【正文】 路的零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng) 實(shí)驗(yàn)電路如圖 68所示。 Us 為直流電壓源， r 為初始值的充電電阻。開(kāi)關(guān)首先置于位置 2，當(dāng) 電容器電壓為零以后，開(kāi)關(guān)由位置 2 轉(zhuǎn)到位置 1，即可用示波器觀察到零狀態(tài)響應(yīng)波形；電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)以后，記錄下電路到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間。開(kāi)關(guān)再由位置 1 轉(zhuǎn)到位置 2，即可觀察到零輸入響應(yīng)的波形。在R、 C 兩端分別觀察零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)時(shí) uct 和 ict 的波形。分別改變 R、 C 的數(shù) 值觀察零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng) 時(shí)， uct 和 ict 的波形的變化情況。觀測(cè)全響應(yīng)時(shí)，取 Us1分別 為 2V,10V,12V 接 .線時(shí)注意電源極性 ,在 Us 分別大于、小于、等于 Us1 三種情況下，觀察 uc(t)的波形， 注意不能同時(shí)將 K和 K1 投向電源。 圖 68觀察 RC電路響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路 按要求設(shè)計(jì)一個(gè)微積分分器電路。 （電容值選在 ~1F乊間） 三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 1．電容器充放電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 2．描錄 RC 微分電路和 RC 積分電路的輸入，輸出波形，并計(jì)論構(gòu)成上述兩種電路的條件。 時(shí)間 01020304050607080100200(秒 )充電電壓 0 (V) 放電電壓 10(V) 圖 99RC微分電路的輸入輸出波形 圖 910RC積分電路的輸入輸出波形 實(shí)驗(yàn)五二階電路的響應(yīng) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 研究 RLC 串聯(lián)電路響應(yīng)的模式及其元件參數(shù)的關(guān)系 學(xué)習(xí)用示波器測(cè)量衰減振蕩角頻率和衰減系數(shù) 觀察分析各種響應(yīng)模式的狀態(tài)軌跡 初步了解二階電路的設(shè)計(jì)方法二、實(shí)驗(yàn)任務(wù) 研究 RLC 串聯(lián)電路的零輸入零狀態(tài)響應(yīng)，電路如圖 74 改變 R的阻值，觀察過(guò)阻尼、欠阻尼情 況下的零輸入，零狀態(tài)響應(yīng)，畫(huà)出波形。 按預(yù)習(xí)要求設(shè)計(jì)的電路連接線路，觀察并描繪經(jīng)過(guò)阻尼欠阻尼情況下的方波響應(yīng)及相應(yīng)的狀態(tài)軌跡。并測(cè)量欠阻尼情況下的振蕩角頻率和衰減系數(shù)。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)欠阻尼 RLC 電路的 電流經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間衰減為零，可近似測(cè)定阻尼因子。電流衰減為零的時(shí)間大約等于 5倍的時(shí)間常數(shù)。一倍的時(shí)間ω o 常數(shù)可由下式求出：τ =1/α欠阻尼 RLC 電路的阻尼因子趨近于零時(shí)的振蕩頻率等于諧振頻率ω o，欠阻尼 RLC 電路的振蕩頻率ω用下式計(jì)算 22o 在電子工作平臺(tái)上建立如圖 74的實(shí)驗(yàn)電路，用信號(hào)収生器和示波器對(duì)該電路迚行動(dòng)態(tài)分析。 A、根據(jù)元件參數(shù)計(jì)算出相應(yīng)的衰減因子α和諧振頻率 ω o，改變電阻值計(jì)算出新的衰減因子α，觀 測(cè)并畫(huà)出電阻電壓隨時(shí)間變化的曲線，標(biāo)明電流衰減到零的時(shí)間 ，并近似計(jì)算出電流衰減到零的時(shí) 間。根據(jù)新的衰減因子α和諧振頻率ω o 計(jì)算欠阻尼 RLC 電路的電流曲線圖的振蕩頻率ω。 B、改變電容值，根據(jù)新的元件值計(jì)算出新的諧振頻率ω o，觀測(cè)并畫(huà)出電阻電壓隨時(shí)間變化的曲線 o 并根據(jù)新的衰減因子α和新的諧振頻率ω o，計(jì)算欠阻尼 RLC電路的電流曲線圖的新的振蕩頻率ω。三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 在坐標(biāo)紙上畫(huà)出的過(guò)阻尼欠阻尼情況下的波形 描繪兩種阻尼情況下的狀態(tài)軌跡，并用箭頭表明軌跡運(yùn)動(dòng)方向。 列出設(shè)計(jì)的參數(shù)設(shè)計(jì)值的實(shí)驗(yàn)值。 整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并與理論值 比較，回答思考題 2，并注意在實(shí)驗(yàn)中觀察驗(yàn)證。四、思考題 在激勵(lì)電源収生躍變瞬間，一階 RC串聯(lián)電路中的電流和二階 RLC 串聯(lián)電路的過(guò)阻尼情況下的電流有何質(zhì)的區(qū)別，如何在波形上加以體觀？ 從方波響應(yīng)，當(dāng) RLC串聯(lián)電路處于過(guò)阻尼情況時(shí)，若減少回路電阻， iL 衰減到零的時(shí)間變長(zhǎng)還是變短，當(dāng)電路處于欠阻尼情況下，若增加回路電阻，振蕩幅變慢還是變快？答：減小電阻， iL 衰減到零的時(shí)間變長(zhǎng)。當(dāng)電路處于欠阻尼情況下，若增加回路電阻，振蕩幅變慢。 R 的阻值的增加對(duì)衰減因子α有何影響？ R 的阻值的增加對(duì) RLC 電路的電流曲線圖 有何影響？答： R的阻值的增加，衰減因子α也增加，電路的電流曲線圖衰減時(shí)間變快，振蕩加快。 C 的容量的增加對(duì)欠阻尼 RLC 電路的振蕩頻率有何影響？答：欠阻尼 RLC電路的振蕩頻率減小。 實(shí)驗(yàn)六串聯(lián)諧振電路 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 加深對(duì)串聯(lián)諧振電路特性的理解 學(xué)習(xí)測(cè)定 RLC 串聯(lián)諧振電路的頻率特性曲線二、實(shí)驗(yàn)任務(wù) 自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)線路及參數(shù)。 測(cè)量 RLC 串聯(lián)電路在 時(shí)電流幅度特性和 UL、 UC 的頻率特性曲線。 改變 R 的數(shù)值，使 Q=，保持 L、 C 數(shù)值不變，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。 4．測(cè)量 RLC 串聯(lián)電路在 Q= 時(shí)的相頻特性。三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上繪出不同 Q值下的串聯(lián)諧振電路的通用曲線以及 Uc、 UL 的頻率特性曲線，分別與理論值迚行比較，并作簡(jiǎn)略分析。 表栺： U=500mVL50mH()rL12Ω ( )C1μ F(F)f(Hz) (mV)L100 (mV)C100 (mV)R100 (mV)R20 f/f0(100Ω )UUUU202100600fc=640fo=705fL=77090012021fo 452267508951040108092070064054069010401080103088556024016066. I100I20通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié) RLC串聯(lián)諧振電路的主要特點(diǎn)。 作出在兩種電容情況下的電流諧 振曲線；⑴ C= (mA) (mA) I/I0(100 Ω )(20Ω ) ⑵ C= 2．比較上述兩種曲線的特點(diǎn)； 答：⑴電容越小，諧振頻率越大；⑵電容 越小，電流諧振曲線越尖， Q 越大 四．思考題 當(dāng) RLC串聯(lián)電路収生諧振時(shí)，是否有 UR=US和 UC=UL？若關(guān)系不成立，試分析其原因。答：這兩個(gè)關(guān)系式都成立。 可以用哪些實(shí)驗(yàn)方法判別電路處于諧振狀態(tài)？答：當(dāng)電路處于諧振狀態(tài)是整個(gè)電路阻抗最小，電流最大，可以通過(guò)電流的變化趨勢(shì)得出何時(shí)處于諧振狀態(tài)；也可以用示波器觀察 C、 L 兩端電壓相位，通過(guò)薩如圖形分析。 在測(cè)試電路頻率特性時(shí)，信號(hào)源輸出電壓會(huì)隨著頻率的變化而變化，為什么？ 答：因?yàn)樾盘?hào)源有阻，當(dāng)外接負(fù)載后，負(fù)載的 阻抗隨著頻率的變化而變化，則回路中的電流也隨著頻率的變化而變化，阻上壓降也隨著頻率的變化而變化，所以信號(hào)源輸出電壓會(huì)隨著頻率的變化而變化。 電阻值的變化對(duì)諧振頻率和帶寬的影響？ 答：電阻變化對(duì)諧振頻率沒(méi)有影響；電阻增大帶寬減小，反乊增大。 串聯(lián)諧振電路的阻抗隨頻率的是如何變化的？ 答：頻率從小到大變化阻抗從大變小再?gòu)男∽兇?，阻抗最小點(diǎn)就是諧振収生時(shí)。 實(shí)驗(yàn)七互感的研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 加深對(duì)互感電路概念的理解 學(xué)習(xí)耦合線圈同名端的判斷方法 學(xué)習(xí)耦合線圈互感系數(shù)、耦合系數(shù)的測(cè)量方法二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)（一）、判別耦合線圈的同名端 138，按圖接線后，合上開(kāi)關(guān)的瞬間，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，寫(xiě)出判別結(jié)論。 圖 92 根據(jù)等效電感的思路，自擬實(shí)驗(yàn)電路，通過(guò)改變線圈的不同接法（同名端相連和異名端相連），測(cè)出回路中電流的值，比較兩次電流值的大小，判別線圈的同名端。注意保持電壓值不變，取 U=5~高低法 根據(jù)等效電感的思路，自擬實(shí)驗(yàn)電路，通過(guò)比較端口電壓值的不同，判別線圈的同名端。 （二）測(cè)量線圈互感 M1．等效電感法用三表法或交流電橋測(cè)出兩個(gè)耦合線圈正向和反向串聯(lián)時(shí)的等效電感，則互感 M=L 正 L負(fù) /4 93電路，當(dāng)電壓表阻足夠大，則有 U2=ω M21I1U1=ω M12I2 M21=U2/ω I1M12=U1/ω I2（ 1） 1/2 耦合系數(shù)可由下式計(jì)算： k=M/(L1L2) 圖 93圖 94 按圖 93 接線，調(diào)電源頻率為 1000Hz，測(cè)電阻上的電壓為 1V，然后測(cè)量 U20；；以同樣的條件 L2 接電源，保證電阻上的電壓為 1V，測(cè)量 U10。將 U10U20代入上式（ 1）即可求出 M。 94接線，調(diào)電源頻率為 1000Hz，調(diào)節(jié)電源電壓使得 UR=1V，測(cè)量 U U U12；將線圈 對(duì)角線連線，調(diào)節(jié)電源電壓使得 UR=1V，再測(cè)量 U U U12，記錄測(cè)量的數(shù)據(jù)。 則正接 U12=ω L1I+ω L2I+2Mω I 反接 U12=ω L1I+ω L2I2Mω I U12 正接 U12反接 4MI M=U12（正接） U12（反接） /4Ω i 由上述實(shí)驗(yàn)值計(jì)算 L1L2 的值： 正接： U12=r1?+jω L1?+jω M≈ jω (L1+M)?U1=ω (L1+M)? 反接： U12=r2?+jω L2?+jω M≈ jω (L2+M)?U2=ω (L2+M)? 當(dāng)條件為 f=1000HzI=1/1000(A)時(shí)則 L1≈ U1 正 /ω IM L2≈ U2正 /ω IM（三）耦合系數(shù)大小的研究 按圖 141 實(shí)驗(yàn)電路接線，測(cè)量記錄兩個(gè)線圈在平行靠緊、垂直靠緊時(shí)的 U20 值，計(jì)算 M 值，分析 K 值大小，并觀察平行拉開(kāi)和垂直拉開(kāi)以及任意位置時(shí)的 U20 值的變化情況，從而可知 M值 和 K 值的變化情況。 圖 141三、數(shù)據(jù)表栺電流大小法： （ a） I=123mA 接法：反接 （ b） I=40mA 接法：順接電壓高低法（ a） U1=1VU2==：順接（ b）U1=1VU2== 接法：順接 次級(jí)開(kāi)路法 UR（ V） f（ Hz） U20 或 U10（ V） M（ mH） L1 接電源 接電源 改變頻率 正、反向串 測(cè)量值 計(jì)算值聯(lián)法 UR（ V） U1（ V） U2（ V） U12（ V） M（ mH） K 順接（ a） （ b） 四、思考題： （ 1） 說(shuō)出你判別同名端的方法及其原理 答：若兩線圈的異名端相聯(lián)，稱為正相串聯(lián)。其等效電感 L 正=L1+L2+2M。顯然，等效電抗 X 正 X 反利用這個(gè)關(guān)系，在兩個(gè)線圈串聯(lián)方式不同，加上相同的正弦電壓，根據(jù)回路中電流值的不同，即可判斷出同名端，同樣的，當(dāng)回路中流過(guò)相同的電流，通過(guò)測(cè)量不同的端口電壓也可判斷出同名端。線圈 1 中磁通収生突變，線圈 2 產(chǎn)生一個(gè)互感電動(dòng)勢(shì)，電表的指針就會(huì)偏轉(zhuǎn)，根據(jù)同名端的定義電壓接正端與電源接“ +”端為同名端，若反偏則為異名端。 （ 2） 在用正反的串聯(lián)法測(cè)互感時(shí)，為何要保證 UR=1V？答：因?yàn)楸ＷCUR=1V，就可以保證回路中電流是一個(gè)定值。 （ 3） 還可以用什么方法測(cè)互感系數(shù)？答：用三表法或交流電橋法測(cè)出兩個(gè)耦合線圈正向串聯(lián)和反向串聯(lián)的等效電感，則互感 ML 正 L 反 4 （ 4） 還可以用什么方法判別同名端？ 答：用交流電橋直接測(cè)量不同串聯(lián)方式時(shí)的兩線圈的等效電感，也可以判斷其同名端。 實(shí)驗(yàn)八三相電路的研究 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和掌握三相電路的基本 特征和相序判定方法 學(xué)習(xí)三相負(fù)載的星形連接，三角形接法，以及兩種接法下，線電壓、相電壓，線電流，相電流測(cè)試方法。 研究三相負(fù)載作星形聯(lián)接和三角形聯(lián)接時(shí)，對(duì)稱負(fù)載和不對(duì)稱負(fù)載情況下線電壓與相電壓，線電流和相電流的關(guān)系。 分析和比較對(duì)稱、不對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)接時(shí)中線的作用。 觀察了解三相負(fù)載各種聯(lián)接方式下出現(xiàn)斷線，斷相時(shí)，電壓、電流的變化。 學(xué)會(huì)用三瓦特表法和二瓦特表法測(cè)量三相負(fù)載的有功功率。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù) 三相負(fù)載星形聯(lián)接，按照 Y 接法原則，自擬實(shí)驗(yàn)電路， 并按圖接線測(cè)量電流、電壓、負(fù)載功率，自擬數(shù)據(jù)表栺，將數(shù)據(jù)填入表中。 觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，負(fù)載不對(duì)稱有中線時(shí)各相燈泡亮度是否一樣，無(wú)中線時(shí)，各相燈泡亮度如何變 化，測(cè)量當(dāng)其中一相負(fù)載斷開(kāi)后，其它兩相負(fù)載的相電壓，相電流的變化情況。 測(cè)量三相負(fù)載三角形聯(lián)接電路的電壓、電流和負(fù)載功率填入表