實(shí)驗(yàn)五一階電路實(shí)驗(yàn)一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.觀察一階電路的過渡過程，研究元件參數(shù)改變時(shí)對(duì)過渡過程的影響。2.學(xué)習(xí)脈沖信號(hào)發(fā)生器和示波器的使用方法。二.實(shí)驗(yàn)原理RC電路在脈沖信號(hào)的作用下，電容器充電，電容器上的電壓按指數(shù)規(guī)律上升，即(5－1)Uc隨時(shí)間上升的規(guī)律可用曲線表示，如圖4－1所示。電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，將電源短路，電容器將放電，其電壓按指數(shù)規(guī)律衰減，即(5－2)隨時(shí)間衰減的規(guī)律可以用曲線表示，如圖5－2所示。圖5－1RC充電過渡過程圖5－2RC放電過渡過程其中稱為電路的時(shí)間常數(shù)，它的大小決定了過渡過程進(jìn)行的快慢。其物理意義是電路零輸入響應(yīng)衰減到初始值的36.8％所需要的時(shí)間，或者是電路零狀態(tài)響應(yīng)上升到穩(wěn)態(tài)值的63.2％所需要的時(shí)間。在理論上，真正到達(dá)穩(wěn)態(tài)所需要的時(shí)間為無限大，但工程上認(rèn)為換路后經(jīng)過3τ～5τ的時(shí)間，過渡過程就基本結(jié)束，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。對(duì)于一般電路，時(shí)間常數(shù)均較小，在毫秒甚至微秒級(jí)，電路會(huì)很快達(dá)到穩(wěn)態(tài)，一般儀表尚來不及反應(yīng)，過渡過程已經(jīng)消失。因此，用普通儀表難以觀測(cè)到電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律。示波器可以觀察到周期變化的電壓波形，如果使電路的過渡過程按一定周期重復(fù)出現(xiàn)，示波器熒光屏上就可以觀察到過渡過程的波形。本實(shí)驗(yàn)用方波做實(shí)驗(yàn)電源，由它產(chǎn)生一個(gè)固定頻率的方波，模擬階躍信號(hào)。在方波的前沿(上升沿)相當(dāng)于接通直流電源，電容器通過電阻充電，如圖5－1；方波后沿(下降沿)相當(dāng)于電源短路，電容器通過電阻放電，如圖5－2。方波周期性重復(fù)出現(xiàn)，電路就不斷地進(jìn)行充電、放電。將電容器兩端接到示波器輸入端，就可觀察到一階電路充電、放電的過渡過程。用同樣的方法也可以觀察到RL電路的過渡過程。三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1.參考附錄Ⅱ，調(diào)節(jié)示波器上編號(hào)為(13)、(17)、(31)旋鈕，使其處于“校準(zhǔn)”位置（參見附表2－2）；調(diào)節(jié)(12)、(16)旋鈕指向1V刻度，調(diào)節(jié)(30)旋鈕指向0.5ms刻度（可根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況靈活操作）；面板上可上下?lián)軇?dòng)的開關(guān)撥向上方，（10）（19）號(hào)撥動(dòng)開關(guān)撥向下方（撥向DC位置）；(22)旋鈕旋向“鎖定”位置（參見附表2－2）。2.參閱附錄VII，調(diào)節(jié)DDS函數(shù)波形發(fā)生器輸出波形為方波，頻率為1KHz，幅度為1.5V，占空比為50%，偏置比為100%，信號(hào)輸出用探頭線接函數(shù)波形發(fā)生器的“信號(hào)輸出”。3.示波器的探頭和函數(shù)波形發(fā)生器“信號(hào)輸出”探頭相接，注意兩個(gè)探頭紅夾相接，黑夾相接，不可接錯(cuò)，在示波器上觀察信號(hào)波形，用示波器上下位移旋鈕（示波器面板編號(hào)為9；20）將方波的下沿和示波器水平中心線對(duì)齊。調(diào)節(jié)好后，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程信號(hào)源參數(shù)不再變化。4.觀察并記錄RC電路的過渡過程。(1)觀察記錄電容器上的過渡過程。圖5－3觀察RC電路的過渡過程按圖5－3接好電路。圖中R=300Ω，C=0.1μF。觀察示波器上的波形，并繪制所觀察到的波形。從波形圖上測(cè)量電路的時(shí)間常數(shù)τ，然后和電路參數(shù)所計(jì)算的時(shí)間常數(shù)相比較，分析二者不同的原因。(2)將圖5－3電路參數(shù)改為R=800Ω，C=0.1μF，觀察示波器上的波形，并繪制所觀察到的波形。了解參數(shù)改變對(duì)Uc(t)過渡過程的影響。(3)觀察記錄電阻上電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律UR(t)。按圖5－4接好電路。R=300Ω，C=0.1μF，觀察電阻上的電壓UR(t)的波形，并繪制所觀察到的波形。圖5－4觀察電阻R上的電壓波形UR(t)(4)將圖5－4電路參數(shù)改為R=800Ω，C=0.1μF，觀察示波器上的波形，繪制所觀察到的波形。4.觀察并記錄RL電路的過渡過程。(1)按圖5－5接好電路，R=300Ω，L=22mH，繪制所觀察到的波形UL。圖5－5觀察RL電路中UL(t)的波形(2)改變圖5－5參數(shù)，使R=800Ω，L=22mH，觀察并記錄電感上的電壓波形UL(t)，繪制所觀察到的波形。圖5－6觀察RL電路中UR(t)的波形(3)按圖5－6接線，R=300Ω，L=22mH，觀察并記錄電阻R上的電壓波形UR(t)，繪制所觀察到的波形。，(4)改變圖5－6參數(shù)值R=800Ω，L=22mH，觀察示波器上的波形，并繪制所觀察到的波形。四.實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.雙蹤示波器一臺(tái)；2.EM32030PDDS函數(shù)波形發(fā)生器一臺(tái)3.動(dòng)態(tài)電路單元板(TS—B—27)一塊；4.

電阻箱一只。五.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.繪制所觀察到的各種波形，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙的正面和背面均可。注明縱坐標(biāo)、橫坐標(biāo)所代表的物理量2.說明元件參數(shù)的變化對(duì)過渡過程的影響。3.為什么實(shí)驗(yàn)中要使RC電路的時(shí)間常數(shù)比方波的周期小很多?如果方波周期比RC電路時(shí)間常數(shù)τ小很多，會(huì)出現(xiàn)什么情況?

實(shí)驗(yàn)六二階電路過渡過程實(shí)驗(yàn)一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.觀察R、L、C串聯(lián)電路的過渡過程。2.了解二階電路參數(shù)與過渡過程類型的關(guān)系。3.學(xué)習(xí)從波形中測(cè)量固有振蕩周期和衰減系數(shù)的方法。二.實(shí)驗(yàn)原理1.R、L、C串聯(lián)電路如圖6－1所示，它可以用線性二階常系數(shù)微分方程描述其規(guī)律：圖6－1RLC串聯(lián)電路(6－1)其微分方程的解等于對(duì)應(yīng)的齊次方程的通解和它的特解之和，即=其中=Us，即(6－2)A1和A2是由初始條件決定的常數(shù)；S1和S2是特征方程的根，由電路的參數(shù)決定。由于電路參數(shù)R、L、C之間的關(guān)系不同，電路響應(yīng)會(huì)出現(xiàn)下述三種情況。(1)當(dāng)R＞時(shí)，響應(yīng)是非振蕩的，稱為過阻尼情況，uC隨時(shí)間的變化曲線如圖6－2所示。(2)當(dāng)R=時(shí)，響應(yīng)是臨界狀態(tài)的，稱為臨界阻尼情況，uc隨時(shí)間的變化曲線如圖6－2所示。UC t圖6－2二階電路響應(yīng)的三種情況(3)當(dāng)R＜時(shí)，響應(yīng)是衰減振蕩的，稱為欠阻尼情況uc隨時(shí)間的變化曲線如圖6－2所示。2.振蕩周期T和衰減系數(shù)δ的測(cè)量方法。當(dāng)電路處于阻尼情況時(shí)，響應(yīng)uc的表達(dá)式為(6－3)其振蕩波形如圖6－3(a)所示，其中為振蕩周期為衰減系數(shù)(其中R為回路總電阻)為固有頻率在電流的波形圖上，若第一個(gè)正峰點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)刻為t1，第二個(gè)正峰點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)刻為t2，則衰減振蕩周期T=t2-t1(6－4)若第一個(gè)正峰為Im1，第二個(gè)正峰值為Im2，則有所以故(6－5)UcUs t(a)i 0 t（b）圖6－3RLC串聯(lián)電路欠阻尼振蕩三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1.按圖6－4(a)接線，電容及電感元件取自TS－B－27單元板，C=0.01μF，L=10mH；R為電阻箱；方波激勵(lì)信號(hào)取自DDS函數(shù)波形發(fā)生器，其頻率為1kHz，占空比為50%，偏置比為100%，幅值各實(shí)驗(yàn)小組自己確定。2.調(diào)節(jié)電阻箱，使R在0—4kΩ間變化，在示波器上觀察UC在欠阻尼、臨界阻尼和過阻尼情況下的各種波形，繪制臨界阻尼波形并記錄其對(duì)應(yīng)圖6－4二階電路過渡過程實(shí)驗(yàn)電路電阻值，并與理論值R=相比較；繪制過阻尼情況下的一個(gè)波形并記錄其電阻值。3.按圖6－4(b)接線，調(diào)節(jié)R為100Ω－400Ω任一值，觀察衰減振蕩波形。調(diào)節(jié)上下位移旋鈕，使得過渡過程結(jié)束后的穩(wěn)態(tài)線和示波器水平方向中心刻度重合；調(diào)節(jié)示波器指20μs位置（注意處于校準(zhǔn)位置），此時(shí)UR波形類似圖6－3（b），從觀察到的衰減振蕩波形中測(cè)量出t1和t2及URm1（im1）和URm2（im2），根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算衰減系數(shù)δ和衰減振蕩周期T。四.實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.EM32030PDDS函數(shù)波形發(fā)生器一臺(tái)2.雙蹤示波器一臺(tái)；3.單元板(TS—B—27)；4.電阻箱一只；5.導(dǎo)線若干。五.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.寫清實(shí)驗(yàn)?zāi)康模嫵鰧?shí)驗(yàn)電路。2.繪制過渡過程中的欠阻尼(衰減振蕩)、臨界阻尼、過阻尼三種波形圖；對(duì)于欠阻尼(衰減振蕩)，把測(cè)量數(shù)據(jù)所得δ和T與元件參數(shù)值所計(jì)算的δ和T結(jié)果進(jìn)行比較，分析誤差原因。

實(shí)驗(yàn)七串聯(lián)諧振電路實(shí)驗(yàn)一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測(cè)量RLC串聯(lián)電路的諧振曲線，通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步掌握串聯(lián)諧振的條件和特點(diǎn)。2.研究電路參數(shù)對(duì)諧振特性的影響。二.實(shí)驗(yàn)原理在圖7—1所示RLC串聯(lián)電路中，若取電阻R兩端的電壓U2為輸出電壓，則該電路輸出電壓與輸入電壓之比為：（7－1）由上式可知，輸出與輸入電壓之比是角頻率的函數(shù)，當(dāng)頻率很高時(shí)和頻率很低時(shí)，比值都將趨于零，而在某一頻率ω0時(shí)，可使ω0L=1/ω0C輸出電壓與輸入電壓之比等于1，電阻R上的電壓等于電路輸入端電壓，電阻R上的電壓達(dá)到最大值，我們把具有這種性質(zhì)的函數(shù)稱為帶通函數(shù)，該網(wǎng)絡(luò)稱為二階帶通網(wǎng)絡(luò)。二階帶通網(wǎng)絡(luò)輸出電壓與輸入電壓的振幅比是頻率函數(shù)的性質(zhì)，稱為該網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性，如圖7－2所示。出現(xiàn)尖峰的頻率ω0稱為中心頻率或諧振頻率。此時(shí)，電路的電抗為零，阻抗值最小，等于電路中的電阻，電路成為純電阻性電路，并且電路中的電流達(dá)到最大值，電流相位與輸入電壓同相位。我們把電路的這種工作狀態(tài)稱為串聯(lián)諧振。電路達(dá)到諧振狀態(tài)的條件是（7－2）圖7－1RLC串聯(lián)電路圖7－2串聯(lián)電路的幅頻特性改變角頻率ω時(shí)，振幅比隨之變化，當(dāng)振幅比下降到=0.707時(shí)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率ω1、ω2（或f1和f2）叫做3dB頻率。兩個(gè)頻率之差BW=ω2-ω1稱為該網(wǎng)絡(luò)的通頻帶寬，理論上可以推出通頻帶寬BW=ω2-ω1=（7－3）由（7－3）式可知網(wǎng)絡(luò)的通頻帶取決于電路的參數(shù)。RLC串聯(lián)電路幅頻特性曲線的陡度，可以用品質(zhì)因數(shù)Q來衡量，Q的定義為：Q=（7－4）可見品質(zhì)因數(shù)Q也是由電路的參數(shù)決定的。當(dāng)L和C一定時(shí)，電阻R越小，Q值越大，通頻帶寬也越窄。反之，電阻R越大，品質(zhì)因數(shù)Q越小，通頻帶寬也越寬。如圖7－2所示，R2＞R1，電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，XL=XC，Z=R2，則BW2=ω'2-ω'1＞BW1=ω2-ω1當(dāng)XL=XC>R時(shí)，UL=UC>>U1。即電感和電容兩端電壓將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電源輸出電壓。串聯(lián)諧振電路的這一特點(diǎn)，在電子通訊、無線電廣播領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，而在電力系統(tǒng)中，應(yīng)避免由電路諧振而引起的過壓現(xiàn)象。三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1.

按圖7－3連接實(shí)驗(yàn)電路，取L＝33mH，C＝0.01μF（選自動(dòng)態(tài)電路單元板），R＝620Ω（電阻箱）。圖7－3RLC串聯(lián)電路2.將示波器兩個(gè)信號(hào)輸入端按圖接入電路，檢查（13）（17）（31）旋鈕，使其必須處于“校準(zhǔn)”位置；按下示波器“CHOP”鍵，調(diào)節(jié)（12）（16）旋鈕，均指向刻度1V；調(diào)節(jié)信號(hào)源幅度,使其信號(hào)輸出為3V；調(diào)節(jié)（30）旋鈕，讓信號(hào)在屏幕上顯示1～2個(gè)周期。3.根據(jù)所選元件的參數(shù)，由f0＝，計(jì)算諧振頻率（或由T0＝計(jì)算出諧振周期），由于元件參數(shù)的誤差，根據(jù)元件參數(shù)計(jì)算的諧振頻率點(diǎn)僅確定了諧振頻率的大致范圍，未必就是實(shí)際的諧振點(diǎn)。4.在計(jì)算的f0附近調(diào)節(jié)正弦波信號(hào)源頻率，觀測(cè)示波器上U1、U2的相位變化。調(diào)節(jié)頻率，使U1、U2兩正弦波的最大值點(diǎn)重合（由于幅值不相等，所以兩波形不重合）；此時(shí)電路處于諧振狀態(tài)。5.將所測(cè)得f0填入表7－1中間，再分別按下CH1和CH2，測(cè)量U1P－P和U2P－P（正弦波最大值和最小值在屏幕上所占縱向厘米格）。6.以實(shí)驗(yàn)所得f0為中心頻率，左右以0.5kHz為間隔，調(diào)節(jié)信號(hào)源頻率使其為確定值（頻率偏移f0后U1P－P、U2P－P不再同相位），從示波器測(cè)得對(duì)應(yīng)頻率的U1P－P和U2P－P，填入表7－1中表7－1R=620Ω頻率（kHz）f0-2kf0-1.5kf0-1kf0-0.5kf0f0+0.5kf0+1kf0+1.5kf0+2kU1P－P(V)U2P－P(V)U2/U1表7－2R=1300Ω頻率（kHz）f0-2kf0-1.5kf0-1kf0-0.5kf0f0+0.5kf0+1kf0+1.5kf0+2kU1P－P(V)U2P－P(V)U2/U17.改變圖7—3的R為1300Ω，按照R=620Ω實(shí)驗(yàn)的對(duì)應(yīng)步驟，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表7－2中。8.計(jì)算U2/U1，保留3位小數(shù)。四.實(shí)驗(yàn)