电路实验实验报告第二次实验实验名称：弱电实验院系：信息科学与工程学院专业：信息工程姓名：学号：实验时间：年月日实验一：PocketLab的使用、电子元器件特性测试和基尔霍夫定理一、仿真实验1.电容伏安特性实验电路：图1-1 电容伏安特性实验电路波形图：图1-2 电容电压电流波形图思考题：请根据测试波形，读取电容上电压，电流摆幅，验证电容的伏安特性表达式。

解：()()mV wt wt U C cos 164cos 164-=+=π，()mV wt wt U R sin 10002cos 1000=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=π，us T 500=；()mA wt RU I I R R C sin 213.0===∴，ππ40002==T w ； 而()mA wt dtdu CCsin 206.0= dtdu CI CC ≈⇒且误差较小，即可验证电容的伏安特性表达式。

2.电感伏安特性实验电路：图1-3 电感伏安特性实验电路波形图：图1-4 电感电压电流波形图思考题：1.比较图1-2和1-4，理解电感、电容上电压电流之间的相位关系。

对于电感而言，电压相位 超前 （超前or 滞后）电流相位；对于电容而言，电压相位 滞后 （超前or 滞后）电流相位。

2.请根据测试波形，读取电感上电压、电流摆幅，验证电感的伏安特性表达式。

解：()mV wt U L cos 8.2=， ()mV wt wt U R sin 10002cos 1000=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=π，us T 500=； ()mA wt RU I I R R L sin 213.0===∴，ππ40002==T w ； 而()mV wt dtdi LLcos 7.2= dtdi LU LL ≈⇒且误差较小，即可验证电感的伏安特性表达式。

二、硬件实验1.恒压源特性验证表1-1 不同电阻负载时电压源输出电压电阻()Ωk 0.1 1 10 100 1000 电源电压（V ）4.924.984.994.994.992.电容的伏安特性测量图1-5 电容电压电流波形图3.电感的伏安特性测量图1-6 电感电压电流波形图4.基尔霍夫定律验证表1-2 基尔霍夫验证电路思考题：1.根据实验数据，选定节点，验证KCL 的正确性。

对于B 点，)(339.1975.0364.021A I I =+=+213I I I +=近似满足，验证的KCL 的正确性。

2.验证KVL表1-3 验证KVL对于节点5、9、8、0构成的回路：)(67.232.299.459V U =-=，)(55.177.032.298V U =-=，)(77.0077.080V U =-= )(99.4099.450V U =-= 80985950U U U U ++=∴即验证了KVL 的正确性。

实验二：电路定律的验证和受控源仿真预习题：1.根据实验一中电阻的伏安特性测量方法，请自行设计实验方法，绘制二极管的伏安特性曲线，了解其工作性能。

图2-1 二极管伏安特性曲线2.请运用戴维宁定理，计算图 2-14 电路的 Rload，Req 和 Veq，填入表 2-3。

3.（补充）采用 PocketLab 的 math 功能，直接获得二极管的伏安特性曲线。

图2-2 二极管伏安特性曲线硬件实验一：叠加定理验证表2-1 验证叠加定理表2-2 验证叠加定理（二极管）思考题：1.根据实验数据，验证线性电路的叠加性。

纯电阻电路为线性电路。

由表2-1，可以看出，每纵列的数据，第一行的数加上第二行的数等于第三行的数，即1V 、2V 共同作用的效果和1V ，2V 单独作用效果的叠加结果一样，即验证了线性电路的叠加性。

2.通过实验步骤5及分析表格中数据你能得出什么结论？将5R 换成二极管后，得到表2-2实验结果，分析表2-2数据发现不再有表2-1数据的规律，即不满足叠加性，因此判断，二极管不是线性元件，此电路不是线性电路。

硬件实验二：戴维宁定理验证表2-3 测试等效电路的eq V 和SC I表2-4 验证戴维宁定理思考题：请自行选定除开路电压、短路电流法之外的一种测有源二端网络开路电压及等效内阻的方法，设计实验过程对上面的电路测定，给出实验方法和测试结果。

答：用电压源代替内阻2R ，改变电压源电压大小，测多组端口电压和电流的数据，做出伏安特性曲线图。

则0=I 时的电压值即为开路电压，直线斜率的倒数即为等效内阻。

硬件实验三：采用运放测试电压控制电流源（VCCS ）特性1.测试VCCS 的转移特性()12U f i =表2-6 VCCS 的转移特性数据图2-3 VCCS 转移特性曲线转移参量=Ω=k U I 10122.测试VCCS 的负载特性()L R f i =2表2-7 VCCS 的负载特性数据图2-4 VCCS负载特性曲线实验三：一阶电路的时域分析一、仿真实验1.电容特性实验任务1图3-1 电容电阻电压波形图解释：电阻的电压电流关系为：iR u =，所以电阻的电压波形仍为方波；电容的电压电流关系为：()()()⎰+=tt C C dt t i C t u t u 010，所以()()V mst mst t t u C ⎩⎨⎧><<=10,10100,1000 实验任务2电容中的能量()ms t W C 12=：()()J CU ms t W C 526210510101212112--⨯=⨯⨯===电流源提供的能量()ms W I 12~0:()()()J dt t U U I IU ms W R C I 401.0031015100010112~0--⨯=+⨯⨯=+==⎰请解释C W 和I W 之间为什么会存在差异：答：I W 包含了C W 和R W 两部分，电阻以热量形式消耗电流源的能量，而电容储存能量，即R C I W W W +=。

实验任务3图3-2 电容电阻电压波形图（2）波形变化：电容电压变化率变为原来的二分之一，10ms 时达到的稳定值也是原来的一半。

解释：两个相同的电容并联，等效阻抗变为原来两倍，则电压变化率和电压的值均变为原来一半。

2.电感特性实验任务1图3-3 电感中电流波形图解释：电感的电流电压关系为：()()()⎰+=tt L L L dt t u Lt i t i 010，所以 ()()A ms t mst t t i L ⎩⎨⎧><<=15,1.0150,10 电感中的能量Wc （t=15ms ）：()()J LI ms t W L 423321051010010100212115---⨯=⨯⨯⨯⨯===电压源提供的能量Wv （0~15ms ）：()J dt t ms W V 401.0010510115~0-⨯=⨯=⎰实验任务2图3-4 电感中电流波形图（2）注：图中流过两电感的电流相等，因此两曲线重合，其和为干路电流。

波形变化：电感电流变化率变为原来的两倍，15ms时达到的稳定值也是原来的两倍。

解释：两个相同的电感并联，等效阻抗变为原来一半，则电流变化率和电流的值均变为原来两倍。

实验任务3图3-5 电感电流及节点2电压波形计算得到的电感电流的响应：()()()()()()()()()()tt e e s t I AI e s t I e s t I AI A I I 10011110011.001.01.011.001.011.001.001.0000-----+-⨯=≥=∞'-⨯==-⨯=≤≤=∞==即()()()A t ee t eI tt⎪⎩⎪⎨⎧>-≤≤-=---01.0,11.001.00,11.010011100 二、硬件实验1.硬件实验一实验任务1示波器截图（100Hz ）：图3-6 电容上电压（100Hz）实验任务2示波器截图（1kHz）：图3-7 电容上电压（1kHz）示波器截图（5kHz）：图3-8 电容上电压（5kHz）思考：在输入方波频率一定的时候，输出响应的幅度与电路时间常数的关系如何？若要作为积分器使用，如图所示电路的RC时间常数需要满足什么条件？答：时间常数越大，输出响应的幅度越小，电容充电来不及完成就开始放电；时间常数越小，输出响应的幅度越大，但不超过峰峰值。

若要作为积分器使用，需：1.保证电压变化周期与时间常数的适当比例，105较为合适，使得电容上的电压有较大变化；2.电路的RC时间常数应远大于5ms（即方波的半个周期长度）。

2.硬件实验二实验任务1图3-9 电阻上电压波形图（100nF）功能：微分器解释：在一个周期中，经过一个高电平后，电路进入零输入响应状态，此时，由电容放电。

电阻上电压变化情况与电路中电流变化情况相同，即电路中电流以指数形式衰减。

实验任务2示波器截图（C1=10nF）：图3-10 电阻上电压波形图（10nF）功能：微分器，将方波信号转变为尖脉冲信号。

思考：在输入方波频率和边沿时间一定的时候，若输出响应只需要提取输入信号的边沿信息，则输出幅度与电路RC时间常数的关系如何？答：电路RC常数越大，输出幅度越大。

实验任务3图3-11 电阻上电压波形图（10uF）功能：输出的波形与输入的相同，即耦合。

实验四：RLC电路的频率响应一、仿真实验1.RLC串联电路实验任务1图4-1 阻抗幅频特性和相频特性截图实验任务2图4-2 网络函数幅频特性和相频特性截图图中两光标间距即为3dB带宽。

思考：1R 的值对网络函数的3dB 带宽有什么影响？ 答：1R 增大，品质因数Q 减小，网络函数的3dB 带宽增大。

2.RLC 并联电路实验任务图4-3 阻抗幅频特性截屏图中游标间距即为3dB 带宽。

图4-4 阻抗相频特性截图思考：1R 的值对输出电压的3dB 带宽有什么影响？ 答：1R 增大，品质因数Q 增大，网络函数的3dB 带宽减小。

二、硬件实验1.RLC 低通滤波器实验任务1示波器截图1（Hz f 100 ）：图4-5 输入输出波形（100Hz）示波器截图2（输出幅度下降到输入幅值的0.707倍）：图4-6输入输出波形（输出幅度下降到输入幅值的0.707倍）实验任务2图4-7 幅频特性和相频特性曲线2.RLC带通滤波器实验任务1示波器截图1（输出幅度最大）：图4-8示波器截图2（输出幅度下降到最大输出幅度的0.707倍，且相位超前）：。