电路自主设计实验.docx

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1、电路自主设计实验姓名 班级 学号 实验日期 11.28 节次 5-6 教师签字 成绩 自主设计实验：直流定理在交流电路中的探究 一实验目的： 1. 探究戴维南定理、和叠加定理在交流电路中是否成立； 2. 加深对等效电源定理和齐性定理的理解和掌握； 3了解与掌握含源一端口网络对外等效电路的条件，学习线性含独立源一端口网络等效电路参数的测量方法； 二总体设计方案和技术路线： 在电路理路基础教材只是在线性电阻电路中验证了戴维南定理的正确性，并未交流电路 直流电路中 1. 叠加定理 具有唯一解的线性电路，由几个独立源共同作用所产生的各支路电流或电压，是各个独立电源分别单独作用时产生的各支路电流或电压的

2、代数叠加。 研究电路叠加定理时必须确定电压与电流的参考方向，方便分析与计算电路。研究线性叠加定理时叠加量是代数和，必须要用参考方向来判断实际电压与电流正负。 2.等效电源定理 戴维南定理：任一线性含独立源一端口网络，其对外作用可以用一个电压源串电阻的等效电源代替，该电压源的电压等于此一端口网络的开路电压，该电阻等于此一端口网络内部各独立源置零后的等效电阻。 诺顿定理：任一线性含独立源一端口网络，其对外作用可以用一个电流源并电导的等效电源代替，该电流源的电流等于此一端口网络的短路电流，该电导等于此一端口网络内部各独立源置零后的等效电导。 线性含源一端口网络的等效电路如图所示： 图1.1等效电源定

3、理 线性含源一端口a+UocaIsc或Roa-bbGob3.等效电源电路参数的测定 测定开路电压。如果电压表的内阻相对于被测一端口网络的内阻大很多，电压表几乎不取网络电流，可以直接用电压表或万用表的电压档测定。 测定短路电流。如果电流表的内阻相对于被测一端口网络的内阻小很多，其上电压降可忽略不计，可以直接用电流表测定。 测定等效内阻。 直接测量。对于不含受控源的一端口网络，只需将网络内部所有独立源置零，直接用万用表测端口电阻。此方法忽略了电源的内阻，故误差较大。 外加电源法。将端口内部各独立源置零后，在端口处外加独立电压源US，测量端电流响应I，则等效电阻Ri = US/I。此方法也忽略了电源

4、的内阻，误差较大。 开路-短路法。测量开路电压UOC和短路电流ISC，则Ri = UOC/ISC。但对于不允许将外部电路直接短路的电路，不能采用此方法。 两次电压测量法。先测一端口开路电压UOC，再测该端口外加已知负载RL时的端电压UL，则可计算出Ri=(Uoc/UL-1)RL。此方法克服了前三种方法的不足，故在此选用该种方法测定。 交流电路 在直流电路定理验证电路基础上将直流电源更换为交流电源验证结论是否成立。 三实验电路图： 图2.1线性叠加实验 图2.2线性叠加U1单独作用电路图 图2.3线性叠加U2单独作用电路图 图3.2含源一端口网络参数测量电路图 图3.2含源一端口网络等效电路参数

5、测量 四仪器设备名称与型号： 1.函数信号发生器 2双踪示器 3.电阻箱 4.交直流电路实验箱 5.电阻、电感 五理论分析或仿真分析结果： 1.如图2.1线性叠加实验电路所示，设置电路参数R1=510，R2=470，R0=470，L1=0.1H，并设置节点N1。设定电压源U1=10V，U2=10V，相角采用默认值即0。在节点N1处放置VPRINT1负责输出节点N1的电压值。设置分析类型：Pspice/New Simulation Profile/analysis/analysis type/AC sweepAC sweep type :Linear,start 1000 End 1000 To

6、tal 1,表示电压源输出电压频率为1000Hz。设置完成，点击快捷工具，开始仿真。结果如下图所示： 2.按图2.2所示连接电路，完成后开始仿真分析，结果如下图所示： 3.如图2.3所示使用电压源U2单独作用时仿真结果如下图所示 验证：从以上仿真结果可得U0=5.922-i0.7773，U10=1.843-i1.555 22，U0=4.078+i0.7773.显然可得U0=U1+U00。 R3(R4+R1)4.戴维南定理验证。按图3.1连接电路从N1节点向左看的等效电阻R=1k R1+R3+R4R3等效电压U=U0=5V。 R1+R3+R4按理论值连接电路如图3.2所示。 2 改变RL 1 3

7、 4 5 Umoc Imsc U=f(I) Im/mA Um/V 1.429 3.570 1.671 3.333 1.671 3.333 2.500 2.500 2.500 2.500 2.943 2.062 2.943 2.062 3.333 1.671 3.333 1.671 0 5.000 0 5.000 5.000 0 5.000 0 U=f(I) Im/mA 1.429 Um/V 3.570 六详细实验步骤及实验结果数据记录： 叠加定理 1. 按图2.1连接电路 调节信号发生器使其分别输出幅值为10V频率为1000HZ和幅值为10V频率为1000HZ的恒定信号 2. 按图2.2连接电

8、路，令电压源U1单独作用，用示波器观测输入输出电压波形，并记录于表-1中； 3. 按图2.3连接电路，令电流源U2单独作用，用示波器观察输入输出波形，并记入表-1中； 4. 按图2.1连接电路，U1、U2共同作用，用先用示波器观测U1于输出电压U0波形并记录，在观察U2于U0波形，整理后记入表-1中； 表-1交流线性电路叠加定理实验数据记录表 激励 Um0理论值 输入与输出电压波形 U1单独作用 2.411-40.14。 CH1 2.00V CH2 2.00V Time 200us Vpp=4.39 V Vpp=19.30V U2单独作用 4.152-10.7。 CH1 2.00V CH2 2

9、.00V Time 200us Vpp=8.12V Vpp=19.30V 5.792-7.478。U1和U2 共同作用 CH1 5.00V CH2 5.00V Time 200us Vpp=11.20V Vpp=19.30V 戴维南定理 1. 按图3.1搭建含源一端口网路电路，将该网络视为黑匣子，在端口外接测量电路。闭合开关前将电阻箱RL阻值调到最大。 2. 如图3.1断开外电路用示波器直接测量开路电压波形，记录开路电压U0.连接电路，所示改变电阻RL，分别观察5组示波器波形变化，记录一端口电压于频率参数。 3. 测定戴维南等效电路的外特性，按图3.2所示连接电路，记录开路电压U0，调节RL与

10、步骤2取相同阻值，测量端口开路电压与频率参数记入表二中。 表二 含源一端口网络机器等效电路实验数据记录表 Umoc 2 3 4 5 改变RL 1 Imsc 4.91 0 U=f(I) Im/mA Um/V 1.45 3.64 1.75 3.43 2.43 2.40 3.10 2.13 3.43 1.76 0 4.83 U=f(I) Im/mA 1.46 1.70 3.40 2.40 2.37 3.15 2.21 3.43 1.71 0 4.85 4.90 0 Um/V 七实验结论: 3.69 1.实验最终得到U1单独作用时U01=(1.646-i1.381)V，U2单独作用时U02=(3.99

11、8+i0.705)V，U1和U2共同作用时，测量值为U0=(5.558-i0.682)V，因此叠加性得以验证。 2.实测的V-I特性曲线和等效电路的V-I特性曲线），如下图所示： 3.因为电路为纯电阻电路所以能得到的V-I图像为一条直线，比较明白直观的展示了实验结果，即戴维南定理在交流电路中依然成立。 八实验中出现的问题及解决对策： 1.实验室中所得电阻与其标注阻值之间有较大误差，精度太低，实验选择电阻时应该测量一下选择阻值相差较小的电阻。 2实验中发现函数信号发生器的输出电压值与显示值并不一致，有些许偏差。 解决对策:实验前将示波器与函数信号发生器相连调节信号发生器使示波器显示值为所需电压值

12、。 3.实验中示波器不能显示电压波形的相位。 解决对策：以电压源输出信号初相为参考相位，比较得出R0电压相位差。 九本次试验的收获和体会、对电路实验室的意见和建议： 通过本次自主设计实验，我了解很多，该实验使得我更加深刻地理解了戴维南定理和叠加定理。本次实验让我对书本知识有了更深刻的理解，通过翻阅资料极大的扩展了我的知识储备，增强了我对知识的求知欲。而且最主要的是我明白了，即使是再简单的一个实验如果想把他设计好，从考虑选用实验器材和实验器材的合理使用，到了解实验原理，如何利用实验原理设计怎样的实验，如何最大限度减小误差等都需要付出相当大的努力。而在验证实验的可行性时则需要考虑更多，当实验达不到

13、预期效果时，则需要更加严密地思考，是实验电路的问题还是实验原理的问题。即便是理论分析已经很到位了，但在具体实验在还会出现这样或那样的问题，这就需要保持一颗清醒的头脑和冷静的思维，随时做好解决问题的准备。 对实验室建议：实验室仪器设备不是很多，建议实验中心多购置一些常用的设备，比如提供交流电流源，和一些定值的电感，电容等元件 十参考文献： 1 陈希有 高等教育出版社 2 齐凤艳 机械工业出版社 姓名 班级 学号 数据记录表 表-1交流线性电路叠加定理实验数据记录表 激励 Um0理论值 输入与输出电压波形 U1单独作用 2.411-40.14。 CH1 2.00V CH2 2.00V Time 2

14、00us Vpp=4.39 V Vpp=19.30V U2单独作用 4.152-10.7。 CH1 2.00V CH2 2.00V Time 200us Vpp=8.12V Vpp=19.30V 5.792-7.478。U1和U2 共同作用 CH1 5.00V CH2 5.00V Time 200us Vpp=11.20V Vpp=19.30V 表二 含源一端口网络机器等效电路实验数据记录表 改变RL 1 2 1.75 3.43 1.70 3.40 3 2.43 2.40 2.40 2.37 4 3.10 2.13 3.15 2.21 5 3.43 1.76 3.43 1.71 Umoc 0 4.83 0 4.85 Imsc 4.91 0 4.90 0 U=f(I) Im/mA Um/V 1.45 3.64 U=f(I) Im/mA 1.46 Um/V 3.69 教师签字： 实验要求交打印的最终版，所以你之前可以只把原理和记录数据表打印出来去做实验，做完后交给老师签字，最后回来完成打印版，记得把老师签过字的原始数据记录表订在一起交上。