电路分析实验报告doc.docx
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电路分析实验报告doc.docx
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电路分析实验报告doc
电压源与电流源的等效变换
一、实验目的
1、加深理解电压源、电流源的概念。
2、掌握电源外特性的测试方法。
二、原理及说明
1、电压源是有源元件,可分为理想电压源与实际电压源。
理想电压源在一定的电流范围内,具有很小的电阻,它的输出电压不因负载而改变。
而实际电压源的端电压随着电流变化而变化,即它具有一定的内阻值。
理想电压源与实际电压源以及它们的伏安特性如图4-1所示(参阅实验一内容)。
2、电流源也分为理想电流源和实际电流源。
理想电流源的电流是恒定的,不因外电路不同而改变。
实际电流源的电流与所联接的电路有关。
当其端电压增高时,通过外电路的电流要降低,端压越低通过外电路的电流越大。
实际电流源可以用一个理想电流源和一个内阻RS并联来表示。
图4-2为两种电流源的伏安特性。
3、电源的等效变换
一个实际电源,尤其外部特性来讲,可以看成为一个电压源,也可看成为一个电流源。
两者是等效的,其中IS=US/RS或US=ISRS
图4-3为等效变换电路,由式中可以看出它可以很方便地把一个参数为Us和Rs的电压源变换为一个参数为Is和RS的等效电流源。
同时可知理想电压源与理想电流源两者之间不存在等效变换的条件。
三、仪器设备
电工实验装置:
DG011、DG053、DY04、DYO31
四、实验内容
1、理想电流源的伏安特性
1)按图4-4(a)接线,毫安表接线使用电流插孔,RL使用1KΩ电位器。
2)调节恒流源输出,使IS为10mA。
,
3)按表4-1调整RL值,观察并记录电流表、电压表读数变化。
将测试结果填入表4-1中。
2、实际电流源的伏安特性
按照图4-4(b)接线,按表4-1调整RL值,将测试的结果填入表4-1中。
3、电流源与电压源的等效变换
按照等效变换的条件,上述电流源可以方便地变换为电压源,如图4-5所示,其中US=ISRS=10mA×1KΩ=10V,内阻RS仍为1KΩ,按表4-1调整RL值,将测试结果填入表4-1中,并与实际电流源的数据比较,验证其等效互换性。
表4-1电流源与电压源的等效变换
RL(Ω)
0
200
300
510
1K
理想
电流源
IS(mA)
U(V)
实际
电流源
IL(mA)
U(V)
等效实际
电压源
IL(mA)
U(V)
五、报告要求
1.根据测试数据绘出各电源的伏安特性曲线。
2.比较两电源互换后的结果,如有误差分析产生的原因。
受控源特性的研究
一、实验目的
1、加深对受控源概念的理解;
2、测试VCVS、VCCS或CCVS、CCCS加深受控源的受控特性及负载特性的认识。
二、原理及说明
1、根据控制量与受控量电压或电流的不同,受控源有四种:
电压控制电压源(VCVS);
电压控制电流源(VCCS);
电流控制电压源(CCVS);
电流控制电流源(CCCS)。
其电路模型如图5-1所示。
2、四种受控源的转移函数参量的定义如下:
(1)电压控制电压源(VCVS),U2=f(U1),μ=U2/U1称为转移电压比(或电压增益)。
(2)电压控制电流源(VCCS),I2=f(U1),gm=I2/U1称为转移电导。
(3)电流控制电压源(CCVS),U2=f(I1),rm=U2/I1称为转移电阻。
(4)电流控制电流源(CCCS),I2=f(I1),α=I2/I1称为转移电流比(或电流增益)。
三、实验设备
电工实验装置:
DG011、DY04、DY031、DG053
四、实验内容
将DG011试验箱和DY04电源板的±12V偏置电压及地线接好。
1、受控源VCVS的转移特性U2=f(U1)及外特性U2=f(IL)
(1)按图5-2接线,RL取2KΩ。
●按表5-1调节稳压电源输出电压U1,测量U1及相应的U2值,填入表5-1中。
●绘制U2=f(U1)曲线,并由其线性部分求出转移电压比μ。
VCVS表5-1
U1(V)
0
1
2
3
4
5
U2(V)
(2)保持U1=2V,按表5-1调节RL值,测量U2及IL值,填入表5-2中,并绘制U2=f(IL)曲线。
VCVS表5-2
RL(KΩ)
0短路
1
2
10
30
100
∞开路
U2(V)
IL(mA)
2、受控源VCCS的转移特性IL=f(U1)及外特性IL=f(U2)
(1)按图5-3接线,RL取2KΩ。
●按表5-3调节稳压电源输出电压U1,测量U1及相应的IL值,填入表5-3中。
●绘制IL=f(U1)曲线,由其线性部分求出转移电导gm。
VCCS表5-3
U1(V)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
IL(mA)
(2)保持U1=4V,按表5-4调节RL值,测量IL及U2值,填入表5-4中,并绘制IL=f(U2)曲线。
VCCS表5-4
RL(KΩ)
0
1
2
3
4
5
IL(mA)
U2(V)
3、CCVS的转移特性U2=f(I1)及外特性U2=f(IL)
(1)按图5-4接线,IS为可调恒流源。
RL取2KΩ。
●按表5-5调节恒流源输出电流IS,测量IS及相应的U2值,填入表5-5中。
●绘制转移特性曲线U2=f(IS),由线性部分求出转移电阻rm。
CCVS表5-5
IS(mA)
0
0.8
1.2
1.6
2.0
U2(V)
(2)IS=1mA,按表5-6调整RL,测量U2及IL值,填入表5-6中。
并绘制负载特性曲线U2=f(IL)。
CCVS表5-6
RL(KΩ)
1
2
10
30
100
∞
U2(V)
IL(mA)
4、受控源CCCS的转移特性IL=f(I1)及外特性IL=f(U2)。
(1)按图5-5接线,IS为可调恒流源。
RL取2KΩ。
●按表5-7调节恒流源的输出电流IS,测量相应的IL值,填入表5-7中。
●绘制IL=f(IS1)曲线,并由其线性部分求出转移电流比α。
CCCS表5-7
IS(mA)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
IL(mA)
(2)IS=0.4mA,按表5-8调整RL,测量IL及U2值,填入表5-8中。
并绘制负载特性曲线IL=f(U2)曲线。
CCCS表5-8
RL(K)
0
0.1
0.2
10
16
30
IL(mA)
U2(V)
六、实验报告
1、根据实验数据,在方格纸上分别画出四种受控源的转移特性和负载特性曲线,并求出相应的转移参量。
2、对实验结果作合理分析和结论,总结对四种受控源的认识和理解。
负阻抗变换器
一、实验目的
1、了解负阻抗变换器的组成原理。
2、学习负阻抗变换器的测试方法。
3、加深对负阻抗变换器的认识。
二、原理及说明
1、负阻抗是电路理论中一个重要基本概念,在工程实践中广泛的应用。
负阻抗的产生除某些线性元件(如燧道二极管)在某个电压或电流的范围内具有负阻特性外,一般都由一个有源双口网络来形成一个等值的线性负阻抗。
该网络由线性集成电路或晶体管等元件组成,这样的网络称作负阻抗变换器。
按有源网络输入电压和电流与输出电压和电流的关系,可分为电流倒置型和电压倒置形两种(INIC及VNIC),电流倒置型电路模型(INIC)如图6-1所示。
在理想情况下,其电压、电流关系为:
U2=U1
I2=KI1(K为电流增益)
如果在INIC的输出端接上负载ZL,如图6-2所示,则它的输入阻抗为Z1为:
2、本实验用线性运算放大器组成如图6-3所示的INIC电路,在一定的电压、电流范围内可获得良好的线性度。
根据运放理论可知:
U1=U+=U-=U2(运放输入“虚短”)
I1=I3=-I4=-I2(运放输入不取电流)
∴I1Z1=I2Z2
若Z1=R1=1KΩ、Z2=R2=300Ω时,则有:
若ZL=RL时,则:
若
则:
其中:
若
,则:
其中:
三、仪器设备
1、电工实验装置:
DG011、DG053、DY031、DY04、DY053
2、双踪示波器
四、实验内容
1、负电阻的伏安特性,计算电流增益K及等值负阻
●连接DG011实验板与电源DY04之间的±12V线及地线。
●按图6-4接线,ZL=300Ω。
●按表6-1选取U1值,分别测量INIC的输入电压U1及输入电流I1,将测量结果填入表6-1中。
表6-1ZL=300Ω时INIC负阻抗电路的伏安特性
U1(V)
0
0.2
0.6
0.8
1
I1(mA)
R-(KΩ)
2、使ZL=600Ω,重复上述的测量。
表6-2ZL=600Ω时INIC负阻抗电路的伏安特性
U1(V)
0
0.2
0.6
0.8
1
I1(mA)
R-(KΩ)
3、计算:
等效负阻:
实验测量值:
理论计算值:
电流增益:
4、负阻的伏安特性曲线U1=f(I1)
5、阻抗变换及相位观察
●按图6-5接线,U1和US接双踪示波器(示波器内部已共地),图中ZL选用0.47μF电容和1K电阻元件串联,信号发生器选正弦波,图中的1K为电流取样电阻(电阻两端的电压波形与电流波形同相,用示波器观察U1的波形,间接反映电流I1的相位)。
●调节正弦波信号使U1P-P≤2V、f=200Hz,用双踪示波器观察并绘制US与U1的幅度及相位差。
●改变频率,观察并记录两波形幅度和相位的变化情况。
六、报告要求
1、完成计算与绘制特性曲线。
2、解释实验现象。
3、总结对INIC的认识。
简单RC电路的过渡过程
一、实验目的
1、研究RC电路在零输入、阶跃激励和方波激励情况下,响应的基本规律和特点。
2、学习用示波器观察分析电路的响应。
二、原理及说明
1、一阶RC电路对阶跃激励的零状态响应就是直流电源经电阻R向C充电。
对于图7—1所示的一阶电路,当t=0时开关K由位置2转到位置1,由方程:
初始值:
Uc(0-)=0
可以得出电容和电流随时间变化的规律:
上述式子表明,零状态响应是输入的线性函数。
其中τ=RC,具有时间的量纲,称为时间常数,它是反映电路过渡过程快慢程度的物理量。
τ越大,暂态响应所待续的时间越长即过渡过程时间越长。
反之,τ越小,过渡过程的时间越短。
2、电路在无激励情况下,由储能元件的初始状态引起的响应称为零输入响应。
即电容器的初始电压经电阻R放电。
在图7-1中,让开关K于位置1,使初始值Uc(0-)=U0,再将开关K转到位置2。
电容器放电由方程:
可以得出电容器上的电压和电流随时间变化的规律:
4、对于RC电路的方波响应,在电路的时间常数远小于方波周期时,可以视为
零状态响应和零输入响应的多次过程。
方波的前沿相当于给电路一个阶跃输入,其响应就是零状态响应,方波的后沿相当于在电容具有初始值uc(0-)时把电源用短路置换,电路响应转换成零输入响应。
由于方波是周期信号,可以用普通示波器显示出稳定的图形,以便于定量分析。
本实验采用的方波信号的频率为1000Hz。
三、仪器设备
1、电工实验装置:
DG011、DY031、DG053、DY0532、示波器
四、实验内容
1、RC电路充电
1)按图7-2接线。
将DY04电源和DG011板上的电压表和秒表的电源开关接通。
2)首先将开关扳向3,使电容放电,电压表显示为0.0。
3)将开关置于停止位上2,按清零按钮使秒表置零。
4)将开关扳向1位开始计时,当电压表指示的电容电压Uc达到表7-1中所规定的某一数值时,将开关置于2点(中间点),用秒表记下时间填在表7-1中,然后开关置于1点,重复上述实验并记下各时间。
注意:
开关断开的时间尽量要短,否则电容放电将造成电容两端的电压下降。
表7-1RC电路充电
Uc(V)
5
6.3
8.7
9.5
9.8
9.9
充电时间tl(s)
注:
(近似τ值)
τ
2τ
3τ
4τ
5τ
2、RC电路放电
将电容充电至10V电压,按清零按钮使秒表置零,将开关K置于3点,方法同上。
数据记在表7-2中。
表7-2RC电路放电
Uc(V)
5
3.7
1.4
0.5
0.2
0.1
放电时间t2(s)
注:
(近似τ值)
τ
2τ
3τ
4τ
5τ
3、用示波器观察RC电路的方波响应
①调整信号发生器,使之产生1KHz、VP-P=2V的稳定方波。
②按图7-3接线。
按下面4种情况选取不同的R、C值。
(1)C=1000PFR=10KΩ
(2)C=1000PFR=100KΩ
(3)C=0.01μFR=1KΩ
(4)C=0.01μFR=100KΩ
用示波器观察uc(t)波形的变化情况,并将其描绘下来。
六、报告要求
1、用坐标纸描绘出电容充电及放电过程。
2、把用示波器观察到的各种波形画在坐标纸上,并做出必要的说明。
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