动态电路实验报告.docx
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动态电路实验报告
电路实验报告
动态电路的研究
上课时间：
周三下午第一节
执笔人：
段杰学号：
201011010103班级：
物理1001
执笔人：
龚之珂学号：
201011010104班级：
物理1001
1．示波器及信号发生器的的认识
1.示波器的认识
该示波器面板图如图2.8.1所示。
一．示波器的各按钮、旋钮功能定义
POWER：
电源开关，按下后仪器通电。
INTEN：
亮度旋钮，顺时针旋转，扫描线亮度增加。
READOUT：
文字显示旋钮，调整屏幕上显示的文字亮度。
FOCUS：
聚焦旋钮，调整扫描线以及文字的清晰程度。
TRACEROTATION：
扫描线调节旋钮，当扫描线不水平时，可用它调整。
VOLTS/DIV（VARIABLE）：
Y轴灵敏度调节及微调。
旋转可调节Y轴灵敏度，调节时，屏幕左下角通道电压/分度因子值相应改变，按下再旋转，可作灵敏度微调，此时不能进行Y轴信号幅度测量。
DC/AC：
直流/交流耦合方式切换，直流时，信号直接输入；交流时，信号通过电容输入。
GND：
接地，按下后相应输入端接地，输入信号与Y轴放大器断开，屏幕左下分度因子后显示⊥符号。
ADD：
相加按钮，按下后，屏幕显示Y1＋Y2波形，同时屏幕下方通道2前出现＋号，即显示＋2。
INV：
反相按钮，按下后，Y2波形反相，同时屏幕下方显示“＋2:
¯”。
若此时ADD也按下，则屏幕显示Y1－Y2波形。
CAL：
校准信号接口，输出1kHz、0.6V方波校准信号。
⊥：
地线接口。
CH1，CH2端口：
输入接口，接输入信号。
POSITION：
位置旋钮，垂直位置调节。
CH1，CH2按钮：
通道1、2开启按钮，按下时，相应通道工作，屏幕最下一行左边显示该通道数1：
或2。
FINE：
位置微调按钮，按下，FINE指示灯亮时转动POSITION，可作水平位置微调，再按一次，FINE灯灭。
TIME/DIV：
时间分度调节旋钮，旋转时，调节选择扫描速度，按下后再旋转可作微调。
扫描时间因子值显示在屏幕左上角，单位是s、ms或μs。
微调时数值前为“>”号，不微调是“∞”号。
MAG×10：
扫描速度放大按钮，按下后，扫描速度放大10倍，屏幕中心波形向左右展开，屏幕右下角显示MAG。
TRIGLEVEL：
触发电平旋钮，旋转可调节触发电平，可使图像稳定。
SLOPE：
触发沿选择按钮，用于选择触发沿，上升沿“＋”，下降沿“－”。
SOURCE：
触发源选择按钮，每按一下改变一次。
选择触发信号来源（CH1、CH2、LINE或EXT），LINE是以电源频率作触发源，EXT为外触发。
触发源符号显示在屏幕左上角扫描因子后面。
COUPL：
耦合方式选择按钮，选择触发耦合模式（AC、DC、HF-R、LF-R）。
TV：
视频触发模式选择按钮，视频触发模式有BOTH、ODD、EVEN或TV-H。
READY：
单次触发状态指示灯，灯亮时，处于单次触发准备状态，触发后灯变暗。
TRIG’D：
触发指示灯，触发脉冲来时，灯亮，此时所显示的图形才稳定。
A：
扫描显示，按下后Y1、Y2两通道为电压对时间的显示方式。
X-Y：
X-Y显示，按下后，CH1信号加到X轴（水平轴），CH1、CH2或ADD信号加到Y轴（垂直轴），用于观察李萨如图形或磁滞回线等。
AUTO或NORM：
自动/正常按钮，任一按钮按下均为连续扫描状态，相应指示灯亮。
AUTO适用于50Hz以上信号，NORM适合于低频信号。
SGL/RST：
按下选择单次扫描状态，且处于等待状态，READY灯亮，单次扫描后灯灭。
二．示波器的光标测量功能
“FUNCTION”功能选择键，用于光标测量调节，使用说明如下：
按下“DV×Dt×OFF”，以选择DV（电压差测量）、Dt（时间间隔测量）或OFF（关闭测量）。
当选择Dt时，屏幕显示两条竖直的水平测量光标H1、H2；选DV时，屏幕显示两条水平的垂直测量光标V1、V2。
转动“FUNCTION”旋钮，可调整光标位置。
每按一次“FUNCTION”，测量光标按原转动方向移动一步；持续转动“FUNCTION”，光标快速移动。
1．DV测量
按“DV×Dt×OFF”，以选择DV测量方式。
此时屏幕下方倒数第二行显示“DV1＝…V，DV2＝…V”，DV1为CH1信号的测量值，DV2为CH2信号的测量值。
按“TCK/C2”以选择V-TRACK（光标跟踪方式），屏幕右上角显示f:
V-TRACK，此时转动“FUNCTION”，两垂直测量光标V1、V2同时移动，可将V1移至待测量的一点；再按“TCK/C2”，选择V-C2（只移动光标V2），屏幕右上角显示f:
V-C2，转动“FUNCTION”，移动V2至另一待测量点，被测波形两测量点之间的电压差即显示在屏幕下方。
2．Dt测量
按“DV×Dt×OFF”，以选择Dt测量方式。
此时屏幕下方倒数第三行显示“Dt=…ms（µs），1/Dt＝…kHz”。
按“TCK/C2”以选择H-TRACK（光标跟踪方式），屏幕右上角显示f:
H-TRACK，转动“FUNCTION”，两光标H1、H2一起移动，将H1移至待测量的一点；再按“TCK/C2”，选择H-C2方式，屏幕右上角显示f:
H-C2，转动“FUNCTION”，只移动H2，将H2移至另一待测量点，两点间时间差即可测量出来。
2.信号发生器的认识
1．菜单、数据、功能显示区
2．功能键
3．手轮
4．输出通道A
5．按键区
6．上档（Shift）键
7．选项键
8．触发键
9．程控键
10．输出通道B
菜单显示功能项目表
功能
连续
SINE
扫描
SWEEP
调制
AM/FM
猝发
BURST
键控
KEYNG
外测
EXCNT
项
目
A路频率CHAFREQ
A路频率
CHAFREQ
A路频率
CHAFREQ
A路频率
CHAFREQ
A路频率
CHAFREQ
外部频率
EXTFREQ
B路频率
CHBFREQ
始点频率
STRTFREQ
B路频率
CHBFREQ
A路计数
CHACOUNT
始点频率
STRTFREQ
外部周期
EXTPERID
B路波形
CHBWAVEF
终点频率
STOPFREQ
B路波形
CHBWAVEF
A路间隔
CHATIME
终点频率
STOPFREQ
C路频率
CHCFREQ
步长频率
STEPFREQ
A路频偏
CHADEVIA
A路单次
CHAONCE
A路相移
CHAPHASE
C路频偏
CHCDEVIA
A路间隔
CHATIME
A路深度
CHADEPTH
A路间隔
CHA
TIME
A路偏移
CHAOFSET
A路方式
CHAMODE
2.3.1.1功能键主菜单
正弦SINE（Sine）方波SQUR（Square）
扫描SWEEP（Sweep）调制AM/FM（尚未触发）
调幅AMON（AmplitudeModulation）调频FMON（FrequencyModulation）
猝发BURST（Burst）键控KEYNG（Keying）
外测EXCNT（ExternalCount）
2.3.1.2选项键子菜单
A路CHA（ChannelA）B路CHB（ChannelB）
始点STRT（Start）终点STOP（Stop）
步长STEP（Step）外部EXT（External）
频率FREQ（Frequency）周期PERID（Period）
幅度AMPL（Amplitude）波形WAVEF（Waveform）
方式MODE（Mode）偏移OFSET（Offset）
间隔TIME（Time）计数COUNT（Count）
相移PHASE（Phase）脉宽DUTY（Tuty）
深度DEPTH（AMDepth）频偏DEVIA（FMDeviation）
2.3.1.3标志符
S（Shift）上档键R（Remote）程控
C（Calibration）校准
2.3.1.4工作状态
ERROR（Error）运行出错（出错号*）
F（A）SWEEP频率（幅度）扫描
BURST（Burst）猝发
FSK（FrequencyShiftkeying）频移键控
ASK（AmplitudeShiftkeying）幅移键控
PSK（PhaseShiftkeying）相移键控
2.3.1.5幅度值格式
p-p（PeaktoPeak）幅度峰峰值
rms（Root-mean-square）幅度有效值（均方根值）
2.3.2键盘说明:
仪器前面板上共有20个按键（见图1），按键功能功能如下：
【频率】【幅度】键：
频率和幅度选择键。
【0】【1】【2】【3】【4】【5】【6】【7】【8】【9】键：
数字输入键。
【MHz】【kHz】【Hz】【mHz】键：
双功能键，在数字输入之后执行单位键功能，同时作为数字输入的结束键。
直接按【MHz】键执行“Shift”功能，直接按【kHz】键执行“选项”功能，直接按【Hz】键执行“触发”功能。
【./-】键：
双功能键，在数字输入之后输入小数点，“偏移”功能时输入负号。
【<】【>】键：
光标左右移动键。
【功能】键：
主菜单控制键，循环选择六种功能。
【选项】键：
子菜单控制键，在每种功能下循环选择不同的项目。
【触发】键：
在“扫描”“调制”“猝发”“键控”“外测”功能时作为触发启动键。
【Shift】键：
上档键（显示“S”标志），按【Shift】键后再按其他键，分别执行该键的上档功能。
2.3.3常用操作：
下面举例说明常用操作方法，可满足一般使用的需要，如果遇到疑难问题或较复杂的使用，可以仔细阅读第三章用户指南中的相应部分。
开机后，仪器进行自检初始化，进入正常工作状态，自动选择“连续”功能，A路输出。
2.3.3.1A路功能设定
A路频率设定：
设定频率值3.5kHz
【频率】【3】【.】【5】【kHz】。
A路频率调节：
按【<】或【>】键使光标指向需要调节的数字位，左右转动手轮可使数字增大或减小，并能连续进位或借位，由此可任意粗调或细调频率。
A路周期设定：
设定周期值25ms
【Shift】【周期】【2】【5】【ms】。
A路幅度设定：
设定幅度值为3.2V
【幅度】【3】【.】【2】【V】。
A路幅度格式选择：
有效值或峰峰值
【Shift】【有效值】或【Shift】【峰峰值】。
A路衰减选择：
选择固定衰减0dB（开机或复位后选择自动衰减AUTO）
【Shift】【衰减】【0】【Hz】。
A路偏移设定：
在衰减选择0dB时，设定直流偏移值为-1V
【选项】键，选中“A路偏移”，按【-】【1】【V】。
恢复初始化状态：
初始化状态参数见1.4条
【Shift】【复位】。
A路波形选择：
在输出路径为A路时，选择正弦波或方波
【Shift】【0】或【Shift】【1】。
A路方波占空比设定：
在A路选择为方波时，设定方波占空比为65％
【Shift】【占空比】【6】【5】【Hz】。
2.3.3.2通道设置选择：
反复按下面两键可循环选择为A路,B路,C路
【Shift】【A/B/C】（仅2300、2300V有C路）。
2.3.3.3B路功能设定：
B路波形选择：
在输出路径为B路时，选择正弦波，方波，三角波，锯齿波
【Shift】【0】,【Shift】【1】,【Shift】【2】,【Shift】【3】。
B路多种波形选择：
B路可选择32种波形
【选项】键，选中“B路波形”，按【<】或【>】键使光标指向个位数，使用手轮可从0至31选择32种波形。
2.3.3.4设置“扫描”功能
【功能】键，选中“扫描”，使用现有扫描参数
【触发】开始频率扫描，任意键输出停止。
设定扫描方式：
正向扫描
【选项】键选中“方式”，按【0】键。
【触发】开始正向频率扫描，任意键输出停止。
【幅度】键，选中“幅度”，使用现有扫描参数
【触发】开始幅度扫描，任意键输出停止。
2.3.3.5设置“调制”功能
【功能】键，选中“调制”，【触发】开始频率调制（FMON）。
设定调制频偏：
调制频偏5％
【选项】键选中“频偏”，【5】【Hz】。
【幅度】键，选中“幅度”，【触发】开始幅度调制（AMON）。
设定调制深度：
调制深度50％
【选项】键选中“深度”，【5】【0】【Hz】。
2.3.3.6设置“猝发”功能
【功能】键，选中“猝发”，改变猝发参数
设定猝发周期数：
1个周期
【选项】键选中“计数”，【1】【Hz】。
【触发】开始猝发计数输出，任意键输出停止。
设定单次猝发：
【选项】键选中“单次”
每按一次【触发】键，输出一次。
2.3.3.7设置“键控”功能
【功能】键，选中“键控”，使用现有键控参数
【触发】开始FSK输出，任意键输出停止。
2.3.3.8设定相移度数：
相移度数90°
【选项】键选中“相移”，【9】【0】【Hz】。
【触发】开始PSK输出，任意键输出停止。
【幅度】键，选中“幅度”，使用现有键控参数
【触发】开始ASK输出，任意键输出停止。
2.3.4初始化状态：
开机或复位后仪器的工作状态
A路：
波形：
正弦波频率：
1kHz幅度：
1Vp-p
衰减：
AUTO偏移：
0V方波占空比：
50%
时间间隔：
10ms扫描方式：
往返猝发计数：
3个
调制载波：
50kHz调频频偏：
15%调幅深度：
100%
相移：
0°
B路：
波形：
正弦波频率：
1kHz幅度：
1Vp-p
C路：
（仅2300、2300V）
波形：
正弦波频率：
0MHz幅度：
0dBm
二．RC一阶电路的响应测试
一、实验目的
1.测定RC一阶电路的零输入响应、零状态响应及完全响应。
2.学习电路时间常数的测量方法。
3.掌握有关微分电路和积分电路的概念。
4.进一步学会用示波器观测波形。
二、原理说明
1.电路中某时刻的电感电流和电容电压称为该时刻的电路状态。
t=0时电感的初始电流iL（0）和电容电压uc（0）称为电路的初始状态。
在没有外加激励时，仅由t=0零时刻的非零初始状态引起的响应称为零输入响应称为，它取决于初始状态和电路特性（通过时间常数τ=RC来体现），这种响应时随时间按指数规律衰减的。
在零初始状态时仅由在t0时刻施加于电路的激励引起的响应称为零状态响应，它取决于外加激励和电路特性，这种响应是由零开始随时间按指数规律增长的。
线性动态电路的完全响应为零输入响应和零状态响应之和。
含有耗能元件的线性动态电路的完全响应也可以为暂态响应与稳态响应之和，实践中认为暂态响应在t=5τ时消失，电路进入稳态，在暂态还存在的这段时间就成为“过渡过程”。
2.动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程。
要用普通示波器观察过渡过程和测量有关的参数，就必须使这种单次变化的过程重复出现。
为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；利用方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号。
只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ，那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的。
3.时间常数τ的测定方法:
用示波器测量零输入响应的波形如图9-1（b）所示。
根据一阶微分方程的求解得知uc＝Ume-t/RC＝Ume-t/τ。
当t＝τ时，Uc（τ）＝0.368Um。
此时所对应的时间就等于τ。
亦可用零状态响应波形增加到0.632Um所对应的时间测得，如图9-1（c）所示。
（b）零输入响应（a）RC一阶电路（c）零状态响应
图9-1
4.微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的电路，它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。
一个简单的RC串联电路，在方波序列脉冲的重复激励下，当满足τ＝RC<<
时（T为方波脉冲的重复周期），且由R两端的电压作为响应输出，则该电路就是一个微分电路。
因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。
如图9-2（a）所示。
（a）微分电路（b）积分电路
图9-2
若将图9-2（a）中的R与C位置调换一下，如图9-2（b）所示，由C两端的电压作为响应输出，且当电路的参数满足τ＝RC>>
，则该RC电路称为积分电路。
因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。
从输入输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的作用，请在实验过程仔细观察与记录。
三、实验设备
序号
名称
型号
数量
备注
1
函数信号发生器
TFG2000
1
2
双踪示波器
SS----7802A
1
3
一阶、二阶动态电路实验板
DGJ-03
1
四、实验内容
1.积分电路的测试
（1）从电路板上选R＝10KΩ，C＝3300pF组成如图9-2（b）所示的RC充放电电路。
ui为脉冲信号发生器输出的Um＝3V、f＝1KHz的方波电压信号，并通过两根同轴电缆线，将激励源ui和响应uR的信号分别连至示波器的两个输入口YA和YB。
这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律，用方格纸按1:
1的比例描绘波形（激励与响应画在同一坐标中）。
（2）令R＝10KΩ,C＝0.01μF，观察并描绘响应的波形，定性地观察对响应的影响,用方格纸按1:
1的比例描绘波形。
（3）令R＝10KΩ，C＝0.1μF，观察并描绘响应的波形，定性地观察对响应的影响,用方格纸按1:
1的比例描绘波形。
2.微分电路的测试
（1）从电路板上选R＝10KΩ，C＝3300pF组成如图9-2（a）所示的RC充放电电路。
ui为脉冲信号发生器输出的Um＝3V、f＝1KHz的方波电压信号，并通过两根同轴电缆线，将激励源ui和响应uC的信号分别连至示波器的两个输入口YA和YB。
这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律，用方格纸按1:
1的比例描绘波形（激励与响应画在同一坐标中）。
（2）令R＝10KΩ,C＝0.01μF，观察并描绘响应的波形，定性地观察对响应的影响,用方格纸按1:
1的比例描绘波形。
（3）令R＝10KΩ，C＝0.1μF，观察并描绘响应的波形，定性地观察对响应的影响,用方格纸按1:
1的比例描绘波形。
3.数据的处理与分析
4.总结及结论
根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变化特征
（1）条件：
积分电路应满足条件τ＝RC>>
（T为方波脉冲的重复周期）
微分电路应满足条件τ＝RC<<
（T为方波脉冲的重复周期）
（2）波形变换特征：
R固定时，当C增大，时间常数也增大，波形也变的陡一点。
五、实验注意事项
1.调节电子仪器各旋钮时，动作不要过快、
过猛。
实验前，需熟读双踪示波器的使用说明
书。
观察双踪时，要特别注意相应开关、旋钮、动态电路、选频电路实验板
的操作与调节。
2.信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起（称共地），以防外界干扰而影响测量的准确性。
3.示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时，应将辉度调暗，以延长示波管的使用寿命。
6、实验心得
本次实验让我知道了一阶RC动态电路的响应与输出关系之间的关系，并且知道了改变电容的值时对响应的影响。
与同伴的实验过程中知道了团队合作的重要性。
三、二阶动态电路响应的研究
一、实验目的
1、测试二阶动态电路的零状态响应和零输入响应，了解电路元件参数对响应的影响。
观察、分析二阶电路响应的三种状态轨迹及其特点，以加深对二阶电路响应的认识与理解。
2、原理说明
一个二阶电路在方正波、负阶跃信号的激励下，可获得零状态响应与零输入响应，其响应的变化轨迹决定于电路的固有频率。
当调节电路的元件参数值，使电路的固有频率分别为负实数、共轭复数及虚数时，可获得单调地衰减、衰减震荡和等幅震荡的响应。
在实验中可获得过阻尼，欠阻尼和临界阻尼这三种响应图形。
简单而典型的二阶电路是一个RLC串联电路和GLC并联电路，这二者之间存在着对偶关系。
本实验仅对GLC并联电路进行研究。
3、实验设备
序号
名称
型号
数量
备注
1
函数信号发生器
TFG2000
1
2
双踪示波器
SS----7802A
1
3
一阶、二阶动态电路实验板
DGJ-03
1
4、实验内容
1．调节信号源并用示波器观察，使之输出方波。
幅值1.5V，频率1000HZ。
2．将R、L、C并联电路接至信号源，电路图如图一。
调定电感L（一般取4.7mH-15mH）、电容C（一般取3300pF-0.047uF）和电阻R1（在5.1KΩ-30KΩ），并调节R2的大小，用示波器观察激励和响应为欠阻尼、过阻尼的波形并依次用坐标纸绘出。
图一
3.实验的数据处理
4.实验结果分析
五、实验注意事项
1.调节电阻R时，要细心、缓慢，临界阻尼对应的电阻值要找准。
2.用双踪示波器观察双路信号时，显示要稳定。
如显示不同步，可采用外同步法触发。
六、实验心得
本次实验让我知道了二阶动态电路的响应与输出关系之间的关系，并且观察到了欠阻尼和过阻尼。
与同伴的实验过程中知道了团队合作的重要性。
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