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电工电子实验（一）讲稿
2．将图5.8.1电路中的电容改为1μF，则τ=560μs，τ?T1。电路在方波信号激励下电容充放电波形和电阻上的电压波形分别如图5.8.3 (b)，(c) 所示。需指出的是： 图中坐标原点t≠0，而是t≥5τ 后的波形图。因为当0≤t≤T/2时，信号源以电压Vs加在电路上，t=0时电容开始充电并趋向于稳态值Vs。由于τ较大，当 t=T/2时充电尚未结束， 但信号源的输出电压跃变为零，电容开始放电并趋于零。t=T时放电亦未结束，输入又跃变为Vs，电容又开始充电，这次充电Vc(t)的初始值不为零，充电起点高了。到3T/2时电容电压高于T/2时的电容电压，电容又开始放电并趋于零。到2T时电容电压高于T时的电容电压。
这段时间内电容充电多，放电少，且随着每次充电的初始值不断提高，充电量逐次减少，随着放电的初始值不断提高，放电量逐次增大。若干周期(t≥5τ )后，电容充放电量相等，进入周期性稳定状态，即如图5.8.3(b)所示。
根据三要素法，电容充电电压为
Vc(t)=Vs+(V1—Vs)e
则
V2=Vc(T1)=Vs+(V1—Vs)e
由此可得到
τ=T1/ln[(V1－Vs)/(V2－Vs)] (5-8-5)
同理，在电容充电期间电阻上的电压波形为：
Vr(t)=V2e
则
V1=Vr(T1)=V2e
可得
τ=T1/ln(V2/V1) (5-8-6)
从示波器上读到V1，V2，Vs值分别代入(5-8-5)或(5-8-6) 均可求得电路时间常数τ值。 实验任务与步骤：
1．使示波器水平扫描光迹与坐标片上横坐标重合(定位水平轴)后Y通道置DC输入。 2．信号发生器输出送示波器，调节信号发生器，输出f=1.25kHz，周期T=800μs，脉宽T1=400μs，电压峰—峰值Vs=2V的方波信号。将“DC OFFSET”旋钮拉出并调节到适当位置。使方波信号幅度在0V到2V之间跃变(无负脉冲)。并使显示波形适当大些，便于后面读数。
3．按图5.8.1连接电路，用示波器观察电容充放电波形[如图5.8.2 (b)]并读测τ值记于表5.8.1中。
4．用示波器观察电阻R1上的波形，如图5.8.2 (c)，并读测τ值并记于表5.8.1中。 步骤3，4中为了较精确地测量τ值，读数时可将示波器的水平移位旋钮拉出，则波形在水平方向被放大10倍，水平轴每厘米的时间值为原先的1/10 。
5．将图5.8.1电路中0.047μF电容器改用1μF的，用示波器观察电容器上充放电波形，如图5.8.3 (b) 所示，读测V1和V2值记于表5.8.1中。并代入式(5-8-5)计算τ值记于表5.8.1中。
6．用示波器观察电阻R1上的波形，如图5.8.3 (c)，读测V1和V2值并记于表5.8.1中。代入式(5-8-6) 计算τ值记于表5.8.1中。
表 5.8.1 —
—
—
—
t/τ
(V)
T1/τ
(V)
t/τ
(V)
T1/τ
(V)
步骤 测试波形 V1 17
V2 τ 电工电子教学实验中心 李家虎
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3 4 5 6
C R C R 7．调整“DC OFFSET”旋钮，使输出信号成为对称于横坐标的方波信号。分别按步骤5，6 观察电容和电阻上的电压波形，画出波形图并与图5.8.3 作比较。
作图时应注意：
A．各波形与输入方波信号在时间上的对应关系。 B．各波形相对于横坐标的位置。 实验提示：
测量时要把时间轴刻度/格减小些，否则难以读出。
讨论题：
1．全响应可分解为零输入响应和零状态响应。试分析图5.8.2 (b)，图5.8.3 (b)中分别对应方波信号前、后各半个周期的响应中包含了哪些分量?
2．步骤7中0.047μF和1μF电容上的电压响应包含了哪些响应?(按对应方波信号前、后半周分别分析。)
3．一个周期信号，可用一系列的阶跃信号来表示，请把图5.8.2 (a) 周期信号中的第一个周期用阶跃信号来表示。(写出电压表达式并画出波形图。)
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实验名称：正弦电路相位差测量
教材名称：《电工电子实验技术上册》河海大学出版社 2005年9月第2版
《电工电子实验手册》南京邮电大学电工电子实验中心 2004年
实验目的：
1．掌握交流毫伏表的使用方法。
2．学习用双迹法测量同频正弦信号相位差方法。 3．绘制RC电路的幅频，相频特性曲线。 实验原理：
设两同频正弦电压 V1(t)=Vm1sin(ωt+?1)， V2(t)=Vm2sin(ωt+?2)。它们的相位差即两正弦电压的初相差，为一与时间无关的参数?=?1－?2
一般相位差的测量是指测出两同频正弦信号之间的相位差。 对于脉冲等非正弦周期信号，通常以时间差作为它们之间相位关系的表征。
用示波器测量同频信号相位差一般用双迹法测量。 1． 双迹法
将电压V1(t)，V2(t)分别加到双踪示波器的“CH1”和“CH2”两个输入端，调节示波器在荧光屏上显示出稳定清晰的波形，并使两个波形都对称于横坐标，如图5.5.1。读取波形半周所占横轴长度，设为L2(cm)，读出两波形过零点的间隔L1(cm)，则相位差
L1 L2 V1(t) V2(t) t 图5.5.1 双迹法测量相位差
?=180°L1/L2
这种方法使用方便，但测量精度主要取决于示波器 Y、X 通道两个输入电路自身的相移特性、视差及光迹不够细等原因。为了减少误差，在调整示波器时应使波形的半周期在荧光屏上所占长度尽量长，这样可以提高时基分辨率。
2． RC耦合电路
图5.5.2 电路是常用的RC耦合电路。其中，电阻R可视为负载，电容C隔断直流通交流。由于容抗与频率成反比，且自身的电压与电流不同相，因此将电阻上的电压作为输出电压时其幅度和相位均与输入电压的频率相关，这就是我们要研究的幅频特性和相频特性。图5.5.2电路用频域表示时，其输出输入电压之比可用下式表示： 幅度： VR/Vs=1/1+[1/(?RC)]2 =1/1+[1/(??)]2 相位角： ?=arctg[1/(ωRC)]=arctg[1/(ωτ)] 图5.5.3 (a)，(b) 所示。
1/? (a) 19
Vs(t) C R VR(t)
1 0.707 45? VR/Vs 90? (5-5-1)
(5-5-2)
可见，它们都是频率的函数。据此画出的曲线分别称为幅频特性和相频特性曲线。如
? ?
1/? (b)
?
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图5.5.2 RC耦合电路
图5.5.3 RC耦合电路的传输特性曲线
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式(5-5-1) 和 (5-5-2)中的τ=RC 称为时间常数，当ω=1/τ =ωo时，VR/Vs=0.707，这时电路的输出功率是最大输出功率的一半，故对应的频率称为半功率点频率。一般还将它定义为通频带的下限频率，故ωo还可称为截止频率。在截止频率点(半功率点)输入与输出的相移为45°。
实验任务与步骤：
信号取有效值Vs=1V的正弦波。“RAMP/PULSE”或“SYM”旋钮置“CAL”位置。 1．示波器置双踪工作方式，电路连接形式不变。
2．按表5.5.1要求调整信号源频率。适当调整示波器“CH1”和“CH2”的纵向显示高度，并适当“移位”使两个波形都对称于横坐标。
3．调整示波器使波形在水平方向上显示适当格数。参照图5.5.1读测L1和L2。记录之。如果相位差较小，可将水平移位旋钮拉出，进一步提高时基分辨率。
4．改换信号源输出频率，重复步骤2～3，直至各频率点测试完毕。
5．计算及作图，按表5.5.1要求计算各测试结果，并画出输出电压VR的幅频、相频特性曲线，在各特性曲线上标出半功率点。
f(Hz) VR 双 迹法 L1 计 算 值 Vs=UR2+UC2 VC L2 100 400 800 1200 1600 2000 3000 5000 6000 ? 2=180°L1/L2 理论值 ?
实验提示：
双踪示波器两个输入通道的地线在仪器内部是等电位的短路线。当需要同时使用两
个输入通道时，两个通道的地线要连接在一起，否则会短路掉一个通道的信号。
讨论题：
1．两个波形不对称于水平基准轴，将会导致什么结果?
2．运用示波器的X—Y工作方式可显示二极管的伏安特性曲线。请画出测试原理图并作简要说明。
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