RC选频网络的研究
发布时间:2021-02-02 09:24:29
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实验一 R-C选频网络的研究
一、实验目的
用实验方法研究R-C选频网络的特性。
二、实验说明
1、R-C选频网络如图10-1所示,有:
8c1599bd0405da375a745df4ab95b906.png
式中45bf03a575f6e81359314e906fb2bff3.png
a7dc41b70e227e28c7deb6fe7e35640e.png
即:6d9ee47f7dc831c9bc9f8fe69f168a85.png
此时,913e66fe20e8f989977e01c427f68ed9.png
2、当7851c9b667050b3c9b11b2e287943875.png
(1)、913e66fe20e8f989977e01c427f68ed9.png
(2)、913e66fe20e8f989977e01c427f68ed9.png
此选频网络又称为文氏电桥,常用于电子线路中产生频率为460dce4aac6f0bdb2f5002d29f1d9edb.png
word/media/image17.gif
三、实验内容
1、按图10-1接线。选取c169e4ab1c604b68d1add7533a2cd1a0.png
2、示波器置于X-Y工作方式,调节电源频率f,使示波器荧光屏上出现一条斜直线,记下此时的d43e51bee35b78083e05bcfc2119b318.png
3、将示波器显示方式开关置于Y2,调节电源频率,观察Uo随f变化的波形,看是否dc0817912e2360682abedde08a267779.png
4、将示波器置于交替方式,Y1,Y2增益旋至相同位置。同时观察Uo和Ui的波形,看当38c7cdc396cced615ff9cd53370d20ff.png
5、保持Ui、C值不变,改变R值,重复1-4的内容。
四、注意事项
实验时,电源电压幅值保持恒定。
五、仪器设备
正弦信号发生器一台;示波器一台;万用表一只;实验箱一个。
六、思考题
1、当R、C和Ui固定不变时,有几种方法可确定Uo为最大?
2、在文氏电桥中,若选取C=,R=1300Ω时,cae8a623cc417d219936676028e26d4f.png
3、在R,C参数固定下,当38c7cdc396cced615ff9cd53370d20ff.png
实验二 二阶电路的响应与状态轨迹
一、实验目的
1、研究RLC串联电路对应的二阶微分方程解的类型特点及其与元件参数的关系。
2、观察分析各种类型的状态轨迹。
二、实验说明
1、凡是可用二阶微分方程来描述的电路称为二阶电路,图12-1所示的线性RLC串联电路是一个典型的二阶电路,它可以用下述线性二阶常系数微分方程来描述:
ff778fc2fb55be4f6ca3df0388b834f9.png
初始值:c757d8dc55e501952f4af97eee71dcc6.png
word/media/image28.gif求解微分方程可以得出c40a57cee4c234b7fb54eff4018c8b6a.png
2、RLC串联电路零输入响应(图2-2)的类型与元件参数有关,设电容上的初始电压445f10e0274dd0e4e0cdda76c405d979.png
(1)当e23cb636629e7867bd07b98f9a678221.png
b0667dbd9a5927aa0b531a17e650f989.png
5b14dc76df955f2ac4a869aa6068d08a.png
其中s1、s2是微分方程的特征根:
af9f8e310fbce224bbb673b93b7aa367.png
(2)当19fce5299f1979b35f2ab8d1554dbc5d.png
6d22edad9258049fabd49e4e068ae64e.png
dd5a32aa6e43f26208766c559787a64d.png
(3)当345113c9636bb532c6927bef2729ef6f.png
响应为:
5bc16efe0fa029dd5f5f2647e7087d2a.png
0585798cbc58ea4d47b43620bf8a5361.png
其中:8fddcdcf6c390e45e98dc229dc8d4067.png
(4)当R=0时,响应是等幅振荡的,称为无阻尼情况,等幅振荡的频率即为谐振角频率0a3a044e5373678c83f7876766c25d61.png
92e800cc94e5f3e0838fec6051fafc26.png
39de3cc792fa97d01d37cf2588b12c3e.png
3、对于欠阻尼情况,衰减振荡角频率996d9aa8a3187f9b5cc9cc21fd0600f4.png
413b510f494a44b041839d5da33febcf.png
6c4759f4cfa2c18ec6ebb627d75dfabc.png
显然817976d7662c16d3134ffe9472e2b84c.png
由此可见,用示波器测出周期Td和幅值i1m、i2m后,就可以算出ab410a966ac148e9b78c65c6cdf301fd.png
word/media/image68.gif
4、对于图2—1所示的电路可以用两个一阶联立方程即状态方程来求解:
6772481363cbc94f8cb0d510d1aa4756.png
29c6d77941fb00be44ed4a2d18e44630.png
初始值:cadabb212f8d2509e190ea25d9ddab60.png
其中,c40a57cee4c234b7fb54eff4018c8b6a.png
word/media/image73.gif
三、实验内容
1、实验线路如图2-1所示,改变电阻R的数值,观察方波激励下响应的过阻尼、欠阻尼和临界阻尼情况,并描述出c40a57cee4c234b7fb54eff4018c8b6a.png
2、将示波器置于X-Y工作方式,观察并描绘上述各种情况下的状态轨迹。
3、对欠阻尼情况,在改变电阻R时,注意衰减系数ab410a966ac148e9b78c65c6cdf301fd.png
四、仪器设备
示波器一台;方波信号发生器一台;实验箱一个。
五、实验报告要求
1、把观察到的各个波形分别画在坐标纸上,并结合电路元件的参数加以分析讨论。
2、根据实验参数计算欠阻尼情况下方波响应中996d9aa8a3187f9b5cc9cc21fd0600f4.png
3、回答思考题1。
六、思考题
1、当RLC电路处于过阻尼情况下,若再增加回路的电阻R,对过渡过程有何影响?在欠阻尼情况下,若再减少R,过渡过程又有何变化?在什么情况下电路达到稳态的时间最短?
2、不做实验能否根据欠阻尼情况下的c40a57cee4c234b7fb54eff4018c8b6a.png
3、如果实验室没提供方波信号发生器,而提供了直流稳压电源和单刀双掷开关,能否观察到二阶电路的响应和零输入响应的波形?
实验三 二端口网络参数的测定
一、实验目的
1、学习测定无源线性二端口网络参数的方法。
2、研究二端口网络及其等效电路在有载情况下的性能。
二、实验说明
1、无源线性二端口网络(图3-1)可以用网络参数来表征它的特性,这些参数只决定于二端口网络内部元件和结构,而与输入(激励)无关。网络参数决定后,两个端口处的电压电流关系即网络的特征方程就唯一地确定了。
word/media/image80.gif
(1)若将二端口网络的输入端电流ddc993337ad60c09c6edd7cddf7e4193.png
75873301a736ac4bcafdf9c78b43b02b.png
式中a246495d9e77d97a4aeb664949bd0f6d.png
0ef868429cb947c4d7aef51ad616d43b.png
从上面Z参数的表达式可见,只要将二端口网络输入端和输出端分别开路,测出其相应的电压和电流,就可以确定二端口网络的Z参数。
当二端口网络为互易网络时,则有c69d400a3bdbf3e8dc2e3e198c2bb073.png
(2)若将二端口网络输出端电压f554b70adc2f9a7106c8caf3ef3ed14c.png
fb6f9c889bd8d0e7b32f1c73adde65e9.png
式中A、B、C、D称为传输参数(T参数),分别表示为:
958dce32a81f75dc4d14b3828857dd3a.png
可见,T参数同样可以用实验的方法求得。
当二端口网络为互易时,则有AD-BC=1,因此四个参数中只有三个是独立的。在电力及电信传输中常用T参数方程来描述网络特性。
(3)若将二端口网络输入端电流ddc993337ad60c09c6edd7cddf7e4193.png
63d5808b78fa2f453ae504f27d23c7b4.png
式中1a4bf8e72ec3a3d9204266c4fe2ef651.png
bc4519202a050a64358655ee27b5262f.png
H参数同样可以用实验方法求得。当二端口网络为互易网络时d0965ec78f4cd29bef8d18528fec488a.png
2、无源二端口的外部特性可以用三个阻抗(或导纳)元件组成T型或31bf0b12546409e15021243132fc7574.png
d240debc4061dbb7ee7aace516227b22.png
因此,求出二端口网络的T参数后,网络和T型(或31bf0b12546409e15021243132fc7574.png
word/media/image105.gif
3、在二端口网络输出端接一负载阻抗Z1,在输入端接一内阻为ZS的电压源uS(如图13-3所示),则二端口网络的输入阻抗为输入端的电压和电流之比,即:
4、word/media/image106.gif0a32ae7a8177332c585a6f10fd079f60.png
根据T参数方程得:
3bf69b51f7a1bfd7d2a184829ceca23a.png
输入阻抗,输出阻抗可以根据
网络参数计算得到,也可以通
过实验测得。
5、本实验仅研究直流无源二端口网络的特性,因此,上述各公式中的ca48be0ef57d36aba235fff4cd0638c2.png
三、实验内容
1、测定二端口网络的Z参数和T参数。
2、测定二端口网络在一种有载情况下的输入电阻并验算在此有载情况下的T参数方程和Z参数方程。
3、验证二端口网络的T型等效电路的等效性。
根据内容1测得的参数计算出T型等效电路的参数R1,R2和R3,并用实验箱组成该T型电路,然后:
(1)测出T型等效电路的A参数和H参数。
(2)测出与内容2相同有载情况下的输入电阻。
实验电路和数据记录表格自拟,实验设备可在设备清单所列范围内选用。
四、注意事项
1、测量流入(出)端口电流时,注意电流表极性。
2、设计的实验线路要求安全可靠,操作简单方便。
3、在换接线路时先把稳压电源的输出调到零,然后断开电源,防止将稳压电源的输出端短路。
4、加在网络端口的电压不要超过给定值。
五、仪器设备
直流稳压电源一台;万用表一只;实验箱一个。
六、实验报告要求
1、用内容1测得T参数或Z参数计算出对应的H参数,并与内容3测得的H参数相比较。
2、用内容1测得的T参数计算出二端口网络的输入电阻并与内容2的实验值相比较。
3、根据实验数据比较二端口网络和T型等效电路的等效性。
4、从测得的参数和Z参数判别本实验所研究的网络是否为互易网络和对称网络。
七、思考题
二端口网络参数是否与外加电压或流过网络的电流有关?为什么?
实验四 回转器
一、实验目的
1、掌握回转器的基本特性。
2、测量回转器的基本参数。
3、了解回转器的应用。
二、实验原理
1、回转器是一种有源非互易的新型二端口网络元件,电路符号及其等值电路如图4—1(a)、(b)所示。
word/media/image111.gif
理想回转器的导纳方程如下:
f79c4ce40dbaf22d0176d60ed73219af.png
或写为:630b537390044ff7bea89a7cfb28196f.png
也可写成电阻方程:
bd581bb9c46ee135490954de60a080c5.png
或写成:722a536b768b33dab5ca30c91f2f2991.png
式中g和r分别称为回转电导和回转电阻,简称为回转常数。
2、若在2-2’端接一负载电容C,则从1-1’端看进去就相当于一个电感,即回转器能把一个电容元件“回转”成一个电感元件,所以也称为阻抗逆变器。2-2’端接有C后,从1-1’端看进去的导纳Yi为:
fa4403a6bb366ef86f73bc7cda0cd686.png
由于:63afd3daf1dcd21d8bcee763b3088e82.png
06009f7299b5d4fd2ced9a3238fb8311.png
3、由于回转器有阻抗逆变作用,在集成电路中得到重要的应用。因为在集成电路制造中,制造一个电容元件比制造电感元件容易得多,我们可以用一个带有电容负载的回转器来获得数值较大的电感。有关回转器的结构与电路原理见图4-2。
word/media/image120.gif
三、实验内容
1、word/media/image121.gif在图4-3的2-2’端接纯电阻负载,信号源频率固定在1KHZ,信号电压2V。用交流电压表测量不同负载电阻RL时9e9ec10a6293b7065319911458692ef5.png
2c4b4d3d1cbef1abdf701423466a3cf4.png
表4-1
2、word/media/image131.gif用双踪示波器观察回转器输入电压和输入电流之间的相位关系,按图4-4接线。
(1)在252a6e503550bab386da38d991bb087b.png
(2)在252a6e503550bab386da38d991bb087b.png
(3)测量谐振特性(选做实验)。
用回转器作电感,与C=1uF构成并联谐振电路,如图4-5所示。低频信号源输出电压恒定U=2V,在不同频率时用交流毫伏表测量a22e183a59e8e642322bbf8a2f283617.png
word/media/image139.gif
表4-2
四、注意事项
回转器的正常工作条件是U、I的波形必须是正弦波,为避免运算放大器进入饱和状态使波形失真,所以输入电压应以不超过2V为宜。
五、实验仪器
实验箱一台;双踪示波器一台;万用表一个。
实验五 负阻抗变换器
一、实验目的
1、加深对负阻抗概念的认识,掌握对含有负阻抗电路的分析方法。
2、了解负阻抗变换器的组成原理及其应用。
3、掌握负阻抗变换器的各种测试方法。
二、实验原理
1、负阻抗是电路原理中的一个重要的基本概念,在工程实践中也有广泛的应用。负阻抗的产生除了某些非线性元件在某个电压或电流的范围内具有负阻抗特性,一般都由一个有源双口网络来形成一个等效的线性负阻抗。该网络由线性集成电路或晶体管等元件组成,这样的网络称为负阻抗变换器。根据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(INIC)和电压倒置型两种(VNIC)。
2、本实验用线性运算放大器组成如图5—1所示的电路,在一定电压、电流范围内可获得良好的线性度。
word/media/image140.gif
(1)图中虚线框所示电路是一个用运算放大器组成的电流倒置型负阻抗变换器(INIC)。设放大器是理想的,由于它的正输入端(+)与负输入端(—)之间为虚短路,输入阻抗为无限大,故有:
2a824246cac313746399238f7a5584e0.png
即: 03d74157c134916a8813d2c97c9da9ba.png
运算放大器输入端电压:
b5f971a022188ff6658ac27d43dadd40.png
即:78d4f9ed6a0999c61fc9e8837bd2ebda.png
又由于:f15603acbe52498822f440f1080724c9.png
所以:2f1747808b266fa14f4cec82088fbd4a.png
又由负载端电压和电流的参考方向,有:
f6759fc9df30d81ff4e023e259771a35.png
因此,整个电路的激励端的输入阻抗:
6a612be9fa6c1e4468cee9fcb2cf2b18.png
可见,这个电路的输入阻抗为负载阻抗的负值,也就是说,当负载端接入任意一个无源阻抗元件时,在激励端就等效为一个负的阻抗元件,简称负阻元件。
(2)负阻抗变换器元件(-Z)和普通的无源R、L、C元件(577719366a8e8e8c8f4a145b3991ec34.png
14e8f160a2eb991a79e203396e7cac74.png
对于并联连接时,有
c3d898ea98839fb8608a5ff41daae3f2.png
三、实验内容
1、测量负电阻的伏安特性,实验线路如图5—2所示。
(1)按实验线路接线,断开开关S。
(2)测出对应的U、I值,计算负电阻阻值,将数据记录于表5—1中。
(3)画出等效阻抗的伏安特性。
word/media/image153.gif
表5—1 RL=2KΩ
2、负阻抗元件与普通无源元件的并联连接
(1)按实验线路接线,闭合开关S。
(2)测出对应的U、I值,并计算并联后的总阻抗,将数据记录于表5—2中。
表17—2 RL=400Ω
3、(选做实验)用示波器进一步研究RLC串联电路的方波响应合状态轨迹。实验电路如图5—3所示。
word/media/image154.gif
虚线框内代表等效负电阻(-Rs),增加Rs即相当于减小了RLC串联电路中的总电阻数值R。实验时先取f3b89cf68e3b60ca94a6165fb99a3f89.png
四、注意事项
整个实验过程中激励电源不能超过实验给定值。
五、实验仪器设备
实验箱1个;信号发生器1台;双踪示波器1台。
实验六 滤波器的研究
一、实验目的
1、掌握滤波器的设计方法;
2、学会使用MATLAB软件进行电路分析和仿真。
二、实验原理
滤波器是一种能使有用信号通过而同时抑制(或大幅度衰减)无用频率信号的电子装置,工程上常用它来作为信号处理、数据传送和抑制干扰等。
由于电感元件和电容元件的阻抗与信号频率有关,利用电感对高频电流的抑制作用和电容具有通高频阻低频的作用,可以实现各种不同功能的滤波电路。常用的无源滤波器就是由R、L、C组成,电路的结构不同,实现的功能也不同。
三、实验内容
1、图示电路,已知激励dccdb73c7915983fd1ebf3f1b61e27d1.png
2、利用MATLAB软件进行电路仿真,分析和确定电路的设计参数,直到满足设计要求。
3、利用实验室提供的设备和元器件连接成实际电路进行实际测量验证。
word/media/image160.gif
四、实验报告要求
1、确定滤波器的原理电路,计算电路元件参数,并分析电路的功能。
2、给出仿真后的电路设计参数以及在该参数下进行电路仿真的电压曲线。
3、绘出实际验证时的输出电压曲线。
五、实验仪器设备
电阻:0~100KΩ连续可调, 电容:10nF~2μF若干, 电感:100mH、150mH、200mH
运算放大器,示波器,信号发生器,计算机
附录 有效数字
一、有效数字的表示
通常作测量记录时,每一数据都只应保留一位欠准数字,即最后一位前的各位数字都必须是准确的。
例如用50伏的电压表测量电压时,若读数为伏,则最末一位“4”估计出来的,它有可能被读为伏或伏,而前面二位数字“34”则是“可靠数字”,一位欠准数字连同前面的“可靠”数字都称为有效数字,这样我们称有三位有效数字。
二、有效数字的运算法则
1、加减运算
(1)首先对加减中的各项进行修约,使各数修约到比小数点后位数最少的那个数多保留一位小数。
例:++=?
其中小数点后有两位,故取→,不变
(2)进行加减运算
++=
(3)对结果进行修约,使小数点后的位数与原各项中小数点后位数最少的那个数相同。
计算结果
2、进行乘除运算
(1)首先对乘除中各项进行修约,使各项修约到比有效位数最少的那个数多保留一位有效数字。
例:××=?
其中为三位有效数字,故→,不变
(2)进行乘除运算
××=
(3)对计算结果进行修约,使有效数字位数与有效数字位数最少的那个数相同。若有效数字最少的数据中的第一位为“8”或“9”,则在计算结果中有效数字的位数可比它多取一位。
例:××=?
其中只有一位有效数字,故不变,→36
运算:××36=,取结果为39。
电 路 (二)
实 验 指 导 书
天津科技大学
电子信息与自动化学院
实验一 R-C选频网络的研究 ……………………………………………………………1
实验二 二阶电路的响应与状态轨迹 ……………………………………………………3
实验三 二端口网络参数的测定 …………………………………………………………7
实验四 回转器……………………………………………………………………………11
实验五 负阻抗变换器……………………………………………………………………15
实验六 滤波器的研究(综合性实验)……………………………………………………19
附录……………………………………………………………………………………20