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1、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： ， mVwtwtUCcos164cos164， ；R in020 usT50， ；AtIRCsi13.42而 mwtdtuin206.且误差较小，即可验证电容的伏安特性表达式。tIC2.电感伏安特性实验电路：图1-3
2、 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： ， ， ；mVwtULcos8.2 mVwtwtURsin102cos10usT50， ；AtRIin3.04T而 tdtiLcos7.2且误差较小，即可验证电感的伏安特性表达式。tiUL2、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 k0.1
3、 1 10 100 1000电源电压（V） 4.92 4.98 4.99 4.99 4.992.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 I1 I2 I3 BV计算值 0.366mA 0.978mA 1.344mA 1.34V测量值 0.364mA 0.975mA 1.35mA 1.35V相对误差 )10(35.46 3.07 4.46 7.46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， )(39.175.0364.21 AI近似满足，验证的 KCL 的正
4、确性。3I2.验证 KVL表1-3 验证 KVL节点 9 8计算值 2.32V 0.77V测量值 2.32V 0.77V相对误差 0 0对于节点5、9、8、0构成的回路：， ，)(67.23.4VU )(5.1732.98VU)(780VU950805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 mat
5、h 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 测量项目mAI1AI2mAI3VB单独作用1V1.14 -0.103 1.03 1.03单独作用2-0.155 0.468 0.31 0.31、 共同作用 0.98 0.365 1.34 1.34表2-2 验证叠加定理（二极管）实验内容 测量项目mAI1AI2mAI3VB单独作用1V2.794 -0.254 2.54 2.54单独作用20 0.46 0.46 0.46、 共同作用 2.307 0.243 2.55 2.55思考题：1.根据实验数据，验证线性电路的叠加性。纯
6、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 、 共同作用的效果和 ， 单独作用效果的叠加结果一样，1V21V2即验证了线性电路的叠加性。2.通过实验步骤5及分析表格中数据你能得出什么结论？将 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，R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 和eqVSCI)(mAISC)(eqeqRload计算值 N.C 3.58 5/6k 1k测量值 4.25 3.55 0.83k 0.99k表2-4
7、 验证戴维宁定理 )(2mAIR )(Veq原始电路 0.94 1.88等效电路 0.93 1.86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，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 ，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2R安特性曲线图。则 时的电压值即为开路电压，直线斜率的倒数即为等效内阻。0I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 12Ufi表2-6 VCCS 的转移特性数据VU/10 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1
8、.6 1.8 2.0mAI/20 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.200.510.250.511.522.5VCS转 移 特 性 曲 线U/VI/A 系 列 1图2-3 VCCS 转移特性曲线转移参量= kUI1022.测试 VCCS 的负载特性 LRfi2表2-7 VCCS 的负载特性数据kRL/47 20 10 4.7 3 2 1 0.2 0.1mAI/20.07 0.139 0.207 0.209 0.2 0.2 0.2 0.2 0.20.501.502.51020304050VCS负 载 特 性 曲 线RL/千 欧I/mA
9、系 列 1图2-4 VCCS 负载特性曲线实验三：一阶电路的时域分析1、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： ，所以电阻的电压波形仍为方波；iRu电容的电压电流关系为： ，所以tCdit01Vmsttu1,实验任务2电容中的能量 ：mstWC12 JUstC 526100电流源提供的能量 :sI12JdtmsWRCI 401.3 105120 请解释 和 之间为什么会存在差异：CI答： 包含了 和 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，IR即 。C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的二
10、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： ，所以tLLduti01AmsttiL15,.电感中的能量 Wc（t=15ms ）：JLImstWL 42332 10510115 电压源提供的能量 Wv（015ms）：JdtsV 401. 10550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
11、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： ttestIAt esI 1010.01.1.0即 Atet.,.102、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
12、，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） 。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
13、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：输出的波形与输入的相同，即耦合。实验四：RLC 电路的频率响应1、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： 的值对网络函数的3dB 带宽有什么影响？1R答： 增大，品质因数 Q 减小，网络函数的3dB 带宽增大。2.RLC
14、 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： 的值对输出电压的3dB 带宽有什么影响？1R答： 增大，品质因数 Q 增大，网络函数的3dB 带宽减小。2、硬件实验1.RLC 低通滤波器实验任务1示波器截图1（ ）：Hzf10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。
