2023电路试验指导

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电路试验

目

试验一试验二试验三试验四试验五试验六试验七试验八试验九试验十

录

常用元器件的识别与简单测试2常用电子仪器的正确使用6直流电路测量分析9一阶电路的时域响应12正弦交流电路测量15相频幅频特性及RLC串联谐振19互感电路23三相交流电路测量28集成运算放大器30直流稳压电源35

试验十一无源和有源滤波器39试验十二T型电阻电路实现D/A转换42试验十三非正弦交流电路信号分析46试验十四555集成定时器及其应用电路49

I

试验一常用元器件的识别与简单测试

一．基本知识点

(1)元器件的基本知识，识别不同元器件的种类、规格及用途。

(2)用万用表检测电阻，电容；判别二极管的极性，测量二极管的正向压降；判别三

极管的类型和e、b、c三个管脚。

(3)电阻串联分压电路、电阻并联分流电路的特性以及测量电压、电流的方法。(4)元器件的伏安特性的测试方法，替代法测量回路电流的方法。

二．试验仪器设备与元器件

(1)硬件基础电路试验箱、数字万用表、直流稳压电源、直流电流表、直流电压表。(2)电阻、电容、二极管、三极管。

三．试验概述

1.预习

明确试验原理、内容、步骤和本卷须知，根据试验内容制表以备试验时填入试验数据。预习有关电阻、电容、二极管和三极管的内容。元器件是组成电路的基本部件，电阻、电容是最常用、最基本的电子元件，半导体二极管和三极管是组成分立元件电子电路的核心器件。

弄清数字万用表，直流电流表、直流电压表、直流稳压电源的的作用和使用方法。万用表分模拟式和数字式两大类。数字万用表采用了先进的集成电路、模数转换器和数显技术，将被测量的数值直接以数字形式显示出来，显示明了直观，读数确凿，它除了具有模拟万用表的测量功能外，还可以直接测量显示电容值、二极管的正向压降、晶体管直流放大系数，检查线路短路告警等。

2.常用元器件的识别与简单测试(1)电阻

电阻在电路中的主要用途是：分压、限流和充当负载。有绕线电阻、薄膜电阻、敏感电阻，其中金属膜电阻体积小、稳定性好。

电阻最主要的参数是阻值和额定功率。用文字或不同颜色的色环在电阻表面上标志出来的阻值，称为标称阻值，单位为Ω。电阻的实际阻值可用万用表欧姆挡测量，用模拟万用表测量前要调好零点，并选择适合的挡位，尽量使读数值靠近中间位置；确切测量寻常用电桥。

(2)电容

电容是一种储能元件，在电路中，可用于隔直流、通交流，滤波、旁路或与电感线圈

2

组成振荡回路。根据介质的不同，分为陶瓷、云母、纸质、薄膜、电解电容几种。电解电容容量大，但稳定性较差。选用电容时，应考虑使用频率、耐压和极性。

电容的主要参数是容量和耐压值。有的电容的表面上直接标志了其特性参数，如在电解电容上经常

按如下的方法进行标志：4.7μ/16V，表示此电容的标称容量为4.7μF，耐压16V。有的其表面不标注单位，识别时应遵循一定的规则，当数字小于1时，默认单位为微法,当数字大于等于1时，默认单位为皮法。

用万用表能检查电容是否失效或漏电状况，部分数字万用表可测量电容值，确切测量一般应借助于专门的测试仪器。

(3)二极管

半导体器件是电子元器件中功能和品种最为繁杂的一类器件，各国对其功能分类及命名的方法各不一致；其参数可根据半导体器件的型号查阅手册、用测试仪表测量、通过简单的试验电路测试获得。

二极管具有单向导电性，可用于整流、检波、稳压、混频电路中；主要技术参数有最大允许电流和最高反向工作电压。

普通二极管的外壳上一般印有型号和标记，标记箭头所指方向为阴极。

用数字万用表可判别二极管的正负极、所用材料，并判断好坏：当红表笔接“正〞，黑表笔接“负〞时，二极管正向导通，显示PN结压降（硅：0.5～0.7V）（锗：0.2～0.3V）；反之二极管截止，首位显示为“1〞。不要把显示的正向压降（如0.623V）看成正向电阻。在数字万用表中，红表笔带正电，黑表笔带负电，指针式万用表正好相反。指针式万用表测量二极管的极性时用R×100、R×1K挡。

发光二极管(LED)和普通二极管一样具有单向导电性，正向导通时才能发光。正向工作电压一般在1.5~3V，允许通过的电流为2~20mA，电流的大小决定发光的亮度。

稳压管在电路中一般是反向连接的，它能使稳压管所接电路两端的电压稳定在一个规定的电压范围内，这个电压值称为稳压值。稳压管的外形与普通二极管相像。

(4)三极管

三极管对信号具有放大作用和开关作用。依工作频率分为：低频三极管和高频三极管；依工作功率分为：小功率、中功率和大功率三极管；依封装形式分为：金属封装、玻璃封装、塑料封装；依导电特性分为：PNP型NPN型。它们的管壳上都印有规格和型号。三极管的主要技术参数:电流放大系数、极间反向电流、集电极最大允许电流ICM、集电极、发射极间的最大允许反向电压BVceo、集电极最大允许功耗PCM。

用万用表可确定三极管的好坏及其类型(NPN型还是PNP型)，并分辩出e、b、c三个电极：

先判断基极b和三极管类型：将三极管分解为两个相连的二极管，用二极管档找到公共相连的基极；当二极管正向导通时，红表笔接基极的三极管是NPN型三极管，黑表笔接基极的三极管是PNP型三极管。

再判别c和e，测量放大倍数：数字表一般都有测量三极管的hFE功能，将万用表量程置于hFE档，将PNP型或NPN型晶体管对号插入对应的测试孔中，基极b插入B孔中，其余两个

3

管脚随意插入，若放大倍数较大时，则c和e极插入正确。

3.电阻的串联电路与并联电路

电阻的串联是将若干只电阻头尾依次连接，每个电阻中均通过同一电流，各电阻分得的电压与该电阻阻值成正比，电阻串联后的等效电阻值为各电阻阻值之和。如两个电阻R1、R2串联（如图1-1所示）：

R1

V1???R1??R2V

R

V2???2V

R1??R2

R=R1+R2

电阻的并联是将若干只电阻头和头，尾和尾连接，每个电阻均处于同一电压作用下，各电阻分得的电流与该电阻阻值成反比。电阻并联后的等效电阻值的倒数为各电阻阻值倒数之和。如两个电阻R1、R2并联（如图1-2所示）：

R2

I1??R1??R2IR1

I2???R1I

??R21????1??1RR1R2

图1-1试电路

电阻的串联测试电路图1-2电阻的并联测

4.元器件的伏安特性的测试

电路元件两端所加的电压与流过该元件的电流之间的关系，称为该元件的伏安特性，描写这一关系的曲线称为伏安特性曲线。若元件两端的电压与通过元件的电流成正比，相应的伏安特性曲线为一直线，此元件称为线性元件，否则为非线性元件。

(1)

测量给定电阻的伏安特性，测试电路如图1-3所示。

图中RX为被测电阻，r为取样电阻，电压V由稳压电源供给，改变电压V，测量对应的Vr，计算出被测器件上的电压VRX和电流IRX。

4

VRX=V-Vr

IRX??Ir??Vrr

图1-3电阻器伏安特性测试电路(2)测量给定二极管的伏安特性。

图1-4二极管伏安特性测试电路

正向伏安特性的测试,电路如图1-4所示。按图连接电路测试。记录各V、Vr值，求出被测二极管上的电压VDX和电流IDX。

反向伏安特性的测试时,将试验图1-4的二极管两极颠倒后连接。记录各V、Vr值，求出被测二极管上的电压VDX和电流IDX。

四．试验内容

1.用万用表对晶体二极管、三极管、电阻、电容等进行检测，记录参数值，检测方法和步骤。

(1)读出给定电阻器的标称值和误差，用万用表测量出实际电阻值，计算相对误差（以测量值为真值）。

(2)读出给定电容器的标称值，用万用表检测电容器、电感器的质量。(3)用万用表判断二极管的好坏；检测二极管的正负极、正向压降。(4)用万用表判断给定三极管的好坏；检测三极管的类型、极性、放大倍数。2.电阻的串联分压与并联分流测试

(1)按图1-1连接试验电路，调理稳压电源分别输出两组不同的电压，测量电路中的电流和电压。

(2)按图1-2连接试验电路，调理稳压电源分别输出两组不同的电压，测量电路中的电流和电压。

3.测试元器件伏安特性(1)测试电阻器伏安特性

按图1-3连接试验电路，电压V的取值分别为0V，0.5V,1V,1.5V,2V,2.5V,3V。列表记录测试数据，绘出被测电阻的伏安特性曲线。

(2)测试二极管伏安特性

按图1-4连接试验电路，正向伏安特性的测试时，电压V的取值分别为0V，0.5V,0.7V,0.9V,1V，2V，3V，4V，5V，6V。

反向伏安特性的测试时，电压V的取值为0V，1V，3V，5V，6V，8V，10V，15V，20V，30V

列表记录测试数据，绘出被测二极管的伏安特性曲线。

5

五．思考题

(1)(2)(3)(4)(5)(6)

选用电阻器时应注意哪些指标？

测量电阻器的阻值，能否用双手同时接触表笔两端？为什么？选用电容器时，应考虑哪些因素？

线性电阻和非线性电阻有何区别及共同点？利用它们的特点可以做哪些事情？举例说明。

根据电阻的串联分压(并联分流)测试数据,说明电阻的大小与所分得的电压(电流)之间的关系。

你是否把握了无源器件伏安特性的测量方法？此法是否适合于电感、电容？为什么？应如何定义？怎样改进？

试验二常用电子仪器的正确使用

一．基本知识点

(1)常用的电子仪器：示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表等的主要技术指标、性能及正确使用方法。

(2)用双踪示波器观测周期信号波形和读取波形参数的方法。

二．试验仪器设备

双踪示波器、函数信号发生器、交流毫伏表，直流稳压电源、数字万用表。

三．试验概述

1.预习

认真阅读本试验和附录中的相关内容，弄清试验中有关仪器的作用和使用方法，明确实验内容、步骤和本卷须知。根据试验内容制表，试验时将试验数据填入相应表格。

2.常用电子仪器

经常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表及频率计等。

(1)函数信号发生器

函数信号发生器作为信号源，可输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。通过输出衰减开关和输出幅度调理旋钮，可使输出电压在毫伏级到伏级范围内连续调理。函数信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关进行调理；函数信号发生器的输出端不允许短路。

(2)交流毫伏表

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交流毫伏表能直接测出正弦信号的有效值，表盘以V和dB值为刻度，可以测量交流信号的电压值或电平值。毫伏表的表盘是按正弦信号的有效值刻度的，测量其他波形的信号时，其读数没有直接的意义，需要进行换算。毫伏表的频率、电压测量范围较宽。为了防止过载而损坏，测量前一般先把量程开关置于量程较大位置上，然后在测量中逐档减小量程。

(3)示波器

示波器是最常用的测试仪器之一，既能直观地显示电信号的波形，又能对电信号进行各种参数的测量。利用示波器，可以测量信号的幅值、瞬时值、频率、周期、相位和脉冲信号的宽度、上升时间、下降时间等参量。示波器的种类较多，按用途和特点可分为通用示波器、取样波器、记忆与数字存储示波器、专用示波器。通用示波器是示波器中应用最广泛的一种，内部包括水平系统、垂直系统、触发（TRIGGER）、显示及电源部分。

(5)用示波器显示周期信号波形

?寻觅扫描光迹，将示波器Y轴显示方式置Y或Y，输入耦合方式置GND，开机预热后，12

若在显示屏上不出现光点和扫描基线，可按以下操作去找到扫描线：适当调理亮度旋钮；触发方式开关置“自动〞；适当调理垂直、水平“位移〞旋钮，使扫描光迹位于屏幕中央。若示波器设有“寻迹〞按键，可按下“寻迹〞按键，判断光迹偏移基线的方向。

?双踪示波器一般有5种显示方式，即Y、Y、Y＋Y三种单踪显示方式和“交替〞“断续〞1212

二种双踪显示方式。“交替〞显示一般适合于输入信号频率较高时使用；“断续〞显示一般适宜于输入信号频率较底时使用。

?为了显示稳定的被测信号波形，“触发源选择〞开关一般选为“内〞触发，使扫描触发信号取自示波器内部的Y通道。

?触发方式开关寻常先置于“自动〞调出波形后，若被显示的波形不稳定，可置触发方式开关于“常态〞，通过调理“触发电平〞旋钮找到适合的触发电压，使被测试的波形稳定地显示在示波器屏幕上。有时，由于选择了较慢的扫描速率，显示屏上将会出现闪烁的光迹，但被测信号的波形不在X轴方向左右移动，这样的现象仍属于稳定显示。

??适当调理“扫描速率〞开关及“Y轴灵敏度〞开关使屏幕上显示1～2个周期的被测信

号波形。

(6)用示波器测量信号的周期和幅度

在测量周期时，应注意将“扫速微调〞旋钮置于“校准〞位置，即顺时针旋终究，且听到关的声音。还要注意“扩展〞旋钮的位置。根据被测信号波形一个周期在屏幕坐标刻度水平方向所占的格数（div或cm）与“扫描速率〞开关指示值（t/div）的乘积，即可算得信号频率的实测值。

在测量幅值时，应注意将“Y轴灵敏度微调〞旋钮置于“校准〞位置，即顺时针旋终究，且听到关的声音。根据被测波形在屏幕坐标刻度上垂直方向所占的格数（div或cm）与“Y轴灵敏度〞开关指示值（v/div）的乘积，即可算得信号幅值的实测值。

四．试验内容

1.用机内校正信号对示波器进行自检(1)扫描基线调理

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将示波器的显示方式开关置于“单踪〞显示Y1（或Y），输入耦合方式开关置GND，触发2

方式开关置于“自动〞。开启电源开关后，调理“辉度〞、“聚焦〞、“辅助聚焦〞等旋钮，使荧光屏上显示一条细而且亮度适中的扫描基线。然后调理“X轴位移〞和“Y轴位移〞旋钮，使扫描线位于屏幕中央。

(2)测试“校正信号〞波形的幅度、频率

将示波器的“校正信号〞通过专用电缆线引入选定的Y通道Y（或Y），将Y轴输入耦合方式12开关置于AC或DC，触发源选择开关置“内〞，内触发源选择开关置Y（或Y）。调理X轴“扫描12速率〞开关（t/div）和Y轴“输入灵敏度〞开关（V/div），使示波器显示屏上显示出一个或数个周期稳定的方波波形。

①校准“校正信号〞幅度。将“Y轴灵敏度微调〞旋钮置“校准〞位置，“Y轴灵敏度〞开关置适当位置，读取校正信号幅度，记入表2-1。

表2-1

标准值

幅度Vp-p(V)频率f(kHz)上升沿时间μS下降沿时间μS

注：不同型号示波器标准值有所不同，请按所使用示波器将标准值填入表格中。

②校准“校正信号〞频率。将“扫速微调〞旋钮置“校准〞位置，“扫速〞开关置适当位置，读取校正信号周期，记入表2-1。

③测量“校正信号〞的上升时间和下降时间。调理“Y轴灵敏度〞开关及微调旋钮，并移动波形，使方波波形在垂直方向上正好占据中心轴上，且上、下对称，便于阅读。通过扫速开关逐级提高扫描速度，使波形在X?轴方向扩展（必要时可以利用“扫速扩展〞开关将波形再扩展10倍），并同时调理触发电平旋钮，从显示屏上明白的读出上升时间和下降时间，记入表2-1。

2.用示波器及万用表测量直流电压

实测值

图2-2万用表测量直流电压

按图2-2接线。将示波器Y输入耦合方式开关置GND，使屏幕上出现一条扫描基线。将“Y轴灵敏度〞开关（V/div）置于适当位置,将“Y轴灵敏度微调〞旋钮置于“校准〞位置。再调理“Y轴位移〞旋钮，使扫描基线位于屏幕下部某一水平刻度线上。基线定位后切不可再调“Y轴位

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移〞旋钮。

将耦合开关改置于DC位置，再将被测直流信号经探头输入示波器的Y轴，扫描线将移位,读出扫描线的位移值为h；“Y轴灵敏度〞开关标称值为Ku，探头的衰减系数为K，则被测直流电压为：V＝Ku×h×K。将稳压电源的输出分别调到±8V的直流电压，然后用万用表及示波器测量其实际值并记录。

3.用示波器和交流毫伏表测量信号参数

由函数发生器输出频率1kHz、峰-峰值150mV的正弦信号，用示波器测量此信号的频率和峰-峰值，并用毫伏表测量其有效值，以函数发生器指示为―真值‖，计算测试量的相对误差。

4.万用表、晶体管毫伏表、示波器频率特性比较

（1）万用表置于交流最小挡，函数发生器输出正弦信号，输出电压值保持不变，改变信号的频率分别为20Hz、30Hz、40Hz、50Hz、100Hz、300Hz、500Hz、800Hz、1kHz、3kHz、10kHz、50kHz，用万用表测量各个频率点的电压值，测量时用晶体管毫伏表监测函数发生器在各个频率点的输出电压值不变，记录万用表的读数。以万用表的读数为纵轴，频率为横轴，做出万用表交流电压最小挡的频率特性曲线。

（2）使函数发生器输出峰-峰值为1V的正弦信号，改变信号的频率分别为10Hz、20Hz、50Hz、100Hz、500Hz、1kHz、5kHz、10kHz、100kHz、500kHz、1MHz、2MHz、5MHz、10MHz，用晶体管毫伏表测量各个频率点的电压值；保持示波器监测函数发生器的输出峰-峰值为1V不变，记录毫伏表的测量值；并以频率为横轴、毫伏表的读数为纵轴，做出毫伏表的频率特性曲线。

3.2.5思考题

(1)用交流毫伏表分别测量正弦、方波、三角波信号，其读数是否为各波形的有效值？(2)测正弦信号的频率为5kHz，现有模拟万用表、数字万用表和晶体管毫伏表各一块，应选用哪一种仪表进行测量？

(3)如何操纵示波器有关旋钮，以便从示波器显示屏上观测到稳定、明了的波形？(4)用示波器测量周期信号的周期和电压时，垂直微调和扫描微调应放在什么位置？(5)万用表、毫伏表、示波器的用途，比较它们的优缺点。

试验三

一．试验目的

电路直流测量分析

1、把握EDA仿真软件(Multisim10)的基本操作、创立电路并进行仿真分析的方法。2、熟悉试验工作台、电压表、电流表的使用方法，熟悉电流、电压的测定。3、通过试验验证基尔霍夫定律、戴维南定理、叠加定理，加深对其理解

二．试验仪器设备

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仿真软件(Multisim10)；硬件基础电路试验箱。直流稳压电源、万用表、直流电流表、电压表。三．试验原理

电路的直流分析是在电路中电容开路、电感短路时，计算电路的直流工作点，即在恒定鼓舞条件下求电路的稳态值。

了解电路的直流工作点，才能进一步分析电路在交流信号作用下电路能否正常工作。求解电路的直流工作点在电路分析过程中是至关重要的。1、测量分析V1,V2,共同鼓舞下各节点电压,各支路电流

在Multisim中,直流测量可通过仪器仪表测量和直流工作点分析。1)Multisim仪器仪表测量值

在Multisim工作区构造电路，电路中电源电压、各电阻和电容取值如图3-1所示。

图3-1直流电路测试原理图

用Multisim电压表测量1，2，3节点电压,用电流表测量各支路电流。2)Multisim的直流工作点分析

执行菜单命令Simulate/Analyses，在列出的可操作分析类型中选择DCOperatingPoint，则出现直流工作点分析对话框，如图A所示。直流工作点分析对话框B。注意：图3-2中的1，2，3等编号可以从Optionssheetproperties—circuit—showall调试出来。

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图3-2直流工作点分析

Output选项

Output用于选定需要分析的节点。

左边Variablesincircuit栏内列出电路中各节点电压变量和流过电源的电流变量。右边Selectedvariablesfor栏用于存放需要分析的节点。

具体做法是先在左边Variablesincircuit栏内中选中需要分析的变量（可以通过鼠标拖拉进行全选），再单击Add按钮，相应变量则会出现在Selectedvariablesfor栏中。假使Selectedvariablesfor栏中的某个变量不需要分析，则先选中它，然后点击Remove按钮，该变量将会回到左边Variablesincircuit栏中。

AnalysisOptions和Summary选项表示：分析的参数设置和Summary页中排列了该分析所设置的所有参数和选项。用户通过检查可以确认这些参数的设置。

点击B图下部Simulate按钮，测试结果如下图。测试结果给出电路各个节点的电压值。根据这些电压的大小，可以确定该电路的静态工作点是否合理。假使不合理，可以改变电路中的某个参数，利用这种方法，可以观测电路中某个元件参数的改变对电路直流工作点的影响。

Multisim的基本分析方法：

1直流工作点分析（DCOperatingPointAnalysis）2交流分析（ACAnalysis）3瞬态分析（TransientAnalysis）4傅立叶分析（FourierAnalysis）5失真分析（DistortionAnalysis）6噪声分析（NoiseAnalysis）7直流扫描分析（DCSweepAnalysis）8参数扫描分析（ParameterSweepAnalysis）

3、基尔霍夫定律指出流向某一结点的电流之和恒等于由该结点流出的电流之和,沿电路中的任一回路绕行一周，在该回路上电动势之和恒等于各电阻上的电压降之和,分析测量数据。4、叠加定理指出在线性电路中，任一支路的电流(或电压)可以看成是电路中每一个独立电源单独作用于电路时，在该支路产生的电流(或电压)的代数和。R3分别在V1,V2单独鼓舞下的(电流)相加的值与前面的值一致。

5、戴维南定理指出：任何一个线性含源的二端网络，都可以用一个电压源和一个电阻串联的支路来等效。R3左侧的含有二个鼓舞源的电路可等效为一个电压源和内阻，等效鼓舞源对R3的作用(电流)，与前面的值一致。

四．试验内容

本试验先用Multisim进行仿真试验，然后应用试验室的仪器设备进行试验。

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1、在Multisim平台上连接电路并进行直流工作点分析，列出给定电路中的流过节点1，2，3的各个电流值和回路1的各个器件电压值。

以下内容要求先进行仿真试验，应用虚拟仪表测量。然后在试验箱上连接电路按以下步骤完成试验；列表记录测量数据，并与仿真数据进行比较。

2、给定电路中的流过节点1，2，3的各个支路电流值和回路1的各个器件电压值。3、测量R3在电源V1，V2单独和共同作用时的电压和电流值。

4、将R3左侧的含有二个鼓舞源的电路等效为一个电压源VS和电阻r，测量R3在等效鼓舞源作用时的电流(电压)，与前面的值比较。

5、根据基尔霍夫定律、戴维南定理、叠加定理分析测量数据。五．思考题

比较Multisim仪器仪表测量值与直流工作点分析值。比较仿真试验与物理平台试验两种试验方法的特点。

六．报告要求

1、仿真试验部分要求有主要步骤截图和仿真数据。

2、物理平台试验部分要求有试验测试原理图，试验操作步骤，试验现象及数据记录。3、根据电路基本定理,整理分析试验数据，验证测取数据，总厚试验结论。

试验四

一．试验目的

一阶电路响应研究

1.通过试验，把握用简单的R-C一阶电路观测零输入响应、零状态响应和完全响应的试验方法。2.学习电路时间常数的测量方法。3.把握有关微分电路和积分电路的的概念。

二．试验仪器设备

仿真软件平台(Multisim10)；硬件基础电路试验箱。双踪示波器、直流稳压电源、万用表、直流电流表、电压表。

三．试验原理

一阶电路的零输入响应零状态响应和完全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τ，试验电路如图4-1所示。

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图4-1零输入响应、零状态响应和完全响应的电路图

iR+Uc＝UEUE=15

Uc(0)?5V

dU?Uc＝ERCcdt

对上式取拉式变换得：

RCSU（c0）?RCU（c0）)?U

（S）c?15S

RCU（0）

U（cS）＝15＝15??15???5

c?1SSS（RCS?1????）RCS??1S??1

RCRC??

????

??????????????

??

????????????????

1??1??

U（ct）＝151?eRC?5eRC-t??-t????

????

??

??

????

??????

上式等号右方的其次项为零输入响应，即由初始条件鼓舞下的输出响应；第一项为零状态响应，它描述了初始条件为零（Uc（0）=0）时，电路在输入E=15V作用下的输出响应，显然它们之和为电路的完全响应，图4-2所示的曲线表示这三种的响应过程。

图4-2零输入响应、零状态响应和完全响应曲线

根据一阶微分方程的求解得知。当t=τ时，Uc(τ)=0.368Um。

此时所对应的时间就等于τ。亦可用零状态响应波形增加到0.632Um所对应的时间测得。可以证明UC的放电曲线上任意点的次切矩长度ab乘以时间轴的比例尺均等于τ值。

微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的电路，它对电路元件参数和输入信号的周

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期有着着的要求。一个简单的RC串联电路，在方波序列脉冲的重复鼓舞下，由C两端的电压作为响应输出。当电路的参数满足τ=RC>>T/2条件时，即称为积分电路。由于此时电路的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。利用积分电路可以将方波转变成三角波。若将R与C位置调换一下，当满足τ=RC

两者的关系由欧姆定律确定,即

i=Um/Rsinωt=sinωt

在电阻元件的交流电路中,电流和电压是同相的(相位差??=0)。如用相量表示电压和电流的关系，为

2、电感L元件

电感线圈电路中通过的电流i与其两端的电压u关系如图5-2中所示，

(a)(b)(c)

图5-2电感元件L的交流电路、电压与电流正弦波形及相量

在电感元件电路中，电流比电压滞后90o（相位差???=+90o）。电流为

Umsin(ωt－90o)i=XL

XL=ωL

如用相量表示电压与电流的关系，则为

3、电容元件C

电容器电路中的电流i与其两端的电压u关系如图5-3中所示。

(a)(b)(c)

图5-3电容元件L的交流电路、电压与电流正弦波形及相量

u=Umsinωt

i=UmωCsin(ωt+90o)

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在电容元件电路中,电流比电压越前90o（??=90o）。用相量表示电压与电流的关系，则为

4、电阻R、电感L、电容C元件并联电路

在单相正弦交流电路中，支路的电流值，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霍夫定律，即ΣI=0和ΣU=0

电阻R、电感L、电容C元件并联的交流电路如图5-4（a）所示。设已知电压为

u=2Usinωt

则根据基尔霍夫电流定律

i=iR+iL+iC

(a)(b)

图5-4电阻R、电感L、电容C元件并联电路及相量图

(c)

若用向量表示，见图5-4（b）、（c）所示，则为

用有效值表示总电流为

四．试验内容

1、通过电缆线将低频信号发生器输出的正弦信号接至电路，作为鼓舞源u，在正弦稳

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态信号u(5V4kHz)鼓舞下,测量R(470Ω)、L(10mH)、C(0.1Uf)元件端电压与电流波形。使用双踪示波器测量正弦信号的峰—峰值Up-p，频率f(T)和相位差φ,观测李沙育图形;使用晶体管毫伏表测量正弦信号有效值。

测量电路如图5-5所示。

图5-5电阻R、电感L、电容C元件并联电路电压与电流波形测量

图中的r(20Ω)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、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ur除以r所得。

若用双踪示波器同时观测r与被测元件两端的电压，亦就浮现出被测元件两端的电压和流过该元件电流的波形，两同频率正弦信号分别接入―X输入‖和―Y输入‖，按下―CH1‖和―CH2‖按钮，然后选择―断续‖，―扫描频率旋钮〞选择扫描方式。记录两个波形在水平轴上的交点间的间隔时间t，若正弦信号的频率为f，则它们的相位差为??????2?ft，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。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φ（阻抗角）为

度。

R阻抗与信号频率无关，阻抗角为0。L的阻抗与频率成正比，阻抗角为90度。C的阻抗

与频率成反比，阻抗角为-90度。

2、将元件R、L并联相接，测量电压和电流的波形及相位差。计算电路的功率因数（cosφ值）。

将元件R、C并联相接，测量电压和电流的波形及相位差。

3、将元件R、L、C并联相接，测量电压和电流的波形及相位差，根据电压、电流的相位差可判断Z并是感性还是容性负载。计算电路的功率因数（cosφ值）。

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4、电路Z并的阻抗和阻抗角（即相位差φ）随输入信号的频率变化而改变，改变频率(1kHz-10kHz)，观测电压、电流的相位差的变化。五．思考题

1、电阻R、电感L、电容C元件串联交流电路,电路的元件通过同一电流，电流与各个电压的关系。

2、为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？

3、怎样判断R、L、C并联电路为感性或容性电路，跟哪些参数有关。六．试验报告

1、绘出电阻，电感，电容元件两端波形图，并与理论值比较，进行必要的误差分析。2、根据试验数据，分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式的基尔霍夫定律。3、探讨改善功率因数的意义和方法。

试验六幅频相频特性测试及RLC串联谐振电路试验

一．试验目的

1、熟练RC电路相频、幅频特性的测试方法，根据测量数据画出特性曲线。2、通过试验把握串联谐振的条件和特点，测绘RLC串联谐振曲线。3、把握电路参数对谐振特性的影响。

二．试验仪器设备

仿真软件平台(Multisim10)；硬件基础电路试验箱。双踪示波器、直流稳压电源、万用表、直流电流表、电压表。

三．试验原理

在交流电路中，电阻值和频率无关；电容具有―通高频、阻低频‖的特性；电感具有―通低频，阻高频‖的特性。RLC串联电路具有特别的幅频特性和相频特性，有选频和滤波作用。

电路频率特性的测量方法有点测法和扫频法。点测法就是用正弦信号发生器的输出电压作为网络的输入电压，并保持电压幅值不变，依次改变输入电压的频率，用交流毫伏表和示波器逐点测量出输出端的电压值和输出与输入电压的相位差，根据测得的多组数据，画出电路的幅频和相频特性曲线。

测量幅频特性：保持信号源输出电压（即RC网络输入电压）Ui恒定，改变频率f，并测量对应的RC网络输出电压Uo，计算出他们的比值A=Uo/Ui，然后逐点描绘出幅频特性；测量相频特性：保持信号源输出电压（即RC网络输入电压）Ui恒定，改变频率f，用双踪示波器观测u0与Ui波形的相位差，然后逐点描绘出相频特性。

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1.RC串联电路

图6-1（a）所示为RC低通电路，其允许低于某一频率的信号通过，而抑制高频信号。其网络函数为RC电路的固有角频率RC电路的固有频率幅频特性相频特性

H(j?)???

?o??2??o2

.

H(j?)??U2

U1

.

?o1j?C1RC

??R?1j?C???j???1RC???j??????o

??????1RCo

fo??12?RC

??

1(???o)?1

2

?????arctan????o

幅频特性、相频特性曲线分别如图6-1（b）和(c)所示

图6-1RC低通电路

如将R与C对换，则为RC高通电路允许高于某一频率的信号通过。其网络函数为幅频特性相频特性2.RC串并联电路

如图6-2（a）所示文氏电路为典型的RC串并联电路，电路输出电压和输入电压的幅值分别为Uo、Ui，相位分别为φo、，输出电压和输入电压的比为网络函数，记为H（jω），iφ网络函数的幅值为∣H（jω）∣=Uo/Ui，相位为φ＝φo－φi，∣H（jω）∣和φ分别为电路的幅频特性和相频特性。文氏电路的网络函数表达式为：

H(j?)???

U??o??U??i

1

1

3??j(?RC???RC)

??

1

32??(?RC????

1)RC2

1

??arctan?RC???RC

3

.

H(j??)??U2

??

U1

.

??R

??R??j/?C???????j?o

???o(??/?o)?1

2

H(j?)???

??2??o2

??

???????2??arctan???o

文氏电路的幅频特性和相频特性见图6-2（b）和(c)，在频率较低的状况下，即1/?C????R时，电路可近似等效低频等效电路。频率越低，输出电压的幅度越小，其相位愈超前于输入电压。当频率接近于0时，输出电压趋近于0，相位接近90度。而当频率较高时，即当1/?C????R时，电路电路可近似等效为高频等效电路。频率越高，输出电压的也幅度越小，其相位愈滞后于输入电压。当频率接近于无穷大时，输出电压趋近于0，相位接近－90度。

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同理，倒T型电阻网络的输入数字量也可以扩展到n位二进制数，有：

由此可知，输出模拟电压与输入数字量成正比。

T型和倒T型电阻解码网络DAC的优点是只有两种电阻值R和2R，有利于生产制造。由于支路电流不变，不需要电流建立时间，有利于提高工作速度。T型和倒T型电阻网络DAC是目前使用最多的一种。除上述介绍的电阻网络DAC外，还有权电流DAC、开关树型DAC、权电容网络DAC、串行DAC等。但在DAC集成芯片中，应用最多的是T型和倒T型电阻网络DAC。

四、试验内容

1、用T型电阻电路和开关(数字量控制)将数字量转换成模拟量,通过运放输出电压信号。2、测量分析电路中各支路电流。3、手动控制数字量,观测输出电压信号。

4、用字信号发生器循环产生数字量,输出电压信号。五、报告要求

设计分析仿真目标电路，整理分试验数据波形，对现象、测取数据及测绘波形曲线分析总结。

试验十三非正弦周期信号分析

一．试验目的

1、观测50Hz非正弦周期信号的频谱，并与其傅立叶级数各项的频率与系数作比较。2、观测基波和其谐波的合成。

二．试验原理

1、一个非正弦周期函数可以用一系列频率成整数倍的正弦函数来表示，其中与非正弦具有一致频率的成分称为基波或一次谐波，其它成分则根据其频率为基波频率的2、3、4、?、n等倍数分别称二次、三次、四次、?、n次谐波，其幅度将随谐波次数的增加而减小，直至无穷小。

2、不同频率的谐波可以合成一个非正弦周期波，反过来，一个非正弦周期波也可以分解为无限个不同频率的谐波成分。

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3、一个非正弦周期函数可用傅立叶级数来表示，级数各项系数之间的关系可用一个频谱来表示，不同的非正弦周期函数具有不同的频谱图，方波频谱图如图13-1表示

图13-1方波频谱图

各种不同波形及其傅氏级数表达式：

1）方波

u(t)???4um1sin3?t??????1sin5?t??????1sin7?t?????)(sin?t??????

??357

2）三角波

u(t)???8Um(sin??t??????1sin3??t??251sin5??t?????)??2947

3）半波

u(t)???2U1??1cos?t??151cos4?t?????)m(???????sin?t??????

??243

4）全波

(2??3cos2?t??115cos4?t??351cos6?t?????)

u(t)???4U11

5）矩形波??

m

2????cos2?t???13sin3???u(t)???Um??2U??m(sin?T???cos?t???12cos3?t?????)sinTTT

试验装置的结构如图13-2所示

图13-2信号分解与合成试验装置结构框图，

图中LPF为低通滤波器，可分解出非正弦周期函数的直流分量。BPF1~BPF6为调谐在基波和各次谐波上的带通滤波器，加法器用于信号的合成。

三．试验内容

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1、用频谱仪和FOURIER分析法观测非正弦周期信号的频谱，分