桥T型衰减器的设计与分析解读

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成绩桥T型衰减器的设计与分析1.实验目的1）熟练进行实验室实验设备的使用，提高仪器使用能力。2）了解桥T型衰减器的工作原理及作用。3）学习用orCAD仿真寻找最佳参数。4）学会用电阻Y-△等效变换分析电路。5）提高自主设计能力，综合运用所学知识解决实际问题。2.总体设计方案或技术路线利用桥T型电路负载 RL上的输出电压U总是小于输入电压 US的原理，调节负载电阻RL的阻值，从而得到衰减程度不同的输出电压，构成衰减器电路。（1）利用电阻Y-△等效变换，从理论上计算电阻R1、R2、RL满足什么关系时，有U0.5Us。以理论计算确定的电阻及电源参数，利用orCAD进行仿真实验，从仿真结果验证理论计算的正确性，并通过操作实验进行对比验证。（2）利用电阻Y-△等效变换，从理论上计算电阻R1、R2、RL满足什么关系时，有输出电阻RORL。利用orCAD进行仿真实验，从仿真结果验证理论计算的正确性，并通过操作实验进行对比验证，计算出此时电压比U的值。US（3）改变RL的值，测量并计算出不同阻值下U的值，并绘制出U~RL的变化曲线，USUS探究衰减程度与负载阻值的关系。（4）衰减系数为衰减器的一项重要指标，其衰减公式为：20lgUS，单位为dB。对于U（2），计算不同参数下衰减器的衰减比例。对于（3）计算不同参数下衰减器的衰减比例，并绘制出20lgUS~RL的曲线，探究衰减系数与负载阻值的关系。U3.实验电路图经Y-△变换：其中R3 3R1仪器设备名称、型号1）TFG2000型函数信号发生器2）可编程线性直流电源3）电阻箱一台4）电阻若干5）数字万用表6）Fluke190-104型示波表7）Flukei30s电流钳表8）交直流实验箱9）导线若干5.理论分析或仿真分析结果1、根据Y-△变换公式，理论证明得对于桥T型衰减器，当3R1R2RLR23R1RL时，U0.5Us。当各电阻满足上述关系时，设置正弦交流电压源输出频率为1kHz，调整输出幅度使电压源输出有效值不同的电压，并选定满足上述等式的电阻进行仿真实验验证，并将所得数据填入表一。R41kR1R2n11k1kV1R3R55Vac1k1k0Vdc0图1仿真电路图图2仿真结果显示表一USVR1R2RLUVUUS12.501000100010001.250.5025.001000100010002.500.5032.501000200020001.250.5045.001000200020002.500.5052.502000200020001.250.5065.002000200020002.500.502、根据Y-△变换公式，理论证明得对于桥T型衰减器，当RL3R1R2时，RORL。2R23R1当各电阻满足上述关系时，设置正弦交流电压源输出频率为1kHz，调整输出幅度使电压源输出有效值不同的电压，并选定满足上述等式的电阻进行仿真实验验证，并将所得数据填入表二。（计算RO时，先将输入端电压源置零，RL开路，然后再输出端加5V直流电压，测出输出端电流IO）R41kR1R2n11k1kV1R3R55Vac1k6000Vdc0图3仿真电路图R41kIPRINTR1R21k1kV1R35Vdc1k0图4计算RO的仿真电路图图5计算RO的仿真结果显示表二USVR1R2RLIOmAUVROU20lgUSdBUSU12.50100010006008.331.006000.407.9625.00100010006008.332.006000.407.9632.5010002000857.145.831.00857.140.407.9645.0010002000857.145.832.00857.140.407.9652.502000200012004.171.0012000.407.9665.002000200012004.172.0012000.407.966.详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）（1）按电路图接好电路，为方便调整RL的阻值，用电阻箱代替RL。（2）设置函数信号发生器输出频率为1kHz，波形选择正弦波，调整输出幅度旋钮使信号发生器输出有效值不同的电压，根据仿真结果设定各电阻值，并将示波表A端口测试线接在电路的输入端，将B端口测试线接在RL两端，测其两端的电压，记录波形图，并所得将数据记录在表三中。图6实际电路图连接图7输入电压与输出电压的波形表三USVR1R2RLUUVUS1 2.47 1000 1000 1000 1.23 0.4982 4.92 1000 1000 1000 2.47 0.50232.461000200020001.220.49644.931000200020002.480.50352.472000200020001.240.50264.942000200020002.460.498（3）设置函数信号发生器输出频率为 1kHz，波形选择正弦波， 调整输出幅度旋钮使信号发生器输出有效值不同的电压，根据仿真结果设定各电阻值，并将示波表 A端口测试线接在电路的输入端，将 B端口测试线接在 RL两端，测其两端的电压，并记录波形图。然后用电流钳表测输入端电流，并将所得数据记录在表四中。 （计算RO时，先将输入端电压源置零，RL开路，然后再输出端加 5V直流电压，测出输出端电流 IO）图8输入电压与输出电压的波形表四IOmAUUSdBUSVR1R2RLUVRO20lgUSU（平均值）12.47100010006008.250.99606.060.4017.93724.92100010006008.001.98625.000.4027.91532.4610002000857.146.000.95833.330.3868.26844.9310002000857.145.751.97869.560.4007.95952.472000200012004.251.011176.470.4097.76564.922000200012004.252.011176.470.4097.765（4）设置函数信号发生器输出频率为1kHz，设置其输出有效值为5V的正弦波。根据仿真结果设置各电阻值，然后将所得数据记录在表五中，并绘制出U~RL和20lgUS~RLUSU的曲线。表五USVR1R2RLUVUUSdBUS20lgU14.9210001000200.130.02631.70124.9310001000400.250.05125.84834.9310001000800.470.09520.44544.93100010001000.570.11618.71154.93100010002000.990.20113.93664.92100010004001.580.3219.8707 4.93 1000 1000 800 2.25 0.456 6.82184.921000100010002.460.5006.02094.921000100020003.020.6144.237104.931000100040003.430.6963.148114.931000100080003.630.7362.662124.9310001000100003.730.7562.429（5）整理表格，绘制相应曲线，得出结论。7.实验结论根据仿真以及实际操作的结果，我们可以得出结论：（1）当R1、R2、RL满足3R1R2RLR23R1RL的关系时，可以得到衰减程度为0.5的输出电压。此时输入电压和输出电压的关系可以从图7中较为明显地看出；（2）当R1、R2、RL满足当RL3R1R2时，RORL。由最大功率传输定理可2R2 3R1得，此时负载能获得最大的功率。但此时电压的衰减程度为0.4，这个衰减程度是比较大的。因此，对于桥T型衰减电路，我们无法同时保证电压的衰减程度较小时，负载获得最大功率。（3）通过调节负载电阻的阻值，可以得到衰减程度不同的输出电压。 并且，随着RL数值的增大，输出电压衰减程度越来越慢，衰减系数减小的速度也越来越慢。下图为 U~RL的曲线。US下图为20lgUS~RL的曲线。U8.实验中出现的问题及解决对策出现的问题：（1）实验过程中发现， 电流钳夹测得的电流精度只能到个位数， 这就给最后计算 RO带来了一定的误差。（2）实验过程中发现，信号源输出正弦波的有效值最大为7.057V，这与实验原来设定的输出有效值为5V和10V的电压不符。解决对策：（1）多次测量电流取平均值， 尽可能减小误差（本实验每组数据测量 4次电流取平均值） 。（2）将信号源输出的正弦波有效值设定为 2.5V和5V。9.本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议收获和体会：在本次自主设计实验中，经过构想、设计、模拟仿真、实际操作等过程，我对电路理论知识有了更深刻的理解，初步掌握了电路设计和调试的基本方法，同时增强自己的动手能力。通过这次实验，我提高了独立思考和解决问题的能力，也体会到了努力之后成功的喜悦。同时，自主设计实验将书本上的知识更加生动地展示和科学地验证， 能帮助我们更好地学习理论知识。对实验室的建议： 实验室仪器设备不是很多， 这就限制了同学们自主设计的范围， 建议实验中心多购置一些常用的设备，还有就是现有的仪器设备应多注意维护整修，提供给同学们更好的实验环境。10．参考文献孙立山陈希有.电路理论基础.北京：高等教育出版社，2013刘冬梅.电路实验教程.北京：机械工业出版社，2013孟涛.电工电子EDA实践教程.北京：机械工业出版社，2012实验原始数据记录表一USVR1R2RLUVUUS12.501000100010001.250.5025.001000100010002.500.5032.501000200020001.250.5045.001000200020002.500.505 2.50 2000 2000 2000 1.25 0.506 5.00 2000 2000 2000 2.50 0.50表二USVR1R2RLIOmAUVROU20lgUSdBUSU12.50100010006008.331.006000.407.9625.00100010006008.332.006000.407.9632.5010002000857.145.831.00857.140.407.9645.0010002000857.145.832.00857.140.407.9652.502000200012004.171.0012000.407.9665.002000200012004.172.0012000.407.96表三USVR1R2RLUVUUS12.471000100010001.230.49824.921000100010002.470.50232.461000200020001.220.49644.931000200020002.480.50352.472000200020001.240.5026 4.94 2000 2000 2000 2.46 0.498表四USVR1R2IOmAROU20lgUSdBRLUVUSU（平均值）12.47100010006008.250.99606.060.4017.93724.92100010006008.001.98625.000.4027.91532.4610002000857.146.000.95833.330.3868.26844.9310002000857.145.751.97869.560.4007.95952.472000200012004.251.011176.470.4097.76564.922000200012004.252.011176.470.4097.765表五USVR1R2RLUVU20lgUSdBUSU14.9210001000200.130.02631.70124.9310001000400.250.05125.84834.9310001000800.470.09520.4454 4.93 1000 1000 100 0.57 0.116 18.71154.93100010002000.990.20113.93664.92100010004001.580.3219.87074.93100010008002.250.456