电路实验指导书

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1、实验九RC 一阶电路的响应测试一、实验目的1. 测定 RC 一阶电路的零输入响应、零状态响应及完全响应。2. 学习电路时间常数的测量方法。3. 掌握有关微分电路和积分电路的概念。4. 进一步学会用示波器观测波形。二、原理说明1. 动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程。要用普通示波器观察过渡过程和测量有关的参数，就必须使这种单次变化的过程重复出现。为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；利用方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号。只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数 ，那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它

2、的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的。2. 图 9-1（b）所示的 RC 一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数 。3. 时间常数 的测定方法:用示波器测量零输入响应的波形如图 9-1(a)所示。根据一阶微分方程的求解得知 ucU me-t/RCU me-t/ 。当 t 时，Uc()0.368U m。此时所对应的时间就等于 。亦可用零状态响应波形增加到 0.632Um 所对应的时间测得，如图 9-1(c)所示。(a) 零输入响应 (b) RC 一阶电路 (c) 零状态响应图 9-14. 微分电路和积分电路是 RC 一阶电路中较典型

3、的电路， 它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。一个简单的 RC 串联电路， 在方波序列脉冲的重复激励下， 0.368 ttRCtt0.6320000+ cuuUm cucuuuUmUmUm当满足 RC ，则该 RC 电路称为积分电路。因为此时电路的2T的电容充放电过程缓慢，在信号的的半个周期已经结束时，充放电过程还没有结束，所以在大多数时间里 URU i，而输出信号电压 Uc 与输入信号电压 Ui 的积分成正比。利用积分电路可以将方波转变成三角波。从输入输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的作用，请在实验过程仔细观察与记录。三、实验设备序号 名 称 型号与规格 数量 备注1 函

4、数信号发生器 12 双踪示波器 1 3 动态电路实验板 1 DGJ-03四、实验内容实验线路板的器件组件，如图 9-3 所示，请认清 R、C 元件的布局及其标称值，各开关的通断位置等。1. 从电路板上选 R10K，C 6800PF 组成如图 9-1(b)所示的 RC 充放电电路。U i 为脉冲信号发生器输出的 Um3V 、f 1KHz 的方波电压信号，并通过两根同轴电缆线，将激励源 ui 和响应 uC 的信号分别连至示波器的两个输入口 YA 和 YB。这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律，请根据书上提供的实验办法测算出时间常数 ，并用方格纸按 1:1 的比例描绘波形。少量地改变电容

5、值或电阻值，定性地观察对响应的影响，记录观察到的现象。2. 令 R10K ，C 0.1F，观察并描绘响应的波形，继续增大 C 之值，定性地观察对响应的影响。以上积分电路根据选择的不同电容值和电阻值，共描绘三组激励与响应的波形。TRCR T/2i c R c cuu uiu3. 令 C0.01F，R1K，组成如图 9-2(a)所示的微分电路。在同样的方波激励信号（Um3V，f1KHz）作用下，观测并描绘激励与响应的波形。增减 R 之值，定性地观察对响应的影响，并作记录。当 R 增至 1M 时，分析输入输出波形有何本质上的区别？以上微分电路根据选择的不同电容值和电阻值，共描绘三组激励与响应的波形。

6、五、实验注意事项1. 调节电子仪器各旋钮时，动作不要过快、 图 9-3 动态电路、选频电路实验板过猛。实验前，需熟读双踪示波器的使用说明 书。观察双踪时，要特别注意相应开关、旋钮 的操作与调节。2. 信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起（称共地） ， 以防外界干扰而影响测量的准确性。3. 示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时，应将辉度调暗，以延长示波管的使用寿命。六、预习思考题1. 什么样的电信号可作为 RC 一阶电路零输入响应、 零状态响应和完全响应的激励源？2. 已知 RC 一阶电路 R10K，C0.1F，试计算时间常数 ，并根据 值的物理意义，拟定测量 的方案。3

7、. 何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？ 它们在方波序列脉冲的激励下，其输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功用？4. 预习要求：熟读仪器使用说明，回答上述问题，准备方格纸。七、实验报告1. 根据实验观测结果，在方格纸上绘出积分电路和微分电路的激励与响应的波形，并根据积分电路电容充放电时 uC 的变 化曲线，由曲线测得 值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。2. 根据描绘出的波形果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的特征。3. 心得体会及其他。100 1K 10K 1M1000p6800p0.01u0.1u10K 10mH4.7mH 0.1u0.01

8、u1000p30K10K实验十一R、L、C 元件阻抗特性的测定一、实验目的1. 验证电阻、感抗、容抗与频率的关系，测定 Rf、X Lf 及 Xc f 特性曲线。2. 加深理解 R、L、C 元件端电压与电流间的相位关系。二、原理说明1. 在正弦交变信号作用下，R、L、C 电路元件在电路中的抗流作用与信号的频率有关，它们的阻抗频率特性 Rf，X Lf ，Xcf 曲线如图 11-1 所示。2. 元件阻抗频率特性的测量电路如图 11-2 所示。图 11-1 图 11-2图中的 r 是提供测量回路电流用的标准小电阻，由于 r 的阻值远小于被测元件的阻抗值，因此可以认为 AB 之间的电压就是被测元件 R、

9、L 或 C 两端的电压，流过被测元件的电流则可由 r 两端的电压除以 r 所得。若用双踪示波器同时观察 r 与被测元件两端的电压， 亦就展现出被测元件两端的电压和流过该元件电流的波形，从而可在荧光屏上测出电压与电流的幅值及它们之间的相位差。将元件 R、L、C 串联或并联相接，亦可用同样的方法测得 Z 串 与 Z 并 的阻抗频率特性 Zf ，根据电压、电流的相位差可判断 Z 串 或 Z 并 是感性还是容性负载。元件的阻抗角（即相位差 ）随输入信号的频率变化而改变，将各个不同频率下的相位差画在以频率 f 为横坐标、阻抗角 为纵座标的座标纸上，并用光滑的曲线连接这些点，即得到阻抗角的频率特性曲线。

10、图 11-3用双踪示波器测量阻抗角的方法如图 11-3 所示。从荧光屏上数得一个周期占 n 格，相位差占 m 格，则实际的相位差 （阻抗角）为m （度） 。 n036三、实验设备图 14-3L CR51r uriRASBufiL iCiui占 m格 占 格nT tt 序号 名 称 型号与规格 数量 备 注1 函数信号发生器 12 交流毫伏表 0600V 13 双踪示波器 1 4 实验线路元件 R=1K，r=51,C=0.1F, L 约10mH 1 DGJ-05四、实验内容1. 测量 R、L、C 元件的阻抗频率特性通过电缆线将函数信号发生器输出的正弦信号接至如图 11-2 的电路，作为激励源 u

11、，并用交流毫伏表测量，使激励电压的有效值为 U3V ，并保持不变。使信号源的输出频率从 500Hz 逐渐增至 5KHz， 并使开关 S 分别接通 R、L、C 三个元件，用交流毫伏表测量 Ur，并计算各频率点时的 IR、I L 和 IC ( 即 Ur / r ) 以及R=U/IR、X L=U/IU 及 XC=U/IC 之值,记入下表。注意：在接通 C 测试时，信号源的频率应控制在 5002500Hz 之间。给定 U=3VR 电路 L 电路 C 电路项 目频率（Hz） Ur(V) IR (A) R() Ur(V) IL(A) XL() Ur(V) IC(A) XC()500100015002000

12、2500300050002. 用双踪示波器观察在不同频率下各元件阻抗角的变化情况，按图 11-3 记录 n 和 m，算出 ， 记入下表。给定 U=3VR 电路 L 电路 C 电路项 目频率（Hz） m n m n m n 5001000150020002500300050001. 测量 R、L、C 元件串联的阻抗角频率特性，记入下表。f(Hz)mn五、实验注意事项1. 交流毫伏表属于高阻抗电表,测量前必须先调零。2. 测 时，示波器的 ”V/div”和”t/div” 的微调旋钮应旋置“校准位置” 。六、预习思考题测量 R、L、C 各个元件的阻抗角时，为什么要与它们串联一个小电阻？可否用一个小电

13、感或大电容代替？为什么？七、实验报告1. 根据实验数据，在方格纸上绘制 R、L、C 三个元件的阻抗频率特性曲线，从中可得出什么结论？2. 根据实验数据,在方格纸上绘制 R、L、C 三个元件串联的阻抗角频率特性曲线，并总结、归纳出结论。3. 心得体会及其他。实验十二正弦稳态交流电路相量的研究一、实验目的1. 研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。2. 掌握日光灯线路的接线。3. 理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。二、原理说明 图 12-12. 在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路的电流值， 用交流电压表测得回路各元件两端的电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔U RjX

14、c UcURIURUUcI霍夫定律，即 I0 和 U0 。2. 图 12-1 所示的 RC 串联电路，在正弦稳态信号 U 的激励下，U R 与 UC 保持有 90 的相位差，即当 图 12-2R 阻值改变时，U R 的相量轨迹是一个半园。U、U C 与 UR 三者形成一个直角形的电压三角形，如图 16-2 所示。R 值改变时，可改变 角的大小，从而达到移相的目的。3. 日光灯线路如图 12-3 所示，图中 A 是日光灯管，L 是镇流器， S 是启辉器， 图 12-3C 是补偿电容器，用以改善电路的功率因数（cos 值） 。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。 三、实验设备 四、 实验内容1

15、. 按图12-1 接线。R 为 220V、15W 的白炽灯泡，电容器为 4.7F/450V。 经指导教师检查后，接通实验台电源， 将自耦调压器输出( 即 U)调至 220V。记录 U、U R、U C 值，验证电压三角形关系。2. 日光灯线路接线与测量。序号 名称 型号与规格 数量 备注1 交流电压表 0500V 12 交流电流表 5A 13 功率表 D28W 1 4 自耦调压器 15 镇流器、启辉器 与 40W 灯管配用 各 1 DGJ-046 日光灯灯管 40W 1 屏内7 电容器 1F,2.2F,4.7F/500V各 1 DGJ-058 白炽灯及灯座 220V，15W 13 DGJ-049 电流插座 3 DGJ-04测 量 值 计 算 值U（V）UR（V）UC（V）U（与 UR， UC 组成Rt）（U= ）2U=UU（V） U/U（%）20VLSAC图 17-3图 12-4按图 12-