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PocketLab实验一 电子元器件特性测试一、实验目的1. 熟悉基本电子元器件的基本特性及使用方法;2.通过硬件实验熟悉电感和电容的伏安特性;3.掌握PocketLab 硬件实验平台的使用方法。二、实验使用元器件及软硬件设备采用集成了电压源、信号发生器、电压表、示波器等多种虚拟测量仪器的PocketLab 硬件实验平台以及虚拟实验室软件三、实验内容1.1恒压源特性验证:一、任务要求:将+5V 电压接在不同阻值电阻两侧,测量其电压是否为 5V,记录在表格1-1中。表1-1 不同电阻负载时电压源输出电压二、实验步骤:接在面包板的同一竖列上接入0.1千欧的电阻,在两端分别用导线接在电源5V引脚和功能引脚上,打开后将虚拟实验室软件功能设置调至直流电压表测量电压三、实验结果:表1-1 不同电阻负载时电压源输出电压电阻(千欧)0.11101001000电源电压4.984.994.994.994.991.2电容的伏安特性测量:一、任务要求按照图1-1在面包板上搭试电路,并将连接好的实物图截图于图1-2所示。 图1-1 电容伏安特性实验电路图1-2 电容测试电路实物连接截图其中信号源采用PocketLab的S1(S2亦可)。在信号发生器面板中,设定输入信号为 2KHz,1V Vpp,0 DC Offset的正弦波,点击Set。将 C1、C2 接于电阻两端,C2 接电阻电容的一侧,C1 接电阻电源的一侧,通道 2 显示的即为电容两端的电压波形。鉴于电流波形无法测试,因此在示波器上采用(通道1-通道2)的电阻电压波形表征电流波形(电阻R上电压电流波形同相位),以此观测电容上电流电压波形的关系。打开示波器面板,调整时间轴和电压轴。将 Disp Mode 选择 CH2,将 MATH 数学运算按钮选择(CH1-CH2),实现通道 1-通道 2,点击 RUN,在示波器上显示电容电压和表征电流相位的两路波形,请截图于图 1-3所示。图1-3 电容电压电流波形截图2. 实验步骤:连线:电阻电容并联,将 C1、C2 接于电阻两端,C2、S1 接电阻电容的一侧,C1 接电阻电源的一侧,电容另一侧接地3. 实验结果:见图1-2、1-3截图思考题:请根据测试波形:1) 解释说明测试图线所表示的物理意义和相位关系;红色线表示电阻电压波形,绿色线表示电容电压波形,电阻电压相位超前电容电压相位九十度(四分之一个周期)2) 读取电容上电压,电流摆幅,验证电容的伏安特性表达式。假设电路中电流初相位为0,由于电容电压滞后90度可知:由2f=w得,w=2*2000=4000 rad/s,则V(t)=500cos(4000t+/2)1.3电感的伏安特性测量:一.实验要求:根据上述电容伏安特性的测量方法,自行搭建电路实现电感伏安特性的测量。将电感伏安特性的测试电路图画于图1-4所示(参照图1-1形式);将连接好的电路实物图截图于图1-5所示;获得的电感的电流电压波形,截图于图 1-6 所示。图1-4 电感伏安特性测试电路图图1-5 电感测试电路实物连接截图图1-6 电感电压电流波形截图2 实验步骤:接线:同测电容伏安特性,将电容换成电感3 实验结果:见图1-4、1-5、1-6截图思考题:1) 参照电容特性测量步骤,说明电感特性测量的步骤(包括各仪表、器件的参数设置等);参数设置:频率2000Hz1,幅度500mV,正弦波,DIV:1ms2) 根据测试波形,解释说明测试图线所表示的物理意义和相位关系;红色线表示电阻电压,绿色线表示电容电压。相位关系:电容电压相位超前电阻相位90度3) 读取电感上电压,电流摆幅,验证电感的伏安特性表达式4)比较图1-3和1-6,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。PocketLab实验二 一阶动态电路暂态过程分析一、实验目的1、研究一阶RC电路在脉冲电压激励下响应的变化规律和特点,了解时间常数对的影响;2、学习使用示波器观察和研究电路的响应,观测RC电路在脉冲信号激励下的响应波形,掌握有关微分电路和积分电路的概念。二、实验使用元器件及软硬件设备PocketLab 硬件实验平台以及虚拟实验室软件3 、实验内容3.1:1.实验要求:按如图2-7所示在面包板上搭建一阶硬件实验电路,图中输入信号源为方波信号,低电平0V,高电平1V,频率100Hz,占空比50%。(占空比:在一串理想的脉冲周期序列中(如方波),正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。5msec正脉冲持续时间,10msec方波周期)图2-7 一阶硬件实验电路1实验任务1:采用示波器测量电容上电压,提交实物连接截图于图2-8所示和示波器测量截图于图2-9所示,并在零状态响应或零输入响应曲线上标注时间常数。图2-8一阶电路1实物连接截图图2-9一阶电路1示波器截图(100Hz)可知时间常数:5ms实验任务2:将图2-7中的方波频率分别改为1kHz和5kHz,测量输出波形,并提交示波器测量截图于图2-10、2-11所示,注意观察波形的变化,并用文字详细解释其完整的工作过程。(一个完整周期的波形)图2-10一阶电路1示波器截图(1kHz)图2-11一阶电路1示波器截图(5kHz)时间常数:1ms2. 实验步骤:接线:将C1、C2接在电阻两端,其中C1、S1在同侧,C2在电容一侧,电容另一侧接地参数设置:频率100Hz,幅度500mV,CH1、CH2以及Time的DIV可以视情况而定,触发模式为上升沿,耦合方式取DC3.实验结果:见上截图思考题: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?输入方波频率一定时,时间常数越小,输出响应的幅度越大,但不超过峰值;时间常数越大时,输出响应幅度越小若要作为积分电路使用,图2-7所示电路的RC时间常数需满足什么条件?(给出具体数值) 答:电路的RC时间常数应远大于5ms(即方波的半个周期长度)3.2:1.实验要求按如图2-12所示在面包板上搭建硬件实验电路,图中输入信号源为方波信号,低电平0V,高电平1V,频率1kHz,占空比50%。图2-12 一阶硬件实验电路2实验任务1:采用示波器测量电阻电压,提交实物连接截图于图2-13所示,示波器测量截图于图2-14所示,说明电路的功能,并用文字详细解释其工作过程。(一个完整周期的波形)图2-13一阶电路2实物连接截图图2-14一阶电路2电阻电压示波器截图(C1=100nF)电阻电压波形仍为方波,而电容的电压在达到0V后会突变增大或减小到峰值,然后做变化率逐渐减小的减小(放电)或增加(充电)过程实验任务2:将电容C1的值变为10nF,采用示波器测量电阻上电压,提交截图于图2-15所示,标注输出波形的峰值幅度,注意观察波形的变化,说明与图2-14区别,并加以适当解释。图2-15一阶电路2电阻电压示波器截图(C1=10nF)区别:电容的突变峰值减小很多,几乎为匀速减小。此时电容为一个微分器,将方波信号转变为尖脉冲信号2. 实验步骤:将C1、C2接在电容两端,C1、S1接在电容同侧,C2接在电阻一侧,电阻另一侧接地参数:低电平0V,高电平1V,频率1kHz,占空比50%,幅度500mV,时间常数1ms,耦合方式调至DC,触发模式为上升沿3. 实验结果:见上截图
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