《電路與電子技術(shù)》(電路分析和模擬電路部分)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

電路與電子技術(shù)（電路分析和模擬電路部分）實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)電路實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)一 、實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)和目的實(shí)驗(yàn)是人類認(rèn)識(shí)客觀事物的重要手段。很多科學(xué)成果都是通過大量探索性實(shí)驗(yàn)而取得的。在理工科大學(xué)里，實(shí)驗(yàn)課程與課堂理論講授一樣，是教學(xué)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)課程中安排的實(shí)驗(yàn)課題，其內(nèi)容是成熟的，目的是明確的，結(jié)果是預(yù)知的，實(shí)驗(yàn)過程有老師的指導(dǎo)，雖然沒有探索性實(shí)驗(yàn)?zāi)菢訌?fù)雜，但是對(duì)幫助學(xué)生較為系統(tǒng)地獲得有關(guān)實(shí)驗(yàn)的理論知識(shí)和培養(yǎng)有關(guān)實(shí)驗(yàn)的基本技能是必不可少的。通過電路實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)： 1掌握常用電子儀器儀表（包括萬用表、直流穩(wěn)壓電源、低頻信號(hào)發(fā)生器、晶體管毫伏表、及電子示波器）的性能、使用方法。 2學(xué)習(xí)并掌握基本的測(cè)量方法。（包括電流、電壓、阻抗的測(cè)量；網(wǎng)絡(luò)伏安特性的測(cè)量；網(wǎng)絡(luò)頻率特性的測(cè)量；以及網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量。） 3初步掌握專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能，（包括正確選用儀器、儀表，合理制定實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和判斷，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的讀取和處理，誤差分析，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的編寫。）二 實(shí)驗(yàn)的過程和任務(wù)一般講，一次完整的實(shí)驗(yàn)應(yīng)包括以下幾個(gè)過程：設(shè)計(jì)-根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹贫▽?shí)驗(yàn)方案。 安裝調(diào)試-創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)條件。 3觀測(cè)-定性的觀察和定量的測(cè)量。做實(shí)驗(yàn)首先強(qiáng)調(diào)觀察，集中精力于研究的對(duì)象，觀察它的現(xiàn)象、它對(duì)某一些影響因素的響應(yīng)、它的變化規(guī)律和性質(zhì)等等；同時(shí)對(duì)研究對(duì)象本身的量值、和它隨外部條件而變化的程度等等作數(shù)量上的測(cè)量和分析。 4整理和分析-對(duì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行認(rèn)真的整理和分析，以求對(duì)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果得出正確的理解和認(rèn)識(shí)。 電路實(shí)驗(yàn)的三個(gè)階段（一）預(yù)習(xí)階段實(shí)驗(yàn)收獲的大小和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行得是否順利，在很大程度上取決于學(xué)生事先預(yù)習(xí)、準(zhǔn)備的情況。學(xué)生實(shí)驗(yàn)前必須做到：1認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理及?shí)驗(yàn)所用測(cè)量?jī)x器的使用方法?；卮痤A(yù)習(xí)思考題。2預(yù)定實(shí)驗(yàn)操作步驟，明確要測(cè)量那些數(shù)據(jù)？如何測(cè)得？對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，預(yù)習(xí)時(shí)必須設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路、擬定測(cè)試方案和選擇測(cè)量?jī)x器，考慮實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的誤差和問題。3寫預(yù)習(xí)報(bào)告。預(yù)習(xí)報(bào)告要包含實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)線路圖等，對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)還應(yīng)包含設(shè)計(jì)計(jì)算的主要公式和計(jì)算結(jié)果的列表說明。另外，還要準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)記錄紙，并畫好記錄數(shù)據(jù)的表格，對(duì)一些重要的數(shù)據(jù)，表格中還應(yīng)該包含其估算值，以便實(shí)驗(yàn)測(cè)量時(shí)選擇量程和記錄時(shí)對(duì)照。（二）實(shí)驗(yàn)操作階段實(shí)驗(yàn)操作可分為接線、查線、觀測(cè)及數(shù)據(jù)檢查、分析等幾個(gè)階段。1接線：接線前應(yīng)先熟悉本次實(shí)驗(yàn)所用的設(shè)備，合理安排位置，以方便接線、查線、現(xiàn)象的觀察和數(shù)據(jù)的測(cè)量。接線時(shí)要按一定的次序，做到認(rèn)真仔細(xì)。連接儀表時(shí)要特別注意量程和極性。電源總是在查線無誤后才接入。同一插孔（或接線柱）上的連接導(dǎo)線不要太多（一般不超過3根），以防松動(dòng)或脫落。2查線：按照接線同樣的次序進(jìn)行查線。先查線路的結(jié)構(gòu)，再查元件的參數(shù)、儀表的量程等。經(jīng)查線無誤后，方可接上電源。3觀測(cè)：接上電源后，不要急于讀取和記錄數(shù)據(jù)，應(yīng)先進(jìn)行調(diào)試，觀察出現(xiàn)的各種現(xiàn)象，注意觀察儀表的指示及有關(guān)量的變化情況，與事先的估計(jì)比較，若相差得很大，就有可能是電路發(fā)生故障，必須先排除。調(diào)試正常后，就可進(jìn)行測(cè)量、數(shù)據(jù)及現(xiàn)象的記錄。測(cè)量時(shí)應(yīng)合理選擇儀表的量程，讀取數(shù)值的有效數(shù)字位數(shù)應(yīng)充分發(fā)揮儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)。4數(shù)據(jù)的檢查與分析：觀察和測(cè)量完畢后不要急于拆除線路，應(yīng)先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查。首先檢查數(shù)據(jù)是否測(cè)全。第二檢查測(cè)量點(diǎn)的間隔選擇是否合適，在曲線的平滑部分可少測(cè)幾點(diǎn)，而在曲線的彎曲部分要多測(cè)幾點(diǎn)。第三檢查測(cè)量得的數(shù)據(jù)與事先估算的數(shù)據(jù)是否相符，如果相差很大，則應(yīng)檢查估算值，重做實(shí)驗(yàn)排除可能出現(xiàn)的故障，（在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)上述現(xiàn)象可能存在的故障有儀器或線路故障、測(cè)試方法不對(duì)、測(cè)試點(diǎn)不對(duì)、讀數(shù)錯(cuò)誤等。）并如實(shí)記錄兩次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，以備事后分析討論。第四自查完畢，將實(shí)驗(yàn)記錄交給指導(dǎo)老師檢查，經(jīng)指導(dǎo)老師認(rèn)可簽字后方可結(jié)束實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)完畢后應(yīng)在實(shí)驗(yàn)記錄紙上記下實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備的名稱規(guī)格和編號(hào)，以備核查。離開實(shí)驗(yàn)室前，應(yīng)拆除實(shí)驗(yàn)線路，將儀器設(shè)備放回原位，并且填好使用過的儀器使用記錄卡。（三）總結(jié)報(bào)告階段在實(shí)驗(yàn)操作階段完成了定性的觀察和定量的測(cè)量取得資料數(shù)據(jù)后，工作并未結(jié)束。實(shí)驗(yàn)的重要一環(huán)是對(duì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行認(rèn)真的整理和分析，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)的總結(jié)報(bào)告是在實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)報(bào)告的基礎(chǔ)上完成的，在實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)報(bào)告的基礎(chǔ)上還應(yīng)增加以下內(nèi)容：1 實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備的名稱、規(guī)格、編號(hào)和數(shù)量。 2將實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)重新抄列，表中還須列出由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)算出的數(shù)值，列出計(jì)算中主要的計(jì)算公式。3根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得及計(jì)算得到的數(shù)據(jù)繪制曲線，以便從曲線中清晰地看出各物理量之間的關(guān)系和發(fā)展趨勢(shì)。討論與總結(jié)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行充分的分析后得出實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，誤差分析，對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象進(jìn)行解釋，提出自己的見解，說明心得體會(huì)、改進(jìn)意見及遺留問題?；卮饐栴}回答實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中提出的或老師指定的問題。四 測(cè)量誤差與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理關(guān)于誤差、有效數(shù)字等概念在物理實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)介紹。這里僅簡(jiǎn)單歸納產(chǎn)生的原因，重點(diǎn)講述減小或消除誤差的辦法和試驗(yàn)結(jié)果的圖示處理方法。（一） 誤差的性質(zhì)和分類根據(jù)誤差的性質(zhì)和產(chǎn)生的原因可將誤差分成系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、和過失誤差。系統(tǒng)誤差在測(cè)量過程中，如果測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差具有恒定的或遵循某一規(guī)律而變化的性質(zhì)則稱為系統(tǒng)誤差。偶然誤差(又稱隨機(jī)誤差) 在相同的條件下對(duì)同一物理量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)其值具有隨機(jī)特性的誤差稱為隨機(jī)誤差。過失誤差 又稱粗差，它是因儀器故障測(cè)量者操作讀數(shù)計(jì)算記錄錯(cuò)誤或存在不能容許的干擾導(dǎo)致的。這種誤差通常很大，明顯超過正常條件下的系統(tǒng)誤差或隨機(jī)誤差。（二） 減小測(cè)量誤差的方法根據(jù)誤差的性質(zhì)和產(chǎn)生的原因，可采取不同的方法來消除或減小其對(duì)結(jié)果的影響。偶然誤差服從正態(tài)分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，影響測(cè)量的精密度。通常偶然誤差較小，可不予考慮。在需考慮時(shí)，采用重復(fù)測(cè)量多次取其平均值的方法，來減小其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。過失誤差，應(yīng)在測(cè)量中盡量避免。如果出現(xiàn)，則在確認(rèn)后予以舍去。系統(tǒng)誤差影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。需要通過試驗(yàn)研究分析產(chǎn)生的原因加以消除或減小其影響。系統(tǒng)誤差大體可分為以下幾類：1 儀器誤差：指因儀器自身機(jī)電性能的不完善引起的誤差。 2操作誤差：它是指在使用時(shí)對(duì)儀器的安裝調(diào)節(jié)操作不當(dāng)造成的誤差。減小或消除使用誤差的方法是嚴(yán)格按照儀器的技術(shù)規(guī)程操作使用，熟練掌握實(shí)驗(yàn)操作技巧。 3方法誤差：測(cè)量中依據(jù)的理論不嚴(yán)密，或者不適當(dāng)?shù)睾?jiǎn)化測(cè)量計(jì)算公式所引起的誤差。 4環(huán)境誤差：指外界環(huán)境（溫度、濕度、電磁場(chǎng)等）超出儀器允許的工作條件引起的誤差。 5人為誤差：測(cè)量者個(gè)人的習(xí)慣、偏向以及由于個(gè)人的感覺器官不完善而造成的誤差。為消除這類誤差，要求實(shí)驗(yàn)者提高操作技巧，改善不良習(xí)慣。對(duì)系統(tǒng)誤差，如不能用簡(jiǎn)單的方法確定或消除，還可以用一些特殊的測(cè)量方法來加以抵消。以下介紹兩種：1代替法：在測(cè)量時(shí)，先對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量，并記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，然后用一已知標(biāo)準(zhǔn)量替代被測(cè)量，并改變已知標(biāo)準(zhǔn)量的數(shù)值，使測(cè)量裝置恢復(fù)到原來的測(cè)量數(shù)值，則這時(shí)已知標(biāo)準(zhǔn)量的數(shù)值就是備測(cè)量的數(shù)值。2正負(fù)誤差抵消法：在相反的情況下進(jìn)行兩次測(cè)量，使兩次所發(fā)生的誤差等值而異號(hào)，然后取兩次結(jié)果的平均值，便可將誤差消除。 （三） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖示處理 為了直觀地反映量之間的關(guān)系或變化規(guī)律，常需將實(shí)驗(yàn)結(jié)果用曲線的形式來表達(dá)。在坐標(biāo)中（以直角坐標(biāo)為例）根據(jù)n對(duì)離散的測(cè)量數(shù)據(jù)（xj, y j ）( j=1,2,3,。，n )繪制出能反映所給數(shù)據(jù)的一般變化趨勢(shì)的光滑曲線的方法稱為“曲線擬合”。在要求不高的情況下曲線擬合的最簡(jiǎn)單辦法是觀察法，通過觀察畫出一條光滑的曲線，使所給的數(shù)據(jù)均勻地分布在曲線的兩側(cè)。這種方法不夠精確，如圖 1 所示。工程上最常用的曲線擬合法是“分段平均法”。先把所有數(shù)據(jù)點(diǎn)在坐標(biāo)圖上標(biāo)出；再根據(jù)數(shù)據(jù)分布情況，把相鄰的2 4個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)劃為一組，然后求出每組數(shù)據(jù)點(diǎn)的幾何重心把它們標(biāo)于坐標(biāo)圖上，然后根據(jù)它們繪制出光滑的曲線，如圖 2 所示。 精度要求更高時(shí)，可采用最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)曲線擬合。這里不作介紹，可參閱有關(guān)資料。 圖 1 圖 2實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式姓名 專業(yè)班級(jí) 實(shí)驗(yàn)時(shí)間 成績(jī) 實(shí)驗(yàn)課程 實(shí)驗(yàn)題目 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模憾?、?shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)方法、原理圖、定理和定律等簡(jiǎn)單敘述三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)過程：1、 實(shí)驗(yàn)接線圖2、 實(shí)驗(yàn)步驟（明確每步的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、記錄實(shí)驗(yàn)測(cè)試資料）四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（實(shí)驗(yàn)原始資料應(yīng)附在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中）1、對(duì)記錄下來實(shí)驗(yàn)資料整理進(jìn)行處理（包括曲線繪制）2、對(duì)實(shí)驗(yàn)資料進(jìn)行理論分析（包括理論計(jì)算、實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)值與理論計(jì)算值進(jìn)行誤差分析、找出實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差的原因等）3、 實(shí)驗(yàn)結(jié)論五、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備：儀器設(shè)備或關(guān)鍵組件的名稱、型號(hào)與規(guī)格及其數(shù)量等六、實(shí)驗(yàn)體會(huì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)問題的解決實(shí)驗(yàn)思考題回答實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)一 常用儀器的使用和元件伏安特性研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的各旋紐、開關(guān)的作用及其使用方法。2熟悉示波器各旋紐、開關(guān)的作用及其使用方法，初步掌握用示波器觀察電信號(hào)波形，定量測(cè)出正弦信號(hào)和脈沖信號(hào)的波形參數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)說明1正弦交流信號(hào)和方波脈沖信號(hào)是常用的電激勵(lì)信號(hào)，由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器提供。正弦信號(hào)的波形參數(shù)是幅值Um、周期T（或頻率f）和初相：方波脈沖信號(hào)的波形參數(shù)是幅值Um、脈沖重復(fù)周期T及脈寬tk。本實(shí)驗(yàn)裝置能提供頻率范圍為20Hz100KHz，幅值可在05V之間連續(xù)可謂的上述信號(hào)。并由六位LED數(shù)碼管顯示信號(hào)的頻率，不同類型的輸出信號(hào)可由波形選擇開關(guān)來選取。2電子示波器是一種信號(hào)圖形觀察和測(cè)量?jī)x器，可定量測(cè)出電信號(hào)的波形參數(shù)，從熒光屏的Y軸刻度尺并結(jié)合其量程分檔選擇開關(guān)（Y軸輸入電壓靈敏度V/div分檔選擇開關(guān)）讀得電信號(hào)的幅值：從熒光屏的X軸刻度尺并結(jié)合其量程分檔選擇開關(guān)（時(shí)間掃描速度s/div分檔選擇開關(guān)），讀得電信號(hào)的周期、脈寬、相位差等參數(shù)。為了完成對(duì)各種不同波形、不同要求的觀察和測(cè)量，它還有一些其它的調(diào)節(jié)和控制旋鈕，希望在實(shí)驗(yàn)中加以摸索和掌握。一臺(tái)雙蹤示波器可以同時(shí)觀察和測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)波形。3實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)名 稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注1雙蹤示波器12函數(shù)信號(hào)發(fā)生器13交流毫伏表14頻率計(jì)1三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1雙蹤示波器的自檢(1)將示波器面板部分的“標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)”插口，通過示波器專用同軸電纜線接至雙蹤示波器的Y軸輸入插口CH1或CH2端。（2）開啟示波器電源，指示燈亮，稍后，熒光屏將出現(xiàn)一條或兩條水平掃描基線，調(diào)節(jié) “輝度”、“聚焦”、“輔助聚焦”、使掃描基線粗細(xì)、亮度適中。如果找不到掃描基線，可調(diào)節(jié)“X軸位移”或“Y軸位移”旋鈕。（3）通過選擇幅度和掃描速度靈敏度，并將它們的微調(diào)旋鈕旋至“校準(zhǔn)”位置，從熒光屏上讀出該“標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)”的幅值與頻率，并與標(biāo)稱值（0.5V，1KHz的方波信號(hào)）作比較。2正弦波信號(hào)的觀測(cè)（1）將示波器的幅度和掃描速度微調(diào)旋鈕旋至“校準(zhǔn)”位置。（2）將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的波形選擇開關(guān)置“正弦”位置，通過電纜線將“信號(hào)輸出”口與示波器的CH1（或CH2）插座相連。（3）接通電源，調(diào)節(jié)信號(hào)源的頻率旋鈕，使輸出頻率分別為50Hz，0.5KHz和20KHz(由頻率計(jì)讀出)，輸出幅值分別為有效值0.1V，1V，3V（由交流毫伏表讀得），調(diào)節(jié)示波器Y軸和X軸靈敏度至合適的位置，并將它們的微調(diào)旋鈕旋至“校準(zhǔn)”位置。從熒光屏上讀得周期及幅值，記入表中。 頻率計(jì)讀數(shù) 項(xiàng)目測(cè)定正弦波信號(hào)頻率的測(cè)定50Hz500Hz20000Hz示波器“SEC/DIV”位置一個(gè)周期占有的格數(shù)信號(hào)周期（s）計(jì)算所得頻率（Hz） 交流毫伏表讀數(shù) 項(xiàng)目測(cè)定正弦波信號(hào)幅值的測(cè)定0.1V1V3V示波器“VOLTS/DIV”位置峰峰值波形格數(shù)峰值計(jì)算所得有效值3方波脈沖信號(hào)的測(cè)定（1）將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的波形選擇開關(guān)置“方波”位置。（2）調(diào)節(jié)信號(hào)源的輸出幅度為3.0V(用示波器測(cè)定)，分別觀測(cè)100Hz，3KHz和30KHz方波信號(hào)的波形參數(shù)。（3）使信號(hào)頻率保持在3KHz，調(diào)節(jié)幅度和脈寬旋鈕，觀測(cè)波形參數(shù)的變化。記錄之。4將方波信號(hào)和正弦信號(hào)同時(shí)分別加到示波器的CH1和CH2兩個(gè)輸入口，調(diào)節(jié)有關(guān)旋鈕，觀測(cè)兩路信號(hào)的波形（定性地觀察，具體內(nèi)容自擬）。四、預(yù)習(xí)思考題認(rèn)真閱讀示波器的使用說明1示波器面板上“sec/div”和“volts/div”的含義是什么？2觀察本機(jī)“標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)”時(shí)，要在熒光屏上得到兩個(gè)周期的穩(wěn)定波形，而幅度要求為五格，試問Y軸電壓靈敏度應(yīng)置于哪一檔位置？“t/div”又應(yīng)置于哪一檔位置？3應(yīng)用雙蹤示波器觀察到如圖1-8-1所示的兩個(gè)波形，Y軸的“v/div”的指示為0.5V，“t/div”指示為20S，試問這兩個(gè)波形信號(hào)的波形參數(shù)為多少？五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1整理實(shí)驗(yàn)中顯示的各種波形，繪制有代表性的波形。2總結(jié)實(shí)驗(yàn)中所用儀器的使用方法及觀測(cè)電信號(hào)的方法。3如用示波器觀察正弦信號(hào)，熒光屏上出現(xiàn)圖1-8-2所示情況，試說明測(cè)試系統(tǒng)中哪些旋鈕的位置不對(duì)？應(yīng)如何調(diào)節(jié)？4心得體會(huì)及其它。六、實(shí)驗(yàn)注意現(xiàn)項(xiàng)1示波器的輝度不要過亮。2調(diào)節(jié)儀器旋鈕時(shí)，動(dòng)作不要過猛。3調(diào)節(jié)示波器時(shí)，要注意觸發(fā)開關(guān)和電平調(diào)節(jié)旋鈕的配合使用，以使顯示的波形穩(wěn)定。4作定量測(cè)試時(shí)，“sec/div”和“volts/div”的微調(diào)旋鈕應(yīng)旋置“標(biāo)準(zhǔn)”位置。5為防止外界干擾，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的接地端與示波器的接地端要連續(xù)在一起（稱共地）。圖1-8-1 用雙蹤示波器觀察波形 圖1-8-2 示波器調(diào)節(jié)研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)識(shí)別常用電路元件的方法。掌握線性電阻、非線性電阻元件伏安特性的逐點(diǎn)測(cè)試法。掌握實(shí)驗(yàn)裝置上直流電工儀表和設(shè)備的使用方法。實(shí)驗(yàn)方案說明（一）理論基礎(chǔ)任何一個(gè)二端元件的特性可用該元件上的端電壓U與通過該元件的電流I之間的函數(shù)關(guān)系I=f(U)來表示，即用I-U平面上的一條曲線來表征，這條曲線稱為該元件的伏安特性曲線。1電阻器的伏安特性曲線是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，如圖1-2-1中曲線a所示，該直線的斜率等于該電阻器的電阻值。 圖1-2-1 伏安特性曲線2一般的白熾燈在工作時(shí)燈絲處于高溫狀態(tài)，其燈絲電阻隨著溫度的升高而增大，通過白熾燈的電流越大，其溫度越高，阻值也越大，一般燈泡的“冷電阻”與“熱電阻”的阻值可相差幾倍或幾十倍，所以它的伏安特性如圖1-2-1中的曲線b所示。3.一般的半導(dǎo)體二極管是一個(gè)非線性電阻元件，其特性如圖1-2-1中曲線c所示。正向壓降很?。ㄒ话愕逆N管約為0.20.3V,硅管約為0.50.7）,正向電流隨正向壓降的升高而急驟上升，而反向電壓從零一直升到十多伏到幾十伏時(shí)其反向電流增加很小，粗略地可視為零?？梢姸O管有單向?qū)щ娦裕聪螂妷杭拥眠^高，超過管子的極限值，則會(huì)導(dǎo)致管子擊穿損壞。 4.穩(wěn)壓二極管是一種特殊的二極管，其正向特性與普通的二極管類似，但其反向特性較特別，如圖1-2-1中曲線d。在反向電壓開始增加時(shí)，其反向電流幾乎為零，但當(dāng)反向電壓增加到某一定數(shù)值時(shí)（此值稱為管子的穩(wěn)壓值，有各種不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管）電流將突然增加，以后它的端電壓將維持穩(wěn)定，不再隨外加的反向電壓的升高而增大。（二）方案說明 本實(shí)驗(yàn)將按圖1-2-2和圖1-2-3接線，逐點(diǎn)測(cè)量二端元件的電流和對(duì)應(yīng)的電壓值，并根據(jù)結(jié)果數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上繪出元件的伏安特性。 圖1-2-2 測(cè)電阻伏安特性 圖1-2-3 測(cè)二極管正向伏安特性 （三）實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注1可調(diào)直流穩(wěn)壓電源（箱內(nèi)）030V12電路實(shí)驗(yàn)箱13萬用電表MF-50014二極管2CP151DGJ-055穩(wěn)壓管2CW511DGJ-056白熾燈泡12V/0.1A1DGJ-057線性電阻器200，1K1DGJ-05三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.測(cè)定線性電阻器的伏安特性按圖1-2-2接線，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓U，從0伏開始緩慢地增加，一直到10V，記下相應(yīng)的電壓表和電流表地讀數(shù)。U (v)0246810I (mA) 2.測(cè)定非線性白熾燈泡的伏安特性 將圖2-2中地R1換成一只12V的小燈泡，重復(fù)一的步驟。U（V）0246810I（mA）3.測(cè)定半導(dǎo)體二極管的伏安特性 按圖1-2-3接線，R為限流電阻，測(cè)二極管D的正向特性時(shí)，其正向電流不得超過25 mA，正向壓降可在07.5V之間取值。特別是在0.50.75之間更要多取幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)。作反向特性實(shí)驗(yàn)時(shí)，只需將圖1-2-3中的二極管D反接，且其反向電壓可以加到30V左右。正向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)U（V）00.20.40.50.550.75I(mA)反向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)U(v)0-5-10-15-20-25-30I(mA)4.測(cè)定穩(wěn)壓二極管的伏安特性只要將圖1-2-3中的二極管換成穩(wěn)壓管，重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3的測(cè)量。正向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)U(v)I(mA)反向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)U(V)I(mA)討論與思考 1.線性電阻與非線性電阻的概念是什么？電阻器與二極管的伏安特性有何區(qū)別？2.設(shè)某器件伏安特性曲線的函數(shù)式為I=f (u),在逐點(diǎn)繪制曲線時(shí)，其坐標(biāo)變量應(yīng)如何放置？3.穩(wěn)壓二極管與普通二極管有何區(qū)別，其用途如何？實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1.根據(jù)各實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分別在方格紙上繪制出光滑的伏安特性曲線。（其中二極管和穩(wěn)壓二極管的正向、反向特性均要求畫在同一張圖中，正、反向電壓可取為不同的比例尺） 2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)、歸納被測(cè)各元件的特性。3.必要的誤差分析。 4.心得體會(huì)及其他。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1.測(cè)二極管正向特性時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出應(yīng)由小至大逐漸增加，應(yīng)時(shí)刻注意電流表讀數(shù)，不得超過30mA，穩(wěn)壓源輸出端切勿碰線短路。2.進(jìn)行不同實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先估算電壓和電流值，合理選擇儀表的量程，勿使儀表超量程，儀表的極性也不可接錯(cuò)。實(shí)驗(yàn)二 基爾霍夫定律的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆栈鶢柣舴蚨桑由顚?duì)電路參考方向的理解。實(shí)驗(yàn)原理及方法：基爾霍夫定律是電路普遍適用的基本定律。不論是線性電路還是非線性電路，不論是非時(shí)變電路還是時(shí)變電路。在任一節(jié)點(diǎn)的各支路電流必須滿足I=0，此定律也稱為基爾霍夫節(jié)點(diǎn)電流定律（KCL）；同時(shí)任一回路的各個(gè)元件電壓和電源電壓必定滿足U=0，此定律也稱為基爾霍夫回路電壓定律（KVL）。運(yùn)用上述兩個(gè)定律時(shí)必須注意各支路或閉合回路中電流的正（即參考）方向，此方向可預(yù)先任意設(shè)定。 本實(shí)驗(yàn)將采用圖1-3-1 所示電路，用電流表和電壓表直接測(cè)量電流和電壓。 圖1-3-1基爾霍夫定律的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)線路實(shí)驗(yàn)設(shè)備同上。三 、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟： 實(shí)驗(yàn)線路如圖1-3-1所示1、實(shí)驗(yàn)前先設(shè)定三條支路的電流參考方向，如圖中I1、I2、I3所示。 2、分別將兩路直流穩(wěn)壓電源接入電路，令E112V（采用12V固定電源），E26V（采用0-30V可調(diào)電源）。 3、用直流數(shù)字電流表分別測(cè)量各支路的電流，串接入電流表時(shí)必須注意其正負(fù)極性要按圖中的規(guī)定。紀(jì)錄測(cè)得的數(shù)據(jù)。 4、用直流數(shù)字電壓表分別測(cè)量?jī)陕冯娫措妷杭案麟娮柙碾妷褐?，并接電壓表時(shí)應(yīng)注意電位高低要按圖中的規(guī)定。記錄測(cè)得的數(shù)據(jù)。5、數(shù)據(jù)處理。分析測(cè)量誤差，提出減少測(cè)量誤差的方法。被測(cè)量I1（mA）I2（mA）I3（mA）E1（V）E2（V）UDA （V）UAB（V）UAC（V）計(jì)算值測(cè)量值誤差 5（選做）調(diào)節(jié)E2使I2的讀數(shù)為零。測(cè)量各支路的電流和各元件兩端的電壓值，記錄、列表。四、實(shí)驗(yàn)主意事項(xiàng)1、電壓源絕不能碰線或短路。2、儀表使用時(shí)注意檔位、連接及極性、量程、讀數(shù)等。五、預(yù)習(xí)要求與思考題根據(jù)圖1-3-1的電路參數(shù)，計(jì)算出待測(cè)電流I1、I2、I3和各電阻上電壓值，填入表中，以便實(shí)驗(yàn)測(cè)量時(shí)，可正確選定電表的量程。六、試驗(yàn)報(bào)告要求1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選定實(shí)驗(yàn)電路中的任一個(gè)節(jié)點(diǎn)，驗(yàn)證KCL的正確性。2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選定實(shí)驗(yàn)電路中的任一個(gè)閉合回路，驗(yàn)證KVL的正確性。3、誤差原因分析。4、實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)及其實(shí)驗(yàn)改進(jìn)想法。實(shí)驗(yàn)三 疊加原理的驗(yàn)證一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?驗(yàn)證疊加原理，加深對(duì)線性電路疊加性和比例性的認(rèn)識(shí)。 二、實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)方法 1、疊加原理是指在線性電路中，任何一元件的電壓或電流都可以看成是每個(gè)獨(dú)立源分別單獨(dú)作用在該元件上的電壓或電流的代數(shù)和。由此還可以推理，在線性電路當(dāng)其激勵(lì)信號(hào)（即獨(dú)立電源）增大或減小K倍時(shí)，電路的響應(yīng)（即在電路中各個(gè)元件上的電壓或電流）也將增大或減小K倍。 2、本實(shí)驗(yàn)采用圖1-6-1線路。通過轉(zhuǎn)換開關(guān)可實(shí)現(xiàn)讓電源單獨(dú)作用或共同作用。當(dāng)把圖1-6-1中C、D兩點(diǎn)導(dǎo)線直接連接時(shí)（二極管被短路，相當(dāng)于二極管不接入電路），電路為線性，當(dāng)把圖1-6-1中C、D兩點(diǎn)導(dǎo)線拆開時(shí)線路由于二極官的接入而變?yōu)榉蔷€性。 本實(shí)驗(yàn)中將測(cè)量電路分別為線性和非線性兩種情況下，在電源單獨(dú)作用和作用時(shí)，測(cè)出各支路電流和電壓，從而驗(yàn)證線性電路的疊加性和疊加原理的適用條件。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)線路如圖1-6-1所 圖1-6-1疊加原理實(shí)驗(yàn)線路圖1、按圖1-6-1線路接線，把圖1-6-1中C、D兩點(diǎn)用導(dǎo)線直接連接，E1接12V固定電壓源，E2接可調(diào)電壓源（030V），并調(diào)到6V。2、令E1單獨(dú)作用時(shí)（即將開關(guān)S1投向E1側(cè)，開關(guān)S21投向短路側(cè)），用直流數(shù)字電壓表和毫安表測(cè)量各支路電流及各電阻元件兩端電壓，數(shù)據(jù)記入表中，測(cè)量時(shí)注意電表的極性和讀數(shù)的正負(fù)。3、令E2單獨(dú)作用時(shí)（即將開關(guān)S1投向短路側(cè)，開關(guān)S21投向E1側(cè)），用直流數(shù)字電壓表和毫安表測(cè)量各支路電流及各電阻元件兩端電壓，數(shù)據(jù)記入表中，測(cè)量時(shí)注意電表的極性和讀數(shù)的正負(fù)。4、令E1和E2共同作用時(shí)（開關(guān)S1和S2分別投向E1和E2側(cè)），重復(fù)上述的測(cè)量和記錄。5、將E1轉(zhuǎn)換成6V，E2調(diào)節(jié)到3V，重復(fù)上述2 4項(xiàng)的測(cè)量和記錄。6、將E2的數(shù)值調(diào)到12V，重復(fù)上述3項(xiàng)的測(cè)量和記錄。 表6-1測(cè)量項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容E1（V）E2（V）I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(v)UCD(v)UAD(v)UEA(v)E1單獨(dú)作用E2單獨(dú)作用E1與E2共同作用E1/2單獨(dú)作用E2/2單獨(dú)作用E1/2與E2/2共同作用2E2單獨(dú)作用7、將圖1-6-1中C、D兩點(diǎn)間的連接導(dǎo)線拆除（即將二極管IN4007接入電路）重復(fù)上述16項(xiàng)的測(cè)量過程并測(cè)量數(shù)據(jù)記入表6-2。四、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、用電流表測(cè)量各支路電流時(shí)，或者用電壓表測(cè)量電壓降時(shí)，應(yīng)注意電表的正負(fù)，正確判斷測(cè)得值的“”、“”號(hào)后，記入數(shù)據(jù)表格。2、注意電表的量程的切換。 表6-2測(cè)量項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容E1（V）E2（V）I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(v)UCD(v)UAD(v)UEA(v)E1單獨(dú)作用E2單獨(dú)作用E1與E2共同作用E1/2單獨(dú)作用E2/2單獨(dú)作用E1/2與E2/2共同作用2E2單獨(dú)作用五、討論與思考1、疊加原理中E1、E2分別單獨(dú)作用，在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)如何操作？可否直接將不作用的電源（E1或E2）去掉？2、若將E2改為電流源，則如何驗(yàn)證疊加原理？3、實(shí)驗(yàn)電路中，若在線路中接入二極管，試問疊加原理與比例性還成立嗎？為何？六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證線性電路的疊加性與比例性（齊次性）。2、各電阻所消耗的功率是否符合疊加原理？試通過計(jì)算來回答。3、通過實(shí)驗(yàn)步驟7及分析表格中數(shù)據(jù)，你能得出什么樣結(jié)論？實(shí)驗(yàn)四 戴維南定理的驗(yàn)證一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證戴維南定理，掌握線性等效網(wǎng)絡(luò)電路參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法。二、實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)方法 1、等效電源定理 等效電源定理是電路理論中非常重要的定理，它包括戴維南定理和諾頓定理。任何一個(gè)線性含源網(wǎng)絡(luò)，如果只研究其中一條支路的電壓和電流，則可將電路的其余部分看成是一個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)（即一端口網(wǎng)絡(luò)）。 戴維南定理是指任何一個(gè)線性含源二端網(wǎng)絡(luò)，總可以用一個(gè)電壓源與電阻串聯(lián)的支路來代替。電壓源的電動(dòng)勢(shì)Es等于該網(wǎng)絡(luò)的開路電壓Uoc，而電阻Ro等于該網(wǎng)絡(luò)所有獨(dú)立電源為置零（但其內(nèi)阻保留）時(shí)的端口等效電阻。 諾頓定理是指任何一個(gè)線性含源二端網(wǎng)絡(luò)，總可以用一個(gè)電流源與電阻并聯(lián)組合來代替，此電流源的電流Is等于該網(wǎng)絡(luò)的短路電流Isc，其電阻Ro定義同戴維南定理。 圖1-7-1 線性含源網(wǎng)絡(luò)的戴維南定理和諾頓定理 2、有源二端等效參數(shù)的測(cè)量方法 （1）開路電壓Uoc、短路電流Isc測(cè)Ro 在有源二端網(wǎng)絡(luò)輸出端開路時(shí)，用電壓表直接測(cè)量其輸出端的開路電壓Uoc，然后再將其輸出短路，用電流表測(cè)其短路電流Isc，則內(nèi)阻 RoUoc/Isc （1-7-1） 注意：如果二端網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)阻很小，將其輸出端口短路，則易損壞其內(nèi)部元件，因此常不采用。（2）伏安法測(cè)量Ro 用電壓表、電流表測(cè)出有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性如圖1-7-2所示。根據(jù)外特性曲線求出斜率tg，則內(nèi)阻 Ro=tg=U/I= Uoc/Isc （1-7-2） 也可以先測(cè)量開路電壓Uoc,再測(cè)量電流為為額定值IN時(shí)的輸出端電壓值UN，則內(nèi)阻為 Ro（UocUN）/IN （1-7-3）圖1-7-2 伏安法測(cè)量等效內(nèi)阻 圖1-7-3 半電壓法測(cè)量等效內(nèi)阻（3）半電壓法測(cè)量Ro如圖1-7-3所示，當(dāng)負(fù)載RL上電壓為被測(cè)網(wǎng)絡(luò)開路電壓一半時(shí)，負(fù)載電阻（可由電阻箱的讀數(shù)確定，也可以用萬用表測(cè)得）即為被測(cè)有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻值。（4）二次電壓法測(cè)量Ro 用電壓表測(cè)出有源二端網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載電壓UL，其計(jì)算公式為 Ro（Uoc/UL 1 ）RL （1-7-4）其中Uoc為輸出端的開路電壓，RL為負(fù)載電阻。（5）零示法測(cè)開路電壓Uoc 在測(cè)量具有高內(nèi)阻有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓時(shí)，用電壓表進(jìn)行直接測(cè)量會(huì)造成較大的誤差，為了消除電壓表內(nèi)阻的影響，往往采用零示測(cè)量法，如圖1-7-5所示。 零示法測(cè)量原理是一低內(nèi)阻的穩(wěn)壓電源與被測(cè)有源二端網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較，當(dāng)穩(wěn)壓電源輸出電壓與有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓相等時(shí)，電壓表的讀數(shù)將為“0”，然后將電路斷開，測(cè)量此時(shí)穩(wěn)壓電源的輸出電壓，即為被測(cè)有源網(wǎng)絡(luò)的開路電壓。圖1-7-4 二次電壓法測(cè)量等效內(nèi)阻 圖1-7-5 零示法測(cè)開路電壓Uoc三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟被測(cè)有源二端網(wǎng)絡(luò)圖1-7-6(a) 所示 (a) (b)圖1-7-6 戴維南定理實(shí)驗(yàn)線路1、用開路電壓與短路電流法測(cè)戴維南等效電路的Uoc和Ro 。按圖1-7-6測(cè)量開路電壓Uoc、短路電流Isc，并計(jì)算出Ro 。Uoc（V）Isc（mA）Ro()2、負(fù)載外特性按圖1-7-6(a)線路改變RL阻值，測(cè)量有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性。RL（）U(V)I(mA)3、驗(yàn)證戴維南定理按圖1-7-6(b)線路，用一只1K的電位器（或利用固定電阻串并聯(lián)方法），將其電阻值調(diào)整到等于所測(cè)到等效電阻Ro，然后與調(diào)定的電壓源Uoc相串聯(lián)，構(gòu)成如圖1-7-6(b) 線路，仿照步驟測(cè)其外特性，記錄所測(cè)數(shù)據(jù)并驗(yàn)證定理的正確性，分析誤差原因。RL（）U(V)I(mA)4、驗(yàn)證諾頓定理按圖1-7-7線路，驗(yàn)證諾頓定理，實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)表格自擬。圖1-7-7 驗(yàn)證諾頓定理實(shí)驗(yàn)線路5、二次電壓法和零示法測(cè)量被網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻Ro及其開路電壓Uoc，實(shí)驗(yàn)線路及數(shù)據(jù)表格自擬。（提高性實(shí)驗(yàn)）四、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、測(cè)量時(shí)注意電流量程的更換。2、電壓源置零時(shí)不可將穩(wěn)壓源短接。3、用萬電表測(cè)量Ro時(shí)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的獨(dú)立源必須先置零，以免損壞萬用表，其次，歐姆表必須經(jīng)條零后在進(jìn)行測(cè)量。4、改接線路時(shí)，要關(guān)閉電源。五、討論與思考1、在求戴維南等效電路時(shí)，作短路實(shí)驗(yàn)，測(cè)Isc的條件是什么？在本實(shí)驗(yàn)線路可否直接做短路實(shí)驗(yàn)？2、對(duì)測(cè)量有源二端網(wǎng)絡(luò)開路電壓及其等效內(nèi)阻的幾種方法進(jìn)行比較，說明它們的優(yōu)缺點(diǎn)。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、整理、歸納、總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2、提出實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法。實(shí)驗(yàn)五 RC一階電路響應(yīng)測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定RC一階電路的零輸入響應(yīng)，零狀態(tài)況響應(yīng)及完全響應(yīng)。2掌握電路時(shí)間常數(shù)的測(cè)定方法。3了解有關(guān)微分電路和積分電路的概念。4進(jìn)一步學(xué)會(huì)用示波器測(cè)繪圖形。二、實(shí)驗(yàn)方案與原理說明1動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的過渡過程是十分短暫的單次變化過程，對(duì)時(shí)間常數(shù)較大的電路，可用慢掃描長(zhǎng)余輝示波器觀察光點(diǎn)移動(dòng)的軌跡。然而能用一般的雙蹤示波器觀察過渡過程和測(cè)量有關(guān)的參數(shù)，必須使這種單次變化的過程重復(fù)出現(xiàn)。為此，我們利用信號(hào)發(fā)生器輸出的方法來模擬階躍激勵(lì)信號(hào)，即令方波輸出的上升沿作為零狀態(tài)響應(yīng)的正階躍激勵(lì)信號(hào)：方波下降沿作為零輸入響應(yīng)的負(fù)階躍激勵(lì)信號(hào)，只要選擇方波的重復(fù)周期遠(yuǎn)大于電路的時(shí)間常數(shù)，電路在這樣的方波序列脈沖信號(hào)的激勵(lì)下，它的影響和直流電源接通與斷開的過渡過程是基本相同的。2RC一階電路的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)分別按指數(shù)規(guī)律衰減和增長(zhǎng)，其變化的快慢決定于電路的時(shí)間常數(shù)。3時(shí)間常數(shù)的測(cè)定方法圖1-9-1(a)所示電路用示波器測(cè)得零輸入響應(yīng)的波形如圖1-9-1(b)所示。根據(jù)一階微分方程的求解得知 （1-9-1）當(dāng)t=時(shí)，Uc()=0.368E ，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就等于。亦可用零狀態(tài)響應(yīng)波形增長(zhǎng)到0.632E所對(duì)應(yīng)的時(shí)間測(cè)得，如圖1-9-1（c）所示。圖1-9-1 一階時(shí)間常數(shù)的測(cè)定方法4微分電路和積分電路是RC一階電路中較典型的電路，它對(duì)電路元件參數(shù)和輸入信號(hào)的周期有著特定的要求。一個(gè)簡(jiǎn)單的RC串聯(lián)的電路，在方波序列脈沖的重復(fù)激勵(lì)下，當(dāng)滿足 （T為方波脈沖的重復(fù)周期） （1-9-2） 時(shí)，且由R端作為響應(yīng)輸出，如圖1-9-2(a)所示。這就構(gòu)成了一個(gè)微分電路，因?yàn)榇藭r(shí)電路的輸出信號(hào)電壓與輸入信號(hào)電壓的微分成正比。(b) 圖1-9-2 RC微分電路和積分電路若將圖9-2(a)中的R與C位置調(diào)換一下，即由C端作為響應(yīng)輸出，且當(dāng)電路參數(shù)的選擇滿足 （1-9-3） 條件時(shí)，如圖1-9-2(b)所示即構(gòu)成積分電路，因?yàn)殡娐返妮敵鲂盘?hào)電壓與輸入信號(hào)電壓的積分成正比。從輸出波形看，上述兩個(gè)電路均起著波形變換的作用，請(qǐng)?jiān)趯?shí)驗(yàn)過程中仔細(xì)觀察與記錄。5實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)名 稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注1函數(shù)信號(hào)發(fā)生器12電路實(shí)驗(yàn)箱3雙蹤示波器14一階實(shí)驗(yàn)線路板1三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)線路板的結(jié)構(gòu)如圖1-9-3所示，認(rèn)請(qǐng)R、C元件的布局及其標(biāo)稱值，各開關(guān)的通斷位置等等。1選擇動(dòng)態(tài)線路板上R、C元件，令（1）R=10K，C=3300Pf組成如圖1-9-1(a)所示的RC充放電電路，E為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出，取Um=3V,f=1KHz的方波電壓信號(hào)，并通過兩根同軸電纜線，將激勵(lì)源u和響應(yīng)uc的信號(hào)分別連至示波器的兩個(gè)輸入口YA和YB，這時(shí)可在示波器的屏幕上觀察到激勵(lì)與響應(yīng)的變化規(guī)律，求測(cè)時(shí)間常數(shù)，并描繪及u及uc波形。稍改變電容值或電阻值，定性觀察對(duì)響應(yīng)的影響，記錄觀察到的現(xiàn)象。（2）令R=10K，C=0.01f，觀察并描繪響應(yīng)波形，繼續(xù)增大C之值，定性觀察對(duì)響應(yīng)的影響。2選擇動(dòng)態(tài)板上R、C元件，組成如圖1-9-2(a)所示微分電路，令C=0.01f，R=1K。在同樣的方波激勵(lì)信號(hào)（Um=3V,f=1KHz）作用下，觀測(cè)并描繪激勵(lì)與響應(yīng)的波形。增減R之值，定性觀察對(duì)響應(yīng)的影響，并作記錄，當(dāng)R增至10M，輸入輸出波形有何本質(zhì)上的區(qū)別？四、討論與思考1什么樣的電信號(hào)可作為RC一階電路零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的激勵(lì)信號(hào)？2已知RC一階電路R=10K，C=0.01f，試計(jì)算時(shí)間常數(shù)，并根據(jù)值的物理意義，擬定測(cè)定的方案。3何謂積分電路和微分電路，它們必須具備什么條件？它們?cè)诜讲ㄐ蛄忻}沖的激勵(lì)下，其輸出信號(hào)波形的變化規(guī)律如何？這兩種電路有何功用？五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果，在方格紙上繪出RC一階電路充放電時(shí)uc的變化曲線，由曲線測(cè)得值，并與參數(shù)值的計(jì)算結(jié)果作比較，分析誤差原因。2根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果，歸納、總結(jié)積分電路和微分電路的形成條件，闡明波形變換的特征。3心得體會(huì)及其他圖1-9-3 一階、二階實(shí)驗(yàn)線路板實(shí)驗(yàn)六 諧振電路的研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)測(cè)量RLC串聯(lián)諧振電路的幅頻特性；2通過測(cè)量幅頻特性曲線，加深理解電路的“選頻”特性；加深理解品質(zhì)因數(shù)Q的意義。二、實(shí)驗(yàn)原理及方法、在圖1-11-1 所示串聯(lián)電路，外加正弦電壓us ，電路產(chǎn)生正弦電流i。電感L兩端的正弦電壓uL 超前電流i 90º，而電容C兩端的正弦電壓uc落后電流I 90º。，所以u(píng)L和uc的相位差為180º，它們有互抵減的作用。當(dāng)uL和uc兩正弦電壓幅度相等時(shí)，它們就相互抵消為零，外加電壓us全部加到電阻上，電流為最大。這時(shí)電路達(dá)到串聯(lián)諧振狀態(tài)。 圖1-11-1 RLC串聯(lián)電路RLC串聯(lián)諧振的頻域阻抗為： （1-11-1） 當(dāng)電抗為零時(shí)，上式為： （1-11-2） 電路發(fā)生串聯(lián)諧振，電流最大，阻抗變成純電阻。諧振角頻率用0 表示，頻率用f0 表示。從（1-11-2）式可求出諧振角頻率和頻率為： 和 （1-11-3）阻抗的模值為： （1-11-4） 由此可見，在諧振時(shí)，阻抗等于純電阻R（最小）。當(dāng)頻率低于諧振頻率時(shí)，阻抗呈現(xiàn)容性，模值增大；當(dāng)頻率高于諧振頻率時(shí)，阻抗呈現(xiàn)感性，模值也增大。 在諧振時(shí)，由于電流最大，L和C上的端電壓大小相等并相互抵消，但是各自的電壓值卻是很大的。特別是當(dāng)電路有效電阻R很小時(shí)，L和C上的諧振電壓可能是外加電壓Us的很多倍。因此，串聯(lián)諧振也稱為電壓諧振，可利用這一諧振特性，從眾多頻率不同的信號(hào)中選出頻率為f0的信號(hào)。電路有效電阻R越小，L和C上的諧振電壓ULO、UCO與外加電壓Us的比值越大，電路的選頻性能越好。于是將這個(gè)電壓比定義為諧振回路的品質(zhì)因數(shù)Q： （1-11-5）或 （1-11-6）電流隨角頻率的變化關(guān)系咳由下面的式子表示： （1-11-7） 代入和得出： （1-11-8）其模值表達(dá)式為 （1-11-9）據(jù)此，可畫出如圖1-11-2所示的諧振幅頻特性曲線。 圖1-11-2 諧振曲線從諧振特性曲線可見，頻率偏離諧振點(diǎn)時(shí)，電流要下降。曲線下降到0.707處的頻率稱為“半功率”頻率或“-3dB”頻率。半功率頻率顯然有兩個(gè)。設(shè)上半功率頻率為2，下半功率頻率為1，2，-1或者f2-f1稱為電路的通頻帶寬度。觀察（1-11-9）式，當(dāng) =1或=2時(shí)，有 或 （1-11-10） 因而有 （1-11-11） （1-11-12）由于 =1和=2只能取正值，且2大于1，所以 （1-11-13） 即 （1-11-14）這是品質(zhì)因數(shù)的又一表達(dá)式。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器2、 晶體毫伏表3、 實(shí)驗(yàn)電路元器件或?qū)嶒?yàn)箱四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟按圖1-11-3所示連接電路，調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器使輸出正弦電壓為1V（rms）。 圖1-11-3 實(shí)驗(yàn)電路 注意：晶體毫伏表測(cè)量R的電壓，不是直接測(cè)量電路電流，例如，當(dāng)測(cè)得R電壓為1mV時(shí)，就可知道電流為0.1mA。保持輸出正弦電壓為為某一值，改變正弦信號(hào)的頻率值，測(cè)量出電流隨頻率變化的數(shù)據(jù)，記錄在表1-11-1中，并填寫表1-11-1中有關(guān)項(xiàng)。 2、根據(jù)表中數(shù)據(jù)畫出諧振頻率特性的歸一化曲線，即曲線坐標(biāo)I/I0表示，橫坐標(biāo)用/0表示，如圖1-11-3所以。表1-11-112345678910111213頻率f（Hz）2f1f0f220電流I（mA）I1I2/01/02/0I/I00.7070.7073用公式（1-11-14）計(jì)算出品質(zhì)因數(shù)Q和諧振電壓UL0、UC0 。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)每次改變信號(hào)源的頻率，都應(yīng)保持輸出信號(hào)電壓的為1V。在測(cè)量確定f1 、f0和f2 3點(diǎn)頻率時(shí)，必須反復(fù)、細(xì)致測(cè)量才能找出正確的數(shù)值。在諧振點(diǎn)附近應(yīng)多測(cè)量幾點(diǎn)。六、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)與思考1、圖1-11-2所示諧振曲線的縱坐標(biāo)是I/I0，橫坐標(biāo)是/0。而不是直接用I和做坐標(biāo)，這有什么好處？畫頻率特性曲線還有一種更合理的坐標(biāo)是什么？2、根據(jù)用0.707帶寬表示的Q的表達(dá)式（1-11-14）畫出3條不同Q值的諧振曲線。3、諧振電路中的有效電阻包括哪些損耗電阻？六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求較正確地測(cè)出f1 、f0和f2 3點(diǎn)頻率。將測(cè)出的振幅頻率用表格表示。根據(jù)表1-11-1所示數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上畫出諧振曲線特性的歸一化曲線。計(jì)算出Q值和電容、電感上的諧振電壓?；卮痤A(yù)習(xí)與思考題并提出實(shí)驗(yàn)中的問題。