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≥5（＝RC），则RC电路的脉冲序列响应（如图4.1.12（b）所示）为：TtteUtteUtuttt1)(s1sC,0),1()(1TtteUtteUtuttt1)(s1sR,0,)(1－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时，会使电路特性发生变化。2．时间常数的测量时间常数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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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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与计算值相比较，说明影响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4-11RW测量值计算值UE/VUB/VUC/VUBE/VUCE/VIC/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UiUoAuRF1＝0，RL＝∞RF1＝0，RL＝2.4kΩRF1＝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)21ln(221RRRCT，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。