实验四一阶RC电路过渡过程的研究.docx
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实验四一阶RC电路过渡过程的研究
实验四-一阶RC电路过渡过程的研究
实验四一阶RC电路过渡过程的研究
一、实验目的
1.了解示波器的原理,熟悉示波器面板上的开关和旋钮的作用,学会其使用方法;
2.学会信号发生器、交流毫伏表等电子仪器的使用方法;
3.研究一阶RC电路的过渡过程。
二、实验原理
1.RC电路的脉冲序列响应
(a)(b)
图4.1.12RC电路及其响应
(a)RC电路(b)脉冲序列响应
为了观察图4.1.12(a)所示RC电路过程中电压、电流的变化规律,采用如图4.1.12(b)中us所示的矩形脉冲序列作为RC电路的输入信号。
矩形脉冲的脉宽tp≥5τ(τ=RC),则RC电路的脉冲序列响应(如图4.1.12(b)所示)为:
当tp不变而适当选取大小不同的R、C参数以改变时间常数τ时,会使电路特性发生变化。
2.时间常数τ的测量
时间常数τ可以从响应波形中测量,测量原理如图4.1.13所示。
图4.1.13时间常数τ的测量
三、仪器设备
1.示波器
2.交流毫伏表
3.信号发生器
四、实验内容与步骤
1.练习使用信号发生器和交流毫伏表
使信号发生器依次输出以下正弦波信号,用交流毫伏表测量其大小。
500Hz5mV;1000Hz40mV;
30kHz1V;150kHz3V。
2.练习使用示波器
(1)将示波器接通电源,调节有关旋钮,使荧光屏上出现扫描线,熟悉“辉度”、“聚焦”、上下、左右位移旋钮的作用。
(2)使信号发生器输出3V、1kHz正弦波信号,用示波器观察其电压波形,熟悉“Y轴衰减”旋钮的作用。
(3)调节“扫描时间”和“稳定度”等旋钮,使荧光屏上显示的完整正弦波的个数增加或减少,如在荧光屏上得到一个、三个或六个完整的正弦波。
(4)将正弦波信号频率改为100Hz,10kHz,调节有关旋钮使波形清晰稳定。
3.一阶RC电路响应的测量
按图4.1.12接线。
调节信号发生器使其输出幅度Us=5V,频率f=500Hz的方波信号。
(1)取C=0.1μF,用示波器分别观察R=1kΩ、R=2kΩ两种情况下的us、uC波形,测量电路的时间常数τ值,并记录。
(2)将图4.1.14中的R和C互换位置,用示波器分别观察R=1kΩ、R=2kΩ两种情况下的us、uR波形,并记录。
图4.1.14一阶RC电路响应的测量电路
四、预习要求
1.认真阅读有关示波器、低频信号发生器、交流毫伏表全部内容,了解它们的工作原理、主要用途、使用范围和注意事项,熟悉各仪器面板上旋钮的作用。
2.复习有关一阶RC电路响应的内容,了解时间常数τ的测量方法。
五、报告要求
1.根据实验结果,说明使用示波器观察波形时,需调节哪些旋钮达到:
(1)波形清晰且亮度适中;
(2)波形大小适当且在荧光屏中间;
(3)波形完整;
(4)波形稳定。
2.用示波器观察正弦波电压时,若荧光屏上出现图4.1.15所示波形,是哪些开关或旋钮位置不对?
如何调节?
3.总结信号发生器、交流毫伏表的使用方法及注意事项。
图4.1.15由于开关或旋钮位置不对所引起的失真情况
4.在坐标纸上画出一阶电路的输入输出波形,并将测得的时间常数τ与计算值相比较,说明影响τ的因素。
实验五单管交流放大电路
一、实验目的
1.学习测量和调整放大器的静态工作点;
2.学习测量电压放大倍数;
3.了解共射极放大器的参数变化对静态工作点、放大倍数及输出波形的影响。
二、实验原理
图4.1.14基本放大电路实验电路图
单管放大电路实验原理图如图4.1.16所示。
1.由三极管组成的放大电路为了获得最大不失真输出信号,必须合理设置静态工作点。
如果静态工作点太高或太低,或者输入信号过大,都会使输出波形产生非线性失真。
对应小信号放大器,由于信号比较弱,工作点都选择交流负载线的中点附近。
一般采用改变偏置电阻RB的方法来调节静态工作点。
2.电压放大倍数Au是指放大电路正常(即不失真)工作时对输入信号的放大能力,即Au=Uo/Ui,式中Uo、Ui为输出和输入电压的有效值,可用晶体管毫伏表测出。
三、仪器设备
1.直流稳压电源
2.晶体管毫伏表
3.万用表
4.信号发生器
5.示波器
四、实验内容与步骤
1.单管放大电路的静态研究
(1)按图4.1.16连接电路。
调节RW的值,使UE=2V(即IC=2mA),测量相应的UB、UC并记录于表4.1.11中。
(2)左右转动RW,分别观察表4.1.11中各量的变化趋势,并记录于表4.1.11中。
表4-11
RW
测量值
计算值
UE/V
UB/V
UC/V
UBE/V
UCE/V
IC/mA
调节
2V
↑
↓
2.单管放大电路的动态研究
(1)重调静态UE=2V。
在图4.1.16所示电路的输入端ui处输入Ui=10mV、f=1kHz的正弦波信号,双踪显示输出与输入信号的波形,观察其相位的关系。
(2)在输出波形不失真的情况下,按表4.1.12给定的条件,测量并记录输出电压Uo,计算电压放大倍数,并与预习结果相比较。
表4.1.12
测试条件
Ui
Uo
Au
RF1=0,RL=∞
RF1=0,RL=2.4kΩ
RF1=100Ω,RL=∞
3.观察静态工作点对动态性能的影响
(1)在RF1=0,RL=∞。
(2)使信号发生器输出1kHz、5mV的正弦波信号,接到放大器的输入端,将放大器的输出信号接至示波器上观察输出波形,若不失真,测出Ui和Uo的大小,计算出电压放大倍数,并与估算值相比较。
(3)在上述条件下,接上负载电阻RL=4.7kΩ,观察输出波形的变化,测出Uo的大小,计算出带负载时的电压放大倍数。
(4)双踪显示输出与输入信号的波形,观察其相位的关系。
(5)逐渐减小Rw,观察输出波形的变化。
当RW最小时,输出波形怎么样?
测出此时的静态值。
(6)逐渐增大RW,观察输出波形的变化。
当RW最大时,输出波形怎么样?
测出此时的静态值。
若输出波形仍近似为正弦波时,测出Ui和UO并计算出Au,试说明此时Au是否还有意义。
4.观察RC对放大器的静态工作点、电压放大倍数和输出波形的影响
使RC=3.9kΩ,Ui=5mV,f=1kHz,调节UC=3V,测出UBE和IC;观察输出波形,测量Ui和UO并计算Au,并与RC=2kΩ时的结果相比较。
5.调出放大器的最大输出幅度
在上述条件下,接上4.7kΩ负载电阻,调节RW使不失真时的输出电压最大(这里是指在Q点可调的情况下,电路所能达到的最大不失真输出幅度)。
调节方法是:
先增大Ui使UO出现失真,然后调节RW使UO的波形对称失真;再共同调节Ui和RW使对称失真同时消失,此时的UO就为最大不失真输出幅度。
五、预习内容
1.直流电压、交流电压和Au的测量方法。
2.复习共射极基本放大电路的工作原理及电路中各元件的作用。
3.思考下列问题:
(1)如何测量RB的数值?
不断开与基极的连线行吗?
为什么?
(2)测量放大器静态工作点应用用交流电表还是用直流电表?
(3)图4.1.16中电容C1、C2的极性是否可以接反?
(4)信号发生器输出端开路和带着实验线路时输出是否一样?
(5)当出现饱和、截止失真时,为什么要去掉信号源以后再测静态值?
(6)根据图4.1.16中给出的参数及UCE=3V的条件,估算此放大器的静态工作点和电压放大倍数。
六、报告要求
1.整理数据列出表格,将放大倍数的估算值与实测值进行比较。
2.总结Rb、Rc和RL变化以后对静态工作点、放大倍数和输出波形的影响。
3.为了提高放大倍数应采取那些措施?
4.回答预习要求中的问题。
5.分析图4.1.17所示波形是什么类型的失真?
是什么原因造成的?
应如何解决?
图4.1.17非线性失真波形
实验六比较器与波形产生实验
一、实验目的
1.了解集成运算放大器的非线性应用。
2.掌握电压比较器的功能。
3.熟悉运算放大器在波形产生方面的应用。
二、实验原理
1.电压比较器
图4.1.18为有限幅作用的反相输入电压比较器原理电路及传输特性。
(a)电路(b)传输特性
图4.1.18反相输入电压比较器
2.方波发生器
图4.1.19为方波发生器的原理电路,它由RC积分电路和有限幅作用的电压比较器两部分组成。
它的振荡周期
,振荡频率f=1/T。
图4.1.19方波发生器
三、仪器设备
1.模拟电路实验箱
2.晶体管毫伏表
3.万用表
4.示波器
5.器件:
集成运算放大器LM358、稳压管2DW234、电阻、电容等。
四、实验内容与步骤
1.电压比较器测试
(1)按图4.1.18连接电路。
(2)在输入端加入f=1kHz、ui峰值为2V的正弦波信号,用示波器观察输入、输出端波形。
(3)改变Rp滑动端,使输出波形的占空比分别为25%、50%、75%,测量三种情况下的UR值,画出输入、输出波形,记入自拟表格中。
2.方波发生器测试
(1)按图4.1.19连接电路。
用示波器观察uo和uC的波形,测uo的频率。
(2)更换R,使R=100kΩ,重复上述内容。
五、预习要求
1.熟悉电压比较器的电路构成及功能。
2.分析方波发生器的工作原理,定性画出uo和uC的波形,计算uo的频率。
3.自拟实验测试表格。
六、实验报告要求
1.整理实验数据,绘制比较器的传输特性曲线。
2.根据示波器的观察结果,在同一坐标系中画出方波发生器输出uo和uC的波形。
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- 实验 一阶 RC 电路 过渡 过程 研究
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