電路與系統(tǒng)實驗教案20120913

1、電路系統(tǒng)與仿真實 驗 講 義物理科學與技術(shù)學院 編實驗一 歐姆定律的驗證（一）實驗目的及要求：、熟悉電路分析實驗箱的結(jié)構(gòu)，學會電路分析實驗箱的使用方法及萬用表等儀器的的基本操作。、建立幾個具體的測量電路，驗證歐姆定律。（二）實驗原理與儀器的介紹：、實驗原理部分電路歐姆定律。略全電路歐姆定律。略2、數(shù)字萬用表（DIGITAL MULTIMETER）本實驗室采用DT9205數(shù)字萬用表?？捎脕頊y量直流和交流電壓及電流、電阻、電容、二極管、三極管、頻率以及電路通斷，具有LCD顯示，最大顯示值為19999，過量程顯示1，和讀數(shù)保持功能。主要技術(shù)參數(shù)及使用方法：(1) 電阻測量量程：200，2K，20K，

2、200K，2M，20M，200M。使用時需要注意： 被測電路不能帶電，電容電荷要放盡。 被測阻值超出量程時或開路時，顯示1。 對于大于1M或更高的電阻，要幾秒鐘后讀數(shù)才能穩(wěn)定，這是正常現(xiàn)象。 使用200檔時，先將表筆短接，顯示表筆線的電阻值，實驗中應減去這一電阻值，得到的才是實際被測值。 200M短路時有1000個字，測量時應從讀數(shù)中減去。如測量100M電阻時，顯示為110.00，1000個字應被減去(即110.00-10.00=100.00M)。(2) 直流電壓測量量程：200mV，2V，20V，200V，1000V。輸入阻抗：所有量程為10M。使用時需要注意： 測試表筆并接到待測電路上，紅

3、表筆所接端子的極性將同時顯示。 如果顯示器只顯示1，表示過量程。 輸入電壓高于1000V時，顯示電壓值是可能的，但有可能損壞儀表。(3) 交流電壓測量量程：200mV，2V，20V，200V，750V。輸入阻抗：所有量程為2M。使用時需要注意： 測試表筆并接到待測電路上。 如果顯示只顯示1，表示過量程。 輸入電壓高于750V時，顯示電壓值是可能的，但有可能損壞儀表。(4) 直流電流測量量程：2mA，20mA，200mA，20A。測量電壓降：滿量程為200mV。過載保護：200mA以下為0.3A/250V保險絲保護，20A無保險絲保護。(5) 交流電流測量量程：2mA，20mA，200mA，20

4、A。測量電壓降和過載保護與直流電流測量相同。因為在實驗室中我們不提倡學生使用電流表，但需要測量電流時，我們都是將電流轉(zhuǎn)換為電壓，測出電壓值后，然后計算出電流，所以直流、交流電流的測量方法不再介紹。(6) 二極管和蜂鳴連續(xù)性測量量程：置于二極管時，顯示二極管正向電壓值，單位為伏，此時，正向直流電流約為1mA，反向直流電壓約為3.0V。量程：置于蜂鳴 時，電阻50時，機內(nèi)蜂鳴器響，顯示電阻近似值，單位為千歐。(7) 晶體管hFE測量量程：可測NPN型或PNP型晶體管hFE。顯示范圍：01000此時，基極電流約為10A，Uce約為3.0V(8) 電容測量量程：2nF，20nF，200nF，2F，20

5、F(1nF=10-3F)。測試信號為：約400Hz，40mVrms使用時需要注意： 測量大電容時，要先放電，然后進行測試，以防損壞儀器或引起測量誤差。 將待測電容插入電容測試座中，待穩(wěn)定后，直接從顯示屏上讀取讀數(shù)。3、示波器(OSCILLOSCOPE) 示波器是一種能在示波管屏幕上顯示出電信號變化曲線的儀器，它不但能象電壓表，電流表那樣讀出被測信號的幅度(注意：電壓表，電流表如無特殊說明，讀出的數(shù)值為有效值)，還能象頻率計，相位計那樣測試信號的周期（頻率）和相位，而且還能用來觀察信號的失真，脈沖波形的各種參數(shù)等。本實驗室采用的示波器為雙蹤示波器，型號為EM6506，可同時測試兩路從直流（DC）

6、到交流（AC）60MHz的電信號。靈敏度為1mV/DIV。由于型號不同，面板結(jié)構(gòu)不同，各種旋鈕（或按鍵）功能有的用中文表示，有的用英文表示，但其基本組成部分都有：電源系統(tǒng)，垂直系統(tǒng)（Y軸），水平系統(tǒng)（X軸）和觸發(fā)系統(tǒng)（TRIGGER），這四部分組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖11所示。圖11 示波器結(jié)構(gòu)框圖為了有的放矢使用有關(guān)的功能開關(guān)，并對一些中文或英文述語有所了解，下面結(jié)合結(jié)構(gòu)框圖11簡要介紹其工作原理。(1) 示波管示波管是進行電光轉(zhuǎn)換的器件，把被測的電信號轉(zhuǎn)換為光信號，在示波管的熒光屏上顯示出來。示波管由三大部分組成。電子槍，用于產(chǎn)生纖細而高速的電子束，由輝度（INTEN）和聚焦（FOCUS）旋鈕

7、控制；偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使電子束隨X軸或Y軸的信號而偏轉(zhuǎn)，由移位旋鈕（POSTTION）和衰減器旋鈕（VOLTS/DIV）控制；顯示屏，即熒光屏，在高速電子束轟擊下發(fā)光，顯示出圖形。(2) Y軸放大器（垂直系統(tǒng)）/（VERTICAL）Y軸放大器或垂直通道(簡稱Y通道)。被測試信號經(jīng)過探頭(又稱探極)與示波器連接，探頭實際上是一個脈沖分壓器，具有-20dB（即101）的衰減，保證不失真地把被測信號傳輸?shù)绞静ㄆ鲀?nèi)部。（因為探頭極易損壞，實驗室中不用-20dB的衰減）。經(jīng)過探頭后的信號由交流AC（電容耦合）地（GND）直流DC（直接耦合）健（或按鈕）的位置決定進入到示波器內(nèi)的衰減信號。衰減器的基本作用是把很

8、大的幅度變化范圍（1mV50V）縮窄，以利于Y通道放大器的正常工作，衰減器在面板上，用VOLT/DIV表示（DIV=0.8cm），調(diào)節(jié)衰減量，即改變示波器的Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度（或偏轉(zhuǎn)因子）。測試時，用衰減器開關(guān)指示的數(shù)值，乘以垂直方向信號所占的格數(shù)，即為被測信號的幅度。（這時，微調(diào)旋鈕VAR/VARIATION不能打開，應在校正位置）。經(jīng)過衰減器后的信號到達Y軸放大器。Y軸放大器實際上是平衡式直流放大器，要求具有低噪聲、寬頻帶、高增益。在面板上沒有幾個旋鈕。一個是Y軸增益微調(diào)旋鈕，即VAR，是改變放大器的增益，使屏幕上波形幅度得到連續(xù)的調(diào)節(jié)，但這時不能按偏轉(zhuǎn)因子來讀數(shù)，因為Y軸增益已離開了校正點。

9、還有一個是Y軸移位（POSITION），調(diào)節(jié)它能使波形上下移動，以便觀察和讀數(shù)。再一個是“極性”選擇按鈕（或拉出、按下旋鈕）和穩(wěn)定調(diào)節(jié)旋鈕（LEVEL）。“極性”選擇容易理解，是將信號反相或不反相。LEVEL旋鈕的功能比較難于理解，這里作簡要說明：因為示波器具有觸發(fā)掃描功能，即由被測信號（或電源，或外接）來觸發(fā)X軸掃描。但X通道從接受觸發(fā)信號到開始掃描（產(chǎn)生鋸齒波），要有一段延遲，即掃描電壓的產(chǎn)生要滯后一段時間，使被測信號與掃描信號不易同步，所以在Y通道加入延時電路，即穩(wěn)定調(diào)節(jié)旋鈕（LEVEL），實質(zhì)是調(diào)節(jié)延時，或稱調(diào)節(jié)穩(wěn)定。經(jīng)過延遲的被測信號放大到足夠的幅度，以便推動示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板，使電

10、子束在垂直方向能滿偏轉(zhuǎn)。下面簡要說明雙蹤顯示原理。為了同時顯示兩個被測試信號，在Y通道中加入通道轉(zhuǎn)換器，實際上是電子開關(guān)，按照時間分隔原理構(gòu)成雙蹤示波器。電子開關(guān)在面板上是由方式選擇MODE開關(guān)(或按鈕)控制，共有五種狀態(tài)，DODE打在CH1時，只讓第一路被測信號通過，而CH2被關(guān)斷，屏幕上只顯示第一路信號的波形，相當于單蹤功能。DODE打在CH2時，屏幕上只顯示第二路信號的波形，相當于單蹤功能。當DODE打在“交替”（ALT/ALTERNATE） ，適合于交替顯示兩路較高頻率的信號。按“交替”方式工作時，第一次掃描電子開關(guān)接通第一路信號，第二次掃描接通第二路信號，如此重復，只要掃描頻率超過2

11、5HZ，盡管每個信號波形是交替顯示，但由于人眼的滯留效應，圖象也不會閃爍。為了使每個信號至少有一個完整的周期顯示，輸入信號的頻率不能低于掃描頻率，因此交替方式不適用于頻率很低的信號。當DODE打在“斷續(xù)”（CHOP），適合于同時顯示兩路較低頻率的信號。按斷續(xù)工作時，每次掃描過程中，電子開關(guān)高速輪流接通兩個被測信號，顯示的圖象實際上是由若干斷續(xù)的線段組成，當這些線段足夠密時，圖象就看不出中斷點。顯然被測信號的頻率必須遠低于電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率，因此斷續(xù)方式不適用于較高頻率的信號，而能觀測持續(xù)時間長于間斷時間的單次信號。當DODE打在ADD（迭加），第一路信號和第二路信號同是時通過電子開關(guān)，互相迭加

12、，顯示兩路信號迭加在一起的波形，即Y1+Y2；與“極性”選擇開關(guān)（或按鍵）相配合，即可實現(xiàn)Y1-Y2功能。(3) X通道（或稱水平通道，時基電路）/（HORIZONTAL）X通道主要作用是產(chǎn)生一個與時間成線性關(guān)系的鋸齒波掃描電壓，加到示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上，使電子束沿水平方向隨時間而線性偏轉(zhuǎn)，形成時間基線(簡稱時基)。X通道的主要由掃描發(fā)生器環(huán)，觸發(fā)脈沖發(fā)生器和X放大器組成。下面簡要說明各部分的作用及原理，以便對面板上一些控制旋鈕(或按健)的作用，有較深入的理解。掃描發(fā)生器環(huán)是由掃描發(fā)生器，電壓比較器，時基閘口和釋放電路組成的一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，產(chǎn)生與時間成線性關(guān)系的鋸齒波掃描電壓，波形如圖12所

13、示。圖12掃描電壓波形圖12中，tf稱為掃描時間或掃描正程時間，在這段時間里，光點從屏幕的左端均勻地向右端移動。面板上的掃速開關(guān)（TIME/DIV），表示每格所對應的時間。測試時，將微調(diào)開關(guān)（VAR）關(guān)上，就可以根據(jù)波形在水平方向所占的格數(shù)來讀取時間。掃描開關(guān)的內(nèi)部實際上就是不同的R、C定時元件。tb稱為掃描回程時間，電子束在這段時間迅速從屏幕的右端回到左端（要求tb越小越好）。為了在屏幕上不顯示回掃光跡，一些較高質(zhì)量的示波器在tb時間內(nèi)有一個消隱信號加在示波管上，用于抑制電子束的強度，故在回掃時不顯示光跡。tw為等待時間，此時掃描發(fā)生器等待下一次觸發(fā)。所以一次掃描的周期T=tf + tb +

14、 tw。觸發(fā)脈沖發(fā)生器：掃描發(fā)生器環(huán)是在觸發(fā)脈沖觸發(fā)下開始工作的，而觸發(fā)脈沖是由觸發(fā)信號經(jīng)過加工后得到的。根據(jù)觸發(fā)信號來源的不同，有取Y通道的被測信號CH1或CH2的內(nèi)觸發(fā)，有取自“外接”的外部觸發(fā)信號，還有取自機內(nèi)50HZ的工頻信號等。觸發(fā)脈沖發(fā)生器的任務是將這些頻率、幅度、極性和波形各異的觸發(fā)信號變成掃描發(fā)生器環(huán)所能接受的、規(guī)范的觸發(fā)脈沖。觸發(fā)脈沖發(fā)生器主要包括觸發(fā)信號選擇開關(guān)，觸發(fā)極性選擇開關(guān)，觸發(fā)放大器和觸發(fā)脈沖形成器等幾個部分組成。觸發(fā)信號選擇開關(guān)(TRIGGER MODES)在面板上有自動（AUTOMATIC），常態(tài)（NORMAL），單次，TVH或TV-V等不同的開關(guān)（或按鍵）根據(jù)

15、觸發(fā)源（TRIGGER SOURCE）的不同在面板上由內(nèi)部（INTERNAL）機內(nèi)50HZ的工頻信號（LINE）和外部（EXTERNAL）開關(guān)（或按鈕）控制。觸發(fā)極性選擇開關(guān)有正極性（+）和負極性（-）兩種。正極性是指觸發(fā)點位于觸發(fā)信號的正斜率，負極性則為負斜率，在面板上用觸發(fā)斜率（TRIGGER SLOPE） 表示。觸發(fā)斜率旋鈕與面板上的延時調(diào)節(jié) （LEVL）旋鈕配合使用能在示波器上顯示穩(wěn)定的波形。觸發(fā)放大和觸發(fā)形成器是為了獲得前沿陡峭、寬度、幅度合適的觸發(fā)脈沖。X放大器的作用是放大掃描電壓，并將其加到X偏轉(zhuǎn)板(水平偏轉(zhuǎn)板)，使電子束能在水平方向得到滿偏轉(zhuǎn)。此處還有水平移位旋鈕，有的機型還有

16、水平擴展按鍵等。圖13表示UY被測信號電壓加在示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上，UX掃描電壓加在示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上，當電子束進入偏轉(zhuǎn)區(qū)，同時受到Y(jié)方向和X方向偏轉(zhuǎn)電壓的作用，則在熒光屏上顯示出被測電壓隨時間變化的波形圖。圖13 示波器顯示正弦波主要技術(shù)參數(shù)：因為示波器的種類很多，我們只將本實驗室示波器共同的幾個主要技術(shù)參數(shù)列出，供使用時心中有數(shù)。Y軸頻帶寬度： DC60MHz ， AC耦合，頻率下限 -3dB ，10Hz輸入阻抗： 1M2%25pF偏轉(zhuǎn)系數(shù)： 1mV5V/DIV，125進制 分21檔工作方式： CH1，CH2，雙蹤，疊加X軸頻帶寬度： DC2MHz 偏轉(zhuǎn)系數(shù)： 1S0.5S/DIV，12

17、5進制 分21檔XY工作方式： DC2MHzXY相位差： 30 DC100KHz觸發(fā)源： CH1，CH2，電源，外接電源： 220V10% 502Hz前面簡要介紹了普通雙蹤示波器的原理，一些部件的功能和主要技術(shù)參數(shù)。對于了解一臺完整的儀器及要深入研究某些部件的特點定會所有啟發(fā)，并為將來學習電子技術(shù)打下基礎。但對于初學者，無疑因難度過大不易掌握。為此，下面列出面板上的一些旋鈕(或按鈕)的中英、文名稱及作用，這些都有其通用性，分為四部分：電源部分1) 電部開關(guān)（POWER）2) 輝度（INTENSITY）3) 聚焦（FOCUS）4) 校正信號（CAL），1KHz非過零方波，0.5VP（或0.3VP

18、）。垂直通道（VERTRICAL）1) CH1（X） ，CH2 （Y），輸入（INPUT）2) AC/GND/DC AC/信號經(jīng)過電容耦合至放大器輸入GND/放大器輸入端接地DC/信號直接耦合至放大器輸入3) 伏/格（VOLTS/DIV） 衰減器開關(guān)，125進制，示波管垂直方向分為8格。4) 移位（POSITION）5) 垂直工作方式（VERTICAL MODE）CH1屏幕上僅顯示CH1的信號CH2屏幕上僅顯示CH2的信號 DUAL（ALT，CHOP），屏幕上顯示CH1，CH2兩路信號，（ALT為“交替”，用于較高頻率，CHOP為“斷續(xù)”，用于較低頻率）。疊加（ADD）顯示CH1和CH2信號的

19、代數(shù)和。水平通道（HORIZONTAL）1) 掃描時間選擇開關(guān)（TIME/DIV），按125進制。示波器水平方向分為10格2) XY ，3) CH1信號作為X軸，CH2信號作為Y軸 觸發(fā)系統(tǒng)（TRIGGER）1) 觸發(fā)源選擇（SOURCE）輸入信號觸發(fā)（INT）電源信號觸發(fā)（LINE）外部信號觸發(fā)（EXT）2) 輸入信號觸發(fā)（INT TRIG）CH1，CH1輸入信號觸發(fā)CH2，CH2輸入信號觸發(fā)交替觸發(fā)（VERT MODE），用于穩(wěn)定顯示二個不同頻率的信號，故不能用于測信號的相位差。3) 觸發(fā)方式選擇（TRIGE MODE）自動掃描（AUTO），無信號輸入時有掃描基線常態(tài)掃描（NORM），有觸

20、發(fā)信號才有掃描基線，當輸入信號低于50Hz時，請用“常態(tài)”觸發(fā)掃描。(4) 示波器使用舉例直流電壓測量1) 將觸發(fā)方式置自動（AUTO），使屏幕上出現(xiàn)掃描基線，Y軸微調(diào)置校正（CAL）2) CH1，或CH2的輸入接地（GND），此時的基線，即為0V基準線。3) 加入被測信號，輸入置DC，觀察掃描基線在垂直方向平移的格數(shù)，與VOLTS/DIV開關(guān)指示的值相乘，即為信號的直流電壓。例如，VOLTS/DIV置0.5V/DIV，讀得掃描線上移為3.4格，則被測電壓為：U=0.5/DIV3.4DIV=1.7V（如果采用10:1的探頭，則為17V）。交流電壓測量1) 將輸入置AC（或DC）2) 利用垂直移

21、位旋鈕，將波形移至屏幕中心位置，按波形所占垂直方向的格數(shù)，即可測出電壓波形的峰峰值。例如，VOLTS/DIV置0.2V/DIV，被測波形占5.2格，則被測電壓為：UP-P=0.2V/DIV5.2DIV=1.4V（置DC時，將被測信號中的直流分量也考慮在內(nèi)，置AC時，則直流分量無法測出）。時間測量掃描開關(guān)的微調(diào)置于校正位置（CAL）。1) 測間隔時間（周期）。例如，TIME/DIV置于0.2ms/DIV，間隔在水平方向占6格，則其間隔時間為：T=0.2ms/DIV9DIV=1.2ms。2) 測量脈沖前（后）沿時間脈沖的前沿(或后沿)時間是指脈沖由幅度的10%上升到90%（由90%下降到10%）的

22、時間。測量時可調(diào)節(jié)掃速開關(guān)，將波形的前沿（或后沿）適當展寬，以便精確讀數(shù)。3) 測脈沖寬度調(diào)節(jié)VOLTS/DIV，TIME/DIV開關(guān)，使脈沖在垂直方向占24格，水平方向占46格，此時脈沖前沿及后沿中心點之間的距離為脈沖寬度時間tu。4) 測量頻率測量周期性信號的頻率，有兩種方法。第一種測一個周期的時間，例如，波形周期為8格，掃描開關(guān)置于1s，則，T=18=8s，f=1/T=125KHz。第二種方法，使被測信號在屏幕上顯示較多周期，則可以減小測量誤差，精度可接近于掃描速度時間的精度（2%），此時按X軸方向10格內(nèi)占有多少個周期的方法來計算，公式為：式中，：被測信號的頻率（Hz）：10格內(nèi)占有的

23、周期數(shù)TIME/DIV：面板上掃描開關(guān)指示的數(shù)值3函數(shù)信號發(fā)生器（FUNCTION GENERATOR）本實驗室采用DF1646函數(shù)信號發(fā)生器。能直接產(chǎn)生正弦波，三角波，方波，鋸齒波和脈沖波，且具有VCF輸入控制功能。TTL / CMOS與OUTPUT同步輸出。直流電平可連續(xù)調(diào)節(jié)，頻率計可作內(nèi)部頻率顯示，也可作外測頻率，電壓用LED顯示。函數(shù)信號發(fā)生器工作時，由V / I電壓電流變換器產(chǎn)生的二個恒流源。恒流源對時基電容C進行充電和放電，電容的充電和放電使電容上的電壓隨時間分別呈線性上升和線性下降，因而在電容兩端得到三角波電壓。三角波電壓經(jīng)方波形成電路得到方波電壓。三角波電壓經(jīng)正弦波形成電路得到

24、正弦波電壓，最后經(jīng)過功率放大輸出。主要技術(shù)參數(shù)：頻率范圍：0.2Hz2MHz 分1Hz，10Hz，100Hz，1kHz，10kHz，100kHz，1MHz七檔波形： 正弦波，三角波，方波，正向或負向脈沖波，正向或負向鋸齒波TTL輸出脈沖波： 不小于2.4V，升降時間25nsCMOS輸出脈沖波：4.514.5V0.5V連續(xù)可調(diào)，升降時間Ri，則近似認為Ri0，電壓源是理想的，否則認為Ri0，電壓源不是理想的。2戴維寧定理任何一個包含獨立電源或非獨立電源的線性單口網(wǎng)絡，都可以等效為一個電壓源，如圖32所示。其電動勢Uo為網(wǎng)絡a、b端的開路電壓，內(nèi)阻Ri是在使網(wǎng)絡中所有獨立電源為零（把獨立電壓源短路

25、，獨立電流源斷開）而保留非獨立電源的情況下，自a、b端向網(wǎng)絡看進去的等效電阻。等效電源的Ri和Uo可以計算得出，也可由實驗測得。測量方法如下：（1）用高內(nèi)阻（相對于等效電壓內(nèi)阻而言）電壓表可直接測量a、b端開路電壓Uab，則Uo等于Uab，然后用低內(nèi)阻電流表測量a、b端短路電流Io，則內(nèi)阻RiUo/Io。（2）如果線性網(wǎng)絡不允許a、b端開路或短路時，可以測量外特性曲線（在a、b端不開路也不短路的情況下測量），則外特性曲線的延伸線在縱坐標（電壓坐標）上的截距就是Uo，在橫坐標（電流坐標）上的截距就是Io，而RiUo/Io，見圖33。實際上只要知道外特性曲線上的任意兩點的坐標參數(shù)，就可以計算出Uo

26、和Ri，計算公式如下：設圖33中外特性曲線上兩點a、b的坐標分別為（Ua、Ia）和（Ub、Ib），則三、實驗內(nèi)容1測量電壓源外特性。測量方案如圖34所示，E由穩(wěn)壓電源提供。因穩(wěn)壓電壓內(nèi)阻很小（毫歐級），比實驗電路中的RL值小得多，近似為零，故其外特性接近理想，用普通萬用表很難分辨輸出電壓得變化。為突出電源內(nèi)阻對輸出特性得影響，于a、c間串聯(lián)一電阻R，組成虛線方框所示得模擬電壓源，其電源電壓（電動勢）為E，內(nèi)阻為R。R值不同，測得得外特性也不同，可以看出內(nèi)阻對外特性得影響。（1）以萬用表作指示，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源，使其開路電壓E10V，然后按圖34連接線路。注意圖中得R和RL均為電阻箱，只要用導線將穩(wěn)

27、壓電源和兩個電阻箱連成閉合回路即可。（2）令R0，按表31所列數(shù)據(jù)從5K開始依次改變RL值，測量并記錄RL上的電壓U。表31中電流I值是間接測量值，IU/RL。（3）令R分別等于150和680，測量U和I值。表31 電壓源特性測量數(shù)據(jù)表5.0004.0003.0002.0001.0000U/AI/mA150U/AI/mA680U/AI/mA2 驗證戴維寧定理（1）測量只含獨立電源的線性網(wǎng)絡外特性按圖35在試驗板上連接實驗電路，E10V由直流穩(wěn)壓電源提供。按表32所列數(shù)據(jù)改變RL值，用萬用表直流10V擋測量RL兩端電壓，測量數(shù)據(jù)記入表32中。根據(jù)數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)畫曲線，并與上面實驗測量到的直流電壓

28、源外特性曲線進行比較，兩者形式上是否相同，以證明有源線性網(wǎng)絡可以看作電壓源。（2）戴維寧等效電路的驗證根據(jù)圖35網(wǎng)絡A的戴維寧等效電路參數(shù)Uo和Ri理論計算值（Uo和Ri應在預習時進行計算），組成網(wǎng)絡A的戴維寧等效電路，如圖36所示。圖中Uo用直流穩(wěn)壓電源，注意將穩(wěn)壓電源輸出電壓調(diào)至已計算好的Uo值。Ri用電阻箱，調(diào)至已計算好的Ri值。RL也用電阻箱。按表32給定的值改變RL值，用萬用表測量RL兩端電壓，記入表32內(nèi)。根據(jù)表內(nèi)的數(shù)據(jù)畫曲線，并與上一個實驗網(wǎng)絡A的曲線加以比較（為便于比較，兩條曲線可畫在同一坐標平面上，但應用虛、實線將兩條曲線區(qū)分開來），并得出結(jié)論。表32 驗證戴維寧定理實驗數(shù)據(jù)

29、表原電路測量值等效電路測量值RL/10008006004002001001000800600400200100U/VIL=(U/RL)/mA四、思考題1.一電壓源，其Uo和Ri均未知。試利用負載電阻RL等于等效電源內(nèi)阻Ri時，電源電壓平均分配在Ri和RL上的規(guī)律，提出測量Ri的方案。2.測量有源線性二端網(wǎng)絡的開路電壓Uo和短路電流Io，由RiUo/Io計算的方法，有什么使用條件？五、實驗儀器1 數(shù)字萬用表2 電路實驗箱實驗五正弦交流電路中的RLC阻抗的性能測定一、實驗目的、學習常用交流儀表設備、熟悉交流電路實驗中的基本操作方法、掌握測定交流電路參數(shù)的簡單方法，加深對阻抗、阻抗角及相位差等概念的

30、理解二、實驗原理阻抗的測量分電表法和電橋法兩種。電橋法測阻搞精度較高，但操作比較麻煩。電表法測量精度較差，但操作方便。本實驗只討論電表法測量阻抗.阻抗的定義為加在網(wǎng)絡上正弦電壓相理和流過網(wǎng)絡電流相量的的比值。阻抗模|Z|的測量：在頻率較高時，沒有專用的交流電流表，電流的測量是通過間接測量法測量。如圖所示電路，阻抗模|Z|的測量值為：幅角的測量：雙跡法測量方法如圖所示三壓法測阻抗：在如圖所示電路中測量3個電壓相量，它們的有效值U、Uz和Ur可測量出來，計算阻抗模|Z|的公式為幅角的計算由U、Uz和Ur組成的三角形計算，如圖所示：感抗元件容抗元件三、實驗內(nèi)容和步驟i. 測量Lf特性、按圖在圖所示的

31、實驗板左上角串聯(lián)線路上接實驗電路。圖中，即圖中電流取樣電阻、信號源頻率按表所列頻率表值變化，并保持幅度為.不變，測量和r記入表中。在實驗中一下要注意先定下信號源頻率，隨后測量是否是.，若不是，則調(diào)信號源“輸出細調(diào)鈕”使之達到。 然后測量和r值。信號改變又要重新調(diào)節(jié)值達到.后才能進行測量。ii. 測量Cf特性，操作如步驟,相同記錄數(shù)據(jù)如表格F/kHz4.008.0012.016.020.0Uz/vUr/vX=Uz/Ur*r/X/理論值誤差用三壓法測阻抗、用三壓法測圖電路中的ab,，信號頻率用.，信號源接入電路后，調(diào)節(jié)信號源輸出為.，然后測量，r，將測量結(jié)果記入表中，畫出測量電路的電壓相量圖。電路

32、F/kHzU/v/Uz/VUr/v|Z|/Z/|Z|/理理電路電路 、用同樣的方法測圖電路中的ab,，信號頻率用，信號源接入電路后，調(diào)節(jié)信號源輸出為。，然后測量，r，將測量結(jié)果記入表中畫出測量電路的相量圖。b) 用示波器測量實驗線路如圖所示，取為100（或電容0.01），取樣電阻100。令信號源電壓3.00，信號頻率：若為，則.，若為，測6.00。由于|Z|值，此時可認為約為，用雙蹤示波器測量。結(jié)線時要注意按圖所示按在同一節(jié)點上）示波器操作要注意：（）“工作方式”置“交替“位。（）“觸發(fā)方式“開磁”自動“位（）由于r值很小，所以的“靈敏度選擇“開關(guān)要順時針打幾擋，使屏幕上顯示的兩個信號幅度接近

33、（）測量前注意調(diào)節(jié)兩個信號的零線與橫坐標刻度重合。（）運用“掃描速率“開關(guān)和”掃描身高鈕使信號一個周期的長度剛好是此時橫坐標每個厘米長度代表相角度，只要將上邊過零點與r上升邊過零七八碎點的距離測量出乘以度即為的絕對值，和符號取決于是超前r還是滯后r，超前取正，反之為負討論：如何判斷阻抗是感抗元件還是容抗元件？實驗十八函數(shù)信號的產(chǎn)生與測試一、實驗目的1、了解單片多功能集成電器函數(shù)信號發(fā)生器的功能及特點。2、熟悉信號與系統(tǒng)實驗箱信號產(chǎn)生的方法。二、實驗儀器1、20M雙蹤示波器一臺。2、信號與系統(tǒng)實驗箱。三、實驗原理1、ICL8038是單片集成函數(shù)信號發(fā)生器，其內(nèi)部框圖如圖1-1所示。它由恒流源I1

34、和I2、電壓比較器A和B、觸發(fā)器、緩沖器和三角波變正弦波電路等組成。外接電容C由兩個恒流源充電和方電，電壓比較器A、B的閥值分別為電源電壓（指UCC+UEE）的2/3和1/3。恒流源I1和I2的大小可通過外接電阻調(diào)節(jié)，但必須I2 I1 。當觸發(fā)器的輸出為低電平時，恒流源I2斷開，恒流源I1給C充電，它的兩端電壓UC隨時間線性上升，當UC達到電源電壓的2/3時，電壓比較器A的輸出電壓發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出由低電平變?yōu)楦唠娖?，恒流源C接通，由于I2 I1（設I2=I1），恒I2將電流2I1將到C上反充電，相當于C由一個凈電流I放電，C兩端的電壓UC又轉(zhuǎn)為直線下降。當它下降到電源電壓的1/3時，電壓

35、比較器B的輸出電壓發(fā)生跳變，使觸發(fā)器的輸出由高電平跳變?yōu)樵瓉淼牡碗娖?，恒流源I2斷開，I1再給C充電，如此周而復始，產(chǎn)生振蕩。若調(diào)整電路，使I2=2I1，則觸發(fā)器輸出為方波，經(jīng)反相緩沖器由管腳輸出方波信號。C上的電壓UC上升與下降時間相等時為三角波，經(jīng)電壓跟隨器從管腳輸出三角波信號。將三角波變成正弦波是經(jīng)過一個非線性的變換網(wǎng)絡（正弦波變換器）而得以實現(xiàn)，在這個非線性網(wǎng)絡中，當三角波電位向兩端頂點擺動時，網(wǎng)絡提供的交流通路阻抗會減小，這樣就使三角波的兩端變?yōu)槠交恼也?，從管腳輸出。2、ICL8038管腳功能圖單電源1030V或電源電壓為I2 I1雙電源3、實驗電路如圖1-3所示：四、實驗內(nèi)容1

36、、按實驗電路接好電源，按下船形開關(guān)、總電源開關(guān)及該模塊電源開關(guān)S3，使其輸出（TP301）為方波，通過調(diào)整電位器W302，使方波的占空比達到50%。（注：“波形選擇”檔（K302）的跳線連接1-2腳時輸出方波，連接2-3腳或3-4腳時輸出三角波，連接4-5腳時輸出正弦波；而：“頻率選擇”檔（K301）連接1-2腳時輸出波形頻率最小，連接2-3腳或3-4腳時頻率適中，而連接4-5腳時則輸出波形頻率最大；另外“頻率調(diào)節(jié)”大電位器可微調(diào)頻經(jīng)，“幅度調(diào)節(jié)”大電位器可微調(diào)幅度，要調(diào)電阻W305可用于幅度粗調(diào)。）2、保持方波的占空比為50%不變，用短路器連接“波形選擇”檔的4-5腳，用示波器觀測輸出端（T

37、P301）的波形，調(diào)整電位器W303，使正弦波不產(chǎn)生明顯的失真。3、調(diào)節(jié)“頻率可調(diào)”大電位器，使輸出信號頻率從小到大變化，記錄芯片8038管腳8的電位并同步測量正弦波輸出的頻率，列表記錄之。試分析該管腳電壓與輸出信號頻率有何關(guān)系？4、改變外接電容C的值（在這里通過K301跳線來選擇，連接K301的1-2腳時選中104的電容，連接2-3或3-4時選中103的電容，連接4-5時選中102的電容），觀測三種輸出波形，并比較此三種外接電容所測得的波形之間有何差導，可得出何結(jié)論？（如這三種電容之間是10倍的關(guān)系，那么所對應的輸出信號是否也是十倍關(guān)系？）5、調(diào)節(jié)“頻率調(diào)節(jié)”旋扭，記錄下函數(shù)發(fā)生器輸出的最高

38、和最低頻率（注意配合“頻率選擇”檔）；再調(diào)節(jié)“幅度調(diào)節(jié)”旋扭，記錄上函數(shù)發(fā)生器輸出的最大和最小幅度（此時配合調(diào)節(jié)電位器305）。7、如有失真度測試儀，則測出外接電容C分別為0.1f，0.1f和1000P時的正弦波失真系數(shù)r值（一般要求該值小于3%）。五、預習要求1、閱讀原理說明部分有關(guān)ICL8038的資料，熟悉管腳的排列及其功能。六、實驗報告要求1、分別畫出C=0.01,C=0.1,C=1000Pf時所觀測到的方波，三角波和正弦波的形圖，從中得出什么結(jié)論。2、列表整理C取不同值時三種波形的頻率和幅度值。3、組裝、調(diào)整函數(shù)信號發(fā)生器的心得、體會。七、思考題1、如果改變了方波占空比，試問此時三角波

39、和正弦波輸出將會變成怎樣的一個波形？實驗二十信號的分解與合成一、實驗目的1、觀察方波信號的分解。2、用同時分析法觀測方波信號的頻譜，并與方波的傅利葉級數(shù)各項的頻率與系數(shù)作比較。3、掌握帶通濾波器的有關(guān)特性測試方法。4、觀測基波和其諧波合成。二、實驗儀器1、20M雙蹤示波器一臺。2、信號與系統(tǒng)實驗箱。三、原理說明任何電信號都是由各種不同頻率、幅度和初相的正弦波迭加而成的。對周期信號由它的傅里葉級數(shù)展開式可知，各次諧波為基波頻率的整數(shù)倍。而非周期信號包含了從零到無窮大的所的有頻率成份，每一頻率成份的幅度均趨向無限小，但其相對大小是不同的。通過一個選頻網(wǎng)絡可以將電信號中所包含的某一頻率成份提取出來。

40、本實驗采用性能較佳的有源帶通濾波器作為選頻網(wǎng)絡，因此對周期方波信號波形分解的實驗方案如圖6-1所示。將被測方波信號加到分別調(diào)諧于基波和各次奇諧波頻率的一系列有源帶通濾波器電路上。從每一有源帶通濾波器的輸出端可以用示波器觀察到相應頻率的正弦波。本實驗所用的被測信號是50Hz的方波，而用作選頻網(wǎng)絡的五種有源帶通濾波器的輸出頻率分別是50HZ、10HZ、150HZ、200HZ、250HZ，因而能從各有源帶通濾波器的兩端觀察到基波和各次諧波。其中，在理想情況下，偶次諧波應該無輸出信號，始終為零電平，而奇次諧波則具有很好的幅度收斂性，理想情況下奇次諧波中一、三、五、七、九次諧波的幅度比應為1：（1/3）

41、：（1/5）：（1/7）：（1/9）。但實際上因輸入方波的占空比較難控制在50%，且方波可能有少量失真以及濾波器本身濾波特性都會使是偶次諧波分量不能達到理想零的情況。四、預習練習課前務必認真閱讀教材中周期信號傅里葉級數(shù)的分解以及如何將各次諧波進行疊加等相關(guān)內(nèi)容。五、實驗內(nèi)容及步驟1、調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器，使其輸出50Hz左右的方波（要求方波占空比為50%，將“波形選擇”檔的1-2腳用短器連接起來即可輸出方波）。將其接至該實驗模塊的各帶通濾波器的輸入端，再細調(diào)函數(shù)信號發(fā)生器的輸出（將“頻率選擇”檔K301的跳線連接1-2腳，并調(diào)“頻率可調(diào)”電位器），使50Hz（基波）的BPF模塊有最的輸出。然后，

42、將各帶通濾波器的輸出分別接至示波器，觀測各次諧波的頻率和幅度，并記錄之。（注：觀察頻率時，可打開實驗箱上的頻率計實驗模塊。即按下該模塊電源開關(guān)S6。）2、將方波分解所得的基波和三次諧波分量接至加法器的輸入端（測試環(huán)TP011），觀測加法器的輸出波形，并記錄所得的波形。3、再將五次諧波分量加到加法器的輸入端，觀測相加后的波形，并記錄之。4、驗證各高次諧波與基波之間的相位差是否為零。可用李沙育圖形法進行測量，其方法如下：用導線將函數(shù)發(fā)生器的方波輸出端與帶通濾波器輸入端連接起來，即把方波信號分先后送入各帶通濾波器，如圖6-2所示。具體方法一：基波與標準同頻同相信號相位比較（李沙育相位測量法）注意把方

43、波的電壓調(diào)至5V，并把函數(shù)信號發(fā)生器的模塊的8038的第2腳（或者是“波形選擇”檔的第5腳）的信號送入示波器的X軸，再把BPF-50Hz的基波送入Y軸，示波器采用X-Y方式顯示，觀察李沙育圖形。（注：當濾波器的增益不為1時，即X軸和Y軸信號幅度不一致時，在=90時其李沙育圖形并不為圓，而是橢圓，但其是垂直橢圓，與090時的橢圓并不相同。）當兩信號相位差為0時，波形為一條直線：當兩信號相位差為90時，波形為一個圓：當兩信號相位差為090時，波形為橢圓，如圖6-3所示。具體方法二：基波與各高次諧波相位比較（李沙育頻率測試法）把BPF-50Hz處的基波送入示波器的X軸，再分別把BPF-150Hz、B

44、PF-250Hz處的高次諧波送入Y軸，示波器采用X-Y方式顯示，觀察李沙育圖形。當基波與三次諧波相位差為0（即時零點重合）、90、180時，波形分別如圖6-4報所示。以上是三次諧波與基波產(chǎn)生的典型的Lissajous圖，通過圖形上下端及兩旁的波峰個數(shù)，確定頻率比，即3：1，實際上可用同樣的方法觀察五次諧波與基波的相移和頻比，其應為5：1。5、方波波形合成（1）將函數(shù)發(fā)生器輸出的50Hz方波信號送入各帶通濾波器輸入端。（2）在五個帶通濾波器輸出的端逐個測量各諧波輸出幅度，（3）用示波器觀察并記錄加法器輸出端基波與各奇次諧波的疊加波形，如圖6-4所示。六、實驗報告1、根據(jù)實驗測量所得的數(shù)據(jù)，繪制方波及其基波和各次諧波的波形、頻率和幅度（注意比例關(guān)