电路基础与应用 远程在线实验指导书汇 项目1-10点亮1个灯-简易电子琴

深圳职业技术学院-深圳市易星标技术有限公司联合开发深圳职业技术学院-深圳市易星标技术有限公司联合开发一、实验目的

项目一点亮1个灯掌握智能在线实验平台的使用方法。学会使用常用电路元器件进行简单电路的验证。二、实验设备ELF-BOX3远程实验平台一套。LED亮度采集模块*1、开关模块*11*13*1。1.1表1.1器件清单序号名称参数数量1开关/12LED/13直流电源+5V14电阻330Ω11kΩ110kΩ120kΩ1三、实验原理LED时，LED1-1中所示是点亮一个灯的电路图。电路中电源LED的阳极，LEDRGND。选LED的亮度也随之改变。四、实验内容

图1-1点亮1个灯电路原理图1.智能在线实验平台的熟悉。了解实验台的组成，以及各部分的使用。（1）使用设备和仪器时，应小心谨慎，对实验模块进行插拔时，应将模块和接口对准。使用后及时整理好台面，工具归位，及时断电。（2）BOX（3）对于电流表和电压表的使用时，应注意正负极的连接。2.ELF-BOX311-2所示。图1-2电路图从电路图中，我们可以看到限流电阻为1kΩ。3.LED之间的电阻进行亮度的调节。330Ω1kΩ10kΩ4LED的亮度变化。五、实验步骤1.双击打开客户端软件，输入用户名、密码，选择“远程模式”，配置选择“学校”，点击“登录”，进入客户端界面。图1-3登录界面2.点击“选择列表”，选择空闲可用的实验平台。（实验采用真实的物理器件和电路，连接上实验平台后才能进行有效的电路设计及调试）图1-4选列表选择好平台后，点击“连接”。图1-5选BOX设备3.选择实验。点击左上角的“选实验”，找到电路基础下拉菜单中的“点亮一个灯”，点击“确认”。【注意】名称后面的一串数字是当前创建实验的时间，具有唯一性。每新建一次实验，形成一条记录，如果当前未完成实验需要保存，保存的内容归到此记录下，下次继续实验的时候，找到正确时间对应的记录，即可继续实验。图1-6选实验4.扫描模块。点击左上角“扫描”，左边“模块器件”栏出现下拉菜单，此菜单显示出当前实验平台上配备好的模块资源。图1-7扫描模块5.绘制原理图。从“模块器件”栏选择实验需要的模块，单击模块名称，下拉菜单显示了模块上可以使用的器件。从“电源地”栏选择“+5V”电源和“GND”，拖拽到原理图绘制区域。图1-8绘制原理图6.下发电路。连接好电路，点击“下发”。【注意】原理图画好后，右上角会出现红色字体提示“指令未下发”，点击左上角“下发”，完成原理图到电路板的映射，创建实物电路连接。图1-9下发电路7.调试和观测。由于本次实验为观测性实验，不需要操作“信号源”或“示波器”。打开摄像头，改变电路参数，点击“下发”观察LED的亮度情况是否和理论一致。【注意】每次更改实验线路，都要重新点击“下发”，否则线路不生效！（1）当电阻阻值为330Ω时，LED灯的亮度变化图1-10电阻阻值为330Ω（2）当电阻阻值为1kΩ时，LED灯的亮度变化。图1-11电阻阻值为1kΩ（3）当电阻阻值为10kΩ时，LED灯的亮度变化图1-12电阻阻值为10kΩ（4）当电阻阻值为20kΩ时，LED灯的亮度变化图1-13电阻阻值为20kΩLED亮度采集模块实物如图1-14所示图1-14LED亮度采集模块实物8.写报告。点击客户端上方状态栏“写报告”，系统自动跳转到后台写报告界面。【注意】建议使用Google浏览器，避免出现不兼容问题，导致界面无法正常显示。图1-15写报告点击“我的实验”，找到已完成的实验记录。图1-16找到实验记录点击“填写报告”。选择“点亮一个灯”模板，开始写报告。图1-17选择系统模板【注意】报告模板设置了大致的框架，具体的内容需要根据实验情况填充。图1-18实验结果实验报告内容编辑好后，依次点击“保存”、“完成”，实验报告不可更改。实验报告的几种操作及状态说明。（1）“保存”，可以下次继续编辑。对应的报告状态为“进行中”。（2）“完成”，不可编辑。对应的报告状态为“已完成”。（3）“提交”，相当于交作业给老师，不可编辑。对应的报告状态为“待批阅”。六、总结体会七、拓展1.LED的亮度，然后试着分析电路，配置合适的电阻，设计完成一个简易的手电筒？2.LED的状态。项目二简易小台灯一、实验目的1.掌握智能在线实验平台的使用方法。2.学会使用常用电路元器件设计一个简易小台灯。二、实验设备ELF-BOX3实验平台一套LED模块*1、电位器*13*13.电流表*1、电压表*1具体器件件下表2.1表2.1简易小台灯器件详情清单序号元件名称参数数量1LED/12直流电源+5V1+3.3V13电阻330Ω14电位器75Ω-100kΩ1三、实验原理如图所示是简易小台灯的原理图。电路主要由+5V电源、发光二极管、电位器、限流电阻R串联构成。它与点亮一个灯电路的实现有异曲同工之处。电路中的电流形成一个回路，当电流流过LED时，LED点亮，通过调整电位器的阻值来改变流过LED灯的电流电压，从而实现LED的亮度调节。四、实验内容

图2-1简易小台灯原理图1.准备好智能在线实验平台以及对应元器件模块2.按照电路图在智能在线实验平台搭接电路，通过调节电位器的阻值，观测LED的亮度变化。搭建好的电路如图2-2所示。3.调试及测量

图2-2电路图（1）在电路中用电流表测量电路中流过发光二极管的电流，注意电流的参考方向。（2）在电路中用电压表测量电位器、电阻、发光二极管两端的电压，注意电压的参考方向。（3）改变电位器的阻值观察电位器、电阻、发光二极管流过的电流和两端电压的变化，并测量数据。（4）将电源电压值改为+3.3V，测量电位器、电阻、发光二极管两端的电压。按步骤测量并把测量数据记录在表2.2中。表2.2简易小台灯电路测量数据状态测量参数电位器电阻发光二极管+5V电源测量电流值（A）+5V电源测量电压值（V）+5V电源，改变电位器阻值测量电流值（A）+5V电源，改变电位器阻值测量电压值（V）+3.3V电源测量电压值（V）结论：五、实验步骤1.“远程模式“学校”，点击“登录”，进入客户端界面。图2-3登录界面2.点击“选择列表”，选择空闲可用的实验平台。（实验采用真实的物理器件和电路，连接上实验平台后才能进行有效的电路设计及调试）选择好平台后，点击“连接”。

图2-4选列表图2-5选BOX设备3.“选实验”“简易小台灯”，点击“确认”。图2-6选实验4.扫描模块。点击左上角“扫描”，左边“模块器件”栏出现下拉菜单，此菜单显示出当前实验平台上配备好的模块资源。图2-7扫描器件5.绘制原理图。从“模块器件”栏选择实验需要的模块，单击模块名称，下拉菜单显示了模块上可以使用的器件。从“电源地”栏选择+5V”电源和“GND”，拖拽到原理图绘制区域。图2-8绘制原理图6.下发电路。连接好电路，点击“下发”。【注意】原理图画好后，右上角会出现红色字体提示“指令未下发”，点击左上角“下发”，完成原理图到电路板的映射，创建好实物电路连接。图2-9下发电路7.调试和观测。由于本次实验为观测性实验，不需要操作“信号源”或“示波器”。打开摄像头，改变电路参数，点击“下发”观察LED的亮灭情况是否和理论一致。【注意】每次更改实验线路，都要重新点击“下发”，否则线路不生效！图2-10LED点亮（1）+5V电源供电时，使用电流表测量电路中流过发光二极管电流，测量数据如下图2-11发光二极管电流备注：电流表中测量数据单位为mA。（2）+5V电源供电时，使用电压表测量电路中电位器、电阻以及发光二极管两端的电压（以发光二极管为例）图2-12发光二极管电压备注：电压表中测量数据单位为V。（以发光二极管为例）75Ω图2-13电位器阻值为75Ω，发光二极管两端电压b）电阻改变为100kΩ时，流过发光二极管的电流比较小，发光二极管的亮度变暗，如下图所示图2-14电位器阻值为100kΩ，发光二极管两端电压（以发光二极管为例）。图2-15+3.3V供电时，二极管两端电压由上图可知，当电源的电压由+5V变为+3.3V时，发光二极管的亮度变暗。6.写报告。点击客户端上方状态栏“写报告”，系统自动跳转到后台写报告界面。【注意】建议使用Google浏览器，避免出现不兼容问题，导致界面无法正常显示。图2-16写报告点击“我的实验”，找到已完成的实验记录。图2-17找到实验记录点击“填写报告”。选择“简易小台灯”模板，开始写报告。图2-18选择系统模板【注意】报告模板设置了大致的框架，具体的内容需要根据实验情况填充。图2-19实验结果实验报告内容编辑好后，依次点击“保存”、“完成”，实验报告不可更改。实验报告的几种操作及状态说明。（1）“保存”，可以下次继续编辑。对应的报告状态为“进行中”。（2）“完成”，不可编辑。对应的报告状态为“已完成”。（3）“提交”，相当于交作业给老师，不可编辑。对应的报告状态为“待批阅”。六、总结体会七、拓展1.LEDLED亮暗交替变化显示。2.在简易小台灯电路中，把发光二极管换成一个直流小电机，观察小电机的转速变化。

项目三验证基尔霍夫定理验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。学会正确使用电流表和电压表以及智能在线实验平台。二、实验设备ELF-BOX3远程实验平台一套1*3、电压表*1、电流表*13.直流电源+3.3V和+5V详情见下表表3.1基尔霍夫定律电路搭建器件清单序号名称参数数量1电阻3kΩ32直流电源+5V13直流电源+3.3V14电压表/15电流表/1三、实验原理1.基尔霍夫定律基尔霍夫定律是电路的基本定律。它包括基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL）。（1）基尔霍夫电流定律（KCL）在电路中，对任一节点，各支路电流的代数和恒等于零，即∑I=0。（2）基尔霍夫电压定律（KVL）在电路中，对任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零，即∑U=0。基尔霍夫定律表达式中的电流和电压都是代数量，运用时，必须预先任意假定电流和电压的参考方向。当电流和电压的实际方向相同时，取值为正；相反时，取值为负。基尔霍夫定律与各支路元件的性质无关，无论是线性的或非线性的电路，还是含源的或无源的电路，它都是普遍适用的。四、实验内容1.基尔霍夫定律实验电路原理图如图3-1所示，使电源+5V、+3.3V用来验证基尔霍夫定律。图3-1验证基尔霍夫定律电路原理图在电路的两边分别接入+5V、+3.3V的输出电源（1）根据设定的电流参考方向，用电流表测量各支路电流I1、I2、I3，并记录在表3.2中。（2）用电压表测量各元件两端电压，按U1，U2，U3的参考方向测量电阻R1、R2、R3两端的电压，并将数据填入表3.2中。表3.2验证基尔霍夫定律测量数据表电流(mA)I1I2I3电压(V)U1U2U3理论值理论值测量值测量值计算值I1+I2=计算值回路1：U1+U3=回路2：U2+U3=五、实验步骤1.双击打开客户端软件，输入用户名、密码，选择“远程模式”，配置选择“学校”，点击“登录”，进入客户端界面。图3-2登录界面2.点击“选择列表”，选择空闲可用的实验平台。（实验采用真实的物理器件和电路，连接上实验平台后才能进行有效的电路设计及调试）图3-3选列表选择好平台后，点击“连接”。图3-4选BOX设备3.选择实验。点击左上角的“选实验”，找到电路基础下拉菜单中的“基尔霍夫定律”，点击“确认”。【注意】名称后面的一串数字是当前创建实验的时间，具有唯一性。每新建一次实验，形成一条记录，如果当前未完成实验需要保存，保存的内容归到此记录下，下次继续实验的时候，找到正确时间对应的记录，即可继续实验。图3-5选实验4.扫描模块。点击左上角“扫描”，左边“模块器件”栏出现下拉菜单，此菜单显示出当前实验平台上配备好的模块资源。图3-6扫描模块5.绘制原理图。从“模块器件”栏选择实验需要的模块，单击模块名称，下拉菜单显示了模块上可以使用的器件。从“电源地”栏选择+5V”电源和“GND”，拖拽到原理图绘制区域。图3-7绘制原理图6.下发电路。连接好电路，点击“下发”。【注意】原理图画好后，右上角会出现红色字体提示“指令未下发”，点击左上角“下发”，完成原理图到电路板的映射，创建好实物电路连接。图3-8下发电路7.调试和观测。打开摄像头，观测电压表和电流表的示数，并将数据填入到表3.1。【注意】每次更改实验线路，都要重新点击“下发”，否则线路不生效！（1）电流的测量（a）测量R1的电流图3-9测量R1的电流由图中可知，流过R1的电流为0.6447mA（b）测量R2的电流图3-10测量R2的电流由图中可知，流过R2的电流为0.1785mA（c）测量R3的电流图3-11测量R3的电流由以上图中可知，流过R3的电流为0.8203mA由上述可知，I1+I2=0.6447mA+0.1785mA=0.8232mA≈I3=0.8203mA，满足基尔霍夫电流定理。（2）电压的测量（a）测量R1的电压图3-12测量R1的电压由上图可知，流过R1的电压U1为2.069V（b）测量R2的电压图3-13测量R2的电压由上图可知，流过R2的电压为U2=0.537V（c）测量R3的电压图3-14测量R3的电压由上图可知，流过R3的电压为U3为2.582V（d）测量R1和R3之间的电压3-15测量R1和R3之间的电压由上图可知，流过R1和R3之间的电压U1-3为4.775V（e）测量R2和R3之间的电压3-16测量R2和R3之间的电压由上图可知，流过R2和R3之间的电压U2-3为3.207V由以上图中可知，U1-U2+U2-3-U1-3=-0.036V≈0V满足基尔霍夫电压定理。8.写报告。点击客户端上方状态栏“写报告”，系统自动跳转到后台写报告界面。【注意】建议使用Google浏览器，避免出现不兼容问题，导致界面无法正常显示。图3-17写报告点击“我的实验”，找到已完成的实验记录。图3-18找到实验记录点击“填写报告”。选择模板，开始写报告。图3-19选择系统模板【注意】报告模板设置了大致的框架，具体的内容需要根据实验情况填充。图3-20填写报告9.实验报告内容编辑好后，依次点击“保存”、“完成”，实验报告不可更改。实验报告的几种操作及状态说明。（1）“保存”，可以下次继续编辑。对应的报告状态为“进行中”。（2）“完成”，不可编辑。对应的报告状态为“已完成”。（3）“提交”，相当于交作业给老师，不可编辑。对应的报告状态为“待批阅”。六、总结体会七、拓展1.利用本实验提供的，模块自行设计一个电路，验证戴维南定理。项目四可调速小风扇一、实验目的1.掌握智能在线实验平台的使用方法。2.掌握可调速小风扇的工作原理。二、实验设备1.ELF-BOX3远程实验平台一套2.可调速小风扇*1、开关模块*1具体器件详情如下所示表4.1可调速小风扇具体器件序号名称参数数量1开关/12电机/13电阻10Ω1470Ω1620Ω2三、实验原理如图4-1所示使用电阻分压电路实现的可调速风扇的电路图。我们采用3个按键控制4个电阻的不同连接方式，实现等效电阻分压的变化，从而改变电动机两端电压来实现调速的功能。图4-1可调速小风扇电路原理图4和三个开关S1S2S3S1S2S3图4-2S1按键按下的等效电路S13-2R2、R3R4R1串联，电路中等效电阻阻值为RN=R1+（R2+R3)//R4=479.92Ω图4-3S2按键按下的等效电路S23-3R1R2R3R4并联，电路中等效电阻阻值为RN=(R2+R3)//R4=9.92Ω图4-4S3按键按下的等效电路当S3按键按下时，等效电路如图4-4所示，电路中电阻的连接关系是R2、R4串联，然后与R3并联，电路中等效电阻阻值为RN=(R2+R4)//R3=321.48ΩS1按键按下时,RN479.92Ω，直流电动机的内RN2按键按下时,等效电阻N9.92Ω1按下时要大，那么直流电动机分到的电压就大一些，转速快了一点，S3按键按下时,等效电阻S1四、实验内容1.准备好ELF-BOX3远程实验平台以及对应元器件模块2.实现简易小风扇的调速功能五、实验步骤1.双击打开客户端软件，输入用户名、密码，选择“远程模式”，配置选择“学校”，点击“登录”，进入客户端界面。图4-5登录界面2.点击“选择列表”，选择空闲可用的实验平台。（实验采用真实的物理器件和电路，连接上实验平台后才能进行有效的电路设计及调试）图4-6选列表选择好平台后，点击“连接”。图4-7选BOX设备3.选择实验。点击左上角的“选实验”，找到电路基础下拉菜单中的“可调速小风扇”，点击“确认”。【注意】名称后面的一串数字是当前创建实验的时间，具有唯一性。每新建一次实验，形成一条记录，如果当前未完成实验需要保存，保存的内容归到此记录下，下次继续实验的时候，找到正确时间对应的记录，即可继续实验。图图4-8选实验4.扫描模块。点击左上角“扫描”，左边“模块器件”栏出现下拉菜单，此菜单显示出当前实验平台上配备好的模块资源。图4-9扫描模块5.绘制原理图。从“模块器件”栏选择实验需要的模块，单击模块名称，下拉菜单显示了模块上可以使用的器件。从“电源地”栏选择+5V”电源和“GND”，拖拽到原理图绘制区域。图4-10绘制原理图6.下发电路。连接好电路，点击“下发”。【注意】原理图画好后，右上角会出现红色字体提示“指令未下发”，点击左上角“下发”，完成原理图到电路板的映射，创建好实物电路。图4-11下发命令7.调试和观测。打开摄像头，改变输入逻辑，点击“下发”观察LED的亮灭情况是否和理论一致。【注意】每次更改实验线路，都要重新点击“下发”，否则线路不生效！（1）合上开关S1图4-12合上开关S1由上图可知，小风扇的转速为36r/s（2）合上开关S2图4-13合上开关S2由上图可知，小风扇的转速为58r/s（3）合上开关S3图4-14合上开关S3由上图可知，小风扇的转速为41r/s8.写报告。点击客户端上方状态栏“写报告”，系统自动跳转到后台写报告界面。【注意】建议使用Google浏览器，避免出现不兼容问题，导致界面无法正常显示。图4-15写报告点击“我的实验”，找到已完成的实验记录。图4-16找到实验记录点击“填写报告”。选择模板，开始写报告。图4-17选择系统模板【注意】报告模板设置了大致的框架，具体的内容需要根据实验情况填充。图4-18合成数据9.实验报告内容编辑好后，依次点击“保存”、“完成”，实验报告不可更改。实验报告的几种操作及状态说明。（1）“保存”，可以下次继续编辑。对应的报告状态为“进行中”。（2）“完成”，不可编辑。对应的报告状态为“已完成”。（3）“提交”，相当于交作业给老师，不可编辑。对应的报告状态为“待批阅”。六、总结体会七、拓展1.加入更多的开关和电阻，实现小风扇的更多调速功能项目五复杂电路分析（叠加原理）一、实验目的1.验证叠加定理的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。2.学会正确使用电流表以及智能在线实验平台。二、实验设备1.ELF-BOX3远程实验平台一套2.电阻包1*3块、电压表*1、电流表*13.直流电源+3.3V和+5V4.电流表*1详情见下表：表5.1基尔霍夫定律电路搭建器件清单序号名称参数数量1电阻3kΩ32直流电源+5V13直流电源+3.3V1三、实验原理（或电压等于电路中各个独立源分别单（或电压图5-1 叠加原理I1III2III3II四、实验内容电路原理图如上图5-1所示，使E1=+5V、E2=+3.3V用来验证叠加定理。（1）在电路的两边分别接入+5V、+3.3V的输出电源，根据设定的电流参考方向，用电流表测量+5V，+3.3V同时作用和分别作用时，支路电流I3的值，并记录在表5.2中。表5.2验证叠加定理测量数据表电压作用方式实际测量值（I3）理论计算值（I3）同时作用+5V电压作用+3.3V电压作用五、实验步骤1.双击打开客户端软件，输入用户名、密码，选择“远程模式”，配置选择“学校”，点击“登录”，进入客户端界面。图5-2登录界面2.点击“选择列表”，选择空闲可用的实验平台。（实验采用真实的物理器件和电路，连接上实验平台后才能进行有效的电路设计及调试）选择好平台后，点击“连接”。

图5-3选列表图5-4选BOX设备3.选择实验。点击左上角的“选实验”，找到电路基础下拉菜单中的“叠加定理”，点击“确认”。【注意】名称后面的一串数字是当前创建实验的时间，具有唯一性。每新建一次实验，形成一条记录，如果当前未完成实验需要保存，保存的内容归到此记录下，下次继续实验的时候，找到正确时间对应的记录，即可继续实验。图5-5选实验4.扫描模块。点击左上角“扫描”，左边“模块器件”栏出现下拉菜单，此菜单显示出当前实验平台上配备好的模块资源。图5-6扫描模块5.绘制原理图。从“模块器件”栏选择实验需要的模块，单击模块名称，下拉菜单显示了模块上可以使用的器件。从“电源地”栏选择+5V”电源和“GND”，拖拽到原理图绘制区域。图5-7绘制原理图6.下发电路。连接好电路，点击“下发”。【注意】原理图画好后，右上角会出现红色字体提示“指令未下发”，点击左上角“下发”，完成原理图到电路板的映射，创建好实物电路。图5-8下发命令7.调试和观测。打开摄像头，点击“下发”，观察电流表的测量值，并将数据填入到表5.2。【注意】每次更改实验线路，都要重新点击“下发”，否则线路不生效！（1）电压源同时作用时，I3的测量结果图5-9电压同时作用由实验结果可知，电压同时作用时，I3的测量结果为0.8134mA（2）+5V作用时，I3的测量结果图5-10电压为5V由实验结果可知，+5V作用时，I3的测量结果为0.4862mA（3）+3.3V作用时，I3的测量结果图5-11电压为3.3V由实验结果可知，+3.3V作用时，I3的测量结果为0.3201mA，即0.4862mA+0.3201mA=0.8063mA≈0.8134mA，满足叠加定理。8.写报告。点击客户端上方状态栏“写报告”，系统自动跳转到后台写报告界面。【注意】建议使用Google浏览器，避免出现不兼容问题，导致界面无法正常显示。图5-12写报告点击“我的实验”，找到已完成的实验记录。图5-13找到实验记录点击“填写报告”。选择“叠加定理”模板，开始写报告。图5-14选择系统模板【注意】报告模板设置了大致的框架，具体的内容需要根据实验情况填充。图5-15实验报告9.实验报告内容编辑好后，依次点击“保存”、“完成”，实验报告不可更改。实验报告的几种操作及状态说明。（1）“保存”，可以下次继续编辑。对应的报告状态为“进行中”。（2）“完成”，不可编辑。对应的报告状态为“已完成”。（3）“提交”，相当于交作业给老师，不可编辑。对应的报告状态为“待批阅”。六、总结体会七、拓展1、尝试通过测试各个支路的电流来验证叠加定理。2、尝试通过测量各个支路的电压来验证叠加定理。深圳职业技术学院与深圳市易星标技术有限公司联合开发深圳职业技术学院与深圳市易星标技术有限公司联合开发RLC串联谐振电路的研究在线实验指导书——基于ELF-BOX在线实验平台一、实验目的1、了解谐振现象，加深对谐振电路特性的认识，研究电路参数对串联谐振电路特性的影响；2、理解谐振电路的选频特性及应用，掌握测试通用谐振曲线的方法；1、复习本实验中所涉及的串联谐振、频率特性相关的理论知识；完成实验报告中的相关内容。预习本次实验的实验原理及实验电路。完成实验报告中的内容：实验的目的、实验原理，实验指导书要求的理论计算数据；2、学会使用扫频功能观察谐振电路的包络三、实验设备1、ELF-BOX3远程实验平台一套2、电容包1、电阻包3各一块3、转接板一块4、信号源、示波器各一台1．XLωL2πfL，空心电感线圈的电感在一定频率范rrXL电容器的容抗Xc=1/ωC=1/2πfC。当电源频率变化时，感抗XL和容抗Xc都是频率f的函数，称之为频率特性（或阻抗特性）。典型的电感元件和电容元件的阻抗特性如图4-1。图4-1典型元件的频率特性曲线图4-2测量典型元件的电路图2．为了测量电感的感抗和电容的容抗，可以测量电感和电容两端的电压有效值及流过它们的电流有效值。则感抗XL=UL/IL，容抗Xc=Uc/Ic。当电源频率较高时，用普通的交流电流表测量电流会产生很大的误差，为此可以用电子毫伏表进行间接测量得出电流值。在图4-2的电感和电容电路中串入一个阻值较准确的取样电阻R0，先用毫伏表测量取样电阻两端的电压值，再换算成电流值。如果取样电阻取为1Ω，则毫伏表的读数即为电流的值，这样小的电阻对电路的影响是可以忽略的。图4-3R、L、C串联电路在图4-3所示的RLC串联电路中，当外加角频率为ω的正弦电压U&时，电路中的电流为式中,R'=R+r，r为线圈电阻。当ωL=1/ωC时，电路发生串联谐振，谐振频率为： 。此式即为产生串联谐振的条件。可见，改变L、C或电源频率f都可以实现谐振。本次实验是通过改变外加电压的频率使电路达到谐振的。串联谐振有以下特征：1)谐振时电路的阻抗最小，而且是纯电阻性的，即此时谐振电流I&与电压U&同相位，且I0=U/R'为最大值。本次实验就是依据这种特征来找谐振点的。2)谐振时有UL=UC，电路的品质因数Q为RLC串联电路中的电流与外加电压角频率ω之间的关系称为电流的幅频特性，即为了便于比较，将上式中的电流及频率均以相对值I/I0及f/f0表示，则图4-4为I/I0与f/f0的关系曲线，又称通用串联谐振曲线。可见谐振时电流I0的大小与Q值无关，而在其他频率下，Q值越大，电流越小，串联谐振曲线的形状越尖，说明选择性越好。曲线中I/I0=1/√2时，对应的频率f2（上限频率）和f1（下限频率）之间的宽度为通频带Δf，Δf=f2－f1。由图4-4可见，Q值越大，通频带越窄，电路的选择性越好。电路的阻抗角φ与频率的关系称为相频特性，特性曲线如图4-4所示。图4-4串联谐振曲线 图4-5相频性曲线五、实验内容1、寻找谐振频率，验证谐振电路的特点按图5-1接线。R取50Ω，L取10mH，C取0.022μF（22nF）（谐振频率为10kHz左右），信号发生器的输出正弦电压保持在峰峰值2.828Vpp，有效值1Vrms（用示波器CH1通道的有效值测量监测）。用示波器CH2通道测量电阻R上的电压，因为UR=RI，当R一定时，UR与I成正比，电路谐振时的电流I最大，电阻电压UR也最大。细心调节输出电压的频率，使UR为最大，电路即达到谐振（调节前可先计算谐振频率作为参考），测量电路中的电压UR，并读取谐振频率f0，记入表5-1中，同时记下元件参数R、L、C的标称值。注意：远程控制信号源时，输出电压设定值为峰峰值。因为其带载，输出不一定为设定值，因此，为保证每次输出都固定为某一数值，比如有效值1Vrms（用示波器第一通道的有效值测量监测），必须适当提高信号源电压设定值得数值。图5-1串联谐振实验线路原理图与远程客户端接线图表5-1串联谐振实验数据表格R=L=C=UR=I0=UR/R=f0=（实际测量值）Q(理论计算值)=2、测定谐振曲线实验线路同图1-6图，使得信号发生器输出正弦电压峰峰值5.656Vpp，对应有效值2Vrms，在谐振频率两侧调节输出电压的频率（每次改变频率后均应重新调整输出电压至2Vrms），电路中R为100Ω，分别测量各频率点的UR值，记录于表5-2中（在谐振点附近要多测几组数据）。在将图5-1实验电路中的电阻R更换为520Ω（或者530Ω），重复上述的测量过程，记录于表5-2中。最后整理数据，用坐标纸画出其谐振曲线。表5-2谐振曲线数据表格（一） Ui= (V)R=100Ω、 L=10mH、C=22nF、Q(理论计算值)=f（Hz）f0=URII/I0f/f0下面是输入频率的一组数据供参考：表5-3输入频率f（kHz）0.10.350.450.650.8510.511.411.511.65f0=12.113141517192123表1-6谐振曲线数据表格（二）Ui= (V)R520Ω 、L=10mH、C22nF、Qf（Hz）f0=URII/I0f/f0六、实验操作参考双击打开客户端软件。客户端下载网址：/s/1Ldo5Dy1A1iEn-3hjnXmcZg提取码：uawh客户端软件输入用户名、密码，选择“远程模式”，点击“登录”，进入客户端界面。登录账号点击“选择列表”，选择空闲可用的实验平台。（实景实验采用真实的物理器件和电路，连接上实验平台后才能进行有效的电路设计和仪器调测）高亮表示平台空闲，灰色表示占用。选择好平台后，点击“连接”。选择Box选择实验。点击左上角的“选实验”，找到创新实验下拉菜单中的“RLC【注意】名称后面的一串数字是当前创建实验的时间，具有唯一性。每新建一次实验，形成一条记录，如果当前未完成实验需要保存，保存的内容归到此记录下，下次继续实验的时候，找到正确时间对应的记录，即可继续实验。选择实验准备实验用的模块资源。点击左上角“扫描”，左边“模块器件”栏出现下拉菜单，1，2，等等。扫描模块RIGOL找仪器3”1”，“转接板”单击模块名称，下拉菜单显示了模块上可以使用的器件。从“电源地”栏选择“地”，拖拽到原理图绘制区域。同样，把示波器和信号源也拖拽进来。绘制原理图连接好电路，点击“下发”。【注意】原理图画好后，右上角会出现红色字体提示“指令未下发”，点击左上角“下发”，完成原理图到电路板的映射，创建好实物电路。下发指令10mH的引脚接入电路即可。实物转接图调试和观测。双击“信号源”、“示波器”图标，打开摄像头。通过缩放、移动原理图，调整布局。通过摄像头，观察到真实实验环境中用到的示波器。调试与观测设置信号源参数。选择Sine正弦波信号，频率为100Hz，幅度2.828V，点击“下发”，点击“output1”，高亮，表示信号输出，灰色，表示未打开输出通道。【注意】每改变一次参数，需要点击一次“下发”，参数才能生效。设置信号源参数勾选“幅度”和“频率”测量项，点击“刷新测量结果”，系统自动读取示波器测量结果。获得测量结果12.828VppCH2根据实验表格的实验条件记录实验数据，并手动截图保存，以供后续做实验报告使用。把所有测得的数据填入表格后填写实验报告。【注意】改变一次条件，刷新一次测量结果，确保测量值跟实际情况一致。检查探头比是否设置为“1X”。信号源通道控制是否设置为“高阻”。读取并保存测量数据。每做一个实验都要手动去截图，要求把电路图，信号源，示波器等界面放到一起。每个图片最好写上对应哪种参数，方便后续写实验报告时插入图片。如下图就是其中一种实验结果。6-14读取并保存数据请根据实验内容完成剩下的实验数据，并把结果保存起来。【注意】每次完成客户端操作，需要点击客户端上方状态栏“退出”，释放实验台资源。每改变一次电路设计，包括参数、线路、仪器接入位置等，右上角都会出现“指令未下发”提示，需要重新点击一次“下发”，电路才能生效。写报告。点击客户端上方状态栏“写报告”，系统自动跳转到后台写报告界面。【注意】建议使用Google浏览器，避免出现不兼容问题，导致界面无法正常显示。点击“我的实验”，找到已完成的实验记录。6-15写报告由于本次实验没用到监测点功能，因此查看数据是没有结果的，直接点击“填写报告”。选择“RC一阶电路的研究”模板，开始写报告。6-16选择报告模板模板提前设置好的内容，无需重复填写。重点介绍一下数据的导入。找到“实验数据”栏，缩小网页界面，把需要插入的图片直接拖放进去，调整好图片大小，写上对应的实验器件参数和输入数据。6-17导入实验数据把所有的数据都添加到实验报告里。实验报告的几种操作及状态说明。“保存”，可以下次继续编辑。对应的报告状态为“进行中”。“完成”，不可编辑。对应的报告状态为“已完成”。“提交”，相当于交作业给老师，不可编辑。对应的报告状态为“待批阅”。提交报告“保存实验”功能说明。一次未完成的实验，退出之前，点击“保存实验”。保存实验下次打开客户端，选择待继续的上一次实验记录，接着做实验。【注意】无需“选实验”。继续实验附录a) ELF-BOX3深圳职业技术学院与深圳市易星标技术有限公司联合开发深圳职业技术学院与深圳市易星标技术有限公司联合开发RC一阶电路（积分、微分）的研究在线实验指导书——基于ELF-BOX在线实验平台一、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、预习要求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R＝10KΩ，C＝100nF，试计算时间常数τ，并根据τ值的物理意义，拟定测量τ的方案。3.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：熟悉实验平台的使用，回答上述问题。三、实验设备1．函数信号发生器一台2．双踪示波器一台3．ELF-BOX3设备一台4．电阻包1，电阻包2，电容包1，电容包21．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τ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τ3.时间常数τ的测定方法:用示波器测量零输入响应的波形如图3-1(a)所示。根据一阶微分方程的求解得知uc𝑒𝑒−𝑡𝑡𝑅＝U𝑒𝑒−𝑡𝑡𝑇𝑇。当＝τ时，Uτ)＝.6m。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，如图3-1(c)所示。图4-1波形图4.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，当满足τ＝RC<<2T时（T为方波脉冲的重复周期），且由R两端的电压作为响应输出，则该电路就是一个微分电路。因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。如图3-2（a）所示。利用微分电路可以将方波变成尖脉冲。图3-2若将图3-2(a)中的R与C位置调换一下，如图3-2(b)所示，由C两端的电压作为响应输出，且当电路的参数满足τ＝RC>>2T，则该RC电路称为积分电路。因为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。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。1、积分电路从电阻包1中选出R＝10KΩ，电容包1中选出C＝22nF组成如图3-2(b)所示的RC充放电电路。ui为脉冲信号发生器输出的Vpp＝5V、f＝200Hz的方波电压信号，将信号源和输出分别接到示波器通道1和通道2。这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律，请测算出时间常数τ，并根据监测点点击保存电路图、信号源以及示波器的波形。少量地改变电容值或电阻值，定性地观察对响应的影响，保存观察到的结果。R=10KΩ，C=22nF时，激励与响应的变化规律：图5-1（积分电路）（图5-2变化规律）电容先充电，为零状态响应。后放电，为零输入响应时间常数τ=22×10-5s电阻R不变，减少电容C至10nF，观察并描绘响应的波形电阻R不变，增大电容C至33nF，观察并描绘响应的波形电容C不变（33nF），电阻R减小至5.1KΩ，观察并描绘响应的波形电容C不变，电阻R增大至20KΩ，观察并描绘响应的波形R＝10KΩ，C＝100nF，观察并描绘响应的波形电阻R不变，增大C到10uF，观察并描绘响应的波形2、微分电路令C＝10nF，R＝10KΩ，组成如图3-2(a)所示的微分电路。在同样的方波激励信号（Vpp＝5V，f＝200Hz）作用下，观测并描绘激励与响应的波形。令C=10nF，R=10kΩ，激励与响应的变化规律如下：（图5-3微分电路）(图5-3激励与响应的变化规律)增减R之值，定性地观察对响应的影响，并作记录。当R增至200KΩ时，输入输出波形有何本质上的区别？当C=10nF不变时，增大R值至20KΩ当C=10nF不变时，减小R值至5.1kΩ当C=10nF不变时，R增至200KΩ六、实验步骤双击打开客户端软件。客户端下载网址：/s/1Ldo5Dy1A1iEn-3hjnXmcZg提取码：uawh6-1客户端软件输入用户名、密码，选择“远程模式”，点击“登录”，进入客户端界面。6-2登录界面点击“选择列表”，选择空闲可用的实验平台。（实景实验采用真实的物理器件和电路，连接上实验平台后才能进行有效的电路设计和仪器调测）6-3展示界面高亮表示平台空闲，灰色表示占用。选择好平台后，点击“连接”。选择Box选择实验。点击左上角的“选实验”，找到创新实验下拉菜单中的“RC【注意】名称后面的一串数字是当前创建实验的时间，具有唯一性。每新建一次实验，形成一条记录，如果当前未完成实验需要保存，保存的内容归到此记录下，下次继续实验的时候，找到正确时间对应的记录，即可继续实验。选实验准备实验用的模块资源。点击左上角“扫描”，左边“模块器件”栏出现下拉菜单，1，2，等等。扫描器件RIGOL找仪器1”1”，单击模块名称，下拉菜单显示了模块上可以使用的器件。从“电源地”栏选择“地”，拖拽到原理图绘制区域。同样，把示波器和信号源也拖拽进来。绘制原理图连接好电路，点击“下发”。【注意】原理图画好后，右上角会出现红色字体提示“指令未下发”，点击左上角“下发”，完成原理图到电路板的映射，创建好实物电路。下发命令调试和观测。双击“信号源”、“示波器”图标，打开摄像头。通过缩放、移动原理图，调整布局。通过摄像头，观察到真实实验环境中用到的示波器。调试与观测Square200Hz，5V，点击“下发”，点击“output1”，高亮，表示信号输出，灰色，表示未打开输出通道。【注意】每改变一次参数，需要点击一次“下发”，参数才能生效。设置信号源参数勾选“幅度”和“频率”测量项，点击“刷新测量结果”，系统自动读取示波器测量结果。【注意】：改变一次条件，刷新一次测量结果，确保测量值跟实际情况一致。检查探头比是否设置为“1X”。信号源通道控制是否设置为“高阻”。读取并保存测量数据。每做一个实验都要手动去截图，要求把电路图，信号源，示波器等界面放到一起。每个图片最好写上对应哪种参数，方便后续写实验报告时插入图片。如下图就是其中一种实验结果读取保留数据请根据实验内容完成剩下的实验，并把结果保存起来【注意】每次完成客户端操作，需要点击客户端上方状态栏“退出”，释放实验台资源。每改变一次电路设计，包括参数、线路、仪器接入位置等，右上角都会出现“指令未下发”提示，需要重新点击一次“下发”，电路才能生效。写报告。点击客户端上方状态栏“写报告”，系统自动跳转到后台写报告界面。【注意】建议使用Google浏览器，避免出现不兼容问题，导致界面无法正常显示。点击写报告点击“我的实验”，找到已完成的实验记录。点击我的实验由于本次实验没用到监测点功能，因此查看数据是没有结果的，直接点击“填写报告”。选择“RC一阶电路的研究”模板，开始写报告。模板提前设置好的内容，无需重复填写。重点介绍一下数据的导入。找到“实验数据”栏，缩小网页界面，把需要插入的图片直接拖放进去，调整好图片大小，写上对应的实验器件参数和输入数据。合成实验数据把所有的数据都添加到实验报告里实验报告的几种操作及状态说明。“保存”，可以下次继续编辑。对应的报告状态为“进行中”。“完成”，不可编辑。对应的报告状态为“已完成”。“提交”，相当于交作业给老师，不可编辑。对应的报告状态为“待批阅”。“保存实验”功能说明。一次未完成的实验，退出之前，点击“保存实验”。保存实验下次打开客户端，选择待继续的上一次实验记录，接着做实验。【注意】无需“选实验”。继续实验深圳职业技术学院-深圳市易星标技术有限公司联合开发深圳职业技术学院-深圳市易星标技术有限公司联合开发

项目八RC无源滤波电路1.观察信号经过RC无源滤波器波形变化。2.掌握RC无源滤波器的工作原理。3.掌握智能在线实验平台的使用方法。智能在线实验平台一套2.电容包1*1、电阻包1*13.信号源*1、示波器*1具体器件详情如下表8.1RC无源滤波电路器件详细清单序号元件名称参数数量1电阻1kΩ12电容100nF1三、实验原理在本次实验中，使用电阻和电容组成无源滤波器。根据电容的工作原理--通交流阻直流，通高频阻低频；电阻的工作原理--通直流阻交流，通低频阻高频；可使用电阻和电容可以搭建高通滤波器和低通滤波器。本次实验中设计无源低通滤波电路。实验原理图如下所示图8-1RC无源滤波器原理图根据实验原理图，我们可知R=1kΩC=100nF，根据截止频率的公式f=1592.4Hz。四、实验内容1.准备好ELF-BOX3远程实验平台以及对应元器件模块。2.按照电路图在ELF-BOX3远程实验平台搭接电路。3.观察信号经过RC无源低通滤波器滤波后的变化。fc=1/2πRCfc=1592.4Hz。无源滤波器对高于截止1592.4Hz时，通过示波器可以发现幅度有衰减；当信号源输入信号频率1592.4Hz时，通过示波器可以发现幅度无衰减。给信号源频率和幅值，通8.2中，绘制成幅频特性曲线，计算截止频率是否和理论一致。表8.2实验数据记录CH1输入频率(Hz)CH2输出峰峰值Vpp（V）CH1输出峰峰值Vpp（输入1V）输出/输入电路图如下所示：图8-2无源低通滤波器五、实验步骤1.双击打开客户端软件，输入用户名、密码，选择“远程模式”，配置选择“学校”，点击“登录”，进入客户端界面。图8-3登录界面2.点击“选择列表”，选择空闲可用的实验平台。（实验采用真实的物理器件和电路，连接上实验平台后才能进行有效的电路设计及调试）选择好平台后，点击“连接”。

图8-4选列表图8-5选BOX设备3.选择实验。点击左上角的“选实验”，找到电路基础下拉菜单中的“RC滤波”，点击“确认”。【注意】名称后面的一串数字是当前创建实验的时间，具有唯一性。每新建一次实验，形成一条记录，如果当前未完成实验需要保存，保存的内容归到此记录下，下次继续实验的时候，找到正确时间对应的记录，即可继续实验。图8-6选实验4.扫描模块。点击左上角“扫描”，左边“模块器件”栏出现下拉菜单，此菜单显示出当前实验平台上配备好的模块资源。图8-7扫描模块5.找仪器。点击左上角“找仪器”，左边“仪器设备”栏出现信号源和示波器。通过通过找仪器找到真实的仪器，从而可以控制台式仪器，读取真实的数据。图8-8找仪器5.绘制原理图。从“模块器件”栏选择实验需要的模块，单击模块名称，下拉菜单显示了模块上可以使用的器件。从“电源地”栏选择+5V”电源和“GND”，拖拽到原理图绘制区域。图8-9绘制原理图6.下发电路。连接好电路，点击“下发”。【注意】原理图画好后，右上角会出现红色字体提示“指令未下发”，点击左上角“下发”，完成原理图到电路板的映射，创建好实物电路。图8-10下发命令1.调试和观测。通过调试信号源输入的幅值和频率，观测示波器经过无源滤波器电路后的波形变化，记录示波器测量数据，将数据记录在表8.2中，绘制成幅频特性曲线，计算截止频率是否和理论一致。【注意】每次更改实验线路，都要重新点击“下发”，否则线路不生效！（1）当输入频率为10Hz，幅度1V时，示波器的测量值为图8-11输入频率为10Hz，幅度1V（2）当输入频率为1450Hz，幅度1V时，示波器的测量值为图8-12输入频率为1450Hz，幅度1V（3）当输入频率为1850Hz，幅度1V，示波器的测量值为图8-13输入频率为1850Hz，幅度1V（4）将实验结果填入以下表格中，并将结果绘制成幅频曲线【注意】：以下结果仅作为参考，需要自己测量并绘制图像实验数据如下表8.3所示表8.3实验数据CH1输入频率(Hz)CH2输出峰峰值Vpp（V）CH1输出峰峰值Vpp（输入1V）输出/输入1011.0080.9920634921001.0321.03212001.0241.0320.9922480623000.9921.0240.968754000.9761.0320.9457364345000.9521.0320.922480626000.9121.0240.8906257000.881.0320.8527131788000.8481.0160.8346456699000.8241.0160.81102362210000.7841.0160.77165354311000.7521.0160.7401574812000.7281.0080.72222222212500.7201.0080.71428571413000.7041.0080.69841269813500.6881.0160.67716535414000.6721.0080.66666666714500.6561.0080.65079365115000.6401.0080.63492063515500.63210.63216000.62410.62416500.61610.61617000.60010.617500.59210.59218000.58410.58418500.57610.57619000.56810.56820000.54410.54421000.52010.5222000.50410.504幅频特性曲线如下图所示：幅频特性图1.210.8幅频特性图0.40.20050010001500200025001250Hz-1399Hz1275Hz左右。【注意】由于底层电阻存在，整个电路大概增加150Ω电阻，因此电路中的R为1.15K、C为0.1uF，截止频率为f=1/(2*pi*R*C)=1384.7Hz8.写报告。点击客户端上方状态栏“写报告”，系统自动跳转到后台写报告界面。【注意】建议使用Google浏览器，避免出现不兼容问题，导致界面无法正常显示。图8-15写报告点击“我的实验”，找到已完成的实验记录。图8-16找到实验记录点击“查看数据”，可以查询此实验记录下的全部测量数据，波形，以及原理图。图8-17查看数据点击“填写报告”