電路與信號系統(tǒng)實驗課程導入0.電路與信號系統(tǒng)實驗導學1.戴維南定理實驗2.一階、二階電路實驗3.串聯(lián)諧振電路4.周期信號的頻譜測量5.RC低通濾波器6.電壓轉換電路7、PWM脈寬調制電路全套可編輯PPT課件

實驗類型驗證性實驗設計性實驗驗證性實驗要達成的技能電路仿真電路制作電路調試與數(shù)據(jù)記錄實驗報告撰寫設計性實驗要達成的技能電路設計（PWM電路設計）電路制作電路調試與數(shù)據(jù)記錄設計報告撰寫實驗安排第1周課程導入及仿真軟件復習第2-10周（5-6個實驗）電路制作、電路仿真、電路調試與數(shù)據(jù)記錄第11-17周設計性實驗驗證性實驗內容戴維南定理一階、二階動態(tài)電路串聯(lián)諧振電路諧波信號的頻譜分析RC低通濾波器設計性實驗內容電壓轉換電路LED亮度調節(jié)電路仿真分析方法戴維南定理參數(shù)掃描分析方法（直流工作點分析）一階、二階動態(tài)電路參數(shù)掃描分析方法（暫態(tài)分析）串聯(lián)諧振電路參數(shù)掃描分析方法（交流掃描）無源和有源濾波器交流掃描分析方法傅里葉分析方法時

間

安

排Multisim使用練習靜態(tài)工作點仿真如何求靜態(tài)工作點，有哪些參數(shù)？只有直流電源供電時的各節(jié)點電壓，支路電流。作用同萬用表測直流數(shù)據(jù)。交流掃描分析（頻率響應特性）用于觀察電路的頻率響應特性作用同波特儀瞬態(tài)分析用于同時觀測電路中所有點的信號波形作用同示波器參數(shù)掃描分析（ParameterSweep）用于觀察電路的元件參數(shù)改變而對輸出影響的變化規(guī)律。傅里葉分析用于分析電壓信號的頻譜。作用同頻譜分析儀。163直流掃描分析（DC

SWEEP）用于觀察隨直流電源變化而改變的參數(shù)的變化規(guī)律。電路與信號系統(tǒng)實驗戴維南定理實驗原理一個有源線性二端網絡（一端口網絡）可以用一個電壓源與一個電阻的串聯(lián)來等效置換，其等效電壓源的電壓等于該二端網絡的開路電壓，其等效電阻等于將該線性網絡中的所有電源置零后的輸入電阻。2026/2/4戴維南定理的實驗內容1、等效電壓源的測量2、等效電阻的測量3、原電路下負載電阻兩端的電壓和電流的測量4、等效電路下負載電阻兩端的電壓和電流的測量2026/2/42026/2/4記錄實驗電路中的元件實際參數(shù)2026/2/4實驗電路的布局注意事項2026/2/42026/2/4等效電壓源的測量實驗電路的負載輸出端斷開，使用萬用表的直流電壓檔測量電壓值2026/2/4等效電阻的測量（兩種方法）

將實驗電路輸出開路，將電路中的電壓源用導線代替，得到一個無源二端線性網絡，用萬用表的歐姆檔測量輸出端的電阻，此電阻即為等效電阻。2026/2/4跳線帽1萬用表注意：在做戴維南定理時，跳線帽2處接電壓源，跳線帽1要一直短接。用萬用表測等效電阻時，跳線帽2處要將電壓源換成短接，然后再測電阻。跳線帽2數(shù)據(jù)記錄12026/2/4原電路與等效電路外特性的測量電路外特性指電路負載端的電壓、電流、或電阻參數(shù)其中一個的變化對其他兩個參數(shù)的影響（這里通過改變負載電阻的阻值，測量電阻兩端的電壓、流過電阻的電流數(shù)據(jù)，繪制U-I曲線、U-R曲線）實驗使用的負載從實驗箱接入，使用10K電位器，每次接入前量好要接入的電阻阻值，使用萬用表的直流電壓檔，電壓表并聯(lián)在負載兩端，測量電壓，再將萬用表調整到直流電流檔，將萬用表和負載串聯(lián)，測量電流。2026/2/42026/2/4跳線帽1短接負載注意：負載使用試驗箱上的電位器。在改變電位器阻值時，一定要把電位器和電路之間斷開后再進行測量并進行調節(jié)，否則不能進行正確測量。+20V電流表電壓表+-+-2026/2/4負載電流表電壓表++-電位器應調整至等效電阻值將直流穩(wěn)壓源調整至開路電壓值，加入電路2026/2/4數(shù)據(jù)記錄22026/2/4實驗需完成：在實驗記錄紙上記錄實驗測得的開路電壓、短路電流、等效電阻。在實驗記錄紙上記錄原電路在負載從300~3000歐姆之間變化時，負載電壓和電流值。在實驗記錄紙上記錄等效電路在負載從300~3000歐姆之間變化時，負載電壓和電流值。2026/2/4實驗數(shù)據(jù)要和仿真數(shù)據(jù)相比對，如有差別較大的情況，從電路理論出發(fā)，判斷數(shù)據(jù)的正確性。如果是電路故障，需加以排除。實驗結束請檢查設備是否已關閉電源整理好實驗臺把椅子放回到試驗臺下方2026/2/4實驗報告的撰寫請按照附錄實驗報告模板的框架結構完成其中所有部分的內容。特別地，把對下面問題的回答寫入實驗報告中。（１）簡述戴維南等效電路的實驗原理及實驗步驟。（２）把實驗時焊接電路板的電路參數(shù)數(shù)據(jù)、實驗后根據(jù)電路元器件的實際值重新仿真得到的數(shù)據(jù)分別填入表３．１．２、表３．１．３中。（３）對表３．１．２中的實測數(shù)據(jù)和實驗后的仿真數(shù)據(jù)進行比較，它們存在誤差嗎？如果存在，分析兩者存在誤差的原因。（４）根據(jù)表３．１．３中的實測數(shù)據(jù)，在同一個坐標下繪制原電路、等效電路的外特性曲線，比較兩條曲線的分布，分析兩者存在誤差的原因。（５）根據(jù)表３．１．３中實驗后的仿真數(shù)據(jù)，在同一個坐標下繪制原電路、等效電路的外特性曲線。（６）將（４）中的兩條實際電路的外特性曲線與（５）中的電路外特性曲線進行對比，分析兩者存在誤差的原因。（７）根據(jù)（４）、（６）的分析，實驗能否驗證戴維南定理？給出結論。（８）寫下本次實驗的心得，提出一些問題或建議。2026/2/4電路與信號系統(tǒng)實驗一階、二階電路的動態(tài)響應2026/2/4一階電路的動態(tài)響應實驗原理

實驗電路2026/2/4仿真內容

仿真內容2026/2/4實驗步驟及數(shù)據(jù)記錄

2026/2/4二階電路的動態(tài)響應實驗原理零輸入響應過阻尼臨界阻尼欠阻尼無阻尼零狀態(tài)響應衰減振蕩角頻率與衰減系數(shù)2026/2/4仿真內容將電感L換成4.7mH，重復上面的內容。設置L=10mH,C=22nF,電容電壓初始值為5V，電源電壓為10V。利用瞬態(tài)分析法觀測電容電壓。用瞬態(tài)分析法分析零輸入響應（改變電阻值，找到欠阻尼、臨界阻尼、過阻尼三種情況對應的阻值，在同一張圖中畫出三條曲線，標出相應阻值。）調整電阻使電路為欠阻尼狀態(tài)，根據(jù)表3-5-2記錄數(shù)據(jù)。記錄此時的電阻值。實驗步驟（實際操作）1、函數(shù)信號發(fā)生器設置為：方波、頻率1KHz、0~5V2、將方波信號接入電路，在示波器上同時顯示電路的輸入、輸出波形3、調整示波器設置，觀察示波器輸出波形（調整電阻，使輸出分別為欠阻尼，過阻尼，臨界阻尼的情況，記錄阻值，與仿真數(shù)據(jù)做對比）4、調整電阻使電路為欠阻尼狀態(tài)，記錄數(shù)據(jù)。記錄此時的電阻值。5、改變電路中的電感值，再次重復3、4的實驗步驟。數(shù)據(jù)處理及分析根據(jù)測量數(shù)據(jù)，歸納電路處于過阻尼、臨界阻尼及過阻尼時的元件參數(shù)（R,L,C），以及對應的波形。根據(jù)測量數(shù)據(jù)，計算衰減振蕩角頻率和衰減系數(shù)，分析電感的改變是否會對衰減系數(shù)和衰減角頻率產生影響。電路與信號系統(tǒng)實驗串聯(lián)諧振電路實驗原理實驗原理

截止頻率：電流降到峰值的0.707時所對應的頻率通頻帶：兩截止頻率之間的頻率范圍實驗原理實驗電路2026/2/4實驗內容1、測量諧振頻率（R=100,L=10mH,C=100nF）采用兩種方法測量。2、頻率特性曲線的繪制在諧振點左右各取5個點，間隔500Hz一個，分別測量電阻電壓，電容電壓、電感電壓，繪制頻率特性曲線圖。（共11個點，需要三組）在測量電阻電壓時，找出諧振點電壓的0.707倍時的截止頻率（兩個）。電阻值修改為R=1K，采用同樣的方法測量電阻電壓的頻率特性曲線。在測量電阻電壓時，找出諧振點電壓的0.707倍時的截止頻率（兩個）。實驗內容(續(xù))3、電流諧振曲線的繪制計算R=100和R=1K兩種情況下電路的品質因數(shù)Q的理論值，繪制理論上的電流諧振曲線，與實驗測得的頻率諧振曲線比對，找出規(guī)律。4、觀察電感對諧振頻率的影響（R=100,L=4.7mH,C=100nF）采用李沙育圖示法測諧振頻率。測量電阻電壓的頻率特性曲線。測量時找出諧振點電壓的0.707倍時的截止頻率。仿真內容用multisim搭建電路。（R=100,L=10mH,C=100nF）在multisim中使用兩種方法給出電路的諧振點（方法見后一頁）。采用AC分析方法，選取頻率作為分析參數(shù)，繪制電容，電感，電阻的頻率特性曲線圖。采用參數(shù)掃描方法，繪制不同Q值(電阻不同)下的電流(電阻電壓)諧振曲線（頻率特性曲線）圖。改變電感值為4.7mH,重復以上內容。諧振頻率的測量搭建電路，R=100，L=4.7/10mH，C=100nF調節(jié)輸入正弦信號頻率，保持輸入信號幅度不變，觀察電阻電壓幅值，當電壓值達到最大時，此時輸入頻率為諧振頻率。輸入信號VPP=1V。利用示波器的X—Y圖示儀功能，觀察李沙育圖形，調節(jié)輸入信號頻率，當屏幕上為一斜線（位于一、三象限，輸入輸出同相）時，此時輸入頻率為諧振頻率。諧振曲線的繪制找出諧振頻率，并記錄該頻率。以諧振頻率為中心，保持信號幅度不變，調整輸入信號頻率，記錄一組輸出信號幅度（電阻、電感、電容電壓）。（R=100,L=10mH）保持電感、電容值不變，改變電阻值，以諧振頻率為中心，保持信號幅度不變，調整輸入信號頻率，記錄一組輸出信號幅度（電阻電壓）。(L=10mH，R分別取100，1K兩種阻值)

改變電感值，重復上述內容，但只測電阻電壓頻率曲線。(R=100,L=4.7mH)數(shù)據(jù)分析將實際測量的諧振頻率和理論值做比較，得出結論，并分析誤差來源。在同一個坐標里繪制電阻、電感、電容電壓的頻率特性曲線，總結這些曲線具有怎樣的特點。繪制電阻的電壓幅頻特性曲線，得出電路的截止頻率和通頻帶以及Q值。分析電阻、電感的變化對Q值、幅頻特性曲線的影響。電路與信號系統(tǒng)實驗周期信號的頻譜測量實驗目的1、了解信號頻譜測量的基本原理，學會使用有關頻譜測量的儀器2、掌握周期性正弦信號、三角波信號和矩形脈沖信號的振幅頻譜測量方法3、研究周期性矩形脈沖信號，分析該類信號的脈沖寬度、周期對頻譜的影響不寫實驗報告，將數(shù)據(jù)上傳學習通實驗原理實驗原理實驗原理把周期性信號分解得到的各次諧波分量按照頻率的高低排列，就可以得到頻譜圖。反映各頻率分量振幅的頻譜稱為振幅頻譜。周期性信號的振幅頻譜具有離散性、諧波性、收斂性。實驗原理快速傅里葉分析法：使用數(shù)值計算方法處理一段時間內的信號，分析出信號的頻率組成，給出各頻率成分的幅度和相位信息。信號頻域測量（統(tǒng)稱為頻譜分析）有兩種方法：適合分析窄帶寬信號實驗原理掃頻式頻譜分析法：使用一個中心頻率可調的濾波器，依次將濾波器的中心頻率調到被掃頻范圍內的某個頻率上，濾波器輸出可測出被測信號在這個頻率上的幅度。信號頻域測量（統(tǒng)稱為頻譜分析）有兩種方法：適合測試寬頻信號實驗原理正弦信號：幅度譜為一條豎線實驗原理周期性三角波信號：實驗原理周期性矩形波信號：實驗原理實驗原理振幅先換算成電壓有效值，再計算分貝電壓：實驗內容改成50kHz，1V峰峰值切換單位測量實驗內容

理論值：頻譜分析儀讀出來的是dBmV，減掉60就是dBV。實驗內容

理論值：信號源調至0-1V，斷開頻譜分析儀實驗內容改成1V實驗內容

理論值：信號源調至0-1V，斷開頻譜分析儀實驗內容

理論值：信號源調至0-1V，斷開頻譜分析儀電路與信號系統(tǒng)實驗RC低通濾波器實驗原理濾波器的功能是讓指定頻率范圍內的信號通過，而將其他頻率的信號加以抑制或使之急速衰減。實驗原理

RC濾波器：不用電感，避免了電感元件的非線性影響。在低頻段，RC濾波器的體積比含電感的濾波器要小很多。

種類：分為無源RC濾波器和有源RC濾波器，有源RC濾波器輸入阻抗大，輸出阻抗小，能在負載和信號之間起到隔離作用，濾波性能更好。實驗原理二階RC低通濾波器的電壓傳遞函數(shù)：實驗原理

實驗原理無源二階RC低通濾波器的Q值很低，其幅頻響應特性曲線在低頻段下降很快。實驗原理

實驗內容-無源RC低通濾波器1、搭建電路，電路參數(shù)值為R=20kΩ，C1=0.022μF，C2=0.01μF。輸入電壓有效值為3V，輸出端接臺式萬用表，測量出來的值是有效值。實驗內容-無源RC低通濾波器

實驗內容-無源RC低通濾波器3、改變參數(shù)值R=15kΩ，C1=0.022μF，C2=0.01μF，再完成表4.3.2。實驗內容-無源RC低通濾波器4、改變參數(shù)值R=20kΩ，C1=0.047μF，C2=0.01μF，再完成表4.3.3。實驗內容-有源RC低通濾波器1、搭建電路，電路參數(shù)值為R=20kΩ，C1=0.022μF，C2=0.01μF。輸入電壓有效值為3V，輸出端接臺式萬用表，測量出來的值是有效值。實驗內容-有源RC低通濾波器

實驗內容-有源RC低通濾波器3、改變參數(shù)值R=15kΩ，C1=0.022μF，C2=0.01μF，再完成表4.3.5。實驗內容-有源RC低通濾波器4、改變參數(shù)值R=20kΩ，C1=0.047μF，C2=0.01μF，再完成表4.3.6。實驗內容-實驗報告根據(jù)表3.4.1的數(shù)據(jù)，仿真和實測數(shù)據(jù)放在同一個坐標系中進行比較，分析誤差原因。同理，處理表3.4.2-表3.4.6的數(shù)據(jù)并畫圖。（6張圖）將無源RC低通濾波器的測量數(shù)據(jù)繪制到同一個坐標系中，分析幅頻響應特點，分析電阻、電容的改變對幅頻響應特性的影響。（1張圖）將有源RC低通濾波器的測量數(shù)據(jù)繪制到同一個坐標系中，分析幅頻響應特點，分析電阻、電容的改變對幅頻響應特性的影響。（1張圖）電路與信號系統(tǒng)實驗電壓轉換電路實驗原理設計一個電壓轉換電路，將一個單極性信號轉換為雙極性信號。輸入信號為0-UM的方波信號，輸出對應±K。輸入信號0-UM輸出信號±K±12實驗原理

ui

①確定R1和R2的值。實驗原理

ui

uo

實驗原理

ui

uo

實驗原理

ui

uo

實驗原理

②計算出k值，確定R4和R5

、R6和R7的值。

R4=R6R5=R7實驗原理uiuo③確定R3的值。R3=R1//R2實驗要求22XX02，1-1617-3132-4849-65電阻的選擇2026/2/4焊接注意事項：1、集成塊4腳接+12V，11腳接-12V，這兩個引腳必須要有排針引出。2、原理圖中所有的“地”都必須接在一起，要有排針引出，排針個數(shù)要多一些。3、不要直接焊接集成塊，要焊接集成塊底座，集成塊是插在上面的。4、ui和uo需要有排針引出。5、先畫布局圖，盡量少跳線，如需跳線，從正面跳線，不要從反面跳。6、計算準確，找到合適的電阻，允許有一定偏差，但偏差不能太大。焊接注意事項：非正弦信號產生電路非正弦信號產生電路在工程實踐中，除廣泛應用正弦波發(fā)生電路外，測量設備、數(shù)字系統(tǒng)及自動控制系統(tǒng)中，還常常需要非正弦波發(fā)生電路。矩形波發(fā)生器是一種能直接產生矩形波或方波的非正弦信號發(fā)生器。由于矩形波或方波包含極豐富的諧波，這種電路又稱為多諧振蕩器。矩形波發(fā)生器方波振蕩電路如圖所示，由兩部分組成：1.施密特觸發(fā)器2.RC定時電路施密特觸發(fā)器的兩個觸發(fā)電平分別為：負跳變觸發(fā)電平：正跳變觸發(fā)電平：矩形波發(fā)生器（續(xù)2）+UOM-UOMtuoUTH

uCtUTH

uoRfR1施密特觸發(fā)器定時電路CRuC方波發(fā)生器的工作波形T1T2時間常數(shù)

=RC時間常數(shù)

=RCT1段：T2段：振蕩周期：T2=T1振蕩輸出為方波。矩形波發(fā)生器（續(xù)）方波信號發(fā)生器電路輸出電壓的電平為運算放大器的飽和輸出電壓，如果電源發(fā)生變化，振蕩器輸出也將隨之變化，作為一個好的信號發(fā)生器，這是不允許的。我們可以仿照比較器幅度控制電路，在運算放大器的輸出端接雙向穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，使電路輸出幅度保持不變。uoDZR1RfRCRZuC

UZ仿真實驗三角波和鋸齒波發(fā)生器三角波和鋸齒波是儀器儀表和控制系統(tǒng)常用的信號，實際上，利用上節(jié)得到的方波輸出通過一個積分電路即可獲得三角波，將占空比極高或極低的矩形波輸入積分電路可獲得鋸齒波輸出。前面討論的矩形波、方波發(fā)生器電路中，RC定時電路本身就是一個積分環(huán)節(jié)（只是積分線性較差），因此，如果我們在矩形波、方波振蕩電路中直接采用線性積分電路作為定時電路，則不僅可以獲得矩形波、方波，還可同時獲得三角波、鋸齒波。三角波和鋸齒波發(fā)生器（續(xù)1）三角波－方波發(fā)生器在方波發(fā)生器電路中，將RC定時電路改作由運算放大器構成的積分電路，則在獲得方波輸出的同時，還能得到同頻率的三