电路分析基础类(硬件实验)-实验报告

本科实验报告 实验名称：电路分析基础类（硬件实验） 课程名称：   实验时间：   任课教师：   实验地点：   实验教师： 张峰、张勇强、方芸 实验类型： √原理验证 □综合设计 □自主创新 学生姓名：   学号/班级：   组号：   学院：   同组搭档：   专业：   成绩：           实验1  基本元件伏安特性的测绘 一、实验目的 1. 掌握线性、非线性电阻及理想、实际电压源的概念。 2. 掌握测试电压、电流的基本。 3. 掌握电阻元件及理想、实际电压源的伏安特性测试方法，学习利用逐点测试法绘制伏安特性曲线。 4. 掌握直流稳压电源、直流电流表、直流电压表的使用方法。 二、实验设备 1.电路分析综合实验箱 2.直流稳压电源 3.万用表 4.变阻箱 三、实验内容 1. 测绘线性电阻的伏安特性曲线 图1.1 1）测试电路如图1.1所示，图中US为直流稳压电源，R为被测电阻，阻值 。 2）调节直流稳压电源US的输出电压，当伏特表的读数依次为表1.1中所列电压值时，读毫安表的读数，将相应的电流值在表格中。 表1.1 V(V) 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 I(mA)                           3）在图1.3上绘制线性电阻的伏安特性曲线，并将测算电阻阻值标记在图上。 2. 测绘非线性电阻的伏安特性曲线 图1.2 1）测试电路如图1.2所示，图中D为二极管，型号为1N4007，RW为可调电位器。 2）缓慢调节RW，使伏特表的读数依次为表1.2中所列电压值时，读毫安表的读数，将相应的电流值记录在表格中。 表1.2 V(V) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.72   I(mA)                                               3）在图1.4上绘制非线性电阻的伏安特性曲线。 图 1.3                          图 1.4 3. 测绘理想电压源的伏安特性曲线 （a）（b） 图1.5 1）首先，连接电路如图1.5（a）所示，不加负载电路，直接用伏特表测试直流稳压电源的输出电压，将其设置为10V。 2）然后，测试电路如图1.5（b）所示，其中RL为变阻箱，R为限流保护电阻。 3）调节变阻箱RL，使毫安表的读数依次为表1.3中所列电流值时，读伏特表的读数，将相应的电压值记录在表格中。 表1.3 I(mA) 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 V(V) 10.0                     4）在图1.7上绘制理想电压源的伏安特性曲线。 4. 测绘实际电压源的伏安特性曲线 1）首先，连接电路如图1.6（a）所示，不加负载电路，直接用伏特表测试实际电压源的输出电压，将其设置为10V。其中RS为实际电压源的内阻，阻值RS = 51Ω。 （a）（b） 图1.6 2）然后，测试电路如图1.6（b）所示，其中RL为变阻箱。 3）调节变阻箱RL，使毫安表的读数依次为表1.4中所列电流值时，读伏特表的读数，将相应的电压值记录在表格中。 表1.4 I(mA) 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 V(V) 10.0                     4）在图1.7上绘制实际电压源的伏安特性曲线，要求：理想电压源和实际电压源的伏安特性曲线画在同一坐标轴中。 图1.7 四、实验结论及 实验1  基本元件伏安特性的测绘 原始数据 实验2  含源线性单口网络等效电路及其参数测定 一、实验目的 1. 验证戴维南定理和诺顿定理，加深对两个定理的理解。 2. 通过对含源线性单口网络外特性及其两种等效电路外特性的测试、比较，加深对等效电路概念的理解。 3. 学习等效电路参数的一些基本方法。 二、实验设备 1.电路分析综合实验箱 2.直流稳压电源 3.万用表 4.变阻箱 三、实验内容 1.含源线性单口网络端口外特性测定 图2.1 1）测量电路如图2.1所示，RL为变阻箱，直流稳压电源的输出电压为10V。 2）调节变阻箱RL，使其阻值依次为表2.1中所列电阻值时，读伏特表的读数，将相应的电压值记录在表格中，并计算通过负载RL的电流值填写在表格中。 表2.1 RL(KΩ) 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 VAB(V)           IAB(mA)                       3）在图2.7上绘制含源线性单口网络的外特性曲线。 2. 等效电路参数测定 1）测量含源线性单口网络开路电压UOC 图2.2 （1）测量电路如图2.2所示，直流稳压电源的输出电压为10V。 （2）用伏特表测量含源线性单口网络两个端口A、B间的电压，即为开路电压UOC。 UOC =         2）测量含源线性单口网络短路电流ISC 图2.3 （1）测量电路如图2.3所示，直流稳压电源电压为10V。 （2）用毫安表测量通过含源线性单口网络两个端口A、B间的电流，即为短路电流ISC。 ISC =         3）测量含源线性单口网络等效内阻R0 （1）半压法 图2.4 a. 测量电路如图2.4所示，直流稳压电源的输出电压为10V。 b. 调节变阻箱RL，当UAB = 0.5UOC时，记录变阻箱的阻值。 R0 =         （2）开路电压、短路电流法 3. 验证戴维南等效电路 图2.5 1）测量电路如图2.5所示，RL为变阻箱，注意：UOC和R0分别为前面测得的开路电压和等效内阻。 2）调节变阻箱RL，使其阻值依次为表2.2中所列电阻值时，读伏特表的读数，将相应的电压值记录在表格中，并计算通过负载RL的电流值填写在表格中。 表2.2 RL(KΩ) 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 VAB(V)           IAB(mA)                       3）在图2.7上绘制戴维南等效电路的外特性曲线。 4. 验证诺顿等效电路 图2.6 1）测量电路如图2.6所示，RL为变阻箱，注意：ISC和R0分别为前面测得的短路电流和等效内阻。 2）调节变阻箱RL，使其阻值依次为表2.3中所列电阻值时，读伏特表的读数，将相应的电压值记录在表格中，并计算通过负载RL的电流值填写在表格中。 表2.3 RL(KΩ) 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 VAB(V)           IAB(mA)                       3）在图2.7上绘制诺顿等效电路的外特性曲线。要求：将本实验1、3、4部分要求的含源线性单口网络、戴维南等效、诺顿等效三条外特性曲线画在同一坐标轴中。 图2.7 四、实验结论及总结 实验2  含源线性单口网络等效电路及其参数测定 原始数据 实验3  一阶电路响应的研究 一、实验目的 1. 掌握RC一阶电路零状态响应、零输入响应的概念和基本规律。 2. 掌握RC一阶电路时间常数的测量方法。 3. 熟悉示波器的基本操作，初步掌握利用示波器监测电信号参数的方法。 二、实验设备 1.电路分析综合实验箱 2.双踪示波器 三、实验内容 1. RC一阶电路的零状态响应 图3.1 图 3.2 1）测试电路如图3.1所示，电阻R = 2kΩ，电容C = 0.01μF。 2）零状态响应的输入信号如图3.2所示，幅度为5V，周期为1ms，脉宽为0.5ms。 3）将观测到的输入、输出波形（求τ值放大图）存储到U盘，课后打印并贴在图3.3上相应方框处。要求：在图上标记相关测量数据。 4）测量响应波形的稳态值uC(∞) 和时间常数τ。 uc(∞) =         τ=         图3.3 2.RC一阶电路的零输入响应 图3.4 图 3.5 1）测试电路如图3.4所示，电阻R = 2kΩ，电容C = 0.01μF。 2）零输入响应的输入信号如图3.5所示，幅度为5V，周期为1ms，脉宽为3μs。 3）将观测到的输入、输出波形（求τ值放大图）存储到U盘，课后打印并贴在图3.6上相应方框处。要求：在图上标记相关测量数据。 4）测量响应波形的初始值uC(0) 和时间常数τ。 uc(0) =         τ=         图3.6 四、实验结论及总结 实验3  一阶电路响应的研究 原始数据 实验4二阶电路响应的研究 一、实验目的 1. 观测二阶电路在过阻尼、临界阻尼和欠阻尼三种状态下的响应波形，加深对二阶电路响应的认识和理解。 2. 掌握振荡角频率和衰减系数的概念。 3. 进一步熟悉示波器的操作。 二、实验设备 1.电路分析综合实验箱 2.双踪示波器 3. 变阻箱 三、实验内容 1. RLC二阶电路的零状态响应 图4.1 2 图4.2 1）测试电路如图4.1所示，R为变阻箱，电容C = 0.01μF，电感L = 2.7mH。 2）零状态响应的输入信号如图4.2所示，幅度为5V，周期为1ms，脉宽为0.5ms。 3）调节变阻箱R，观察RLC二阶电路零状态响应的三种状态波形（欠阻尼、临界阻尼和过阻尼），将波形存储到U盘，课后打印并贴在图4.3上相应方框处。要求：在临近阻尼状态波形图上标记该状态下的临界阻值。 图4.3 2. RLC二阶电路的零输入响应 图4.4 图4.5 1）测试电路如图4.4所示，R为变阻箱，电容C = 0.01μF，电感L = 2.7mH。 2）零输入响应的输入信号如图4.5所示，幅度为5V，周期为1ms，脉宽为3μs。 3）调节变阻箱R，观察RLC二阶电路零输入响应的三种状态波形（欠阻尼、临界阻尼和过阻尼），将波形存储到U盘，课后打印并贴在图4.6上相应方框处。要求：在临近阻尼状态波形图上标记该状态下的临界阻值。 4）取 ，观测波形相邻两个波峰或波谷的电压值u1m、u2m和振荡周期Td，计算振荡角频率 和衰减系数 。 图4.6 四、实验结论及总结 实验4二阶电路响应的研究 原始数据 实验5  R、L、C单个元件阻抗频率特性测试 一、实验目的 1. 掌握交流电路中R、L、C单个元件阻抗与频率间的关系，测绘R-f、XL-f、XC-f特性曲线。 2. 掌握交流电路中R、L、C元件各自的端电压和电流间的相位关系。 3. 观察在正弦激励下，R、L、C三元件各自的伏安关系。 二、实验设备 1. 电路分析综合实验箱 2. 低频信号发生器 3. 双踪示波器 三、实验内容 图5.1 测试电路如图5.1所示，R、L、C三个元件分别作为被测元件与10Ω采样电阻相串联，其中电阻R =2kΩ，电感L =2.7mH，电容C = 0.1μF，信号源输出电压的有效值为2V。 1. 测绘R、L、C单个元件阻抗频率特性曲线 1）按照图5.1接好线路。注意：信号源输出电压的幅度须始终保持2V有效值，即每改变一次输出电压的频率，均须监测其幅度是否为2V有效值。 2）改变信号源的输出频率f如表5.1所示，利用示波器的自动测量功能监测2通道信号的电压有效值，并将测量数据填入表中相应位置。 3）计算通过被测元件的电流值IAB以及阻抗的模 ，并填入表5.1中相应位置。 4）在图5.2上绘制R、L、C单个元件阻抗频率特性曲线，要求：将三条曲线画在同一坐标轴中。 表5.1 f(KHz) 10 20 30 40 50 US(V) 2 UBC(mV) R           L           C           IAB(mA) R           L           C           (KΩ) R           L           C                         图5.2 2. R、L、C单个元件的相位测量 1）测试电路不变，信号源的输出电压有效值为2V，输出频率为10kHz。 2）在示波器上观察R、L、C三个元件各自端电压和电流的相位关系，将波形存储到U盘，课后打印并贴在图5.3上相应方框处。 3）计算R、L、C三个元件各自的相位差 ，并用文字描述R、L、C三个元件各自电压、电流的相位关系。 R:           结论：                                                              L:           结论：                                                              C:           结论：                                                              图5.3 3. R、L、C单个元件的伏安关系轨迹线 1）测试电路不变，信号源的输出电压有效值为2V，输出频率为10kHz。 2）将示波器置于X-Y工作方式下，直接观察R、L、C单个元件的伏安关系轨迹线，将波形存储到U盘，课后打印并贴在图5.5上相应方框处。 3）记录图5.4中标记的a、b的数值，并将数据标记在图5.4上相应位置。 图5.4 图5.5 四、实验结论及总结 实验5  R、L、C单个元件阻抗频率特性测试 原始数据