（優(yōu)選）電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)二當(dāng)前1頁，總共48頁。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、掌握示波器、函數(shù)信號發(fā)生器、毫伏表的使用方法。2.研究一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng)的基本規(guī)律和特點(diǎn)，以及電路參數(shù)對響應(yīng)的影響。3.理解時間常數(shù)對響應(yīng)波形的影響。

4.了解積分、微分電路的特點(diǎn)。

5.掌握阻抗測量的特點(diǎn)和方法。當(dāng)前2頁，總共48頁。第一部分：常用電子儀器的使用（二）當(dāng)前3頁，總共48頁。目錄：1、雙蹤示波器2、函數(shù)信號發(fā)生器3、晶體管毫伏表4、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)電路板當(dāng)前4頁，總共48頁。一、示波器的原理與使用示波器是科研單位和實(shí)驗(yàn)室常用的一種觀測電信號波形的儀器。用它可以進(jìn)行時域信號的測量，可以測量電信號的波形、周期、相位、幅值、矩形波的上升時間和下降時間等物理參數(shù)。當(dāng)前5頁，總共48頁。（一）示波器的組成1、垂直系統(tǒng)2、水平系統(tǒng)3、Z軸系統(tǒng)4、示波管5、電源包括：垂直（Y）系統(tǒng)、水平系統(tǒng)（掃描系統(tǒng)）、Z軸系統(tǒng)、示波管、電源當(dāng)前6頁，總共48頁。（二）波形顯示的基本工作原理1、僅水平通道工作若僅在水平偏轉(zhuǎn)板上加鋸齒波電壓，則在屏幕上看到一條水平線，稱為掃描基線當(dāng)前7頁，總共48頁。（二）波形顯示的基本工作原理2、僅垂直通道工作若僅在垂直偏轉(zhuǎn)板上加被測波形，則在屏幕上只看到一條垂直線當(dāng)前8頁，總共48頁。（二）波形顯示的基本工作原理3、兩個通道同時工作掃描電壓的周期TX與被測信號的周期TY有關(guān)系：TX=TY當(dāng)前9頁，總共48頁。（三）示波器的幅度測量基本知識被測信號幅度范圍從毫伏級到幾百伏，為使不同大小的信號都能在屏幕內(nèi)顯示合適波形，在垂直放大器之前要加入衰減器。他由開關(guān)控制，以對不同大小的信號實(shí)現(xiàn)不同的分壓比。這就是垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇VOLTS/DIV1．垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇(VOLTS／DIV)和微調(diào)

在單位輸入信號作用下，光點(diǎn)在屏幕上偏移的距離稱為偏移靈敏度，這一定義對X軸和Y軸都適用。靈敏度的倒數(shù)稱為偏轉(zhuǎn)因數(shù)。垂直靈敏度的單位是為DIV／mV，DIV／V，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)的單位是V／DIV，mV／DIV。實(shí)際上因習(xí)慣用法和測量電壓讀數(shù)的方便，有時也把偏轉(zhuǎn)因數(shù)當(dāng)靈敏度。

當(dāng)前10頁，總共48頁。（三）示波器的幅度測量基本知識０tＵ信號幅度（峰-峰值）=H×垂直偏轉(zhuǎn)因素（VOLTS/DIV）垂直方向波形占據(jù)的格數(shù)H在進(jìn)行定量幅度測量時，還必須把垂直偏轉(zhuǎn)因素微調(diào)旋鈕順時針旋轉(zhuǎn)到CAL校準(zhǔn)位置。此時偏轉(zhuǎn)因素VOLTS/DIV才是準(zhǔn)確的，才能夠?qū)π盘柗冗M(jìn)行精確測量。當(dāng)前11頁，總共48頁。（四）示波器的時基測量基本知識０tＵ水平方向一個周期波形占據(jù)的格數(shù)D時基偏轉(zhuǎn)因素TIME/DIV波段開關(guān)的指示值代表光點(diǎn)在水平方向移動一個格的時間值。例如在1mS／DIV檔，光點(diǎn)在屏上移動一格代表時間值1mS。

2、時基選擇(TIME／DIV)和微調(diào)

時基選擇和微調(diào)的使用方法與垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇和微調(diào)類似。時基選擇也通過一個波段開關(guān)實(shí)現(xiàn)，把時基分為若干檔，用于改變掃描速度。當(dāng)前12頁，總共48頁。（四）示波器的時基測量基本知識０tＵ水平方向一個周期波形占據(jù)的格數(shù)D在進(jìn)行定量時基（周期）測量時，還必須把時基微調(diào)旋鈕順時針旋轉(zhuǎn)到CAL校準(zhǔn)位置。此時，屏幕上顯示的時基值與波段開關(guān)所示的標(biāo)稱值是一致的，此時偏轉(zhuǎn)因素TIME/DIV才是準(zhǔn)確的，才能夠?qū)π盘枙r基周期等進(jìn)行精確測量。2、時基選擇(TIME／DIV)和微調(diào)

波形的周期=

D×?xí)r基選擇(TIME／DIV)

例如在1mS／DIV檔，如果D=3格，則這個信號的周期為

3×1mS=3mS。

當(dāng)前13頁，總共48頁。（五）相位差的測試—TRIG.ALT處于彈起狀態(tài)1、雙蹤示波法（截距法）示波器垂直方式選擇“雙蹤”顯示方式，兩通道的零基線重合。被測的兩個信號分別接到示波器的兩個垂直通道。調(diào)節(jié)相關(guān)旋鈕，使屏幕上出現(xiàn)兩條大小適中的穩(wěn)定波形

X:信號一個周期在水平方向所占格數(shù)（div）

X1：過基線的對應(yīng)點(diǎn)A，B間的水平距離（截距）當(dāng)前14頁，總共48頁。（五）相位差的測試—TRIG.ALT處于彈起狀態(tài)2、李沙育圖形法-------（不要求）將掃描速率開關(guān)置于外接，CHl通道輸入標(biāo)準(zhǔn)信號，CH2通道輸入被測信號，在示波器上將顯示如右圖所示李沙育波形，從圖可知，相位差為：

B——橢圓與縱軸相截的距離，A——Y向的最大偏轉(zhuǎn)距離。當(dāng)前15頁，總共48頁。（六）固維GOS620雙蹤示波器面板與操作使用

(視頻)當(dāng)前16頁，總共48頁。二、函數(shù)信號發(fā)生器的使用函數(shù)信號發(fā)生器是能夠產(chǎn)生正弦波、方波和三角波信號的儀器，輸出幅度可調(diào)。基本電路框圖當(dāng)前17頁，總共48頁。二、函數(shù)信號發(fā)生器的使用DF1641B1函數(shù)信號發(fā)生器是能夠產(chǎn)生1-3MHz，正弦波、方波和三角波的儀器，輸出幅度1mVpp-20Vpp。電源開關(guān)頻率顯示窗口幅度顯示（峰峰值）函數(shù)信號輸出口當(dāng)前18頁，總共48頁。二、函數(shù)信號發(fā)生器的使用DF1641B1函數(shù)信號發(fā)生器是能夠產(chǎn)生1-3MHz，正弦波、方波和三角波的儀器，輸出幅度1mVpp-20Vpp。在小信號輸出時，一定要采用輸出幅度旋鈕和衰減開關(guān)的配合使用。輸出頻率調(diào)整輸出波形選擇輸出幅度調(diào)整輸出幅度衰減當(dāng)前19頁，總共48頁。DF1641BF（SP1641B）函數(shù)信號發(fā)生器的使用視頻當(dāng)前20頁，總共48頁。三、晶體管毫伏表的使用1、晶體管毫伏表是一種高靈敏度寬帶的交流電壓有效值表，能夠進(jìn)行20Hz-1MHz之間的交流電壓信號（分貝dB）測量的儀表。原理方框圖當(dāng)前21頁，總共48頁。三、晶體管毫伏表的使用2、輸入信號通過連接線接入電路，連接測試線時，毫伏表的接地線(一般為黑色夾子)也應(yīng)與被測電路的公共地端相連。3、根據(jù)被測電壓的大小，選擇適當(dāng)?shù)臏y量范圍。若不知被測電壓的可能范圍，應(yīng)將測量范圍置最大擋，然后逐漸減小，直至指針偏轉(zhuǎn)至滿量程的1／2以上。4、毫伏表讀數(shù)時，要根據(jù)所選擇的量程來確定從哪一條刻度讀數(shù)。例如，指針指在第一條刻度線的數(shù)字6處，若此時量程為10V，則讀數(shù)為6V；若量程為100mV，則讀數(shù)為60mV；若量程為3V，則讀數(shù)為1.9V；若量程為30mV，則讀數(shù)為19mV；其他各量程依此類推。當(dāng)前22頁，總共48頁。5、分貝（dB）的測量（選講）

這是一種相對電平概念，包括dBv和dBm僅僅是參考電平不同的兩種表示法：【dB·m】是指在600條件下以1mW為參考得到的分貝度量值。V1＝0.775V電壓值就是600負(fù)載下的0?dB參考。（讀指針刻度的第四排）【dBv】是指以V1=1V為參考得到的分貝值。（讀指針刻度的第三排）

工程中常用0.775V作為參考電平的dB·m當(dāng)前23頁，總共48頁。毫伏表在不同的量程上測量出的分貝值應(yīng)加上各量程的修正系數(shù)才是信號的真正電平值。交流毫伏表不能測量直流電壓信號。注意：當(dāng)前24頁，總共48頁。5、晶體管毫伏表的使用視頻信號輸入口INPUT量程選擇開關(guān)當(dāng)前25頁，總共48頁。四、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)板介紹實(shí)驗(yàn)板是構(gòu)成實(shí)驗(yàn)電路的連接載體，實(shí)驗(yàn)時通過導(dǎo)線和元器件在它上面連接出實(shí)驗(yàn)電路。電源引入孔實(shí)驗(yàn)元件放置區(qū)電位器元件區(qū)每五個緊鄰插孔之間彼此相通。外圍一圈插孔已經(jīng)全部相連（通常作為參考地使用）。電源插孔沒有和電路預(yù)先連接當(dāng)前26頁，總共48頁。第二部份

動態(tài)電路暫態(tài)過程的研究

當(dāng)前27頁，總共48頁。一、實(shí)驗(yàn)原理

1.一階RC電路的時域響應(yīng)

用一階微分方程描述的電路，稱為一階動態(tài)電路。一階動態(tài)電路通常是由一個(或若干個)電阻元件和一個動態(tài)元件(電容或電感)組成。一階動態(tài)電路時域分析的步驟是建立換路后的電路微分方程，求滿足初始條件微分方程的解，即電路的響應(yīng)。

當(dāng)前28頁，總共48頁。在圖3.1(a)所示電路中，若uc(0-)=0,t=0時開關(guān)S由2打向1，直流電源經(jīng)R向C充電，此時，電路的響應(yīng)為零狀態(tài)響應(yīng)。圖3.1一階RC電路及響應(yīng)曲線當(dāng)前29頁，總共48頁。

其解為

t≥0電路的微分方程為

式中，=RC為該電路的時間常數(shù)。當(dāng)前30頁，總共48頁。零狀態(tài)響應(yīng)曲線如圖3.1(b)所示。若開關(guān)S在位置1時，電路已達(dá)到穩(wěn)態(tài)，即uc(0-)=uS,在t=0時，將開關(guān)S由1打向2，電容器經(jīng)R放電，此時的電路響應(yīng)為零輸入響應(yīng)，而uc(0-)=uc(0+)

圖3.1一階RC電路及響應(yīng)曲線當(dāng)前31頁，總共48頁。電路的微分方程為響應(yīng)為當(dāng)前32頁，總共48頁。

零輸入響應(yīng)曲線如圖3.1(c)所示。從圖中看出，無論是零狀態(tài)響應(yīng)還是零輸入響應(yīng)，其響應(yīng)曲線都是按照指數(shù)規(guī)律變化的，變化的快慢由時間常數(shù)

決定，即電路瞬態(tài)過程的長短由決定。大，瞬態(tài)過程長；

小，瞬態(tài)過程短。時間常數(shù)由電路參數(shù)決定，一階RC電路的時間常數(shù)=RC，由此計算出

的理論值。圖3.1一階RC電路及響應(yīng)曲線當(dāng)前33頁，總共48頁。

如圖.3.2所示，

還可以從uc的變化曲線上求得。對充電曲線，幅值上升到終值的63.2％對應(yīng)的時間即為一個

。對放電曲線，幅值下降到初值的36.8％對應(yīng)的時間也是一個

。或者可在起點(diǎn)作指數(shù)曲線的切線，此切線與穩(wěn)態(tài)值坐標(biāo)線的交點(diǎn)與起點(diǎn)之間的時間坐標(biāo)差即為時間常數(shù)

。根據(jù)上述兩種方法可以在已知指數(shù)曲線上近似地確定時間常數(shù)數(shù)值，一般認(rèn)為經(jīng)過3—5的時間，過渡過程趨于結(jié)束。圖.3.2電容器充放電電壓曲線當(dāng)前34頁，總共48頁。

為了能在普通示波器上觀察這些響應(yīng)的波形，就必須使這些波形周期性地變化。如何實(shí)現(xiàn)周期性變化?可采用周期變化的方波(即方波序列)作為激勵,現(xiàn)敘述如下。

RC串聯(lián)電路如圖3.3(a)所示，由方波(如圖3.3(b))激勵。圖.3.3方波激勵下的響應(yīng)波形當(dāng)前35頁，總共48頁。

從t=0開始，該電路相當(dāng)接通直流電源，如果T/2足夠大(T/2>4)，則在0～T/2響應(yīng)時間范圍內(nèi)，uC可以達(dá)到穩(wěn)定值uS，這樣在0～T/2范圍內(nèi)uC即為零狀態(tài)響應(yīng)；而從t=T/2開始，us=0，因?yàn)殡娫磧?nèi)阻很小，則電容C相當(dāng)于從起始電壓us向R放電，若T/2>4，在T/2-T時間范圍內(nèi)C上電荷可放完，這段時間范圍即為零輸入響應(yīng)。第二周期重復(fù)第一周期，如圖3.3(c)所示，如此周而復(fù)始。圖.3.3方波激勵下的響應(yīng)波形當(dāng)前36頁，總共48頁。

將這周期性變化的電壓送到示波器Y軸輸入端，適當(dāng)調(diào)節(jié)“時基”旋鈕使熒光屏上清楚顯示出一個周期的波形，則前半周是零狀態(tài)響應(yīng)，后半周是零輸入響應(yīng)。(用示波器的另一通道輸入uS，以資鑒別是零狀態(tài)和零輸入)。線性系統(tǒng)中，零狀態(tài)響應(yīng)與零輸入響應(yīng)之和稱為系統(tǒng)的完全響應(yīng)。即:完全響應(yīng)=零狀態(tài)響應(yīng)+零輸入響應(yīng)

若要觀察電流波形，將電阻R上的電壓uR送人示波器即可。因?yàn)槭静ㄆ髦荒茌斎腚妷海娮枭想妷骸㈦娏魇蔷€性關(guān)系，即所以只要將uR(t)波形的縱軸坐標(biāo)比例乘以即為波形。

當(dāng)前37頁，總共48頁。

2.積分電路和微分電路積分電路和微分電路是電容器充放電現(xiàn)象的一種應(yīng)用對圖3.4所示電路以電容電壓作為輸出，us(t)是周期為T的方波信號，設(shè)uc(0)=0,則（3.1）

圖.3.4積分電路圖.3.5積分電路波形當(dāng)前38頁，總共48頁。

當(dāng)電路的時間常數(shù)=RC很大，即時在方波激勵下，電容上充得的電壓遠(yuǎn)小于電阻上的電壓，即因此,,則（3.1）式可改寫為

（3.2）式（3.2）表明若將uc(t)作為輸出電壓，則uc(t)近似與輸入電壓us(t)對時間的積分成正比，故在此條件下的RC電路稱為積分電路。當(dāng)前39頁，總共48頁。

圖3.4積分電路圖3.5積分電路波形其波形如圖3.5所示。積分電路一定要滿足

，一般取10倍即可(

)。若R與C已選定，則取輸入信號的頻率左右。當(dāng)方波的頻率一定時，值越大，三角波的線性越好，但其幅度也隨之下降。

值變小時，波形的幅度隨之增大，但其線性將變壞。當(dāng)前40頁，總共48頁。

微分電路取RC電路的電阻電壓uR作為輸出，如圖.3.6所示。則（3.3）當(dāng)時間常數(shù)

很小，即，。則式(3.3)可改寫成

(3.4)圖3.6微分電路圖.3.7微分電路波形當(dāng)前41頁，總共48頁。式(3.4)表明，輸出電壓uR(t)近似與輸入電壓uS(t)對時間的微分成正比，故將此條件下的RC電路稱為微分電路。微分電路的輸出波形為正負(fù)相間的尖脈沖，其輸人輸出波形如圖3.7所示。圖3.6微分電路圖.3.7微分電路波形當(dāng)前42頁，總共48頁。

微分電路一定要滿足條件，一般取。若R與C已選定，則取輸入信號的頻率。當(dāng)輸入信號的頻率一定時，值越小，脈沖越尖。3、交流阻抗的測量原理與應(yīng)用方法.Us(t)2=UR(t)2+Ux(t)2當(dāng)前43頁，總共48頁。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（一）、基本要求1.一階RC電路響應(yīng)及

值的測量

實(shí)驗(yàn)電路如圖3.1所示，us(t)為信號發(fā)生器輸出

f=1KHz,VPP=1V的方波信號。將激勵源us(t)和響應(yīng)uc(t)的信號分別連至示波器的兩個輸入端CH1和CH2。在示波器的屏幕上觀察并測試下列參數(shù)時激勵與響應(yīng)波形及

。⑴R=10KΩ、C=1000PF⑵R=10KΩ、C