双端口网络结构和参数的判别.docVIP

实验1.3 双端口网络结构与参数的判别 【实验内容】 设计实验电路与方案，观察、研究如图1.3.1（a）所示L型网络中，当和分别为电阻、电容时的时域响应。 分别采用信号源和示波器、扫频仪观察，或应用Multisim软件工具仿真，研究如图1.3.1（a）所示L型网络中，当和分别为电阻、电容时的幅频和相频特性，分析分别采用这几种实验方法时的效率、准确性；若有差异，则分析原因所在。 针对图1.3.1所示已知内部结构的网络，试通过测量的方法判断网络中各元件的性质、计算元件的参数；在尽量提供多种方案并加以分析论证的基础上，选择最优方法实施。 上述要求中，、和分别可能是电阻、电容或电感等单一元件。 （a） （b） 图1.3.1 型和型网络 【项目背景】 在工程实践中往往需要通过实验测量的方法获知电路的特性，以便了解其结构与参数，或以一个等效电路去替换。 【实验目的】 通过实验的前两项任务，引导学生去了解分析、测试电子电路通常所采用的实验方法与分析工具，了解不同方法的应用场合与适用范围。 项目的第三项任务，试图引导学生从分析任务要求着手，应用已经学习过的知识，寻找解决问题的方法；同时也希望拓宽视野，体验解决问题方法的多样性。 【实验要求】 针对【实验内容】中的各项任务，可分别提出不同的要求： 对于任务1 构思观察阶跃响应的方法。 设计实验电路，选择元件参数。 观察并记录信号波形。 分析解释产生该信号波形的基本原理。 对于任务2 设计一阶低通和高通电路，选择、元件，分别进行实验。 设计采用信号源与示波器观察频率特性的实验电路。 根据电路参数估算幅频特性截止频率范围，选择需观察的信号频率。 测量记录幅频特性、相频特性数据，在变化较大的区域应增加一些观测点。 使用扫频仪测量频率特性时，选择扫频范围，记录特性曲线。 在Multisim软件环境中构建与前面实验中相同（结构与参数）的电路，运用电路分析工具，生成幅频特性和相频特性曲线。 对比三种不同模式实验获得的结果，观察现象，分析原因，并设法验证分析。 对于任务3 分析图1.3.1所示电路，给出解决问题的思路，提出实验方案。 指定实验计划，明确各步骤中施加激励的方式、激励类型和状态，电路的连接方式，需要测量的参数等等。 根据实验信号的波形、参数，判定元件性质、计算元件参数。 分析思考其它可能的方法，并进行论证。 图1.3.2 型网络 提高要求：对于图1.3.2所示型网络，如何判定各元件的性质。 【教学指导】 从理论上举例分析一阶网络的幅频特性、相频特性。 介绍扫频仪的工作机理、应用特点。 指导Multisim软件分析工具基本使用方法。 引导性地举例分析如何利用电感、电容的频率特性，有选择地在某两个节点间施加直流或交流激励，根据电流是否为零、回路电流与电压间的相位差、相位差与频率的关系等判定元件的性质。 示例：针对图1.3.3所示网络（=1μF、=1mH、=100Ω）的实验方案： 首先在某两个节点间加直流电压，来判断元件的极性，若某一个是电容，则包含此元件的回路电流必为0；为防止一个回路中的两个元件皆为电感，则可以串接一个较小的限流电阻，且所加直流电压不宜太高，可逐渐增加。 在间加1V（）时，=0，可以判断、中至少有一个是电容。 图1.3.3 测试电路 在间加1V（）时，=0；可以判断、中至少有一个是电容。 在间加1V（）时，=10mA；可以判断、中至少有一个是电阻。 根据上述三点，可以断定是电容。为了判断、的性质，可以在间施加1V（）。如从=1KHz开始，若随着频率的增大： 电流保持不变，则说明、都是电阻。 电流变小，则说明、中有一个是电感；因为前门施加直流电压时可以测出阻值，此时电阻上电压已知，可以得知电感上电压，进而获知电感量。 为了进一步判断、中哪一个是电阻，可以分别在和间施加交流电压，用示波器观察回路电压和电流的相位： 若电流与电压的相位角始终相差90°，且不随频率的改变而变化，说明此回路是由电容和电感构成的。 若电流与电压的相位角随频率的增大而变小，则说明此回路是由电容和电阻构成的（频率增大时容抗变小）。 图1.3.4 电流、电压相位 【实验方案】 对于两种结构，可以采用不同方法分析。重要的是，不拘泥于只是在1-2端口施加激励，在3-4端口测量响应。 针对图1.3.1中的型网络可以有以下方法： 在1端测量电流（或在3-4端间接电流表），在1-2端施加交流激励时测量1-3端间电压响应，就可以得知的性质与参数。 在1-3端施加交流激励，测量上的电压、电流，就可得知的性质与参数。 在3端串接电流表，在1-2端开路，在3-4端口施加交流激励，就可以得知的性质与参数。 针对图1.3.1（b）网络有多种测量方法，下面是其中一些方法： 分别在1-2端间、1-3端间和3-4端间