电路实验报告

动态电路的研究

一、  实验目的及要求：

①  认识和了解双踪示波器、信号发生器的基本功能和使用方法；

②  学习使用示波器和信号发生器进行电路实验，观察和测量信号波形；

③  观察和测定RC一阶电路的零输入响应、零状态响应和全响应，观察元件参数对响应的影响；

④  学习动态电路时间常数的测量方法；

⑤  观察、测定二阶动态电路的零输入响应和零状态相应波形；

⑥  观察和分析二阶动态电路响应的三种状态轨迹及特点，了解电路元件参数对响应的影响。

二、  所用仪器、设备

TFG2066DDS型函数信号发生器，SS-7802A双踪示波器，Tektorix TDS1022型数字式可存储双踪示波器，电阻、电容和电感元件若干

三、  实验原理

1、激励信号

信号发生器输出的周期性方波信号可以用来模拟重复性的阶跃激励信号，方波的正跳变相当于阶跃激励信号，负跳变后相当于激励信号回归到零。只要所选择的方波重复周期T远大于电路的时间常数τ（一般取T＞5τ），在这样的方波信号的激励下，电路中的响应就分别等于同等于电路接通时的零状态响应和断开时的零输入响应过程。

  2、RC一阶电路阶跃激励下的动态响应

          下图所示的RC一阶电路其零输入响应分别按指数规律衰减和增长，过渡过程的长短决定于电路的时间常数τ。在观察零输入响应波形的同时，还可以用示波器的时间和频率差值（ΔT）及电压差值（ΔU）测量功能，结合起来测量时间常数τ。

     根据一阶微分方程的求解得知。当时，。此时所对应的时间就等于τ。也可用零状态响应波形增加到时所对应的时间测得。

一个简单的RC串联电路，在周期为T的方波序列脉冲激励下，将电阻两端电压作为响应输出且当＜即转变为尖脉冲电压信号。将电容两端的电压作为响应输出且当＞＞T/2时，即成为三角波电压。

3、二阶电路

二阶电路在节约信号的激励下，将会出现暂态过渡过程，其相应的变化轨迹取决于电路的固有频率。当调整电路中元件的参数值，使电路的固有频率分别为负实数、共轭复数及虚数时，可获得单调衰减、衰减振荡和等幅振荡的响应特性，实验中可观察到欠阻尼、临界阻尼和过阻尼等典型响应波形。

典型的二阶电路有RLC串联电路和GLC并联电路，如下图：

  

以为输入输出方程为：,其中，，

四、  试验方法与步骤

a.  RC一阶电路

1.从电路板上选R=10kΩ，C=3300pF按电路图所示电路连接，脉冲信号发生器输出的Um=3V，f=1kHz的方波电压信号，并通过同轴电缆线将激励信号Ui和Uc的信号分别连接至示波器的两个输入口Ya和Yb。观察示波器屏幕上激励与响应的变化规律，算出时间常数τ；少量地改变电容值或电阻值，定性地观察对响应的影响，记录观察到的现象。

2. 令R = 10KΩ，C = 0.1μF ，观察并描绘响应的波形，继续增大C 之值，定性地观察对响应的影响。

3. 令C = 0.01μF，R = 100Ω，组成微分电路。在同样的方波激励信号（UVm = 5，f = 1KHZ）作用下,观测并描绘激励与响应的波形。增减R 之值定性地观察对响应的影响,并作记录。

b. 二阶动态电路

利用动态电路板中的元件与开关的配合作用，组成GCL并联电路。

令R1=10KΩ,L=15mH,C=0.01uF,R2为10KΩ可调电阻，令脉冲信号发生器的输出为Um=5V, f=1KHz的方波脉冲，通过同轴电缆接至上图的激励端，同时用同轴电缆将激励端和响应输出接至双踪示波器的YA和YB两个输入口。

1.调节可变电阻器R2之值，观察二阶电路的零输入响应和零状态响应由过阻尼过渡到临界阻尼，最后过渡到欠阻尼的变化过渡过程，分别定性地描绘、记录响应的典型变化波形。

 2.用万能表分别测出3中状态下R2的具体值。

五、  实验结果与数据处理

（一）示波器和信号发生器的使用。

1.  双踪示波器、函数信号发生器的了解和使用。

2.  用示波器观察和测量电压信号。

（1）将示波器的扫描频率调整为200μs，y轴灵敏度调整为200mV，用信号发生器分别产生1V的：

方波：


  正弦波：


三角波：


锯齿波：

（2）用正弦波信号测出电阻电路两电阻分压及总电压：

扫描频率：500μs  Y轴灵敏度：200mV

电路图：

实验图像：

电阻 分压1.jpg

放大后：

     电阻 分压1.jpg      

U总=1040mV   UR1=680mV   UR2=380mV  

（3）李萨育图形的观察

B路输入200HZ  A路输入 300HZ

（二）一阶电路阶跃激励下的动态响应

扫描频率200μs，Y轴灵敏度500mV

电路图：

第一组： R=10k , C=3300pF 

Us&Uc                                      Us&UR

左侧图：到0.632Us时τ=0.15·200us=3.0x10-5 s  右侧电阻分压图，下同。

理论值：τ1=RC1=10k·3300pF=3.3x10-5 s

波形分析：此为微分电路，电压值开始很快上升，然后缓慢上升，逐渐向Us靠拢。

当Uc=0.632Us时，既t=τ，所对应的时间为时间常数τ。（满足τ

第二组：   R=10k , C=0.01uF

左侧图：到0.368Us时τ=0.52·200us=1.04x10-4 s

理论值：τ1=RC1=10k·0.01uF=1.0x10-4s

第三组：   R=10k , C=0.1uF    


  当R=10KΩ C=0.1uF此时的Ur已经出现尖脉冲的特点。

此时也满足τ＞T/2的条件，为积分电路。

（三）二阶动态电路


                                  二阶电路电路图


            欠阻尼  R 2=2800Ω                         过阻尼    R 2=285Ω

         临界阻尼   R2=653.1Ω

根据公式：


实测阻值：R测=653.1Ω

相对误差y=|R临界- R实测临界|/ R实测临界*100%=0.78/653.1*100%=0.1%

可知实测结果与实验结果很近似，符合客观理论。

六、  讨论与分析

本次试验通过示波器实现了电路中各项参数的测量，描绘出了微分电路积分电路图像，通过示波器观察了欠阻尼、过阻尼与临界阻尼的波形图像。这些让我们对示波器以及动态电路有了更加深刻具体的理解。
    本次试验过程与报告撰写均采用两人分工的形式，在实验过程中一人负责连接检查电路，另一个人负责整理记录数据，这样可以最大的提高效率，并提升准确度。为了使两人均掌握实验要领，我们在做不同的实验时轮换做对方工作，这样在提升效率的基础上也保证了对于实验过程的熟悉。在实验过程中，我们也曾出现了一些问题。如，在做一阶动态电路时间常数的测量这个实验中，测出的电压与实际电压始终不符合，在几次检查没有查出错误后我们决定全部拆掉电路重新连接，连好后再测数据则较为符合理论值，经分析可能是由于接地线比较多，在接地过程中有的接地线虚接或没有连接某些接地线。在之后的过程中，我们都反复检查接地线的连接，再也未出现类似情况。
    在实验报告撰写的过程中，我们分别负责具体的撰写与实验数据的处理。在实验数据处理的过程中，我们使用各种计算机软件辅助处理。在编辑公式的时候，我们大量使用了mathtype6.0这款软件，其功能比较强大，与office的兼容性也非常不错。在画图的时候我们使用的事visso2007，这款软件是微软推出的画图软件，在作图方面有着不错的用户体验，由于是微软本身的软件，其在各款office软件中都可以引用，并且使用方便，作图效率很高。
    通过这次试验报告的撰写我也深刻体会到了计算机软件对于平常实验研究的辅助作用以及信息时代计算机技术的重要性，因此我们决定在课下认真学习与学习有关的各项计算机知识。由于这次的实验计算较为简单，并没有用到matlab等数学软件，但我们已经在自学，以保证在以后需要的时候随时可以高效准确的处理数据。

 

第二篇：电路信号与系统实验课程教学大纲

电路、信号与系统实验课程教学大纲

一、实验课程的目的和任务（体现专业素质与能力支撑）

实验是研究自然科学的重要方法之一，也是工程技术和科学研究领域中的一项重要组成部分，是学好理论课程的重要教学辅助环节。

本实验课程为培养本科生电路、信号与系统实验基本技能、实验研究能力和综合应用能力而设立，使学生进一步加强对理论知识的理解，培养学生分析问题和解决问题的能力，为以后深入学习电路、信号与系统在专业中的应用打下基础。

开设《电路、信号与系统实验》课程的主要目的在于：

1、通过实验，验证和加深理论基础知识。

2、通过实验进一步巩固电路分析、信号分析和系统分析的理论知识，建立频谱概念，掌握函数信号发生器、电工实验系统、信号与系统实验箱等电类仪器设备的使用方法。

3、训练实验技能，为将来从事复杂的科学研究打下坚实的基础。

4、培养实事求是、理论联系实际的科学作风。

本课程的任务主要是教会学生正确使用各种电类的仪器仪表、掌握电学量的测量方法、测量中各种误差的分析方法、验证电路定理、加深对电路中基本概念和基本理论的理解，学会对实验中测量的现象进行分析，对测量的数据进行分析、处理，写出一份完整的实验报告。

二、实验课程的内容和要求

《电路、信号与系统》课程内容主要包含以下几个部分：电路中的基本概念和基本定律；电阻电路的等效变换；电阻电路的一般分析方法；电路定理；一阶电路的暂态分析；正弦交流电路分析；三相交流电路分析；含耦合电感的电路分析；信号与系统；时域分析；频域分析；复频域分析；Z域分析。

所涉及到的实验项目内容和具体要求如下：

三、实验课程的进度安排

电路、信号与系统实验教学应分为两个阶段，前阶段的实验以学会常用电工、电子仪器仪表及一些电学量的测量方法为主。教学方法是开设仪器仪表使用方法介绍方面的实验和电路理论方面的验证实验；后阶段的实验则除了要求学会各种较为复杂的测试方法外，还应开设一些综合性实验和自拟实验，以培养学生的综合分析能力、设计创新能力。

电路、信号与系统实验学时为32学时。依据理论课程内容和教学课表安排需要开出以下16个实验，按理论课程内容进度安排如下：

1）电路基本元件的伏安特性测定                   2学时

2）基尔霍夫定律                                 2学时

3）叠加定理                                     2学时

4）戴维南定理和诺顿定理                         2学时

5）CCVS及VCCS受控源的研究                      2学时

6）三表法测量交流电路等效阻抗                   2学时

7）日光灯电路功率因数的提高                     2学时

8）互感电路                                     2学时

9）RLC串联谐振                                  2学时

10）三相交流电路电压、电流的测量                2学时

11）一阶电路的方波响应                           2学时

12）运算放大器的特性与应用                       2学时

13）50Hz非正弦周期信号的分解与合成              2学时

14）无源和有源滤波器                             2学时

15）二阶网络函数的模拟                           2学时

16）抽样定理                                     2学时

四、考核方法及成绩评定

1、本实验课程为独立设课，单独考核。

2、每学期实验课成绩由平时成绩和实验考核成绩综合评定组成。一般平时成绩占总分的60%，考核成绩占总分的40%。平时成绩是每次实验得分的平均，期末考试满分为40分。实验考核形式为操作考试（或笔试），设定最低及格线。

3、平时成绩为学生每次实验评分累计后的平均值。每次实验评分标准：每次实验包括考勤、预习、实验操作、实验结果、完成报告，其中考勤预习占10 %，实验操作占30 %，实验结果占30 %，完成报告占30%。

4、实验考核包括操作考试（或笔试）。操作考试内容：仪器的使用、实验的规范操作、独立操作的能力。其中仪器的使用占30 %，实验的规范操作占30 %，独立操作的能力占40 %。

5、凡缺做1/3实验以上者应重修本实验课程，不得参加最后考试。实验平时成绩不及格者酌情定为重修或补考。

五、几点说明

本实验课程教学大纲依据高等工科院校电路、信号与系统的教学基本要求以及电子信息工程、电子科学与技术、电子信息工程（博雅专转本）的专业基础课程教学内容进行制定。

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