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1、学号 1128401122 姓名 王志伟 专业 电子科学与技术 实验一：戴维南定理一实验目的。1.深刻理解和掌握戴维南定理。2.掌握测量等效电路参数的方法。3.初步掌握Multisim软件绘制电路原理图。4.初步掌握Multisim软件中的Multimeter、Voltmeter、Ammeter、等仪表的使用以及DC Operating Point、Parameter Sweep等SPICE仿真分析法。5.掌握电路板的焊接技术以及直流电源、万用表等仪器仪表的使用。6.初步掌握Origin绘图软件的应用。二实验原理。一个含独立源、线性电阻和受控源的一端口网络，对外电路来说，可以用一个电压源和电阻
2、的串联组合等效置换，其等效电压源的电压等于该一端口网络的开路电压，其等效电阻等于将该一端口网络中所有独立源都置为零后的输入电阻，这一定理称为戴维南定理。三实验内容。1.测量电阻的实际值，将结果填入下表 。器件123112233阻值（单位）1.8k2202702.19k2703282.Multisim仿真。（1）、创建电路：从元器件库中选择电压源、电阻，创建如下所示电路，同时接入万用表；（2）用万用表测量端口的开路电压和短路电流，并计算等效阻值；Uoc=2.607V，Is=10.428mA，Req=250.0（3）用万用表的档测量等效电阻，与（）所得结果比较；Req（测）=250.015，Req
3、（测）（计算）（4）根据开路电压和等效电阻创建等效电路；仿真等效电路（5）根据参数扫描法（对负载电阻参数扫描）测量原电路及等效电路的外特性，观测DC Operating Point，将测量结果填入表中。在通用电路板上焊接实验电路并测试等效电压和等效电阻，测量结果填入下表；等效电压2.61V等效电阻0 258（6）在通用电路板上焊接戴维南等效电路；测量原电路和戴维南等效电路的外特性，测量结果填入表中，验证戴维南定理。负载电阻（）负载电压（V）负载电流（mA）Multisim实验板Multisim实验板原电路等效电路原电路等效电路原电路等效电路原电路等效电路3001.422051.422011.4
4、161.4154.740174.740044.704.696001.840321.840251.8301.8313.067203.067093.0633.059002.040302.040222.0402.0402.267002.268912.242.2512002.157612.157512.162.161.798011.797931.781.7915002.234722.236622.232.241.489821.489751.481.4818002.289232.289122.282.291.271791.271731.261.2721002.329772.329662.332.331.
5、109421.109361.101.1024002.361282.361162.352.370.983860.983820.970.9827002.386142.386022.382.390.883760.883710.870.8830002.406562.406442.402.410.802160.802150.790.80四，实验结论。1.首先由计算所得的等效电压和等效电阻与电表测得实验板电路的等效电压等效电阻进行比较可得，它们的数值相差不大，基本相等。2.由Multisim画出的电路图分别测出的原电路和等效电路中负载的电压和电流，负载电阻在一定的范围内变化，用仿真软件分别画出电压和电流随
6、电阻变化的曲线，如上图所示，由原电路的仿真图和等效电路的仿真图相重合，可以证明戴维南定理。3.实验电路板分别用电表测量原电路和等效电路负载的电压和电流，负载电阻在一定的范围内变化，将数据输入Origin软件，画出电压和电流随电阻变化的曲线，同样将原电路所做的图与等效电路进行比较，也是近似重合，由此可以验证戴维南定理。五，实验思考题。1.为何开路电压理论值和实际测量值一样，而短路电流却不一样。答：电路开路时的等效电阻约为250欧姆，电压表的内阻远远大于等效电阻，可以忽略影响，视为理想电压表，所测电压即为开路电压；而电流表串入电路时，电流表内阻与等效电阻相比不可忽略，致使所测电流比实际值偏小。2.
7、本实验原理图是按照安培表外接法绘制的，考虑安培表外接和内接对本实验有何差别。答：因为本实验中电压表可以视为理想的，安培表外接时所测的电流值偏小；安培表内接时测得电流值为真实电流值。实验二：二阶电路的动态响应一实验目的。深刻理解和掌握零输入响应、零状态响应及完全响应；深刻理解欠阻尼、临界、过阻尼的意义研究电路元件参数对二阶电路动态响应的影响。掌握用Multisim软件绘制电路原理图掌握Multisim软件中的Transient Analysis等SPICE仿真分析方法。掌握Multisim软件中函数发生器、示波器和波特图仪Bode polotter的使用方法。二、实验原理图2.5.1 RLC串联
8、二阶电路用二阶微分方程描述的动态电路称为二阶电路。图2.5.1所示的线性RLC串联电路是一个典型的二阶电路。可以用下述二阶线性常系数微分方程来描述： （2-5-1） 初始值为 求解该微分方程，可以得到电容上的电压uc(t)。再根据： 可求得ic(t)，即回路电流iL(t)。式（2-5-1）的特征方程为： 特征值为： (2-5-2) 定义：衰减系数（阻尼系数）自由振荡角频率（固有频率）由式2-5-2 可知，RLC串联电路的响应类型与元件参数有关。1 零输入响应动态电路在没有外施激励时，由动态元件的初始储能引起的响应，称为零输入响应。 电路如图2.5.2所示，设电容已经充电，其电压为U0，电感的初
9、始电流为0。(1) ，响应是非振荡性的，称为过阻尼情况。电路响应为： 响应曲线如图2.5.3所示。可以看出：uC(t)由两个单调下降的指数函数组成，为非振荡的过渡过程。整个放电过程中电流为正值， 且当时，电流有极大值。（2），响应临界振荡，称为临界阻尼情况。电路响应为 t0响应曲线如图2.5.4所示。图2.5.4 二阶电路的临界阻尼过程(3) ，响应是振荡性的，称为欠阻尼情况。 电路响应为t0 其中衰减振荡角频率 ， 响应曲线如图2.5.5所示。 图2.5.5 二阶电路的欠阻尼过程图 2.5.6 二阶电路的无阻尼过程（4）当R时，响应是等幅振荡性的，称为无阻尼情况。电路响应为响应曲线如图2.5
10、.6所示。理想情况下，电压、电流是一组相位互差90度的曲线，由于无能耗，所以为等幅振荡。等幅振荡角频率即为自由振荡角频率，注：在无源网络中，由于有导线、电感的直流电阻和电容器的介质损耗存在，R不可能为零,故实验中不可能出现等幅振荡。2 零状态响应动态电路的初始储能为零，由外施激励引起的电路响应，称为零输入响应。根据方程6-1，电路零状态响应的表达式为：与零输入响应相类似，电压、电流的变化规律取决于电路结构、电路参数，可以分为过阻尼、欠阻尼、临界阻尼等三种充电过程。3状态轨迹对于图2.5.1所示电路，也可以用两个一阶方程的联立（即状态方程）来求解： 初始值为 其中，和为状态变量，对于所有t0的不
11、同时刻，由状态变量在状态平面上所确定的点的集合，就叫做状态轨迹。3 实验报告。临界阻尼时的电阻理论值：=13481. Multisim仿真（1） 从元器件库中选择可变电阻、电容、电感，创建如图所示电路（2） 设置L=10mH C=22nF,电容初始电压为5V，电源电压为10V。利用Transient Analysis观测出电容两端的电压。结果如图所示：（3） 用Multisim瞬态分析仿真零输入响应（改变电阻参数欠阻尼、零界、过阻尼三种情况）；在同一张图中画出相应曲线。（绿色为欠阻尼100，红色为临界阻尼1348，蓝色为过阻尼2000）（4） 用Multisim瞬态分析仿真完全响应（欠阻尼、临
12、界阻尼、过阻尼三种情况）；在同一张图中画出三条曲线。（绿色为欠阻尼100，红色为临界阻尼1348，蓝色为过阻尼2000）（5） 利用Multisim中函数发生器、示波器和波特图仪Bode polotter 创建如图的电路观测各种响应。信号发生器设置：正弦波、频率1kHz、幅度5V、偏置0V。R=100时2. 在电路板上按图所示焊接电路（R1=100, L=10mH C=44nF）；3. 调节可变电阻器R2之值，观察二阶电路的零输入响应和零状态响应由过阻尼过渡到临界阻尼，最后过渡到欠阻尼的变化过渡过程，分别定性地描绘、记录响应的典型变化波形。如图表2-5-1 二阶电路动态响应的波形数据零输入响应
13、波形过阻尼r2=1150-100（）临界阻尼r2=923-100（）欠阻尼r2=200-100（）零状态响应波形表2-5-2 欠阻尼响应波形数据波形RLC振荡周期Td第一波峰峰值h1第二波峰峰值h2100.310mh47nf138us280mv48mv理论值测量值衰减振荡角频率d（rad/s）4.585*1044.553*104衰减系数5*1035.550*1035 实验结论。1，由仿真和实测数据可知，当C，L参数不变，改变电阻的值，电路将呈现出不同的响应曲线。(1) ，响应是非振荡性的，为过阻尼情况。（2），响应临界振荡，为临界阻尼情况(3) ，响应是振荡性的，为欠阻尼情况。由于电感上有电阻，而且滑动变阻器的调节不是很准确，临界条件的波形很难确定。在欠阻尼情况下改变R的值当其由小变大，所测得的衰减系数和衰减震荡角频率都会变小，所得波形振荡也相对减小。2，电路元件参数对二阶电路动态响应的影响 （1）随着R2不断增大，由欠阻尼过渡到临界阻尼最后过渡到过阻尼状态。（2）减小L的值，相同的时间内振荡次数增加，即振荡频率变大。3
