《电路实验报告》word版.doc

电路原理实验报告学 院： 理 学 院班 级： 电科13姓 名： 管亮学 号： 2014年 12 月 厚德博学 和而不同 实验一 典型电信号的观察与测量一、实验目的1熟悉低频信号发生器、脉冲信号发生器的布局，各旋钮、开关的作用及使用方法；2. 初步掌握用示波器观察电信号波形，定量测量出正弦信号和脉冲信号的波形参数；3. 初步掌握示波器、信号发生器的使用。二、原理说明1正弦交流信号和方波脉冲信号是常用的电激励信号，分别由低频信号发生器和脉冲信号发生器提供。正弦信号的波形参数是幅值Um、周期T（或频率f）和初相；脉冲信号参数是幅值Um、脉冲重复周期T及脉宽tK。2. 电子示波器是一种信号图形测量仪器，可定量测出波形参数，从荧光屏的Y轴刻度尺量程分档选择开关读得信号幅值。示波器面板控制件的作用简介液晶显示屏电源开关屏幕操作键常用菜单多功能旋钮触发控制水平控制垂直控制模拟信号输入外触发输入探头信号补偿输出USB接口3. 仪器介绍 三、实验内容1. 正弦波信号的观测a 将示波器幅度和扫描速度微调旋钮旋至“校准”位置。 b 通过电缆线，将信号发生器的输出口与示波器的YA（或YB）端相连。c 将信号发生器的输出信号类型选择为正弦波信号。d 接通电源，调节信号源的频率旋钮，使输出频率分别为50Hz，1.5kHz和100kHz(由频率计读出)，输出幅值分别为有效值1V，3V，5V(由交流毫伏表读得)，调节示波器Y轴和X轴灵敏度开关到合适的位置，从荧光屏上读得幅值及周期，数据填入表1和表2。频率计读数所测项目正弦信号频率的测定50HZ1500HZ20000HZ示波器“t/div”旋钮5ms250s10s一个周期占有的格数42.55信号周期（s）20ms625s50s计算所得频率（HZ）50160020000 表1正弦波信号频率实验数据交流毫伏表读数所测项目正弦波信号幅值测定1V3V5V示波器“V/div”位置500mv2v5v峰-峰值波形格数5.44.42.8峰-峰值2.7v8.814计算所得有效值0.96v3.114.95表2 正弦波信号幅值实验数据2、方波脉冲信号的测定a 将信号发生器的输出类型选择为方波信号位置上。b 调节信号源的输出幅度为1.5V(用交流毫伏表测定)，分别观测100Hz，1kHz和100kHz方波信号的波形参数。c 使信号频率保持在1kHz，调节幅度和脉宽旋钮，观察波形参数的变化。d 参照正弦波的测定自拟数据表格。频率计读数所测项目方波信号频率的测定50HZ1500HZ20000HZ示波器“t/div”旋钮2.5ms250s10s一个周期占有的格数7.822.614.88信号周期（s）19.55m6255s48.8s计算所得频率（HZ）51.21598.1220491.50表3方波信号频率实验数据交流毫伏表读数所测项目方波信号幅值测定1V3V5V示波器“V/div”位置1v2v5v峰-峰值波形格数232峰-峰值2v610计算所得有效值1v35表4 方波信号幅值实验数据四、实验要点：示波器的辉度不要过亮，以增加其使用寿命。调节仪器旋钮时，动作要平缓。要注意触发开关和电平调节旋钮应旋置标准位置。作定量测定时，t/div和v/div的微调旋钮应旋置标准位置，并且示波器是经过校准的。信号发生器的接地端与示波器的接地端要相连一致(称共地)。五、预习与解答查阅相关资料，掌握示波器的基本原理与操作。示波器面板上t/div和v/div的含义是什么？观察本机标准信号时，要在荧光屏上得到两个周期的稳定波形，而幅度要求为五格，试问Y轴电压灵敏度应置于哪一档位置？t/div又应置于哪一档位置？应用双踪示波器观察到如题图所示的两个波形，Y轴的v/div的指示为0.5V，t/div指示为100s，试问这两个波形信号的波形参数为多少？六、实验要求对实验中显示的各种波形进行整理，绘制出具有代表性的波形。总结实验中所用仪器的使用方法及观测电信号的方法。如用示波器观察正弦信号时，荧光屏上出现如下图情况时，试说明原因并提出解决办法？实验二 R、L、C元件阻抗特性的测定一、实验目的1验证电阻、感抗、容抗与频率的关系，测定、与特性曲线；2加深理解R、L、C元件端电压与电流间的相位关系。二、原理说明1在正弦交变信号作用下，电阻元件两端电压与流过的电流有关系式 在信号源频率较低情况下，略去附加电感及分布电容的影响，电阻元件的阻值与信号源频率无关，其阻抗频率特性如图1所示。如果不计线圈本身的电阻，又在低频时略去电容的影响，可将电感元件视为纯电感，有关系式 感抗 感抗随信号源频率而变，阻抗频率特性如图1所示。在低频时略去附加电感的影响，可将电容元件视为纯电容，有关系式 感抗 容抗随信号源频率而变，阻抗频率特性如图1所示。图2图12 单一参数R、L、C阻抗频率特性的测试电路如图2所示图中R、L、C为被测元件，r为电流取样电阻。改变信号源频率，测量R、L、C元件两端的电压、，流过被测元件的电流则可由r两端电压除以r得到。n格m格图33 元件的阻抗角（即相位差）随输入信号的频率变化而改变，同样可由实验方法测得阻抗角的频率特性曲线。用双踪示波器测量阻抗角（相位差）的方法。将欲测量位相差的两个信号分别接到双踪示波器和两个输入端。调节示波器有关旋钮，使示波器屏幕上出现两条大小适中、稳定的波形，如图3所示，荧光屏上数得水平方向一个周期占n格，相位差占m格，则实际的相位差（阻抗角）为 三、实验设备函数信号发生器、交流毫伏表、双踪示波器、实验电路元件（、r=100）、频率计。四、实验内容1测量单一参数R、L、C元件的阻抗频率特性。实验线路如图2所示，取、r=100。通过电缆线将函数信号发生器输出的正弦信号接至电路输入端，作为激励源，并用交流毫伏表测量，使激励电压的有效值为，并在整个实验过程中保持不变。改变信号源的输出频率从逐渐增至（用频率计测量），并使开关分别接通R、L、C三个元件，用交流毫伏表分别测量，；，；，并通过计算得到各频率点时的、和之值，计入表中。频率2005001000200040005000（）0.950.960.9630.930.9360.976（）0.070.090.090.0790.0630.07（）0.70.90.90.790.630.7（）1.41.11.071.171.41.4（）0.440.4820.6050.8171.0181.032（）0.7170.7120.6810.5840.3820.305（）7.17.16.85.843.823.05（）0.0620.0670.0890.140.2670.338（）1.4961.3671.0460.6680.3040.223（）0.1950.4520.7320.8620.8410.800（）1.954.527.328.628.418.00（）0.7670.3020.1430.0770.0360.0292用双踪示波器观察串联和串联电路在不同频率下阻抗角的变化情况，并作记录。频率（）20010005000rLrCrLrCrLrC（格）0.10.10.40.60.80.9（格）5.15.63.43.23.33.7（度）7.066.4242.3567.58788.5五、实验注意事项1交流毫伏表属于高阻抗电表，测量前必须调零。六、预习思考题1图2中各元件流过的电流如何求得？2怎样用双踪示波器观察串联和串联电路阻抗角的频率特性？七、实验报告1根据实验数据，绘制R、L、C三个元件的阻抗频率特性曲线。2根据实验数据，绘制串联和串联电路的阻抗角频率特性曲线，并总结、归纳出结论。实验三 R、L、C串联谐振电路的研究一、实验目的1.学习用实验方法测试R、L、C串联谐振电路的幅频特性曲线。2.加深理解电路发生谐振的条件、特点、掌握电路品质因数的物理意义及其测定方法。二、原理说明1.在图1所示的R、 L、C串联电路中，当正弦交流信号源的频率改变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随而变。取电路电流作为响应，当输入电压维持不变时，在不同信号频率的激励下，测出电阻R两端电压之值，则，然后以为横坐标，以为纵坐标，绘出光滑的曲线，此即为幅频特性，亦称电流谐振曲线，如图2所示。图图2. 在处()，即幅频特性曲线尖峰所在的频率点，该频率称为谐振频率，此时电路呈纯阻性，电路阻抗的模为最小，在输入电压为定值时，电路中的电流达到最大值，且与输入电压同相位，从理论上讲，此时，式中的称为电路的品质因数。3.电路品质因数Q值的两种测量方法一是根据公式测定，与分别为谐振时电容器C和电感线圈L上的电压；另一方法是通过测量谐振曲线的通频带宽度再根据求出Q值，式中为谐振频率， 和是失谐时，幅度下降到最大值的倍时的上、下频率点。Q值越大，曲线越尖锐，通频带越宽，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。三、实验设备函数信号发生器、交流毫伏表、双踪示波器、频率计、谐振电路实验线路板四、实验内容1.按图3电路接线，取,C=1nf,L=100ml，调节信号源输出电压为2V正弦信号，并在整个实验过程中保持不变。图函数信号发生器交流毫伏表2.找出电路的谐振频率，其方法是，将交流毫伏表跨接在电阻两端，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)，当的读数为最大时，读得频率计上的频率值即为电路的谐书定频率，并测量、之值(注意及时更换毫伏表的量限)，记入表格中。.115.9151.41427.7227.722.77227.718.15.9151.4149.439.420.9439.433.在谐振点两侧，应先测出下限频率和上限频率及相对应的值，然后再逐点测出不同频率下值，记入表格中。（取值跨度不够大，下数值作参考列）0.5114.5814.781314.915.9161917.12417.4260.8881.0081.0641.411.0190.9070.5920.6800.7090.9410.6790.6041.51414.514.716.517.117.20.7140.8881.0081.2721.0190.9790.4470.5910.6710.8480.6790.6534.取，重复步骤2、3的测量过程。五、实验注意事项1.测试频率点的选择应在靠近谐振频率附近多取几点，在变换频率测试时，应调整信号输出幅度，使其维持在1V输出不变。2.在测量、数值前，应及时改换毫伏表的量限，而且在测量、时毫伏表的“十”端接C与L的公共点，其接地端分别触及L和C的近地端N1和N2。 3.实验过程中交流毫伏表电源线采用两线插头。六、预习思考题1根据实验电路板给出的元件参数值，估算电路的谐振频率。2.改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振，电路中R的数值是否影响谐振频率值?3.如何判别电路是否发生谐振?测试谐振点的方案有哪些?4.电路发生串联谐振时，为什么输入电压不能太大，如果信号源给出1 V的电压，电路谐振时，用交流毫伏表测和，应该选择多大的量限?5.要提高R、C串联电路的品质因数，电路参数应如何改变?6.谐振时，比较输出电压与输入电压是否相等?试分析原因。7.谐振时，对应的与是否相等?如有差异，原因何在?七、实验报告1.根据测量数据，绘出不同Q值时两条幅频特性曲线。2.计算出通频带与Q值，说明不同R值时对电路通频带与品质因数的影响。3.对两种不同的测Q值的方法进行比较，分析误差原因。4.通过本次实验，总结、归纳串联谐振电路的特性。实验四 并联谐振电路的研究一、实验目的1. 利用计算机分析谐振电路的特性。2. 加深电路发生谐振的条件和特点，掌握电路品质因数的物理意义和测定方法。3. 学习掌握用仿真软件的波特图仪测试谐振电路的幅频特性曲线。二、原理说明任何含有电感L和电容C的电路，如果局部或全部处于无功功率完全补偿状态，而使电路的局部或总电压和电流同相，便称此电路（局部或全部）处于谐振状态。处于谐振状态的电路，如果L与C串联则称为串联谐振；如果L与C并联则称为并联谐振。谐振是线性电路在正弦稳态下的一种特定的工作状态。通过调节电路参数（电感L或电容C的值）或是改变电源的频率，能发生谐振的电路，称为谐振电路。图1所示为理想电感和电容并联的电路。在该电路中，电路的导纳为： 若要使得电压U 与电流I同相，则必须满足：。 图1 并联谐振电路图 RLC并联电路产生并联谐振的条件为： 在RLC并联电路发生谐振时，电压U 与电流I同相，电路表现为纯电阻，电源只提供有功功率。电感和电容的无功功率完全互相补偿，不与电源进行能量交换。电路的总阻抗为最大值，当电源电压一定时，总电流最小。并联支路中的电容电流IC和电感电流IL相等，其值可能远大于电路的总电流I。所以，并联谐振也被称为电流谐振。RLC并联谐振电路的特点如下：1.谐振时，电路呈电阻性，导纳的模最小。2.电阻中电流达到最大，且与外施电流相等，。3.谐振时IL+IC=0，即电感电流和电容电流大写相等，方向相反。在并联谐振电路中，电感和电容支路产生大电流的能力可以用品质因数来表示。并联谐振时，电容和电感上通过的电流和总电流的关系如下面的公式所示：品质因数定义为电容支路电流或电感电流与总电流在谐振点的比值： 三、实验内容与步骤 1. 测试频率特性确定谐振点。（1）在Multisim13环境中创建如图2所示电路。R1=50K（串入R1是为了构成恒流源），图中指针可以实时观察电路中的支路电流，示波器可以观测电压和电流之间的相位关系。可根据电路实验参数自己设计。图2电感线圈与电容并联谐振电路实验接线图（2） 按下仿真软件“启动/停止”开关，启动电路。打开波特图仪面板，如图3所示，按照3图进行设置，将测试指针移至频率特性最高点，读出其对应频率，此即为谐振频率。图3 波特图仪设置2.并联谐振特点测试 （1）观察谐振时电压与电流相位关系 设置函数发生器频率为谐振频率，打开示波器面板，观察总电压（A通道波形）与总电流（B通道波形，B通道电位Vb）相位关系，记录波形如图4所示。图4 示波器测试谐振时相位关系（2）改变函数发生器的频率f，选定一组频率，运行动态分析，记录每种频率相应的a点和b点（图上未描出）电位峰值电压Va、Vb。Va（V）Vb（mV）IR1（mA）IC（mA）Z（K）0.8003.7219.71.971.871.890.9005.1819.41.942.922.671.0007.2518.91.894.553.841.1359.0918.21.826.474.991.2008.4118.51.856.334.541.3006.6719.01.905.433.511.4005.2519.41.944.612.71Ic变化不明显，没有体现有小变大再由大变小得过程，频率的取值做到了对称，但没有做到大的跨度（3）根据表1中的每个Vb和图2中10电阻，计算每种频率的电流I，并将计算结果记录到表1中。（4）根据表1中的每个Va和电流IR值，计算每种频率的阻抗Z，并将计算结果记录到表1中。五、实验注意事项1. 设计电路时应当正确计算相应的电感和电容的参数，并匹配适当大小的频率，才能使电路发生谐振。 2.注意调节波形图显示时的单位大小，以确保看到完整波形。六、预习思考题1如何设计并联谐振电路元件的参数。3.如何判别电路是否发生谐振?测试谐振点的方案有哪些?七、实验报告1.通过实验初步掌握仿真的方法。2.通过本次实验，总结、归纳并联谐振电路的特性