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1、.电路实验实验报告第二次实验实验名称： 弱电实验院系：信息科学与工程学院专业：信息工程姓名：学号：实验时间：年月日.实验一： PocketLab 的使用、电子元器件特性测试和基尔霍夫定理一、仿真实验1. 电容伏安特性实验电路：图 1-1 电容伏安特性实验电路波形图：.图 1-2电容电压电流波形图思考题：请根据测试波形，读取电容上电压，电流摆幅，验证电容的伏安特性表达式。解： UC164 cos wt164 cos wt mV ，U R1000 cos wt1000 sin wt mV ， T500us ；2I CI RU R24000 ；R0.213sin wt mA ， wT而 C duC0
2、.206 sin wt mAdtI CC duC 且误差较小，即可验证电容的伏安特性表达式。dt2. 电感伏安特性实验电路：图1-3电感伏安特性实验电路波形图：.图 1-4电感电压电流波形图思考题：1. 比较图 1-2 和 1-4 ，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。2. 请根据测试波形，读取电感上电压、电流摆幅，验证电感的伏安特性表达式。解：UL2.8cos wt mV ， U R 1000 cos wt1000 sin wt mV ， T500us ；2IL IRU R0.
3、213sin wt mA ， w2；R4000T而 L di L2.7 cos wt mVdtU LL di L且误差较小，即可验证电感的伏安特性表达式。dt二、硬件实验1. 恒压源特性验证表 1-1不同电阻负载时电压源输出电压电阻 k0.11101001000电源电压（ V）4.924.984.994.994.992. 电容的伏安特性测量.图 1-5电容电压电流波形图3. 电感的伏安特性测量图 1-6电感电压电流波形图.4. 基尔霍夫定律验证表 1-2基尔霍夫验证电路待测值I1I2I3VB计算值0.366mA0.978mA1.344mA1.34V测量值0.364mA0.975mA1.35mA
4、1.35V相对误差 ( 10 3)5.463.074.467.46思考题：1. 根据实验数据，选定节点，验证KCL的正确性。对于 B 点， I1 I 2 0.3640.975 1.339( A)I 3 I 1 I 2 近似满足，验证的KCL的正确性。2. 验证 KVL表 1-3验证 KVL节点98计算值2.32V0.77V测量值2.32V0.77V相对误差00对于节点 5、 9、 8、 0构成的回路：U 594.992.322.67(V ) ， U 98 2.320.77 1.55(V ) ， U 800.77 0 0.77(V )U 504.9904.99(V )U 50U 59U 98U
5、80即验证了KVL的正确性。实验二：电路定律的验证和受控源仿真预习题：1. 根据实验一中电阻的伏安特性测量方法，请自行设计实验方法，绘制二极管的伏安特性曲线，了解其工作性能。.图 2-1二极管伏安特性曲线2.请运用戴维宁定理，计算图2-14电路的 Rload ， Req和Veq，填入表 2-3 。3.（补充）采用PocketLab的 math 功能，直接获得二极管的伏安特性曲线。图 2-2二极管伏安特性曲线硬件实验一：叠加定理验证表 2-1 验证叠加定理.实验内容I1 mAI 2 mAI 3 mAVB V测量项目V1 单独作用1.14-0.1031.031.03V2 单独作用-0.1550.4
6、680.310.31V1 、 V2 共同作用0.980.3651.341.34表2-2验证叠加定理（二极管）实验内容测量项目V1 单独作用V2 单独作用V1 、 V2 共同作用I1 mAI 2 mAI 3 mAVB V2.794-0.2542.542.5400.460.460.462.3070.2432.552.55思考题：1. 根据实验数据，验证线性电路的叠加性。纯电阻电路为线性电路。由表 2-1 ，可以看出，每纵列的数据，第一行的数加上第二行的数等于第三行的数，即 V1 、 V2 共同作用的效果和 V1 ， V2 单独作用效果的叠加结果一样，即验证了线性电路的叠加性。2. 通过实验步骤 5
7、及分析表格中数据你能得出什么结论？将 R5 换成二极管后， 得到表 2-2 实验结果，分析表 2-2 数据发现不再有表 2-1 数据的规律，即不满足叠加性，因此判断，二极管不是线性元件，此电路不是线性电路。硬件实验二：戴维宁定理验证表 2-3测试等效电路的Veq 和 I SCI SC (mA)Veq (V )ReqRload计算值N.C3.585/6k1k测量值4.253.550.83k0.99k表 2-4验证戴维宁定理I R2 ( mA)Veq (V ).原始电路0.941.88等效电路0.931.86思考题：请自行选定除开路电压、短路电流法之外的一种测有源二端网络开路电压及等效内阻的方法，
8、设计实验过程对上面的电路测定，给出实验方法和测试结果。答：用电压源代替内阻 R2 ，改变电压源电压大小，测多组端口电压和电流的数据，做出伏安特性曲线图。则 I 0时的电压值即为开路电压，直线斜率的倒数即为等效内阻。硬件实验三：采用运放测试电压控制电流源（VCCS）特性1. 测试 VCCS的转移特性 i 2f U 1表 2-6 VCCS 的转移特性数据U1 /V00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0I 2 / mA00.020.040.060.080.100.120.140.160.180.20VCCS转移特性曲线0.250.2A0.15/2系列1I0.10.05000.
9、511.522.5U1/V图2-3 VCCS 转移特性曲线转移参量 = I210 kU 12. 测试 VCCS的负载特性 i 2f RL表 2-7 VCCS 的负载特性数据.RL / k4720104.73210.20.1I 2 / mA0.070.1390.2070.2090.20.20.20.20.2VCVS负载特性曲线0.250.2A0.15m/系列12I0.10.05001020304050RL/千欧图 2-4 VCCS 负载特性曲线实验三：一阶电路的时域分析一、仿真实验1. 电容特性实验任务 1图 3-1电容电阻电压波形图解释：.电阻的电压电流关系为：uiR ，所以电阻的电压波形仍为
10、方波；电容的电压电流关系为：1tuC t uC t0i t dt ，所以Ct01000t,0t10msuC tV10, t10ms实验任务 2电容中的能量 WC t12ms ：WC t 12ms1CU2 11106102510 5J22电流源提供的能量WI0 12ms :11030.014 JWI 0 12msIUI U CU R1000t 5 dt 1 100请解释 WC 和 WI 之间为什么会存在差异：答： WI 包含了 WC 和 WR 两部分，电阻以热量形式消耗电流源的能量，而电容储存能量，即WIWCWR。实验任务 3图 3-2 电容电阻电压波形图（2）.波形变化：电容电压变化率变为原来
11、的二分之一，10ms时达到的稳定值也是原来的一半。解释： 两个相同的电容并联， 等效阻抗变为原来两倍， 则电压变化率和电压的值均变为原来一半。2. 电感特性实验任务 1图 3-3电感中电流波形图解释：电感的电流电压关系为：1tuLt dt ，所以i L t iL t0Lt 010t ,0t15msiL tA0.1, t15ms电感中的能量Wc（ t=15ms）：1LI21103100 10325 104JWL t 15ms10022电压源提供的能量Wv（ 015ms）：WV0 15ms0 .0110tdt 510 4J10实验任务 2.图3-4 电感中电流波形图（ 2）注：图中流过两电感的电流
12、相等，因此两曲线重合，其和为干路电流。波形变化：电感电流变化率变为原来的两倍，15ms时达到的稳定值也是原来的两倍。解释： 两个相同的电感并联， 等效阻抗变为原来一半， 则电流变化率和电流的值均变为原来两倍。实验任务 3图 3-5 电感电流及节点2电压波形计算得到的电感电流的响应：.I 0I 00 AI0.1AI 0t 0.01s0.11e 100 tI t0.01s0.11e 1I0.1AI t0.01s0.11e 1 e1 100t即 I0.11e100t ,0t0.010.11e1e1 100t, tA0.01二、硬件实验1. 硬件实验一实验任务 1示波器截图（ 100Hz）：图3-6电
13、容上电压（ 100Hz）实验任务 2示波器截图（ 1kHz）：.图 3-7电容上电压（ 1kHz）示波器截图（ 5kHz）：图 3-8电容上电压（ 5kHz）.思考：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？若要作为积分器使用，如图所示电路的RC时间常数需要满足什么条件？答：时间常数越大， 输出响应的幅度越小， 电容充电来不及完成就开始放电； 时间常数越小，输出响应的幅度越大，但不超过峰峰值。若要作为积分器使用，需： 1. 保证电压变化周期与时间常数的适当比例，105较为合适，使得电容上的电压有较大变化； 2. 电路的 RC时间常数应远大于5ms（即方波的半个周期长度）
14、。2. 硬件实验二实验任务 1图 3-9电阻上电压波形图（100nF）功能：微分器解释：在一个周期中，经过一个高电平后，电路进入零输入响应状态，此时，由电容放电。电阻上电压变化情况与电路中电流变化情况相同，即电路中电流以指数形式衰减。实验任务 2示波器截图（ C1=10nF）：.图 3-10 电阻上电压波形图（ 10nF）功能：微分器，将方波信号转变为尖脉冲信号。思考：在输入方波频率和边沿时间一定的时候， 若输出响应只需要提取输入信号的边沿信息，则输出幅度与电路 RC时间常数的关系如何？答：电路RC常数越大，输出幅度越大。实验任务 3.图 3-11 电阻上电压波形图（ 10uF）功能：输出的波
15、形与输入的相同，即耦合。实验四： RLC电路的频率响应一、仿真实验1.RLC 串联电路实验任务 1.图 4-1 阻抗幅频特性和相频特性截图实验任务 2图 4-2 网络函数幅频特性和相频特性截图图中两光标间距即为 3dB 带宽。思考： R1 的值对网络函数的 3dB 带宽有什么影响？答： R1 增大，品质因数Q减小，网络函数的3dB 带宽增大。2.RLC 并联电路实验任务.图 4-3阻抗幅频特性截屏图中游标间距即为3dB带宽。图 4-4阻抗相频特性截图思考： R1 的值对输出电压的3dB 带宽有什么影响？答： R1 增大，品质因数Q增大，网络函数的3dB 带宽减小。二、硬件实验1.RLC 低通滤
16、波器实验任务 1.示波器截图 1（ f100Hz ）：图 4-5 输入输出波形（ 100Hz）示波器截图 2（输出幅度下降到输入幅值的0.707 倍）：图 4-6输入输出波形（输出幅度下降到输入幅值的0.707 倍）实验任务 2.图4-7幅频特性和相频特性曲线2.RLC 带通滤波器实验任务 1示波器截图 1（输出幅度最大） ：图 4-8示波器截图 2（输出幅度下降到最大输出幅度的0.707 倍，且相位超前） ：.图 4-9示波器截图 3（输出幅度下降到最大输出幅度的0.707 倍，且相位滞后） ：图 4-10实验任务 2.图 4-11幅频特性和相频特性曲线中心频率： 6310Hz峰值增益： 0.66-3dB 带宽： 0.95思考：根据讲义上图 4-10 所示的电路参数， 该滤波器峰值增益的理论值是多少？实际测试值和理论值之间的差异由什么原因导致的？答：该滤波器峰值增益的理论值应约为0.995 。但由于实验所用的电感不是理想电感，存在电阻， 所以实际测试值和理论值之间存在差异。.