电源；它对外可提供电压或电流，但它与独立源不同：受控电压源的电 压受其它支路的电流或电压的控制；受控电流源电流受其他支路的电流或电压控制，故受控 源又称为非独立电源。当受控源的电压和电流（称为受控量）与控制支路的电压或电流（称 为控制量）成正比例变化时，受控源是线性的。根据受控量与控制量的性质，受控

15、源可分为 四类种（如图41所示为四种共地受控源）： 9糖糖部落525 .河工大电气考研不要辜负本应奋斗的青春QQ645795590图4-11. 电流控制电流源CCCS；2. 电压控制电流源VCCS；3. 电压控制电压源VCVS；4. 电流控制电压源CCVS。受控源是从电子器件（电子管、晶体管、场效应管和运算放大器等）中抽象出来的一种 模型，用来表征电子器件的电特性。.由于电子器件的出现和广泛使用在现代电路理论中，受 控源己经和电阻、电容、电感等元件一样，成为电路的基本元件。受控源对外提供的能量，既非取自控制量又非受控源内部产生的，而是由电子器件所需 的直流电源供给。所以受控源实际上是一种能量转

16、换装置，它能够将直流电能转换成与控制 量性质相同的电能。图4一 1所示的四种理想受控源中，控制支路中只有一个独立变量（电压或电流），另一个 变量为零。换言之，从受控源的入口看，或者是短路（输入电阻Ri=O及输入电压Ui=O）,或者 是开路（输入电导G=0及输入电流1=0）。从受控源的出口看，或是一理想电流源或者是一 理想电压源。表4一1名称参数CCCSVCCSccvsvcvsH厂 0Oa0YrooiLJZ0 o-G00pi0Aro oi0 a0 . i/gjo 0rooo.1/0_o0_受控源的受控量与控制量之比称为转移函数。四种受控源的转移函数分别用a、gm、人 和1表示。它们的定义如下：1

17、. cccs：a =i2/ii转移电流比（电流增益）。2. VCCS：gm=h/Ul转移电导。3. VCVS：pt=u2/ui$移电压比（电压增益）。4. CCVS：转移电阻。受控源在线性条件下，有关线性定常双口网络的各种方程及其等效电路同样适用于含受 控源的有源网络。不同种类的受控源也可以象无源双口网络一样进行各种连结，其合成后等 效受控源的参数也与无源双口网络一样进计算，表1给出了四种理想受控源的各种参数矩 阵以供参考。以上介绍的是理想的受控源，我们实验室中采用的是由运算放大器组成的四种受控源.具 体电路介绍如下：1. VCVS实现VCVS的电路如图4-2（a）所示，D-+Ich(b)图4

18、2根据运放牿性有ia =ih=Q ua =Ub,故z3二-z4即，丛二ub-u2r2即，Ua-U2，-R.故得，风Al式中(R!+R2)/Ri电压放大系数。.根据上式可作出其等效电路如图4一2(b)所示，可见 此电路为VCVS电路。由于Ri=R2,故M =2。又因输出端与输入端有公共的“接地”端，故这 种接法称之为“共地”连接。2. VCCS实现VCCS的电路如图4-3 (a)所示，因有z2 = iR ,故有: ._ub_ UarRR卜iR= - 4=gmua式中gm=_ 1/R为转移电导。ipOO+ua 了-u2guaOrURl 图4-3如图4-3(b)所示为其等效电路是VCCS电路，即输出

19、端电流i2只受输入端电压ua的控制， 而与负载电阻Rt无关。因输出与输入无公共“接地”端，故这种电路为“浮地”连接。3. CCVS实现CCVS的电路如图4一4所示。因有故得，U2 = -R2 . = -R2h = rmh A1图4一4式中，其等效电路如图4一4(b)所示为CCVS电路，且为“共地”连接。4. CCCS实现CCCS的电路如图4一5所示0-110_I+iL4_0-+-0-Url19因有，ix = i2故有，U3 = i2RF = iRp式中a = -l+(RF/R3)为电流放大系数，其等效电路如图45 (b)所示，可见为CCCS 电路。又因输出端与输入端无公共的“接地”点，故为“浮

20、地”连接。三、实验设备1. 双路可调直流稳压源一台2. 数字式万用表一块1. 受控源实验板二块2. 可变电阻箱二个四、实验内容(一).VCVS的转移特性u2=f(u0和负载特性u2=f(iL)研究。压IU2=|JUi 供地5 零点漂移。按图4一6接线，当输入电压为零，Ri=lKQ时测量u2。(2) 固定Rl=1K调节稳压电源的输出电压，狈幢相应的叫和处值。数据填入表32中。表42u.(V)1245678-1-2-4-5-6-7-8u2(V)注意：在实验报告中，将u2=f(Ul)画在坐标纸上，并在其线性部分标出U 1(3) Ui=2V,调节Rl，测量出相应的叫和屯值，计算出i2。数据填入表33中

21、。 表43507010020030040050010002000乙)画出理论与实验测得的负载特性曲线。(1) 零点漂移。按图47接线，当输入电压为零，RlIK时，测亘U2。固定Rl=1K,调节电压源的输出电压，测量相应的叫和屯，计算出i2(注意参考方向)，数 据填入表4一4中。表44i(F)1248121314-1-2-4-8-1243-14u2(y)i2 (mA)(三).CCVS的转移特性u2=f(ii)的研究。(1)零点漂移。按图4一8接线，当输入电压为零，Rl=1K时，测量u2。 固定Rl=1KQ,调节电压源的输出电压，测量相应的U” ux (为了计算h)和z/2值。数据填入下表45中。

22、VSui图48表4一5以，）123456-1-2-3-4-5-6(r)z (mA)五、预习与思考1. 复习有关受控源的知识，阅读实验原理和说明，熟悉实验中用到的仪器设备的使用方法。2. 受控源和独立源有何异同？3. 受控源的控制特性是否适合于交流信号？4. 如何由二个基本的CCVS和VCCS获得其它二个CCCS和VCVS,它们的输入和输出如何 连接？5. 写出测量CCCS转移特性的实验步骤？6. 如何用双踪示波器观察“浮地”受控源的转移特性？六、注意事项1. 运算放大器输出端不能与地短路，输入电流不能过大，应为几十到几百微安之间。2. 运算放大器应有电源（15V）供电，其正负极性和管脚不能接错

23、。七、实验报告3. 简述实验原理，实验目的，画出各实验电路图，整理实验数据。4. 根据实验数据分别绘出四种受控源的转移特性和负载特性曲线，并求出相应的转移参数， 分析误差原因。5. 总结受控源的特点，以及实验的体会。6. 回答思考题。实验五交流电路参数的测定八、实验目的1. 熟练掌握功率表的使用方法。.2. 掌握用交流电庄表、交流电流表和功率表测量交流电路阻抗的方法。二、预习要求L学习电路教材中的相应内容。2. 学习实验光盘中有关万用表、电流表、功率表以及示波器等仪器设备使用方面的知识。3. 预习本次实验内容。三、实验仪器1. VC97型数字万用表2. L7/4型交流电流表3. D34-W型功

24、率表4. SS-7802A型示波器5. 450Q滑线电阻一个、互感箱、电容四、实验内容1. 学习并思考用三表法测量交流电路阻抗的原理。试画出用三表法进行测量的电路，与图 5-1的给定接法比较。其中电源为实验台上的14V, 50Hz的交流电源。注意电路中接功率表的各条线对应实际接线的位置。图5-2必备知识：在交流电路中，元件的阻抗值可以用交流电压表，交流电流表及功率表分别测出 元件两端的电压、流过的电流和它所消耗的有功功率，然后通过计算得出。这种测量阻抗的 方法简称三表法，是测量交流阻抗的基本方法。实验注意事项：(1) 避免电源短路；(2) 功率表容易接错，应注意功率表的接法，并掌握功率表的正确

25、读数；(3) 本次实验用指针式电流表测电流，而不是用万用表的电流档。(4) 万用表作为电压表使用。2. 测量给定的电阻、电容、电阻与电容串联以及互感箱3-4端的阻抗，如图4.2所示。按照 表5-1填写数据。表5-1三表法测量交流参数的记录填写内容被测元件电阻电容电阻和电容串连互感器3-4端被测元件标称值电流表量程/mA内阻川功率表电压量程八电流量程/mA内阻川测量值,U/N二 77mA/W研Uc/N计算值（计及仪表内阻抗）|Z /Q靡mH-一C/uF提示：被测阻抗为Z二R七jX,考虑到仪表的内阻抗，各参数的计算如下：z|=y; R =-Rw-X = /|Z|2 -R2 ； XL =a）L； X

26、c =其中及W为功率表的内阻；AmA为毫安表的内阻。3. 图5-1中被测元件改为由互感箱3-4端和4PF电容串联组成的无源一端口网络，按表5-2 要求测量并计算|Z|。提供一个15uF电容C,试用串联电容法判断此一端口网络是容性还 是感性，画出电路连接图，写出测量的数据和判断的过程，并讨论C应满足的要求（要有具 体数值）。表5-2 端口网络参数的记录电流表功率表测量值.串联c量程内阻电压量程电流量程内阻UN77mAPfW77mA五、实验报告1 .应包括实验内容中的所有要求0糖糖部落525河工大电气考研不要辜负本应奋斗的青春QQ6457955902. 要求写出表5-1中所需计算的计算妇:程，将计

27、算结果填入表5-1中。3. 参照标称值，对实验中产生的误差进行分析；对实验中出现的一些问题进行讨论。4. 解释功率因数的含义。根据计算值求表5-1中各种情况的功率因数。5. 自己组织内容的顺序，参考相应的资料，充实进自己的内容，使之成为具有自己见解的 报告，并避免与其他同学雷同。实验六RLC元件在正弦交流中的特性实验电容、电感元件在交流电流中的阻抗是随着电源频率的改变而变化的。将正弦交流电压 加到电阻、电容和电感组成的电路中时，各元件上的电压及相位会随着变化，这称作电路的 稳态特性：将一个阶跃电压加到AZC元件组成的电路中时，电路的状态会由一个平衡态转变 到另一个平衡态，各元件上的电压会出现有

28、规律的变化，这称为电路的暂态特性。九、实验目的1. 观测及C和RL串联电路的幅频特性和相频特性2. 了解7?ZC串联、并联电路的相频特性和幅频特性菖3. 观察和研%RLC电路的串联谐振和并联谐振现象4. 观察7?C和RL电路的暂态过程，理解时间常数t的意义5. 观察串联电路的暂态过程及其阻尼振荡规律6. 了解和熟悉半波整流和桥式整流电路以及AC低通滤波电路的特性十、实验仪器1. FB318型7?ZC电路实验仪2. 双踪示波器3. 数字存储示波器(选用)十一、实验原理1. 串联电路的稳态特性(1) AC串联电路的频率特性CZ3* L - arctan其中为角频率，可见以上参数均与必有关，它们与频

29、率的关系称为频响特性，见图6-8o图6-8(a) MC串联电路的阻抗特性糖糖部落525 .河工大电气考研不要辜负本应奋斗的青春QQ645795590图6-8(c)串联电路的相频特性图6-8(b) RLC串联电路的幅频特性由图6-8可知，在频率人处阻抗Z值最小，且整个电路呈纯电阻性，而电流Z*达到最大值， 我们称乂为串联电路的谐振频率。为谐振角频率)。从图6_8还可知，在 m的频率范围内/值较大，我们称为通频带。上面我们推导出f.(Oo)和另一个重要的参数品质因数0。当心忐时，由上述三式可知31F 一九 2tc4lC电感上的电压UL=imZL = U1电容上的电压Uc=imZc = U%或仏与t

30、/的比值称为品质因数0。可以礴4 合在图6-9所示的电路中有lzhA2+W2(12ZC)2+GyCR)2=arctan-仞ca2+h；)2R图6-9 RLC并联电路可以求得并联谐振角频率可见并联谐振频率与串联谐振频率不相等（当！2值很大时才近似相等）。 图6-10给出了 AZC并联电路的阻抗、相位差和电压随频率的变化关系。图6-io AiC并联电路的阻抗特性、幅频特性、相频特性和RLC串联电路似，品质因数0 =-一 R Ra）QC由以上分析可知2?ZC串联、并联电路对交流信号具有选频特性，在谐振频率点附近，有 较大的信号输出，其它频率的信号被衰减。这在通信领域，高频电路中得以了非常广泛的应 用

31、。4. 2?C串联电路的暂态特性蠤电压值从一个值跳变到另一个值称为阶跃电压在图6-11所示电路中当开关尺合向“1”时，设C中初始电荷为0,则电源五通过电阻7? 对C充电，充电完成后，把尺打向“2”，电容通过放电，其充电方程为：dUc 1 TT Edt RC c RC放电方程为一 UC = 0dt RC可求得充电过程时Uc 二- eStUR=E、e放电过程时t Uc戶 E.e1ItpR=-E.e 一元2士 EC -r图6-11 7?C串联电路的暂态特性由上述公式可知uc、和/均按指数规律变化。令t二RC, r称为电路的时间常数。r值越大，则变化越慢，即电容的充电或放电越慢。图6-12给出了不同r

32、值的变化情况，其中TiT2T3O图6-12不同t值的Uc变化7K意图5. 瓜串联电路的暂态过程在图6-13所示的串联电路中，当尺打向“1”时，电感中的电流不能突变，尺打向 “2”时，电流也不能突变为0,这两个过程中的电流均有相应的变化过程。类似7?C串联电 路，电路的电流、电压方程为电流增长过程UL=E.eUR=E(l-el7电流消失过程ULUR=-E7?il-其中电路的时间常数r二1/R图6-13 RL串联电路的暂态过程6. 串联电路的暂态过程在图6-14所示的电路中，先将打向“1”，待稳定后再将尺打向“2”，这称为串联电路的放电过程，其电路方程为初始条件为/ = 0LCd2Ucdt2+ U

33、C=Q苧4这样方程的解-般醐的大小可分为三賺7?/ +其中，=亏* 去R2yL/C时，过阻尼其中.E.e T .sh(a)t +R 二 2 Vi / C 时，临界阻尼，。T图6-15为这三种情况下的变化曲线，其中1为欠阻尼，2为过阻尼，3为临界阻尼。 图6-15放电时的Uc曲线示意图m-16充电时的Uc曲线示S图如果当R 2VZ7C0t,则曲线1的振幅衰减很慢，能量的损耗较小。能够在1与?之间不断交换，可近似为电路的自由振荡，这时的固有频率。-对于充电过程，与放电过程相类似，只是初始条件和最后平衡的位置不同。图6-16给出了充电时不同阻尼的变化曲线图。十二、实验内容对RC、RL、AZC电路的稳

34、态特性的观测采用正弦波。对电路的暂态特性观测可 采用直流电源和方波信号，用方波作为测试信号可用普通示波器方便地进行观测；以直流信 号作实验时，需要用数字存储式示波器才能得到较好的观测。FB318型见C电路实验仪的使用及性能参见附录，示波器的使用参照厂家的说明书或实 验老师的指导。注意：仪器采用开放式设计，使用时要正确接线，不要短路功率信号源，以 防损坏。L串联电路的稳态特性/串联电路的幅频特性蠤选择正弦波信号，保持其输出幅度不变，分别用示波器测量不同频率时的、Uc，可取C = OAfjf, R = 1KC1也可根据实际情况自选7?、参数。用双通道示波器观测时可用一个通道监测信号源电压，另一个通

35、道分别测仏、Uc，但 需注意两通道的接地点应位于线路的同一点，否则会引起部分电路短路。(2)串联电路的相频特性菖将信号源电压和分别接至示波器的两个通道，可取C二0.1/，RIKQ (也 可自选)。从低到高调节信号源频率，观察示波器上两个波形的相位变化情况，先可用李萨如 图形法观测，并记录不同频率时的相位差。2. 串联电路的稳态特性测量1串联电路的幅频特性和相频特性与RC串联电路时方法类似，可选L = WmH， R = 1KQ,也可自行确定。3. 7?ZC串联电路的稳态特性自选合适的Z值、C值和7?值，用示波器的两个通道测信号源电压(7和电阻电压， 必须注意两通道的公共线是相通的，接入电路中应在

36、同一点上，否则会造成短路。(1) 幅频特性蠤保持信号源电压C/不变(可取UPP=5W根据所选的Z、C值，估算谐振频率，/以选择 合适的正弦波频率范围。从低到高调节频率，当的电压为最大时的频率即为谐振频率，记 录下不同频率时的大小。(2) 相频特性蠤用示波的双通道观测的相位差，的相位与电路中电流的相位相同，观测在不同频率 上的相位变化，记录下某一频率时的相位差值。4. 并联电路的稳态特性按图6-9进行连线，注意此时为电感的内阻，随不同的电感取值而不同，它的值可在 相应的电感值下用直流电阻表测量，选取L = lQmH、C = 0.1/、Rf = 10KQ。也可自行 设计选定。注意兄的取值不能过小，

37、否则会由于电路中的总电流变化大而影响 的大小。(1) iC并联电路的幅频特性保持信号源的值幅度不变(可取为25V)，测量)7和7/的变化情况。注意示波 器的公共端接线，不应造成电路短路。AZC并联电路的相频特性蠤用示波器的两个通道，测/与的相位变化情况。自行确定电路参数。5. 串联电路的暂态特性墓如果选择信号源为直流电压，观察单次充电过程要用存储式示波器。我们选择方波作为 信号源进行实验，以便用普通示波器进行观测。由于采用了功率信号输出，故应防止短路。糖糖部落525河工大电气考研不要辜负本应奋斗的青春QQ645795590(1) 选择合适的7?和C值，根据时间常数T，选择合适的方波频率，一般要

38、求方波的周期T 10 t,这样能较完整地反映暂态过程，并且选用合适的示波器扫描速度，以完整地显示 暂态过程。(2) 改变$值或C值，观测或的变化规律，记录下不同AC值时的波形情况，并分别测量时间常数T二,-二一(3) 改变方波频率，观察波形的变化情况，分析相同的T值在不同频率时的波形变化情况。6. 电路的暂态过程菖选取合适的Z与及值，注意7?的取值不能过小，因为Z存在内阻。如果波形有失真、自 激现象，则应重新调整Z值与7?值进行实验，方法与串联电路的暂态特性实验类似。7. RLC串联电路的暂态特性菖,(1) 先选择合适的Z、C值，根据选定参数，调节7?值大小。观察三种阻尼振荡的波形。如 果欠阻

39、尼时振荡的周期数较少，则应重新调整Z、C值。(2) 用示波器测量欠阻尼时的振荡周期T和时间常数t。T值反映了振荡幅度的衰减速度，从 最大幅度衰减到0. 368倍的最大幅度处的时间即为t值。十三、数据处理1. 根据测量结果作串联电路的幅频特性和相频特性图。2. 根据测量结果作RL串联电路的幅频特性和相频特性图。3. 分析7?C低通滤波电路和RC高通滤波电路的频率特性。4. 根据测量结果作RLC串联电路、RLC并联电路的幅频特性和相频特性。并计算电路的Q 值。5. 根据不同的7?值、C值和Z值，分别作出电路和 见 电路的暂态响应曲线有何区别。6. 根据不同的及值作出RLC串联电路的暂态响应曲线，分

40、析R值大小对充放电的影响。7. 根据示波器的波形作出半波整流和桥式整流的输出电压波形，并讨论滤波电容数值大小 的影响。附录FB318型RLC电路实验仪技术说明KFB318型MC电路实验义采用开放式设计，由学生自己连线来完成RC、RL、RLC电 路的稳态和暂态特性的研宄，从而掌握一阶电路、二阶电路的正弦波和阶跃波的响应过程，并理解积分电路、微分电路和整流电路的工作原理。一、仪器组成仪器由功率信号发生器、频率计、电阻箱、电感箱、电容箱和整流滤波电路等组成，见附图。FB3M型RLC电路实验祝國此顇率表二D1D2Ci 220HFD3D4C2 22hFX0.1翩湖）1胂税州當#科饫i有既公搿附图FB31

41、8型RLC电路实验仪面板图二、伩器主要技术参数1. 供电：单相220V, 50Hz2. 工作温度范围535C,相对温度2585%3. 信号源：4. 正弦波分50Hz1KHz，1KlOKHz, lOKHz1 OOKHz三个波段5. 方波为50HzlKHz,信号幅度均08Vpp可调6. 直流28V可调7. 频率计工作范围：099. 999KHZ，5位数显，分辨率1Hz8. 十进式电阻箱：(10KQ+lKQ+100+10Q)X10,精度 0. 5%9. 十进式电感箱：(10mH+lmH)X10，精度2%10. 十进式电容箱：(0. 1uF+0.01uF+0.001uF)X10,精度 1%11. 仪器

42、外形尺寸：400mm X250mm X 120mm三、注意事项1. 仪器使用前应预热10-15分钟，并避免周围有强磁场源或磁性物质。2. 仪器采用开放式设计，使用时要正确接线，不要短路功率信号源，以防损坏。使用完毕 后应关闭电源。3. 仪器的使用和存放应注意清洁干净避免腐蚀和阳光暴晒。4. 本仪器的保修期为一年。.实验七RLC串联谐振电路一、实验目的1. 通过实验，了解RLC谐振回路的谐振频率及频率特性曲线的物理意义。2. 掌握频率特性曲线及Q值的测量方法。二、实验仪器一台一台一块1. 函数信号发生器2. 低频毫伏表3. 示波器4. 实验电路板5. 电路综合实验板（或DJB-1电工实验箱）三、

43、实验原理如图7-1所示的R、L、C串联电路中，当正弦信号源的频率f改变，电路中的感抗，35容抗随之而变，电路中的电流也随f而变。取电路电流I为响应，当输入电压U维持不变时， 在不同信号频率的激励下，测出电阻R两端电压1值，则1 = 1，然后以f为横坐标，以RI为纵坐标，绘出光滑的曲线，即为幅频特性曲线，亦称电流谐振曲线（见图7-2）。图 7-1图7-2在（x-XcX即幅鵬性曲线尖峰所在的频率点，该频率称为谐振频率糖糖部落525河工大 电气考研 不要辜负本应奋斗的青春 QQ645795590此时电路呈纯阻，阻抗的模为最小。在输入电压Ui为定值时，电路中的电流I达到最大值， 且与输入电压同相位。从

44、理论上讲，此时Ui =UR oUL0 Uco QUi,式中的Q称为电路品质因数。Q值的两种测量方法：TT U二. 根据公Q = = 测定- - -人Ui u，Uco与Uta分别为谐振时电容器C和电感线圈L上的电压。f另一方法是通过测量谐振曲线的通频带宽度Af = fh-fL,再根据Q -求出Q 4 - fL值。式中f。为谐振频率，fh和4是失谐时，幅度下降到最大值的0.707倍时的上、下频两点。 Q值越大，曲线越尖锐，通频带越窄，电路的选择性越好。在恒压源供电时，电路的品 质因数，选择性与通频带只决定于电路本身的参数，而与信号源无关。对于并联电路的谐振 特性，由于它与串联电路具有对偶的关系，所

45、以就不重复了。四、实验内容方案一：（电路综合实验板）1. RLC串联谐振电路参数的测量闭合开关S3,Sl，S6,得到图7-3。调节信号源输出电压为IV正弦信号，并在整个实验过程中保持不变。0I hf1L3n W3找出电路的谐振频率f。，其方法是：O.Olu 10mH100将交流毫伏表跨接在电阻w3两端，图7-3当调节信号源的频率时（注意要维持信号源的输出幅度不变），Uff的读数会随之变化，当Uff的读 数为最大时，读得信号源上的频率值即为电路的谐振频率f。，并测量U之值（注意及时更换毫 伏表的量限），电容和电感的电压U。，U。之值，计算Io=Uff/W3j Q-Uco/Ui,记入表7-1中。表

46、7-1Ws .f0(KHz)uwULOUcoI。Q100Q2. RLC串联谐振电路谐振特性曲线的测量(1).先测出谐振点的频率f。及Ik的幅度.向下改变信号源频率，使U的幅度为f。时的0.707倍.此时的f为向上改变信号源 频率，使U的幅度为f。时的0. 707倍，此时的f为fa。同現 可测出fo.n和fo.ih.(3) .平滑连接以上五点，则为谐振特性曲线图。表7-2f(KHz)fo. ILfo. 7Lfofo. 7hfo. lh根据表格值画出电流谐振曲线图。U4I方案二:0(原理图参照图7-4)串联谐振.图 7-41. 参照原理图接好电路，由此得到图7-5。用交流毫伏表测电压，用示波器监视

47、信号源输出，37糖糖部落525河工大电气考研不要辜负本应奋斗的青春QQ645795590N1 1- !-u )信号源u0十覆表 一 、波器、一令其输出电压Ui3V,并保持不变。图 7-5 .2. 找出电路的谐振频率fo,其方法是，将毫伏表接在R(510Q)两端，令信号源的频率由小逐渐变大(注意要维持信号源的输出幅度不变)，当Uo的读数为最大时，读得频率计上的频率值 即为电路的谐振频率fo,并测量此与队之值，注意及时更换毫伏表的量限。，3. 在谐振点两侧，按频率递增或递减500HzH或lKHz，依次取8个测量点，逐点测出Uo, Ui, Uc 之值，记入数据表格。fo. 1fo.5fo. 7fof

48、o. 7fo. 5fo. 1F(KHz)Uo (V)UL(V)Uc (V)Ui=3V,R=510, C-2200P, fo-Q=fHfL=4.改变电阻值，重复步骤2, 3的测量过程F(KHz)Uo (V)UL(V)Uc (V)Ui=3V, R=2. 2KQ, C=2200P fo=Q=f2-fl二五、思考题1. 如何判别电路是否发生谐振，电路中R的值是否影响谐振频率值。2. 电路发生谐振时，为什么输入电压不能太大？3. 要提高R、L、C串联电路的品质因素，电路参数应如何改变？实验八回转器的研宄一、实验目的1. 了解回转器的基本特性及其运放实现。2. 掌握回转器参数的测试方法，了解回转器的应用。

49、二、实验原理回转器的概念是B.D.H.Tellegen于1948年提出的。六十年代由L.P.Huelsman及B.A.Sheei 等人用运算放大器及晶体管电路实现。回转器是一种二端口器件，其电路符号如图6-1所示。 它的电流与电压的关系为Ii=gU212= gUi或写成u尸-rl2U2=rl!式中g和分别称为回转电导和回转电阻，简称回转常数。用矩阵形式可表示为g 0gU；人-g0_39糖糖部落525河工大电气考研不要辜负本应奋斗的青春QQ6457955900-rr0 _人若在回转器2-2z端口接以负载阻抗Zu则在1一r端口看入的输入阻抗为z tA-rl2 = r2I2 = -r2I2 _ r2

50、ifi=ir=u=ur=-zLi2如果负载阻抗在1一1端口，则从2-2z端口看入的等效阻抗为zh -UJr -Ux ZLIX ZL由上可见，回转器的一个端口的阻抗是另一端口的阻抗的倒数（乘上一定比例常数），且与方向无关（即具有双向性质）。利用这种性质，回转器可以把一个电容元件“回转”成一个电感 元件或反之。例如在22端口接入电容C，在正弦稳态条件下，即则在1 一 1端口看入的等效阻抗为2 2Zinl = Y = Y =PC =式中，L =r2C为1 一1端口看入的等效电感。同样，在1 一V端接电容C，在正弦稳态条件下，从2-2z看进去的输入阻抗Zin2为Zin2 =yL = yL = n7 =

51、 r2 7F = r2=r2. jcoC = ja）Leg 式中 Leg/r1 jcoCr2C可见回转器具有双向特性。回转器具有的这种能方便地把电容“回转”成电感的性质在大规模集成电路生产中得到 重要的应用。回转器是一个无源元件。这可以证明如下，按回转器的定义公式，有PT + P2 = Ul + U2I2 二一+ rlxl2 二 0上式说明回转器既不发出功率又不消耗功率。一般说来，线性定常无源双口网络满足互易定理，而回转器虽然也是属于线性定常无源 网络，但并不满足互易定理。这一点可以简单论证如下。参照图8-1,如果在1 一 1端口送入电流Ii=l安，则在2-27端口开路时，有12=0,而U2=

52、r伏。反之，在2-27端口送入电流12=1安，在11端口的开路电压U-r伏。可见UiU2,即不满足互易定理。回转器可以用多种方法来构成。现介绍一种基本构成方法。把回转器的导纳矩阵分解为r -g 00 gl0 O0 di o_47这样就可以用两个极性相反的电压控制电流源构成回转器，如图6-2所示。图63本实验使用的回转器由两个运算放大器组成，如图83所示。假设：1. 运算放大器是理想运算放大器，即：输入阻抗乙一，流入两个输入端的电流为零，电压放 大倍数A,两个输入端的电压相等(虚短路)。2. 回转器的输入幅度不超过允许值，以保证运算放大器在线性区工作。根据以上假设，则图63中有：UO1=(1 + *)U2U02 = + +(-)2容易推导图8-3二端口网络的电压、，电流矩阵方程如下:A 1W z4丄+丄_土A Z4 &Z3己知回转器的电压、电流矩阵方程为V_ 0g_UJ人-go_=0比较以上两个矩阵方程，应有Z4 zazc丄+丄_A_=0现选定Zi=Zd=Ri=lKQZ4=Za=R3=2KQ则回转电导为z2=z3=zc=r2=iooqZb=R4=300 Q丄丄二1 1 _、1Q 1乙 za r3 r31woo或回转阻为1r = = 1AQg三、实验设备1. DJB3型电路分析实验箱和回转器实验板1套2. DF1731SB2A型或DF1733型直流稳压稳流源1台3. DF164