实验报告一 LC元件上电流电压的相位关系Word文档格式.docx
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戴晓冬
时间:
2010年2月6日
一、实验目的
1、在正弦电压激励下研究L、C元件上电流,电压的大小和它们的相位关系,以及输入信号的频率对它们的影响。
2、学习示波器、函数发生器以及数字相位仪的使用
二、仪器仪表目录
1、交流电流表、交流电压表
2、数字相位计
三、实验线路、实验原理和操作步骤
操作步骤:
1、调节ZH-12实验台上的交流电源,使其输出交流电源电压值为220V。
2、按电路图接线,先自行检查接线是否正确,并经教师检查无误后通电
3、用示波器观察电感两端电压uL和电阻两端uR的波形,由于电阻上电压与电流同相位,因此从观察相位的角度出发,电阻上电压的波形与电流的波形是相同的,而在数值上要除以“R”。
仔细调节示波器,观察屏幕上显示的波形,并将结果记录
1、调节ZH-12实验台上的交流电源,使其输出交流电源电压值为24V。
2、按图电路图接线,先自行检查接线是否正确,并经教师检查无误后通电。
3、用示波器的观察电容两端电压uC和电阻两端电压uR的波形,(原理同上)。
仔细调节示波器,观察屏幕上显示的波形
四、实验结果:
1、在电感电路中,电感元件电流强度跟电压成正比,即I∝U.用1/(XL)作为比例恒量,写成等式,就得到I=U/(XL)这就是纯电感电路中欧姆定律的表达式。
电压超前电路90°
。
分析:
当交流电通过线圈时,在线圈中产生感应电动势。
根据电磁感应定律,感应电动势为
(负号说明自感电动势的实际方向总是阻碍电流的变化)。
当电感两端有自感电动势,则在电感两端必有电压,且电压u与自感电动势e相平衡。
在电动势、电压、电流三者参考方向一致的情况下,则
设图所示的电感中,有正弦电流
通过,则电感两端电压为:
波形与相量图如下:
2、在交流电容电路中
对电容器来说,其两端极板上电荷随时间的变化率,就是流过连接于电容导线中的电流,而极板上储存的电荷由公式q=Cu决定,于是就有:
也可写成:
设:
电容器两端电压
由上式可知:
,即
实验和理论均可证明,电容器的电容C越大,交流电频率越高,则
越小,也就是对电流的阻碍作用越小,电容对电流的“阻力”称做容抗,用Xc代表。
结论:
电压与电流的关系为:
实验报告二虚拟一阶RC电路
2010年2月7日
1、在ElectronicsworkbenchMultisim电子电路仿真软件中,对一阶电路输入方波信号,用示波器测量其输入,输出之间的波形,以验证RC电路的充放电原理。
2、熟悉示波器的使用
二、实验原理
RC电路充放电如实验图所示。
实验图 R电路C充放电
电容具有充放电功能,充放电时间与电路时间常数
有关。
当
足够小就构成微分电路,从电阻端输出的电压与输入电源电压之间呈微分关系,如实验图。
实验图 RC微分电路
而当
足够大就构成积分电路,从电容两端输出的电压与输入电源电压之间呈积分关系,如实验图
实验图RC积分电路
三、实验内容与步骤
1、RC电路的充放电特性测试
(1)在EWB的电路工作区按图连接。
按自己选择的参数设置。
(2)选择示波器的量程,按下启动\停止开关,通过空格键使电路中的开关分别接通充电和放电回路,观察不同时间常数下RC电路的充放电规律。
(3)依照实验表计算其时间常数。
四、实验结论
输入为频率为50Hz的方波,经过微分电路后,输出为变化很陡峭的曲线。
当第一个方波电压加在微分电路的两端(输入端)时,电容C上的电压开始因充电而增加。
而流过电容C的电流则随着充电电压的上升而下降。
电流经过微分电路(R、C)的规律可用下面的公式来表达
i=(V/R)e-(t/CR)
i-充电电流(A);
v-输入信号电压(V);
R-电路电阻值(欧姆);
C-电路电容值(F);
e-自然对数常数(2.71828);
t-信号电压作用时间(秒);
CR-R、C常数(R*C)
由此我们可以看出输出部分即电阻上的电压为i*R,结合上面的计算,我们可以得出输出电压曲线计算公式为:
iR=V[e-(t/CR)]
积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波,还可将锯齿波转换为抛物波。
电路原理很简单,都是基于电容的冲放电原理,这里就不详细说了,这里要提的是电路的时间常数R*C,构成积分电路的条件是电路的时间常数必须要大于或等于10倍于输入波形的宽度。
输出信号与输入信号的积分成正比的电路,称为积分电路。
原理:
Uo=Uc=(1/C)∫icdt,因Ui=UR+Uo,当t=to时,Uc=Oo.随后C充电,由于RC≥Tk,充电很慢,所以认为Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故
Uo=(1/c)∫icdt=(1/RC)∫icdt
这就是输出Uo正比于输入Ui的积分(∫icdt)
RC电路的积分条件:
RC≥Tk
实验报告三用数字电桥测交流参数
用TH2080型LCR数字交流电桥测量RLC的各种参数,了解电阻、电容、电感的特性
二、实验元件
TH2080型LCR数字测量仪、待测元件
三、实验原理
图是交流电桥的原理线路。
它与直流单臂电桥原理相似。
在交流电桥中,四个桥臂一般是由交流电路元件如电阻、电感、电容组成;
电桥的电源通常是正弦交流电源;
交流平衡指示仪的种类很多,适用于不同频率范围。
频率为200Hz以下时可采用谐振式检流计;
音频范围内可采用耳机作为平衡指示器;
音频或更高的频率时也可采用电子指零仪器;
也有用电子示波器或交流毫伏表作为平衡指示器的。
本实验采用高灵敏度的电子放大式指零仪,具有足够的灵敏度。
指示器指零时,电桥达到平衡。
交流电桥的平衡条件
我们在正弦稳态的条件下讨论交流电桥的基本原理。
在交流电桥中,四个桥臂由阻抗元件组成,在电桥的一个对角线cd上接入交流指零仪,另一对角线ab上接入交流电源。
当调节电桥参数,使交流指零仪中无电流通过时(即I0=0),cd两点的电位相等,电桥达到平衡,这时有
Uac=UadUcb=Udb
即:
I1Z1=I4Z4I2Z2=I3Z3
两式相除有:
当电桥平衡时,I0=0,由此可得:
I1=I2,I3=I4
所以Z1Z3=Z2Z4
上式就是交流电桥的平衡条件,它说明:
当交流电桥达到平衡时,相对桥臂的阻抗的乘积相等。
由图4-13-1可知,若第一桥臂由被测阻抗Zx构成,则:
当其他桥臂的参数已知时,就可决定被测阻抗Zx的值
实验报告四算术运算电路
2010年2月27日
1.了解集成运放开环放大倍数
和最大输出电压
的测试方法。
2.掌握比例运算、加法运算、减法运算、积分运算电路的调整,微分运算电路的连接与测试。
了解集成运算放大器非线性应用的特点。
二、实验步骤
放大电路的调试:
Rf
反相比例放大电路R1
1.反相比例放大电路的特点UIRPUo741
由运算放大器组成的反相比例放大电
路如图1所示。
根据集成运算放大器的基本原理,反
相比例放大电路的闭环特性为:
闭环电压增益:
(1)图1反相比例放大器
输入电阻
(2)
输出电阻
(3)
其中:
Auo为运放的开环电压增益,
环路带宽
(4)
BWo为运放的开环带宽。
最佳反馈电阻
=
(5)
上式中:
Rid为运放的差模输入电阻,Ro为运放的输出电阻。
平衡电阻
(6)
从以上公式可以看出,由运算放大器组成的反相输入比例放大电路具有以下特性:
(1)在深度负反馈的情况下工作时,电路的放大倍数仅由外接电阻R1和Rf的值决定。
(2)由于同相端接地,故反相端的电位为“虚地”,因此,对前级信号源来说,其负载不是运放本身的输入电阻,而是电路的闭环输入电阻R1。
由于Rif=R1,因此反相比例放大电路只适用于信号源对负载电阻要求不高的场合(小于500kΩ)
(3)在深度负反馈的情况下,运放的输出电阻很小。
2.反相比例放大电路的设计
反相比例放大电路的设计,就是根据给定的性能指标,计算并确定运算放大器的各项参数以及外电路的元件参数。
例如,要设计一个反相比例放大电路,性能指标和已知条件如下:
闭环电压增益Auf,闭环带宽BWf,闭环输入电阻Rif,最小输入信号UImin,最大输出电压UOmax,负载电阻RL,工作温度范围。
设计步骤如下:
(1)选择集成运算放大器
选用集成运算放大器时,应先查阅有关产品手册,了解以下主要参数:
运放的开环电
压增益Auo,运放的开环带宽BWo,运放的输入失调电压UIO、输入失调电压温漂UIO/T,输入失调电流IIo、输入失调电流温漂IIO/T,输入偏置电流IIB,运放的差模输入电阻Rid和输出电阻Ro等。
为了减小比例放大电路的闭环电压增益误差,提高放大电路的工作稳定性,应尽量选
用输入失调参数小,开环电压增益和差模输入电阻大,输出电阻小的集成运放。
为了减小比例放大电路的动态误差,(主要是频率失真与相位失真),集成运算放大器的增益带宽积Au·
BW和转换速率SR还应满足以下关系:
Au·
BW>
∣Auf∣·
BWfSR>
2πfmaxUOmax
上式中,fmax是输入信号的最高工作频率。
UOmax是集成运算放大器的最大输出电压。
(2)计算最佳反馈电阻
按以下公式计算最佳反馈电阻:
为了保证放大电路工作时,不超过集成运算放大器所允许的最大输出电流IOmax,Rf值
的选取还必须满足:
如果算出来的Rf太小,不满足上式时,应另外选择一个最大输出电流IOmax较大且能满足
式
(1)中要求的运算放大器。
在放大倍数要求不高的情况下,可以选用比最佳反馈电阻值大的Rf。
(3)计算输入电阻R1
由上式计算出来的R1必须大于或等于设计要求规定的闭环输入电阻Rif。
否则应改变Rf
的值,或另选差模输入电阻高的集成运算放大器。
(4)计算平衡电阻RP
RP=R1//Rf
(5)计算输入失调温漂电压
要求ΔUI<
<
UImin。
一般应使UImin>
100ΔUI,这样才能使温漂引起的误差小于1%。
若ΔUI不满足要求,应另外选择漂移小的集成运算放大器。
3.反相比例放大电路的调试与性能测试
(1)消除自激振荡
按照所设计的电路和计算的参数,选择元件,安装电路,弄清集成运放的电源端,调
零端、输入与输出端。
根据所用运放的型号和Auo的大小,考虑是否需要相位补偿。
若需要相位补偿,应从使用手册中查出相应的补偿电路及其元件参数。
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