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实验指导72031
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《电路》实验指导书
基尔霍夫定律及电位的研究
一、实验目的
1．用实验的方法验证基尔霍夫定律以提高对定理的理解和应用能力。
2．通过实验加深对电位、电压与参考点之间关系的理解。
3．通过实验加深对电路参考方向的掌握和运用能力。
二、实验原理
1．基尔霍夫电流、电压定律：在任一时刻，流出（流入）集中参数电路中任一节点电流的代数和等于零；集中参数电路中任一回路上全部组件端对电压代数和等于零。
2．电位与电压：电路中的参考点选择不同，各节点的电位也相应改变，但任意两点的电压（电位差）不变，即任意两点的电压与参考点的选择无关。
三、预习要求
1．复习实验中所用到的相关定理、定律和有关概念，领会其基本要点。
2．熟悉电路实验装置，预习实验中所用到的实验仪器的使用方法及注意事项。
3．根据实验电路计算所要求测试的理论数据，填入表中。
4．写出完整的预习报告。
四、实验设备
序号 名称 型号与规格 数量 备注
1 直流稳压电源 +6V、+12V切换 1
2 可调直流稳压电源 0～30V 1
4 直流数字电压表
5 直流数字毫安表
6 实验电路板
五、实验内容
1.验证基尔霍夫定理
1）、实验线路
2）、实验步骤
（1）、实验前先任意设定三条支路的电流参考方向，如图所示。
（2）、分别将两路直流稳压电源接入电路（一路E1为+6V、+12V切换电源，另一路E2为0～30V可调直流稳压源），令E1=6V，E2=12V。
（3）、熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接至直流数字毫安表的“＋、－”两端。
（4）将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，读出并记录电流值。
（5）用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，并记录之。
3）、实验记录
被测量 I1（mA） I2(mA) I3(mA) E1(V) E2(V) UFA(V) UAB(V) UAD(V) UCD(V) UDE(V)
2、电位与电压的测量与验证
分别以节点b和d为参考点，测量abcd各节点电位，计算电压值。
不同参考点的电位与电压
节点 测量值/V 计算值/V
Va Vb Vc Vd Uab Ubc Ucd Uda Uac Ubd
b ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
d ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
六、实验注意事项
1、所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准，不以电源表盘指示值为准。
2、防止电源两端碰线短路。
3、若用指针式电流表进行测量时。要识别电流插头所接电流表的“＋、－”极性。倘若不换接极性，则电表指针可能反偏（电流为负值时），此时必须调换电流表极性，重新测量，此时指针正偏，但读得的电流值必须冠以负号。
4、当参考点选定后，节点电压便随之确定，这是节点电压的单值性；当参考点改变时，各节点电压均改变相对量值，这是节点电压的相对性。但各节点间电压的大小和极性应保持不变。
七、实验报告
1、根据实验数据，选定实验电路中的任一个节点，验证KCL的正确性。
2、根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证KVL的正确性。
3、计算理论值，并与实测值比较，计算误差并分析误差原因。
4．实验报告要整齐、全面，包含全部实验内容。
5．对实验中出现的一些问题进行讨论。
6．鼓励同学开动脑筋，自行设计合理的实验电路。
叠加定理及电位的研究
一、实验目的
1．用实验的方法验证叠加定理，以提高对定理的理解和应用能力。
2．通过实验加深对电位、电压与参考点之间关系的理解。
3．通过实验加深对电路参考方向的掌握和运用能力。
二、实验原理
1．叠加定理：对于一个具有唯一解的线性电路，由几个独立电源共同作用所形成的各支路电流或电压，等于各个独立电源单独作用时在相应支路中形成的电流或电压的代数和。不作用的电压源所在的支路应（移开电压源后）短路，不作用的电流源所在的支路应开路。
线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增加或减少K倍时，电路的响应（即在电路其它各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增加或减少K倍。
2．电位与电压：电路中的参考点选择不同，各节点的电位也相应改变，但任意两点的电压（电位差）不变，即任意两点的电压与参考点的选择无关。
三、预习要求
1．复习实验中所用到的相关定理
正在加载中，请稍后...电路理论实验指导电路理论（2） 实验指导手册合肥工业大学电气与自动化学院2014 年 1 月1电路理论实验指导内 容 简 介本手册作为电路分析基础指导材料，强调实验过程的描述，重点是引导学生如何根据实验 目的来组织、设计和完成一个实验，以达到实践能力的提高。全手册为常用仪器、仪表使用技 能、直流电路实验技能、动态电路实验技能、单相交流电路实验技能、三相交流电路实验技能、 含多端元件、电路的综合实验技能以及电路的计算机模拟技能等 7 个模块，涵盖了电路分析课 程中常用的基本实验。本书从基础性实验技能、综合性实验设计和研究性实验等三个层面上， 阐述理论与实践关联的认识，以及工程素质的培养。对每个实验的目的和实施方案设计、实验 步骤安排、实验数据记录、仪器仪表选择、注意事项和思考题等过程，加以启发和引导，增强 学生创新意识和自主研究问题兴趣的培养，提高分析问题和解决问题的能力。 本手册可作为高等院校电子电气信息类本科“电路分析基础”课程的配套实践指导手册， 或独立设实践课指导手册，也可以作为非电类专业“电工学”等课程的实践指导手册，并可供 电气工程技术人员参考。2电路理论实验指导目录第 3 章 动态电路 ............................................................. 2 3.1 一阶电路响应测试 ............................................................................................................2 3.2 二阶动态电路响应的研究 .................................................................................................5 第 5 章 三相电路实验技能 ................................................... 10 5.1? 三相负载的连接 ............................................................................................................10 5.2? 三相电路功率的测量 ....................................................................................................14 第 6 章 多端元件与二端口网络研究 ............................................ 18 6.1 直流无源二端口网络的研究 ..........................................................................................18 6.2? 受控源的特性 ................................................................................................................21 6.3? 多端元件的特性测量――回转器 ...............................................................................25 第 7 章 电路的频响特性研究与综合 ............................................ 31 7.1 谐振电路..........................................................................................................................31 7.2? RＣ选频网络的研究 .....................................................................................................35 7.3? 电路的综合实验 ............................................................................................................39 第 8 章 计算机模拟实验 ..................................................... 42 8.1 EWB 在电路实验中的应用 .........................................................................................42 8.2 EWB 在电路中的几个模拟实验 .................................................................................46 参考文献 ................................................................... 501电路理论实验指导第 3 章 动态电路本章提要： 动态电路在任一时刻的响应与激励的全部与过去历史有关， 本章实验循序渐 进，首先通过对动态电路基本参数的测量，加深动态电路特性的认识，培养基本实验技能， 然后在理论的指导下思考去完成滤波，产生特殊波形等工程实现。要求掌握一阶动态电路 （RC/RL）时间常数的测量方法，示波器的使用；二阶 RLC 电路过渡过程特点与元件参数 的关系等3.1 一阶电路响应测试一、 实验目的和技能要求本实验目的是定量分析 RC/RL 电路的过渡过程，并探讨电路时间常数 τ 的测量方法；希 望能完成以下要求： 1、根据一阶电路的理论基础设计测量时间常数的方法和实际测量电路。 2.、测定拟定实验步骤，记录实验数据； 3.、据此研究 RC 一阶电路的零输入响应，零状态响应及完全响应。学会用示波器观测波形。二、实验设计的参考方案――一阶电路响应测试 1、实验原理及方法设计如图 3.1-1 所示 RC 一阶电路的零状态响应微分方程形式为RC du C + uC =U S dtti其中， u C (0 ? ) =0。则方程解的形式为u C (t ) = U S (1 ? e U i (t ) ? ( S )e R??t?)+ Us―SR C+ uc―?图 3.1-1  RC 一阶零状态响应电路表现为电容上电压不断被充电，成指数增长的规律。其中，τ= RC 称为时间常数，它决定充 电过程的快慢。 在电路无输入激励的情况下， 由储能元件的初状态引起的响应称为零输入响应， 图 3.1-2 所示 RC 一阶电路的零输入响应， 其微分方程 i 形式为RC du C + u C =0 dttSR C其中， u C (0 ? ) ? 0。方程解的形式为u C (t ) = u C (0 ? )e?+ uc―?图 3.1-2  RC 一阶零输入响应电路2电路理论实验指导u (0 ?) e i(t ) ? C R? t?表现为电容上初始储存电压不断被放电，成指数变化的规律。其中，τ=RC 称为时间常数， 它决定放电过程的快慢。 τ 的大小反映了一阶过渡过程的进展速度，它是反映过渡过程特 性的一个重要的量。表 3.1-1 列出了 t = 0、τ、2τ、3τ、…时刻的电容电压 uC 的值。 表 3.1-1 不同时刻的 uC 的值 t uC(t) 0 U0 τ 0.368 U0 2τ 0.135 U0 3τ 0.05 U0 4τ 0.018 U0 5τ 0.0067 U0 … … ∞ 0从上表可见，经过一个时间常数 τ 后，电容电压衰减为初始值的 36.8％或衰减了 63.2 ％。因此时间常数 τ 可以根据绘制的响应曲线上确定，所以设计如下实验。2、实验步骤的设计1）绘制 RC 充电电路的电容电压随时间变化的曲线接线柱+ 5V _20kS120kΩ20 Ω1000uF S2 S3图 3.1-3 电容充电放电实验装置及电路原理图（1） 按图 3.1-3 所示的 RC 充电电路连接线路，注意电解电容器的极性。 （2） 电源接通前，先闭合一下 S3，保证电容中放电完毕再打开。接通电源，闭合 S1， 采用数字电压表测量电容器两端的电压，同时根据时间记录数据，填入表 3.1-2 中。 2）RC 放电电路的电容电压随时间变化的曲线绘画 （1） 按图 3.1-3 所示的 RC 放电电路连接线路。 （2） 开始时用数字电压表测量电容两端的电压在其为 5V 时，然后打开 S1，闭合 S2 安装时间记录数据，填入表 3.1-2 中。表 3.1-2   一阶充放电时间的测量记录时间（s） 充电电压 （V） 放电电压 （V）0102030405060801001502003004003电路理论实验指导 3）把表 3.1-2 中数据在图 3.1-4 中画出光滑的曲线。电压/V 充电曲线 5V40 电压/V 放电曲线 5V80T/s40 图 3.1-480 充电放电曲线120T/s3、本实验所需仪器1）电阻、电容、3 电键组成的电容充放电装置 1 个（见图 3.1-3） ； 2）直流稳压电源 1 台（同实验 1.1） ； 3）数字电压表（或数字万用表）1 只（同实验 1.1） ； 4）秒表 1 块（可由实验者的手表代替） ； 5）导线若干。4、注意事项1）调节电子仪器各旋钮时，动作不要过猛。实验前，尚需熟读双踪示波器使用说明， 特别是观察双踪时，要特别注意哪些开关、旋钮的操作与调节。 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。 4）准备方格纸，计时仪器。5、思考题1）什么样的电信号可作为 RC 一阶电路零输入响应、零状态响应和完全响应的激励信 号？ 2）认真研究示波器的功能，思考能否用示波器量出待测的时间常数。 3） 何谓积分电路和微分电路， 它们必须具备什么条件？它们在方波序列脉冲的激励下， 其输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功用？4电路理论实验指导三、实验设计根据上述实验的目的和技能要求，结合参考方案，设计测量时间常数的电路。请各组独 立完成实验。1、要求：1）每组设计一套实验方案，包含： （1）给出实验的线路连接图，理论推导的公式。 （2）列出实验所用到的仪器仪表和设备。 （3）拟定实验的步骤和实验的数据表格。 （4）指出实验的注意事项。 2）经审定合格后，完成本次实验。 3）递交本次实验的实验报告与总结。2、提示1）用电路参数计算（定义法） 。 2）用特征根计算。 3）用图解法确定（时间常数 τ 的几何意义法） 。3.2 二阶动态电路响应的研究一、 实验目的和技能要求本实验目的是定性分析二阶电路的过渡过程，明确电路元件参数对响应的影响，并观 察、分析二阶电路响应的三种状态轨迹及其特点。同时希望能完成以下要求： 1、 练习使用双踪示波器观测特征量的波形。 2、根据理论计算，选择合适的电阻器，电容，电感元件构建 RLC 电路。 3、根据观测结果，在方格纸上描绘二阶电路过阻尼、临界阻尼和欠阻尼的响应波形。 4、.归纳、总结电路和元件参数的改变，对响应变化趋势的影响。二、实验设计的参考方案――二阶动态电路响应 1、实验原理及方案设计? ?RLC 并联电路如图 3.2-1 所示（R0 是为了保 护电源用的） ，其零状态响应（取电容 C 上电压 为研究对象） ，推导公式为R0 i i1 R i2 + uc i3 C+ usi ? i1 ? i2 ? i31 duc us ? uc uc ? ?C ? [ iL ( 0 ? ) ? dt L R0 R图 3.2-1 RLC 并联零状态电路-?t0?u c (? ) d ? ]5电路理论实验指导 上式两边同时求导数运算，设 iL (0 ? ) ? 0 ，得LC其中d 2uC L du C + ( R0 C ? ) + uC = 0 2 R dt dtu C (0 ? ) ? 0duc i ? i1 ? i 2 ? |t ? 0 ? dt C i?0? 1 L?0?0?u (? ) d ?C?i us ? C CR 0解方程得 u C (t ) 。RLC 并联电路如图 3.2-2 所示，在零输入情况下的特性可描述为 d 2 u C L du C LC + + u C =0 dt 2 R dt设u C (0 ? ) ? U 0iL (0 ? ) = I 0即du c i ? iR |t ?0 ? L ? dt C I0 ? U0 R ? RI 0 ? U 0 C CR解方程得 u C (t ) ，根据 iC (t ) = Cu du C 求得 i C (t ) ，再根据 iL (t ) ? ?ic ? i R ? ?ic ? c 求得 i L (t ) 。 dt R但是要注意，此种电路参数 R、L 和 C 之间 的相互关系，有下面 3 种情况： （1） R & 0.5 L/C ，非振荡充电过程； （2） R =0.5 L/C ，临界情况； （3） R&0.5 L/C ，振荡充电过程。 设电源为方波源，其脉冲宽度为T ， RLC 2iR iL R L C iC + uC－串联电路与方波源接通， 当 t=0 时， 方波电源电 压由 0 突然上升到 U m 值，相当于电路接直流电 源； 当 t=T 时， 方波电源电压由 U m 下降到 0 值， 2图 3.2-2 RLC 并联零输入响应相当于电路处于零输入状态。2、实验步骤的设计?根据上述原理利用动态电路板图 3.2-3（a）中的元件与开关的配合作用，组成二阶动 态电路，如下图 3.2-3（b）所示。6电路理论实验指导R1ii1 R2i2 + uc+ usi3 C(a) 实验面板(b)实验原理图 图 3.2-3 RLC 并联零状态电路-令 R1=10KΩ， L=4.7m H，C=1000pF， R2 为 10 KΩ 可调电阻，令脉冲信号发生器的输 出为 Us=1V， f = 1KHz 的方波脉冲，通过同轴电缆接至上图的激励端，同时用同轴电缆将 激励端和响应输出接至双踪示波器的 YA 和 YB 两个输入口，然后实验步骤如下： 1）调节可变电阻器 R2 之值，观察二阶电路的零输入响应和零状态响应由过阻尼过渡到 临界阻尼， 最后过渡到欠阻尼的变化过渡过程， 分别定性地描绘、 记录响应的典型变化波形。 2）调节 R2 使示波器荧光屏上呈现稳定的欠阻尼响应波形，定量测定此时电路的衰减常 数 α 和振荡频率 ω。 3）改变一组电路参数，如增、减 L 或 C 之值，重复步骤 2 的测量，并作记录 。随后 仔细观察，改变电路参数时，ω 与 α 的变化趋势，并作记录。US 波形电阻变化趋势：； 频率 f =Hzt/s欠阻尼波形t/s 临界波形t/s 过阻尼波形t/s图 3.2-4 并联观察到的波形7电路理论实验指导3、本实验所需仪器1）EE1641D 型函数信号发生器 1 台（如图 3.2-5） ；图 3.2-5 多用信号发生器2）YB4320/SR8/或其他型号示波器 1 台（如图 3.2-6） ；图 3.2-6 常用示波器面板(a)并联用设备 图 3.2-7 两种设备（b）串联用设备3）并联用二阶电路面板 1 只（见图 3.2-7b） 。 ； 4）串联用二阶电路面板 1 只（见图 3.2-7a）8电路理论实验指导4、注意事项1）调节 R2 时，要细心、缓慢，临界阻尼要找准。 2）观察双踪时，显示要稳定。5、思考题1）根据二阶电路实验电路元件的参数，计算出处于临界阻尼状态的 R2 之值。 2）在示波器屏上，如何测得二阶电路零输入响应欠阻尼状态的衰减常数 α 和振荡频率 ω？三、实验设计分析 RLC 串联电路的原理，利用动态电路板图 3.2-3（a）中的元件与开关的配合作用， 组成串联 RLC 二阶动态电路，绘制研究欠阻尼，过阻尼，临界阻尼响应曲线；归纳、总结 电路和元件参数的改变，对响应变化趋势的影响。 根据上述实验的目的和技能要求，结合 参考方案，请各组独立完成实验。要求： 1、每组设计一套实验方案，包含： 1）给出实验的线路连接图，理论推导的计算公式； 2）列出实验所用到的仪器仪表和设备； 3）拟定实验的步骤和实验的数据表格； 4）指出实验的注意事项。 2、经审定合格后，完成本次实验。 3、递交本次实验的实验报告与总结。9电路理论实验指导第 5 章 三相电路实验技能本章提要： 本章通过两个基于三相交流电路的实验训练， 提高复杂交流电路的实验能力。 每节都有供参考的实验方法的描述，在实验前，要认真预习和理解，由此拟定出自己的实验 方案，可以不局限于参考实验的步骤，力求有自己的创新点。通过实验全过程的训练，提高 分析问题和解决问题的能力， 增强动手能力。 要求掌握对称与不对称三相电路的星形接线方 法和三角形接线方法中的相值、线值的测量方法；功率表的接线方法； （对称）三相交流电 路功率（包括有功功率、无功功率、功率因数等）的测量；分立元件形式负载的星形和三角 形接线的独立设计；三相三线制和三相四线制接线的优化过程。5.1? 三相负载的连接一、实验目的和技能要求本实验目的是：训练分立元件三相负载的星形连接与三角形连接；验证三相对称负载 星形连接与三角形连接时线值（线电压、线电流）与相值（相电压、相电流）的关系；认识 三相四线制中中线的作用；考察学生在不对称负载时的观察现象和分析原理的能力。1、设计实际采用的测量线路及相关仪器仪表的接线图； 2、阐述采用线路图的实验原理和必要的计算公式； 3、拟定实验步骤，制作记录实验数据的表格或实验曲线的坐标； 4、总结三相电路中线值（线电压、线电流）与相值（相电压、相电流）的关系，并掌握此 类参数的测量方法。二、实验设计的参考方案――三相负载连接的实验 1、实验原理与方法设计三相电路的连接有星形连接与三角形连接两种。 负载的星形连接分为四线制与三线制，对称时，其基本关系为：线电流等于相电流， 线电压等于相邻两相电压的相量差，即? ?U ? ?U ? ， U AB A B ? ?U ? ?U ? ， U BC B C ? ?U ? ?U ? ， UCA C A? ? 3U ? ? ? 30 ? U AB A ? ? 3U ? ? ? 30 ? U BC B ? ? 3U ? ? ? 30 ? UCA C理论分析可以看出，测量星形负载时，线值为双下标的 UAB、UBC、UCA，而量值为单 下标的 UA、UB、UC。而在实际的工程中，通常对量值也采用双下标表示，如 UA、UB、UC 可以表示为 UAO、UBO、UCO 或 UAN、UBN、UCN。因此在设计测量数据表格时，可以通过必 要的文字说明把他们区分开。如表 5.1-1。10电路理论实验指导A? U CA ? U C ? U BCA' iC'A' ZC? I C?A? ? I A ? I C ? I A?B? ? I B ? I B?C?iA iA'B' ZA B' ZB C'N? U B? O U NO? U A ? U ABB iBNC iB'C' iC(a)负载连接图 图 5.1-1 电压相量图 图 5.1-2(b)相量图 电流的线值与相值一般地，在对称情况下，不论是三线制还是四线制，其负载中性点与电源中性点等电 位，则三线制中无中性点漂移，即使采用四线制，第四根线（中线）中也无中线电流。在负 载不对称时，三线制中有中性点漂移，如图 5.1-1 所示 N 和 O 两点不重合，即有中点电压， 负载的端电压（图 5.1-1 中虚线所示）不对称，有可能使负载不能正常工作。采用四线制时， 有中线电流，各相电压不变。因此，为消除中性点漂移，使负载能正常工作，应该接入中线， ? ?I ? ?I ? ?I ? 。 即采用四线制，中线电流 INO A B C在负载三角形连接时（如图 5.1-2 所示） ，不存在四线的接线方式。其基本关系为：线 电压等于相电压，线电流等于相邻两相电流的相量差，即 ? ?I ? ?I ? ， ? ? 3I ? ? ? 30? I I ? ? ? ? ? ?A AB BCAAB? ?I ? ?I ? ， I B B?C? A?B? ? ?I ? ?I ? ， I C C?A? B?C?? ? 3I ? ? ? 30? I B B?C? ? ? 3I ? ? ? 30? I C C?A?因此，此实验中测量的数值很多，但是核心还是交流电压测量和交流电流的测量，找准 对应量值在设计的接线图中对应的位置将是完成本实验的关键。2、实验步骤的设计1） 实验参考接线如图 5.1-3 所示， 负载前的两个半圆结构是为了测量电流而制作的插孔 装置，负载由 3 组 25W（或 40W）灯泡构成。UAa 线电流 IA xVbByCN’WYczN调压器输出电压 调压器输 ≤110V 为宜！ 出电压 接电流表， 为四线制 接电压表，为三线制图 5.1-3 三相星形连接原理 11电路理论实验指导2）负载星形连接（线路自定或如图 5.1-3 参考接线）时，按表 5.1-1 的内容进行测量， 并填表。表 5.1-1 星型负载连接的相值与线值 负载内容与 测量的数据 UAB (V) 对称 3:3:3 不 对 称 对称 3:3:3 四 线 制 不 对 称 3:2:1 略 略 3:2:1 略 线电压 UBC (V) UCA (V) UAO (V) 相电压 UBO (V) UCO (V) IA (A) 相电流 IB (A) IC (A)U NN?(V)I NN?(A) 略灯亮 情况三 线 制，按表 5.1-2 的内容进行测 3）将负载接成三角形电路（线路自定，或如下参考接线图） 量，并填表。U线电流 IAAa相电流 IA’B’x bVBy CWczN调压器输出电压 ≤190V 为宜！ 图 5.1-4 三角形连接原理12电路理论实验指导表 5.1-2 三角形负载连接的相值与线值 线电流(A) 负载内容与 测量的数据 UAB UBC UCA IA IB IC 相电流(A) 灯亮情况I A?B?I B?C?I C?A?(V)对 称 3:3:3(V)(V)不 对 称3:2:1 3:2:0 （选做）3、本实验所需仪器1）含多个交流电流表、交流电压表、三相负载、测量电流插孔的电工技术综合实验装 置 1 台如下图 5.1-5 所示（同实验 4.1） ； 2）电流测试插头 1 副； 3）导线若干。带调压器电源区电流表区功率表区电压表区电容区图 5.1-5 电工综合实验台4、注意事项1）安全第一，调压器的输出电压尽量低一点。 2）测量电压、电流时，插拔导线时候手要拿住导线的绝缘部分。 3）负载三角形连接时一定要检查正确，以免造成短路事故。5、思考题13电路理论实验指导1）本次实验可以得出哪些结论？ 2）根据实验作出各种不同情况下的相量图，并说明与观察结果是否一致。 3）简述三相四线制中中线的作用，并说明在什么情况下必须要有中线，在什么情况下 中线可以取消。三、实验设计根据上述实验的目的和技能要求，结合参考方案，请各组独立完成实验。要求：1、每组设计一套实验方案，包含： 1）给出实验的线路连接图，量值和线值的计算公式； 2）列出实验所用到的仪器仪表和设备； 3）拟定实验的步骤和实验的数据表格； 4）指出实验的注意事项。 2、经审定合格后，完成本次实验。 3、递交本次实验的实验报告与总结。5.2? 三相电路功率的测量一、实验目的和技能要求本实验目的是：熟悉用 2 只瓦特表测量三相电路功率的方法；掌握测量对称三相电路的 无功功率的方法；其次是探讨两瓦特表测量数据的用途。另外要求： 1、设计实用的测量线路及相关仪器仪表的接线图； 2、阐述采用线路图的实验原理和必要的计算公式； 3、拟定实验步骤，制作记录实验数据的表格； 4、探讨两个瓦特表读数的用途。二、实验设计的参考方案――三相电路功率测量 1、实验原理与方法设计1）三相电路功率的测量方法有 3 只瓦特表法和 量 3 个相的功率，然后相加，即 P=P1+P2+P3 若为对称系统，则只要测量一相的功率，然 后乘以 3 即可。在三线制中，常采用 2 只瓦特表 来测量功率，其接法如图 5.2-1 所示。三相电路所 吸收的功率为 2 只瓦特表读数的代数和，即 P=P1+P2 在对称负载的四线制中， 因为无中线电流， 故 用 2 只瓦特表测量的方法也适用。142 只瓦特表法两种。3 只瓦特表分别测A* * W 1 * * W2三相负载 三线制BC 图 5.2-1 用 2 只瓦特表测量功率电路理论实验指导2）在对称的三相电路中，由 2 只瓦 特表的（W1、W2 的读数分别表示为 P1 和 P2 ）读数还可以求出无功功率和功率因 数、负载阻抗角，即 Q= 3 ( P1 ? P2 )A 三线制对称 三相负载 B C 图 5.2-2 用 1 只瓦特表测量功率* * W2? = arctan3 ( P1 ? P2 ) P1 ? P2、在对称的三相电路中，用 1 只瓦 3） 特表作特殊的连接，也可以测量出电路的无功功率，接线方式如图 5.2-2 所示，则无功功率的数值为 Q= 3 P，式中 P 为瓦特表的读 数。可以证明，当负载为感性时，数字功率表读数为正；当负载为容性时，读数为负。 因此，我们现在关注的应该是如何连接功率表来测量我们制作的三相三线制的负载的 功率，包括测量有功功率，无功功率，计算功率因数等。2、实验步骤的设计1）双瓦特表实验线路和步骤设计 ，如图 5.2-3 所示，作对称星 （1）将实验线路板的灯泡负载并联上三相电容（4.7 μF） 形连接 (或串联电容，线路自定。避免接线短路情况发生，要求注意安全)，用 2 只瓦特表 测量三相电路的功率。 （2）三相负载对称时，测量两个功率表读数，记录此时的电压值（调压器输出电压在 。 设备上仪表显示的是线电压，实验中以小于 190V 为宜，避免高压危险和损坏负载） （3）三相负载不对称时 (采用负载灯泡 3:2:1 形式) ，测量两个功率表读数，此时的线 电压值也为 110V。瓦特表 1 I * 瓦特表 2 * U aUAx b4.7μFVI * *UBy c4.7μFOW调压器输出电压Cz ≤190V 为宜！4.7μFN图 5.2-32 瓦特表方法测量功率接线图2）单瓦特表实验的线路和步骤设计 用 1 只瓦特表测量上述对称电路的无功功率，注意一个功率表的接线（如图 5.2-4 中瓦15电路理论实验指导 特表 2 的电压接线） 。此时的相电压值与实验步骤 1）中相同，仅读取瓦特表 2 的读数。瓦特表 1 I * 瓦特表 2 I U * b * U aUAx4.7μFV W*ByC4.7μFOc4.7μF调压器输出电压zN图 5.2-4≤190V 为宜！1 瓦特表方法测量功率接线图（仅读瓦特表 2 的读数） 表 5.2-1 三相交流电路功率测量数据3）实验数据表格设计如表 5.2-1。计算 P 总（W） Q（VA） 功率因数测量方式 2 只瓦特 表法 对称含电容 对称不含电容P1（W）P2（W）1 只瓦特表法 （对称含电容）略略 V!略本实验过程中，电源由调压器输出的电压有效值为3、本实验所需仪器1）三相负载电路板、含多组高耐压值电容器 1 套，如图 5.2-5 所示； 2）数字功率表（瓦特计）2 只，如图 5.2-6 所示； 3）导线、插座若干图 5.2-5 三相负载 16图 5.2-6 数字功率表电路理论实验指导4、注意事项1）瓦特表测量的功率因数应该是测量的电流和电压相位的夹角的“cos” ，本实验的接 线方式导致此时 2 个功率表的功率因数不代表这个三相电路的功率因数。 ，一“负” 。 2）注意 2 瓦特表测量时，两个表的读数可能一“正” ，连接一定要细心，确 3）如果采用其他方式连接构成三线制三相负载（如三角形负载） 认正确后再开始实验，以免造成事故。5、思考题1）整理实验数据和结果，说明用含电容负载和不含电容负载，对于两个功率表读数有 什么影响，对两个功率表读数的和有无影响？为什么？ 2）为什么用 2 只瓦特表的方法测量三相电路的功率时，其中 1 只瓦特表的读数可能出 现负值？试用相量图分析。 3）推导用 2 只瓦特表测量无功功率的计算公式 Q= 3 ( P1 ? P2 ) 和用 1 只瓦特表测量无功功率的计算公式 Q= 3 P。 4）用 2 只瓦特表测量对称三相电路的功率时，可否根据 2 只瓦特表的读数大小判断负 载的性质？为什么？结合本实验所有的线路和负载予以说明。三、实验设计根据上述实验的目的和技能要求，结合参考方案，请各组独立完成实验。要求：1、每组设计一套实验方案，包含： 1）给出实验的线路连接图，量值和线值的计算公式； 2）列出实验所用到的仪器仪表和设备； 3）拟定实验的步骤和实验的数据表格； 4）指出实验的注意事项。 2、经审定合格后，完成本次实验。 3、递交本次实验的实验报告与总结。17电路理论实验指导第 6 章 多端元件与二端口网络研究本章提示：本章根据二端口网络端口电压、电流关系的网络参数定义与性质，设计了测 量直流无源二端口网络的特征参数的实验； 然后引导通过实验分析端口接信号源和负载时电 路， 以及二端口网络的连接等。 并对典型的多端元件运算放大器及其所构成的典型功能电路 进行分析，并受控源派生的有源多端元件（回转器、负阻抗变换器等）设计了启发性实验， 引导学生探索有源元件的特性， 培养思考及动手能力， 最终针对其特性进行设计与相关开发。6.1 直流无源二端口网络的研究一、实验目的和技能要求本实验目的是： 训练直流无源二端口网络的特征参数的测量方法， 进一步明确个参数之 间的关系； 考察学生无源二端口网络及其等效电路在有负载情况下观察现象和分析原理的能 力。 1、学习并设计实验测试无源二端口网络的参数。 2、研究无源二端口网络及其等效电路在有负载情况下的性能。二、实验设计的参考方案――直流无源二端口网络的研究 1、实验原理与方法设计1）传输参数?无源线性二端口网络（如图 6.1-1 所示） ，可 以用网络参数来表征其特性， 若将二端口网络的输出端电压 U2 和电流?I2 作为自变量，输入端电 U1 和电流 I1 作为因变量， 则有方程 U 1 ? AU 2 ? B (? I 2 ) I 1 ? CU 2 ? D(? I 2 )1 I1 无源线性 二端口 I1' 网络 I2' I2+U1+ -2U2 2'1'图 6.1-1 二端口网络式中，A、B、C、D 称为传输参数（有时称 T 参数） ，分别表示为 U A= 1 | I 2 ?0 （即 U1 接入激励，而 U2 开路时） ； U2B= C=U1 |U ?0 （即 U1 接入激励，而 U2＝0 为短路时） ； ? I2 2 I1 | I ?0 （即 U1 接入激励，而 U2 开路时） ； U2 218电路理论实验指导D=I1 |U ?0 （即 U1 接入激励，而 U2＝0 为短路时） ； ? I2 2可见，传输参数可以用实验的方法，通过对 2－2’端短路、开路求得，因此设计了下面 的实验步骤测量传输参数。 （注：而且当二端口为互易网络时，有关系式 AD?BC=1，因此，4 个参数中只有 3 个 为独立的。在电力传输和电信工程中，常用传输参数（T 参数）方程来描述网络的特性。 ）2)? 二端口网络连接的有效性?理论课程中介绍了两个二端口网络的并联、串联、级联等方式中，其连接后的复合二 端口并不是所有情况下都是有效的。但是级联情况时，复合二端口与分立二端口的关系 T=Ta?Tb 总是有效的，如图 6.1-2 所示的级联连接方式。. 1 I1 U1.+ _. I2a Na U2a _.. I1b + . U 1b _ Nb. I2 2 + . U2 _ 2'+1' 图 6.1-2 二端口的级联存在二端口级联时，复合二端口的 T 参数矩阵 T 等于相级联的子二端口的 T 参数矩阵 Ta 与 Tb 之积，要注意矩阵的左乘和右乘的顺序，如图 6.1-2 所示，得到复合二端口的 T 参 数矩阵 T 为 T = TaTb 根据实验条件构建两个 T 型二端口网络，分别根据原理 1 及设计的实验方法测量对应 的传输参数，然后再按照图 6.1-2 形式级联，测量新的参数并验证公式。 注：本实验仅研究直流无源二端口网络的性质，因此上述所有公式中的电压、电流改为 直流，阻抗改为电阻。2、实验步骤的设计根据上述原理，设计实现两个网络按图 6.1-3 连接线路，将测量的结果分别填入表 6.1-1 中。R1 A + 10V (a) T1 网络 R3 V R2 A + 10V (b) T2 网络 R'2 R'3 V R'1 A +10VR1R2R'1R3R'2 R'3V(c) T1、T2 级联电路图 6-1-3 分别测量的三种电路连接线路原理图19电路理论实验指导表 6.1-1 网络的 T 参数测量 实验内容 输出端开 路 I2=0 输出端短 路 U2=0 计 算 A1= C1= ，B1= ，D1= ， 。 A2= C2= ，B2= ，D2= ， 。 A= C= ，B= ，D= ， 。 U1(V) I2(mA) I1(mA) U1(V) I2(mA) I1(mA) U1(V) I2(mA) I1(mA) I1 (mA) T 型网络(T1) U1 (V) U2(V) I1(mA) П型网络(T2) U1(V) U2(V) I1(mA) 级联网络 U1(V) U2(V)3、本实验所需仪器1）数字万用表 1 只（同实验 1.2） 。 。 2）直流电流表 1 只（同实验 1.2） 。 3）直流稳压源 1 台（同实验 1.2） 无源二端口网络实验板 1 块， 如图 6.1-7 4） 所示。 。 5）可变电阻器 1 只（同实验 1.2）图 6.1-7 无源二端口网络实验板4、注意事项1）电压表、电流表如果是指针式的仪表应注意读取数据时“三线合一” 。 2）测量电压、电流时，插拔导线时候手要拿住导线的绝缘部分。 3）在测量流入（出）电流时，注意电表的极性。 4）在换线时，先把稳压源的输出调到零，然后断开电源，以防止稳压源的输出短路。 5）T 参数和 T 型电路网络是不同的概念。 6）二端口连接中的参数关系为矩阵的四则运算，计算时候要注意电压、电流的单位！ 7）实验中测量数据的参考方向，以及定义中标准二端口电路的方向。5、思考题1）为什么二端口网络的参数与外加激励无关？ 2）计算并验证级联的有效性。 3）本实验中输入电源为理想的电压源，如果要求计算二端口的输出电阻，如何处理理 想电压源这种情况。三、实验设计根据上述实验的目的和技能要求，结合参考方案，请各组独立完成实验：① 开路短路 阻抗参数测量；② 二端口网络的输出端接负载特性的研究。1．要求?1）每组设计一套实验方案，包含： （1）给出实验的线路连接图，理论推导的公式。20电路理论实验指导 （2）列出实验所用到的仪器仪表和设备。 （3）拟定实验的步骤和实验的数据表格。 （4）指出实验的注意事项。 2）经审定合格后，完成本次实验。 3）递交本次实验的实验报告与总结2.提示?二端口网络在输出端接负载妻情况下，其输入电阻/阻抗、输出电阻/阻抗，可以根据网 络参数计算得到，也可以通过实验得到，两者可以相互印证。6.2? 受控源的特性一、实验目的和技能要求本实验目的是：熟悉 4 种受控电源的基本特性，训练并掌握受控电源的转移参数的测 试方法； 加深了解受控电源在电路中的应用。 通过训练实验获得对运算放大器和有源器件的 感性认识，掌握运算放大器组成各类受控源的原理和方法及其实际意义。二、实验设计的参考方案――受控源的特性 1、实验原理与方法设计受控源则是四端元件（又叫二端口元件） ，它有一对输入端（u1，i1）和一对输出端（u2， i2 ） 。输入端用以控制输出端的电压或电流大小，施加在输入端的可以是电压或电流，因此 共有 4 种受控源。 图 6.2-1 所示的 4 种电路模型和下面的 4 种电压电流关系 （或称转移参数） ：i1 1 + u1 1' i1= 0 1 + u1 1' VCVS 图 6.2-1 CCCS + i2 + u2 2' 1' 2 1 + u1 CCVS 4 种受控源电路模型 i2 i1= 0 + u2 2' 1' 2 1 + u1 i1 VCCS + rmi1 i2 + u2 2' 2 i2 2αi1gm u1+ u2 -2'μu1-1) CCCS： ? ?i2 ，转移电流比（电流增益） 。 i121电路理论实验指导2) VCCS： g m ? i 2 ，转移电导。 u1 3) VCVS： ? ? u 2 ，转移电压比（电压增益） 。u1Rf if4) CCVS： rm ? u 2 ，转移电阻。 i1用理想运算放大器组成电流控制电压源 （CCVS）受控源的电路如图 6.2-2 所示，原理分别 如下u? ? u? ? 0 i? ? i? ? 0R1u-iu+ IS i1+?∝+i RLi+R2if ? i1 ? i ? ? i1而u 2 ? i1 R f图 6.2-2 运算放大器实现 CCVS 原理令 rm=Rf 则 u2=rmi1 式中，rm 具有电阻的量纲，称为转移电阻。2、实验步骤的设计根据上述原理， 对于构建的 CCVS，设计测量其伏安特性及 转移电阻 rm 的测试实验如下：mA IS 1' 1 + u1 -i1 +i2 + u2 -2rmi1 -RL2' 1) 接线如图 6.2-1 所示。 CCVS 2）CCVS 是通过有源元件 图 6.2-3 CCVS 实验接线图 实现其端口的特性。 因此在接电 路时保证把实验面板上受控源处的“+12V，地，C12V”三个接点与电源处的“+12V，地， C12V”三个接点对应好后连接，同时打开电源开关，确保每个电源指示灯均正常显示。 ，观测数字毫安表，取一 3）调节直流稳流电源的输出电流（I≤0.5mA 或 I≥C0.5mA） 个确定的值（如 0.5mA） ，填到表 6.2-1 中；然后改变 RL 为不同数值，用数字万用表测量出 u2，并计算出 i2，填入表 6.2-1 中。 表 6.2-1 输入电流不变时的测量数据 i1= RL（Ω) u2（V） 计 算 值 rm rm 平均值 DD i2（mA） 1k 3k mA，注意在改变负载时候，保证 i1 不变 4k 5k 6k 7k 8k 9k ∞ DD DD（4） 固定 RL=2kΩ，改变直流稳流电源的输出电流（I≤0.5mA 或 I≥C0.5mA）为正负 不同数值，分别测量 i1，u2 填入表 6.2-2 中。22电路理论实验指导表 6.2-2 输入电流改变时的测量数据 i1（mA) 0.5 0.3 0.1 u2（V） 计算 rm =u2 i1RL（Ω） 2k 2k 2k利用 rm =1 n ? rmi 计算 rm 的平均值 n i ?1rm =。3、本实验所需仪器1）数字电压表，数字电流表（同实验 1.2） ； ； 2）受控源面板（如图 6.2-4） 3）可变电阻箱（1~10kΩ）2 只； ； 4）直流稳压稳流电源 1 台 （同实验 1.2）图 6.2-4 受控源面板4、注意事项1）实验过程中为防止因时间过长而引起受控源的零点漂移，及特性的不稳定，因此在 测试过程中要断电休息一会。 2）测试过程中不要把 RL 短路。 3）测量电压表的灵敏度应高于 100kΩ/V。5、思考题对于受控源这类四端子的二端口元件，是否可以通过不同的联结方式（串、并、级联） 实现不同的端口特性。 。 1）论证所使用的联结方案（给予数学推导过程） 2）实验验证。23电路理论实验指导三、实验设计根据上述实验的目的和技能要求，结合参考方案，请各组独立完成 VCVS, CCCS,VCVS 转移参数的实验。1．要求?1）每组设计一套实验方案，包含： （1）给出实验的线路连接图，理论推导的公式。 （2）列出实验所用到的仪器仪表和设备。 （3）拟定实验的步骤和实验的数据表格。 （4）指出实验的注意事项。 2）经审定合格后，完成本次实验。 3）递交本次实验的实验报告与总结2.提示?1）运算放大器实现 VCCS 原理，伏安特性及转移电导 g m 的测试u+ i+ u1 + Us RL iL R2 i2 图 6.2-5 运算放大器实现 VCCS 原理 - 1' i1= 0 + u1 VCCS 图 6.2-6 VCCS 实验接线图 i2 + 2 mA RL+ -?∝++ iui -gm u1 u2- 2'2）利用 CCVS 和 VCCS 进行适当的连接，可以构成 CCCS 和 VCVS，分别如图 6.2-7 和图 6.2-8 所示。i1 + u1 1' CCVS + rmi1 2' i2 i1= 0 1 + u2 + u1 1' VCCS + i2 212gm u1u2 - 2'图 6.2-7CCVS 和 VCCS 连接成的 CCCS 接线图24电路理论实验指导i1= 0 1 + u1 1' VCCS 图 6.2-8 i2 i1 + u1 1' CCVS + rmi1 i2 + u2 2' 22 + u2 - 2'1gm u1VCCS 和 CCVS 连接成的 VCVS 接线图6.3? 多端元件的特性测量――回转器一、实验目的和技能要求本实验目的是： 研究和熟悉回转器的特性， 然后学会并设计测量回转器的回转常数。 训练使用示波器观察回转器的回转特性。二、实验设计的参考方案――回转器元件的特性测量 1、实验原理与方法设计1）回转器元件回转器是一个无源线性二端口网络，其关系及参考方向如下：?u1 ? ?ri 2 ? ?u 2 ? ri1（6.3-1）+ u1i1ri2 + u2 _和1 ? ?u1 ? ? i 2 g ? ?i ? gu 2 ?2_（6.3-2）图 6.3-1 回转器电路符号在回转器的输入端 1-1′加正弦电压时， 输出端 2-2′接阻抗 ZL， 电路如图 6.3-2 所示则 回转器的特性方程用复数表示为? ? ? rI ? ?U 1 2 ? ? ? U ? ? 2 ?I 1 r ?1 + Zin u1 _ 1' i1 r i2 2 + u2 _ 图 6.3-2 回转器接负载 2'ZL此时，回转器的输入阻抗为25电路理论实验指导? ? ? U rI r2I 1 2 ?? 2 ?? ? ? ? I U U1 2 2Z?r由图 6.3-2 所示的参考方向可以知道Z in ? r2 ZL可见，回转器的输入阻抗与负载的阻抗成反比。利用这一特性，我们可验证当 ZL 为电 容时，则回转器的入端阻抗呈电感特性，即Z in = r21 1 ?j ?C= r j ?C = j?L eq2其中，Leq= r2C 为等效的电感。在实验报告中，要求同学们自己推导出 ZL 等于纯电阻和电感 时的输入阻抗。2）回转器可由理想运算放大器实现如图 6.3-3 所示。R R u1 ui ii?? ⅠR R u2+u3?? Ⅱ++R u4iouo+R R图 6.3-3 由理想运算放大器实现回转器电路由第一级运放知u R u2 ? 2 R? R 2 ui ? u2 ui ? uo ui ? 2ui ui ? u o u ii ? ? ? o ? ? ? R R R R R u i ? u1 ?所以 即 由第二级运放 所以 即 示电路为一回转器。uo = ?Rii u3 ? u2 u4 ? R ? u 3 ? 2u o ? 2u i R u ? u4 uo ? ui 2u i ? u o u o ? u i u io ? o ? i ? ? ? R R R R R ui = Rio若令图 6.3-3 所示电路中，uo = u1、io = i1；ui = u2、ii = i2 。与式(6.3-1)比较，可见图 6.3-3 所2、实验步骤的设计26电路理论实验指导1）测量回转器的回转常数?（1）接线如图 6.3-4 所示，信号发生器正弦电压 VP-P≤5V，频率固定为 f=500Hz，负载 RL=1～10kΩ可调电阻，RS=750Ω～1kΩ。 （2）测出 RS 两端的电压 URs 和 U1 以及 RL 两端的电压 U2，分别计算出 I1 和 I2。 （3）把 U2、U1 和 I1、I2 代入回转器的电 r 压电流方程，计算回转常数 r。再由（6.3-1）式 i1 i2 1 2 计算 r 的值，并与之作比较，取算术平均值。 信号 由测量出的 U 和 I 计算输入阻抗 Zin ，并与 u1 u2Z in r2 计算出的值比较，验证该式的正确性。 ? ZL发生器 uRs RL RS 1' 图 6.3-4 URS（V） I1（A） 测量回转器 r 参数 计 r 算 Zin 2'（4） 把测量和计算的数据填入表 6.3-1 中。表 6.3-1 回转器参数测量 负载 RL 2kΩ 4kΩ 6kΩ 8kΩ 10kΩ 平 均 值 U1（V） U2（V）I2（A）2）用双踪示波器观察：?观察回转器的输出端 22'接电容器 信号 C＝0.1μF 时输入电压和输入电流之间 u2 C=0.1μF uRs u1 发生器 的关系， 按照图 6.3-5 所示接线。 信号源 RS 正 弦 电 压 VP-P ≤ 5V ， 频 率 固 定 为 A f=1000Hz，负电阻 RS=750Ω～1kΩ。 1' 2' 观察时候，双踪示波器的 X、Y 输 图 6.3-5 观察相位和测量等效电感 入的两个测试探头要注意测量的位置。 其中示波器的“地”接在“A”处，X、Y 的另一个探头则分别接在 1 和 1'处。 观察在 22'接电容时，在输入端是否呈现电感的特性？如何判断具有电感特性？1i1ri223）计算等效电感 Leq：回转器的输出端接电容器 C，仍然如图 6.3-5 所示接线，不接示波器，信号源正弦电压 VP-P≤5V 且保持不变。改变电源的频率，用毫伏表测量 U1、U2、URS，计算等效电感 Leq’ 、 2 电流 I1、回转常数 r，要求 Leq’与 Leq= r C 的值比较，求出误差ΔL。把测量和计算的数据填 入表 6.3-2 中。表 6.3-2 等效电感的测量与计算 频率（Hz） U2(V) U1(V) URS(V) 27 200 400 500 600 800 900 00
电路理论实验指导I1= URS/1k(Ma) r =U2/I1 Leq’=U1/(2πfI1)(H) Leq=r2C(H) ΔL= Leq’- Leq(H)4）模拟 RLC 串联谐振uC11回转器的输出端接电容器 C2 ＝ 0.1 C1=1μF μF，如图 6.3-6 所示接线，11'串联一个 信号 uRs u1 电容器 C1＝1μF 再与 RS＝750Ω～1kΩ 发生器 RS 连接后接入信号源，信号源正弦电压 VP-P≤5V 且保持不变。 改变电源的频率， A 1' 用毫伏表分别测量 C1 两端电压 UC1、U1 图 6.3-6 模拟谐振电路 电压和电阻两端 URS， 看看能否找到各个 电压的最大值或者谐振频率 f0，填入表 6.3-3 中。表 6.3-3 模拟谐振电路的谐振频率寻找 频率（Hz） UC1(V) U1(V) URS(V) 200 f0=i1ri2 u22 C2=0.1μF2'∝3、本实验所需仪器1）多用信号发生器 1 台（同实验 3.1） ； ； 2）双踪示波器 1 台（同实验 3.1） ； 3）直流稳压电源 1 台（同实验 1.2） 4）回转器套件（含相应的电阻、电容器等）实验板 1 套，如图 6.3-7 所示。 5）交流毫伏表 1 台； 6）导线若干。图 6.3-7回转器电路4、注意事项1）信号源电压不宜过高或过低，过高容易产生波形失真和影响回转特性；过低则在低 频时，由于等效电阻两端的电压过小，影响测量精度，甚至有时测不出正确的结果。 2）改变频率不宜过快或过慢，否则都可能造成集成元件处于不稳定的工作状态。 3）注意回转器元件也是用有源的运算放大器实现的，因此回转器工作时，需要接入电 源，即在实验面板上回转器边标有“＋12V、地、－12V”的三接线柱，在实验开始应该与 电源附近的边标有“＋12V、地、－12V”的三接线柱接上，通电检查保证三个电源正常， 才可以做实验。5、思考题当负载为电容与电阻串联时， 回转器的入端阻抗等效成什么性质的元件？试根据实验的28电路理论实验指导 结果进行讨论三、实验设计根据上述实验的目的和技能要求，结合参考方案，请各组独立完成实验：通过深入理解 负阻抗变换器的概念， 掌握对含有负阻抗变换器的电路分析研究方法； 了解负阻抗变换器的 组成原理及其应用；掌握负阻抗变换器的各种测试方法。1、要求?1）每组设计一套实验方案，包含： （1）给出实验的线路连接图，理论推导的公式。 （2）列出实验所用到的仪器仪表和设备。 （3）拟定实验的步骤和实验的数据表格。 （4）指出实验的注意事项。 2）经审定合格后，完成本次实验。 3）递交本次实验的实验报告与总结2、提示?1）原理?负阻抗变换器可以由运算放大器实现，如图 6.4-8 所示。由电路，明显有u1= u2又 所以 电路满足 INIC 端口伏安特性。i1 +u1 ? R1i1 + R2i2 ? u2 = 0i1 ?R2 i2 R1??R1 1 R2 i2 + u2 _ + . U1 _ 1' 图 6.3-9 . I1 INIC . I2 2 + . U2 _ 2' 22'端口接负载后的输入阻抗 ZL+u1 _+图 6.3-8 运算放大器实现的 INIC如图 6.3-9 所示电路，在电流反向型 INIC 的 22'端口接阻抗 ZL，此时 11' 端口的输入阻抗 ：Zi ?U1 I1..?U2 k I2..?? ZL I2 k I2..??1 ZL k可见，11'端的输入阻抗是 22'端所接阻抗的负值，即实现了负阻抗的变换。然而，当取一定 参数后，INIC 的 k=1 时，再来分析当 22'端口接阻抗 ZL 分别为 R、L、C 的时候，11' 端口29电路理论实验指导 的输入阻抗情况： （1）ZL＝RL 时：Zi＝－RL，是一个负电阻； （2）ZL＝jωL（即线性电感）时：Zi ? ?1 1 1 ；(其中 C ? ) Z L ? ? j? L ? ? 2L k j? C说明，输入端相当于是一个电容； （3）ZL＝jωC（即线性电感）时：1 1 Z i ? ? Z L ? ? j?C ? ；(其中 L k j?L说明，输入端相当于是一个电容器。?1? 2C)2）实验步骤与任务?（1）测量负电阻的伏安特性和计算 INIC 的 k 值； （2）阻抗性质的变化和相位的观察1 i1 INIC a 信号 发生器 b RS c 1' 2'  INIC 的阻抗变换和相位观察 u1 u2 L＝100mH C＝0.1μF R＝1k R＝1k i2 2图 6.3-10连接线路如图 6.3-10，a、c 用双踪示波器 YA、YB 连接测量，两者共用地点 b。bc 间电 压的相位即是电流 i1 的相位。 ① 调节信号源电压≤3V，频率 f=500~2000Hz 之间，用双踪示波器 YA、YB 观察 u1 和 i1 的相位是否具有容性。 ② 用 C=0.1μF 代替电感，重复做（1） ，观测是否具有感性。30电路理论实验指导第 7 章 电路的频响特性研究与综合本章提要：交流电路的另外一个特征是频率特性，包含幅频特性和相频特性。本章通过 串联谐振实验和 RC 选频实验的训练，加深频率特性的认识，掌握相关频率特性实验技能的 基本过程。另外通过对实验综合研究的叙述，初步掌握设计综合实验的基本要领。本章要求 独立完成串联谐振实验和 RC 选频实验的操作；熟练训练毫伏表的使用；启发和引导对电路 课程整体知识的宏观认识和理解，提倡和鼓励学生参与设计与开发电路综合实验。7.1 谐振电路一、实验目的和技能要求本实验目的是：学习测定 RLC 串联电路的谐振曲线，加深对串联谐振电路特点的了解； 用实验方法测定电路谐振的品质因数；学习多用信号发生器和毫伏表的使用方法。 1、设计实际采用的测量线路及相关仪器仪表的接线图； 2、阐述采用线路图的实验原理和必要的计算公式； 3、拟定实验步骤，制作记录实验数据的表格或实验曲线的坐标； 4、总结 RLC 串联电路的测量方法，结合串联谐振的方案，能否再设计一个测量并联谐振的 电路及相关的实验步骤，并制作记录实验数据的表格或实验曲线的坐标等。二、实验设计的参考方案――谐振电路 1、实验原理与方法设计1）串联谐振的条件串联谐振的条件为 X=XL+XC=0，即?L ?式中， ? ? 2?f 。1?CUSu/vUcUL因此，要实现串联谐振，可以通过调整 L、C 和 ω 来达到目的。本实验中，我们把 L、C 固定，利用调UR整 ω 的方法使电路发生谐振。 串联谐振的实现，理论上只要 L、C 串联即可， fC f0 f L o f/Hz 本实验中另串联电阻 R，一方面是为了限制谐振时电 图 7.1-1 串联谐振的电压曲线  流不要太大，另一方面也可测量其端电压，判断电路 的谐振状态，当电源电压的频率改变时，I（或 UR） 、UL、UC 都是频率的函数，其曲线如图 7.1-1 所示。同时可以方便地计算出电路的电流。31电路理论实验指导2）判断电路的谐振状态随着电源频率的改变，在 XL=XC ，即 ?L ? （ f0 =1 2? LC1?C时电路呈谐振状态，谐振频率为 f0） 。此时，Z0=R=Ｚmin ，I0 =U ? I max ，电路呈阻性，cos ? ＝１，UL0=UC0， R作用效果互相抵消， 电源电压全加在电阻上， UR0=U=Umax； UL0=UC0=QU， 但相位相差 180°， 接近最大，但不是最大，ULmax 和 UCmax 不是出现在谐振点，而是出现在其附近。UCmax 出现 在 ? C ? ? 0 的附近，ULmax 出现在 ? L ? ? 0 的附近，且 ULmax=UCmax。3）串联谐振电路的通用曲线和 Q 值的测定在电工技术中，研究 RLC 串联电路的谐振现象，通用曲线具有极其重要的意义。串联 谐振电路的通用曲线及其表示形式为I (? ) ? I0 1 1 ? Q 2 (? ? 1 ? )2 1 1 1 2 1? (? ? ) d2 ??式中， I 0 =? U ，? = ， ?0 = R ?01 LC；Q??0LR?1 ? ? 0C?R为电路的品质因数，其中，? ? ?0L ?1 ? ? 0C1 L 为谐振电路的特性阻抗，d = 为电路的耗散因数。 C Q若以 I/I0 为纵坐标，以 ω/ω0 为横坐标，则取不同的 Q 值，便得到串联谐振电路的通用 曲线，如图 7.1-2 所示。很明显，Q 值的大小显著地影响曲线在谐振点附近的陡度，Q 值越 大，曲线越尖锐，电路的选择性越好。I/I0 1.00.707Q=1.25Q=2.5 Q=5 d/ 0 Q=25η1dη2η=ω/ω0 或 f / f0图 7.1-2 谐振的通用曲线利用实验求得的通用曲线便能求出 Q 值。方法为：在通用曲线的纵坐标为 0.707 处作 1 一平行线，与通用曲线相交的两点的横坐标分别为 η1 和 η2，则 d=η1Cη2，即 Q= 。若 ?1 ? ? 232电路理论实验指导Q&&1，电路在谐振点附近的 UL 和 UC 值将大大超过外激励电压，且 UL=UC=QU，所以 U U Q= L0 ? C0 。 U U2、实验步骤的设计1）如图 7.1-3 所示连接线路。 2）调节低频信号发生器的频率（低频 信号发生器的输出电压有可能随输出电流 而改变，在实验过程中应该注意随时调整， 使输出电压保持为 VP-P=5Ｖ） ，用毫伏表测 量 3 种元件的电压（R1＝2.2kΩ） ，填入表 7.1-1 中。多用信号发 生器 (用正弦波 信号) SR1R2 LC图 7.1-3串联谐振连接线路表 7.1-1 串联谐振的测量数据记录 电阻 R1＝ 频率 f（Hz） 00 00 000
24000 UR（V） Ω 时的测量值 UL（V） UC（V） 电阻 R2＝ 频率 f（Hz） 200 400 600 700 800 900 00 00 00 00 00 2500 Ω 时的测量值（选做） UR（V） UL（V） UC（V）3）同第 2 步，只不过把 R 变为 510Ω。33电路理论实验指导4）计算 （1）根据每一频率下的电压值，计算 I、ω/ω0 和 I/I0 的对应值。 （2）作频率特性曲线。 （3）作通用曲线。 5）计算品质因数 Q，并与理论计算值进行比较。3、本实验所需仪器1）多用信号发生器 1 台（同实验 3.1） ； ； 2）毫伏表 1 只，配专用测试棒 1 副（图 7.1-4）毫伏表专用测量探头毫伏表图 7.1-4 毫伏表与专用测量探头图 7.1-5 串联谐振实验面板3）串联谐振面板一套，如图 7.1-5 所示（含电感线圈、电阻、电容等） 。4、注意事项1）在采用毫伏表测量各个元件上的电压有效值时候，要适当采用量程，采用浮地方式。 2）理论上电感元件是没有电阻的，但是本实验采用的实际电感元件，应该有电阻，所 以即使在谐振频率 f0 时候，电阻上的电压也不会等于电源的电压，分析时要注意。 3）由于本实验的频率变化绝对值较大，因此，要在接近谐振频率处多选取测量点，如 表 7.1-2 中未填写频率的空格，可由实验者自行确定选取的测量点。5、思考题1）在不同的 Q 值下所得到的谐振曲线有何不同？试作分析。 2）谐振时是否有 UR＝U？是否有 ULmax=UCmax？若等式保持成立，试分析之。 3）本实验中电容器为定值，若改变之，对实验曲线有无影响？谐振频率有无变化？为 什么？ 设计一个电路频率固定、 电感固定、 改变电容的串联谐振实验 （收音机的调谐电路） 。 4） 要求： （1）画出实验原理图。 （2）C 的变化引起 Q 的变化，作出电路的电流随电容 C 变化的曲线。34电路理论实验指导 （3）分析 Q 的变化对电路的灵敏度和选择性的影响。三、实验设计根据上述实验的目的和技能要求，结合参考方案，请各组独立完成实验。要求：1、每组设计一套实验方案，包含： 1）给出实验的线路连接图，量值和线值的计算公式； 2）列出实验所用到的仪器仪表和设备； 3）拟定实验的步骤和实验的数据表格； 4）指出实验的注意事项。 2、经审定合格后，完成本次实验。 3、把任务 2 和任务 3 所得的数据进行整理，并把思考题的回答也做到实验报告中。 4、根据上述表格： 1）在图 7.1-6(a)上作出谐振电压曲线：UR、UL、UC 随频率变化的曲线； 2）在图 7.1-6(b)上作出通用曲线，并根据 0.707 平行线相交两点的距离 d 计算 Q 值。 ； 3）由通用曲线，并根据 0.707 平行线相交两点的距离 d 计算 Q 值：Q1= Q2= 。 5、递交本次实验的实验报告与总结。 U/V10 1.0 0.707 I/ I050(a) 电压曲线f / Hz0(b) 通用曲线ω/ω0图 7.1-6 实验得到的谐振电压曲线和通用曲线7.2? RＣ选频网络的研究一、实验目的和技能要求本实验目的是：了解由电阻和电容组成的无源滤波网络的频率特性；了解双 T 网络的 选频特性；学习用逐点测试的方法测量网络的幅频特性。35电路理论实验指导1、设计实际采用的测量线路及相关仪器仪表的接线图； 2、阐述采用线路图的实验原理和必要的计算公式； 3、拟定实验步骤，制作记录实验数据的表格或实验曲线的坐标；二、实验设计的参考方案――RＣ选频网络的研究 1、实验原理与方法设计? ? 为输入， U ? 为输出， U 2 一般为复数，且为频率 ? 的函数，这个比 在图 7.2-1 中， U 1 2 ? U1? ( j? ) 表示，即 值称为网络的传输函数，可以用 K uj? ? ? ( j? ) = U 2 = |U2 | e ? | e j? =| K K u u j?2? U 1| U1 | e1R u1CiR Cic u2? ( j? ) |= F1 (? ) K u =| K u? = ? 2 ? ? 1 = F2 (? )K u = F1 (? ) 随 ? 变 化 的 特 性 称 为 幅 频 特 性 ；R? = F2 (? ) 随 ? 变化的特性称为相频特性。图 7.2-1文氏电桥电路1）RC 文氏电桥的幅频特性文氏电桥是一个 RC 的串、并联电路，其结构简单，但被广泛应用于低频振荡电路中作 为选频环节，可以获得很高纯度的正弦波电压。图 7.2-1 中，u1 为正弦波输入，在保持 u1 有效值不变的情况下，改变输入信号的频率 f，用交流毫伏表测量输出电压 u2 在对应频率点 的电压，在以 f 为横坐标，测量电压为纵坐标作一条光滑曲线，即得到该电路的幅频特性。2）RC 文氏电桥的带通特性文氏电桥的另一个特点是， 不仅输出电压幅值随输入信号频率改变， 而且输出电压的相 位也随输入信号频率改变，甚至可以出现输出电压和输入电压同相位，且在同相位时，输出 电压有个最大值。分析如下1 j? C 1 R? j? C R? 1 R? j? C 1 ? R? 1 j? C R? j? C? ? (j ? ) ? H ? ( j? ) ? U 2 ? K u ? U 1?1 3 ? j(? RC ? 1? RC)当? ? ?上述的网络函数0?1 RC36电路理论实验指导? ? ( j ? ) |? | U 2 |? 1 |H 0 ? 3 U 1为最大值，此时出现输出电压 u2 和输入电压 u1 同相位， 可以用示波器观察， 或者毫伏表测量的数据判断。 称此时 网络具有带通特性，其幅频特性如图 7.2-2 所示Ku 1/33）双 T 网络的带阻特性如图 7.2-3 双 T 网络，用结点法对结点②、③和④列 方程，求得? (j? ) = K u0 f0 f1 ? ( RC? ) 2 1 ? ( RC? ) 2 ? j4 RC?图 7.2-2 文氏电路幅频特性即1? (Ku =? 2 ) ?0[1 ? (3 ○ 1 ○? 2 2 ? 2 ) ] ? (4 ) ?0 ?0C RC4 ○ 2 ○KuR R /2 2C u2 0u10图 7.2-3 双 T 选频电路f0 图 7.2-4 带阻的频率特性f式中，当 ? 0 ?1 ，Ku 为零，是一个带阻的网络特性。其幅频特性如图 7.2-4 所示。 RC2、实验步骤的设计 1）文氏电路实验（1）利用实验箱中的文氏电路，用多用信号发生器，调出电压为有效值为 5V 的正弦信 ，接入图 7.2-1 中的 u1 位置。 号（注：有效值 5V，化成 VP-P 应该为 5 ? 2 2 V） （2）接通电源后，调节信号源频率，要注意保保持电源电压 u1＝VP-P= 5 ? 2 2 V(即有 效值为 5V)不变，把相应的频率所对应的输出电压 u2 记录到表 7.2-1 中（建议先找到电压 u2 ＝1/3 u1 时的频率 f0，然后再在 f0 左右分别找一些点来测量） 。表 7.2-1 调节频率测量电压 R=1kΩ C ＝0.1μF f（Hz） u2(V)f0 =u2 最大=37电路理论实验指导2）双 T 电路实验（1）利用实验箱中的双 T 电路，用多用信号发生器，调出电压为有效值为 5V 的正弦 ，接入图 7.2-3 中的输入电压位置。 信号（注：有效值 5V，化成 VP-P 应该为 5 ? 2 2 V） （2）接通电源后，调节信号源频率，要注意保保持电源电压 u1＝VP-P= 5 ? 2 2 V(即有 效值为 5V)不变，把相应的频率所对应的输出电压 u2 记录到表 7.2-2 中（建议先找到电压 u2 ＝0 时的频率 f0，然后再在 f0 左右分别找一些点来测量） 。表 7.2-2 双 T 电路的测量 R= C ＝ kΩ μF f（Hz） u2(V)f0 =03、本实验所需仪器1）电路实验板上 RC 选频网络部分 1 块（如图 7.2-5） 。 ； 2）多用信号发生器 1 台（同实验 3.2） ； 3）管毫伏表 1 台（同实验 7.1） 。 4）双踪示波器 1 台（同实验 3.2）4、注意事项1）由于信号源内阻的影响，输出电压 幅度往往会因为频率的变化而改变。因此在 实验中，当改变频率时候，要注意 u1 始终保 图 7.2-5 RC 选频网络面板 持等于 5V（有效值） 。 2）本实验测量输出电压时，也用毫伏表而非万用表。 3） K u 变化较大的部位要多测量几个点，以获得较高的精确度。5、思考题总结示波器使用的体会和相关注意事项。三、实验设计根据上述实验的目的和技能要求，结合参考方案，请各组独立完成实验。要求：1、每组设计一套实验方案，包含： 1）给出实验的线路连接图，量值和线值的计算公式； 2）列出实验所用到的仪器仪表和设备； 3）拟定实验的步骤和实验的数据表格； 4）指出实验的注意事项。 2、经审定合格后，完成本次实验。 3、完成实验任务中的计算要求，分别作出两个电路的幅频特性曲线。 4、递交本次实验的实验报告与总结。38电路理论实验指导7.3? 电路的综合实验一、目的1、综合了解电路知识的板块结构的互相联系的关系。 2、通过部分综合实验的训练，了解综合性实验设计的初步知识。 3、培养学生初步具有提出、设计实验的能力。二、目标 1、电路理论的板块知识结构高等教育改革电路理论课程模块化结构如图 7.3-1，是结合了多学科交叉和相互渗透的特点，这些模 块既相互关联、衔接合理，又各具特色。如：直流稳态分析法既是《电路》的基础分析法， 又是统领全局的分析法。 此模块的知识点不仅可以应用在课程本身其他的所有模块， 还可以 引导出应用于所有与电相关的学科。又如：时域瞬态分析法可以引导后续《控制理论》或各 类电路系统的瞬态与稳态分析等知识； 交流稳态分析法可以引导出电工、 电器等学科的相关 知识点；复频域分析法则对《自控原理》等课程需要的知识作了重要的铺垫；现代电路理论 分析法则指明了本课程的发展方向， 引导学生进一步进行更深入的研究； 非线性模块则是为 紧跟其后开设的电子类课程提供了必须的基础知识。线性电路（92 学时）理论教学（ 98 学时）非线性电路（ 6 学时）现代电路理论（ 14 学时）频域分析 （42 学时）直流稳态（ 24 学时）时域瞬态（ 12 学时）电路理论（ 128 学时） 实践教学（ 30 学时）交流稳态（ 32 学时）复频域分析（ 10 学时）验证性实验（≤20 学时）综合设计性实验（≥10 学时）图 7.3-1 《电路理论》 课程模块化结构图 39电路理论实验指导 作为一门技术基础课， 电路理论是现代电气信息类工程师知识结构和能力结构中不可缺 少的重要组成部分。 《电路理论》课程的教学质量对于电气类专业的学生培养起着决定性的 作用。如何优化学生的知识结构，激发学生的学术思想，培养学生的良好动手能力，鼓励学 生的创新，这就要求《电路理论》和其他基础学科一样，在基本稳定的基础上寻求发展和变 革。 课程的发展和改革应该伴随着生产的发展和科技的进步而展开， 在发展和变革中逐步到 达另一个高水平的基本稳定。2、实验的性质分类与综合性实验范例电路实验是电路理论中实践性教学内容的主体， 存在着传统的验证性实验和综合性实验 两大主要分类。 本书前面部分的 16 个实验中，基本属于验证性实验范畴，属于比较成熟性的东西，具 体的实验操作过程也比较程式化， 留给操作者的思考空间也相对较少； 本书虽然在不少实验 后都附有相关提高性实验的提示， 也是力求在朝向综合性实验方向发展的模式上做的一些尝 试。 事实上电路的综合性实验的广义定义， 应该是在对于电路课程学习完成以后， 结合教材 内容的板块结构， 以及板块结构之间的相互联系， 然后由学生提出结合两个以上板块知识而 设计的实验。 下面提供一个综合性实验的范例仅作参考： 结合电路中时域分析知识板块（一阶电路知识） 、现代电路知识板块（二端口网络知识） 、 直流稳态知识板块（元件伏安特性） ，可以组织设计这样一个电路综合性实验： 1）组建一个如图 7.3-2 的实验电路原理图；* 信号 发生器 R3 * W R1 R2 i S1rS2uC图 7.3-2 设计实验范例L2）设计需要测量的数据和实验要求的内容： （a） 开关 S1、S2 分别打开、闭合或同时打开、闭合时，测量功率表的读数，观察 得出结果，比较后得出什么结论？ （b） 开关 S1、S2 分别打开、闭合，示波器观测 i、u 相位关系，将会是什么样的关 系？ （c） 开关 S1、S2 同时闭合，调节信号源频率，能否使 LC 并联谐振？如果谐振了， 回转器左边的电阻功率是否最大？为什么？ （d） 上述实验设计时， 如果在改变信号源频率时， 实验室中常用功率表测量有功功 率是否合适？ 3）设计好实验后，究竟是否完全可以达到设计实验的要求，需要通过实际操作，才可 以得到在设计实验中考虑的部分问题。 在实验中会遇到很多问题， 就应该结合理论继续讨论， 另外还可以在未实际操作前， 参考本书第 9 章先在计算机上模拟一下实验， 验证一下其可行 性等。40电路理论实验指导3、设计综合实验的基本要求上述的综合性实验范例，含有综合性实验的几个基本的要素： 1）实验的基本要求：原理，目的，期望结论； 2）综合性基本要求：多个知识点结合，多种实验设备，多个期望结论； 3）不确定性：注意事项的无法预知，实验出错率的无法预知性等 4）启发创造性：对应上述范例而言还可以结合二端口连接的级联知识，验证一些基本 的理论， 还可以把回转器左侧作为等效戴维南电路处理等， 都是在启发设计或者操作者对于 整个电路知识的灵活运用方面能够有更多的发散思维。 整个综合性电路实验，从设计，到最后的实验报告的完成，是一个完整的科学实验的训 练过程，培养学生良好的从事科研活动的习惯，是综合设计实验开设的宗旨，为此我们在电 气信息类工科院校的技术基础课程中，从实践教学开始，逐步养成科学的实验习惯。三、拟定的综合设计练习 1、直流电路和交流电路结合?设计一个最大功率测量的实验。要求： ； 1）含有 LC 元件，当改变频率时候，可以达到谐振（串联谐振或者并联谐振均可） 2）电阻元件用 T 型结构未知黑匣子形式构成，能够通过一定的电流表、电压表、功率 表连接，分别测量和计算出 3 个电阻的阻值； 3）给出原理图，绘制出测量数据表格； 4）完成实验操作，给出实验报告，总结注意事项；2、交流电路的二端口参数矩阵测量实验?要求： 1）含有 LC 元件，50Hz 频率； 2）仅用电流表、电压表、功率表，能够测量和计算出构成二端口元件的 Z 参数或者 Y 参数，明确体现出测量数值为相量的有效值（或幅值）和幅角； 3）给出原理图，绘制出测量数据表格； 4）完成实验操作，给出实验报告，总结注意事项。3、用计算机实现设计实验的模拟仿真?参照本书的第 8 章，设计自己感兴趣的实验电路。四、仪器设备实验中心中所有的仪器仪表和元件设备；奔腾Ⅱ性能以上的计算机（安装有 Multisim2001 版本以上的软件）一台。五、思考题1、讨论电路课程的板块结构，提出优化性意见； 2、讨论综合电路实验设计的基本要求，提出完善的建议和意见。41电路理论实验指导第 8 章 计算机模拟实验本章提示：不作具体要求，属于第 7 章的补充，建议学有余力者自行在符合条件的计算 机环境中完成。8.1 EWB 在电路实验中的应用一、目的使用虚拟测试仪器对电路进行仿真实验如同置身于实验室使用真实仪器测试电路， 该软 件直观的电路图和仿真分析结果的显示形式非常适合于电子类课程课堂和实验教学环节， 是 一种非常好的电子技术实训工具。可以弥补实验仪器、元件少的不足及避免仪器、元器件的 损坏，帮助学生更好地掌握课堂教学内容，加深对概念、原理的理解，通过电路仿真，进一 步培养学生的综合分析、开发设计和创新能力.二、电子工作台简介虚拟电子工作平台（Electronics Workbench） ，简称 EWB，是加拿大 Interactive Image Technologies 公司设计推出的电子电路仿真分析、设计软件。具有界面直观、操作方便、采 用图形方式创建电路等优点， 构造电路、 调用元器件和测试仪器等都可以直接从窗口图形中 调出，可以对电子元器件进行一定程度的非线性仿真，不仅测试仪器的图形与实物相似，而 且测试结果与实际调试基本相似。但是，它的强大功能主要用于电子技术中的电路分析、设 计和应用开发， 而电子方面的知识同学们还未掌握， 故这里只介绍一下简单操作过程及在电 路中采用的几个仿真实验。这里选取比较常用的 Multisim7.0 作介绍。1、工作界面与工具栏介绍?图 8.1-1 所示为 Multisim7.0 的工作界面。菜单栏 工具栏 开关、暂停按钮 各种测量仪表 元件栏 虚拟工具条 实验数据文本信息 工作区 （搭建实验）图 8.1-1EWB 的工作界面 42电路理论实验指导 对于元件库工具条、元件库组成工具条、实验仪表工具栏如图 8.1-2 所示。元件库元件库组成功率电源电路库 信号电源电路库 基本元件电路库 二极管电路库 三极管电路库 模拟集成电路库 混合集成电路库 额定集成电路库 实物形式电路库 测量部件库实物形式电路库举例：仪表如图 8.1-2工作界面中相关工具条图 8.1-3 所示中的仪表库中，选取几个在电路中用到的设备简介如下图所示。其中数字 多用表，可以测量电流、 （交、直流、以及不同频率交流电流的有效值） ，测量电压（交、直 流、以及毫伏表的功能） ，测量元件的电阻（欧姆表功能）等；同时，该仪表的内阻根据需43电路理论实验指导 要，可以在测量过程中设置，不过要注意在虚 拟实验使用过程中，在用到比较多的时候，注 意每个表分别测量什么电量。因此是一个比实 验室中的万用表功能更强大的虚拟仪表。其他 的设备则与实验室中实际仪器功能相同。数字多用表 函数信号发生器功率表 双踪(通道)示波器 四通道示波器 其他仪表2、部分仪器操作介绍?图 8.1-4 所示为在虚拟实验中数字多用表 的几种表现和设置过程。Multisim7.0 版本已经 解决了以前版本中每个仪器在一个实验中只使 用一次的不足，所以在虚拟实验中，该类仪表 可以在一个实验电路中多处使用。 图 8.1-5 所示为在虚拟实验中数字多用信 号发生器的几种表现和设置过程。图 8.1-3 部分仪器名称电流挡内阻 电压挡内阻 电阻挡电流 分贝标准电压 测量过量保护设定值 其他从略双击 双击电路图中读取数据 图 8.1-4 数字多用表使用过程设定参数信号波形选择按钮 频率 占空比 幅度 偏值 周期时间设置图 8.1-5 多用信号发生器的设置过程图 8.1-6 (a) 所示为在虚拟实验中功率表的图形显示和读取数据界面。图 8.1-6(b)、 （c）44电路理论实验指导 所示为双踪示波器的图形显示和读取数据界面。示波器上指针 1、2 非常有用，可以通过鼠 标的移动，读取两处信号的时间、电压和这两处的时间差与电压差，这样可以比较精确的计 算相应的相位差等量。指针 1 指针 2 功率读数处 功率因数 （a）功率表 指针 1 测量数据 指针 2 测量数据 指针 1、2 测量数据差 双踪显示模式 X 通道显示模式 Y 通道显示模式 触发模式 接地 触发 （c）示波器显示说明 图 8.1-6 功率表与示波器（b）示波器45电路理论实验指导8.2一、模拟实验范例EWB 在电路中的几个模拟实验1、诺顿等效电路实验(Nurton.ms7)由于是直流实验，因此在可以在运行后的任何时候，双击图 8.2-1 中的各个多用数字表 （要注意各个表都分别测量什么电量） ，读取数值；同时也可以选择菜单按钮“view”―― “toolbar” ―― “component Toolbar” ， 则可以在窗口的下部显示相应的元件的信息如图 8.2-2 所示。当然我们也可以通过双击图中的 6 个仪表，观看其数值。(a)原电路测量 AB 支路电流与电压(b) AB 支路短路后测量电流(c) AB 支路开路时测量电压(d)用诺顿等效电源流代替含源网络再测量图 8.2-1诺顿等效电路实验46电路理论实验指导图 8.2-2诺顿等效电路实验中元件文本信息2、电源等效模拟实验(SourceConversion.ms7)如图 8.2-3 所示的电路和实验中仪表的读数。图 8.2-3 电源等效模拟实验范例 47电路理论实验指导二、模拟实验作业1、研究电压表内阻对测量结果的影响。如图 8.2-4 用 Multisim7.0 搭建电路，由“setting”改变多用数字表中电压表内阻分别为 200kΩ和 5kΩ时，测量读数的变化，研究和讨论电压表内阻对测量的影响（图中 10kOhm 是 Multisim7.0 中表示电阻的格式，即表示 10kΩ） 。R1 10k Ohm ＋V1 10V － R2 10k Ohm图 8.2-4 研究电压表内阻对测量的影响实验2、观察 RLC 串联电路波形。如图 8.2-5 用 Multisim7.0 搭建电路，观察在正弦波作用下，R、L、C 元件上的波形， 研究不同元件上波形的相位差情况。L1 100mH C1 1μF R1 50 Ohm图 8.2-5 观察波形48电路理论实验指导3、观察 RLC 串联谐振通用曲线。本实验需要使用 Multisim7.0 中仪表区的波特图产生器（如图 8.2-6 所示） ，如图 8.2-7 所示的构建电路。通过光标的移动，可以读出某处的频率。(a)波特图产生器图形 图 8.2-6（b）双击后出现的界面 波特图产生器L1 100mH V1 ～ 1V 1000 Hz C1 1μF R1 20 Ohm图 8.2-7 观察谐振曲线模拟电路4、功率表测量灯泡消耗的功率图 8.2-8 为灯泡和电容串联电路，用功率表测量该负载的功率和功率因数。2V1 ～ 120V 50Hz C1 10μF 图 8.2-8 功率测量模拟实验线路49电路理论实验指导5、RC 一阶电路的充电过渡过程输入如图 8.2-9(a)所示电路，启动电源，观看模拟实验，移动光标，记录时间同时观察 充电曲线（如图 8.2-9(b)所示） 。(a)搭建电路 图 8.2-9（b）示波器波形 RC 一阶充电电路模拟实验6、自行设计感兴趣的实验进行模拟。请参考《Multisim 入门指导》一书。参考文献1、 合肥工业大学，电工实验技能教程，2009 年 9 月，合肥工业大学自印教材。 电工技术与电子技术实验指导， 北京， 清华大学出版社， 2、 清华大学电机系电工学教研组， 2004 年。 3、 刘健等，电路分析，北京，电子工业出版社，2008 年。 4、 刘良成，电工基础实验指导书，合肥，中国科学技术大学出版社，2001 年。 ，北京，高等教育出版社，1999 年。 5、 邱关源，电路（第四版） 6、 冯慈璋、马西奎，工程电磁场导论，北京，高等教育出版社，2000 年。 ，2000 年。 7、 浙江大学电工电子基础教学中心，电磁场演示实验指导书（讲义） ，2004 年。 8、 天煌教仪，THMM-1 型磁场测量与描绘实验仪实验指导书（仪器说明书） ，2005 年。 9、 天煌教仪，THME-1 型静电场描绘实验仪实验指导书（仪器说明书） 天煌教仪，KHDL-1 型电路原理实验箱实验指导书（说明书） ，2003 年。 10、 ，2003 年。 10、天煌教仪，DGJ-1/2/3 型电电工技术实验装置实验指导书（说明书） 11、Electronics Workbench 官方网站：http://www.electronicsworkbench.com/html/edures.html。50附录 班级 实验序号及名称 学号 姓名 实验时间：电路分析基础实验报告纸年月日实验 预1，指导老师：、一、实验目的和要求习部二、实验任务分三、实验准备工作（包括实验原理、实验线路图、设计方案等）1附录电路分析基础实验报告纸实验内容实验用仪 器、设备 实验内容 与步骤（或 过程、数据 记录等）实验结果分 析、思考题 解答等感想、 体会、 建议实验成绩2附录 班级 实验序号及名称 学号 姓名 实验时间：电路分析基础实验报告纸年月日实验 预2，指导老师：、一、实验目的和要求习部二、实验任务分三、实验准备工作（包括实验原理、实验线路图、设计方案等）3附录电路分析基础实验报告纸实验内容实验用仪 器、设备 实验内容 与步骤（或 过程、数据 记录等）实验结果分 析、思考题 解答等感想、 体会、 建议实验成绩4附录 班级 实验序号及名称 学号 姓名 实验时间：电路分析基础实验报告纸年月日实验 预3，指导老师：、一、实验目的和要求习部二、实验任务分三、实验准备工作（包括实验原理、实验线路图、设计方案等）5附录电路分析基础实验报告纸实验内容实验用仪 器、设备 实验内容 与步骤（或 过程、数据 记录等）实验结果分 析、思考题 解答等感想、 体会、 建议实验成绩6附录电路分析基础实验报告纸班级 实验序号及名称学号姓名 实验时间： 年 月 日实验 预4，指导老师：、一、实验目的和要求习部二、实验任务分三、实验准备工作（包括实验原理、实验线路图、设计方案等）7附录电路分析基础实验报告纸实验内容实验用仪 器、设备 实验内容 与步骤（或 过程、数据 记录等）实验结果分 析、思考题 解答等感想、 体会、 建议实验成绩8附录 班级 实验序号及名称 学号 姓名 实验时间：电路分析基础实验报告纸年月日实验 预5，指导老师：、一、实验目的和要求习部二、实验任务分三、实验准备工作（包括实验原理、实验线路图、设计方案等）1附录电路分析基础实验报告纸实验内容实验用仪 器、设备 实验内容 与步骤（或 过程、数据 记录等）实验结果分 析、思考题 解答等感想、 体会、 建议实验成绩2附录 班级 实验序号及名称 学号 姓名 实验时间：电路分析基础实验报告纸年月日实验 预6，指导老师：、一、实验目的和要求习部二、实验任务分三、实验准备工作（包括实验原理、实验线路图、设计方案等）1附录电路分析基础实验报告纸实验内容实验用仪 器、设备 实验内容 与步骤（或 过程、数据 记录等）实验结果分 析、思考题 解答等感想、 体会、 建议实验成绩2附录 班级 实验序号及名称 学号 姓名 实验时间：电路分析基础实验报告纸年月日实验 预7，指导老师：、一、实验目的和要求习部二、实验任务分三、实验准备工作（包括实验原理、实验线路图、设计方案等）1附录电路分析基础实验报告纸实验内容实验用仪 器、设备 实验内容 与步骤（或 过程、数据 记录等）实验结果分 析、思考题 解答等感想、 体会、 建议实验成绩2附录 班级 实验序号及名称 学号 姓名 实验时间：电路分析基础实验报告纸年月日实验 预8，指导老师：、一、实验目的和要求习部二、实验任务分三、实验准备工作（包括实验原理、实验线路图、设计方案等）1附录电路分析基础实验报告纸实验内容实验用仪 器、设备 实验内容 与步骤（或 过程、数据 记录等）实验结果分 析、思考题 解答等感想、 体会、 建议实验成绩2附录 班级 实验序号及名称 学号 姓名 实验时间：电路分析基础实验报告纸年月日实验 预9，指导老师：、一、实验目的和要求习部二、实验任务分三、实验准备工作（包括实验原理、实验线路图、设计方案等）1附录电路分析基础实验报告纸实验内容实验用仪 器、设备 实验内容 与步骤（或 过程、数据 记录等）实验结果分 析、思考题 解答等感想、 体会、 建议实验成绩2附录 班级 实验序号及名称 学号 姓名 实验时间：电路分析基础实验报告纸年月日实验 预10，指导老师：、一、实验目的和要求习部二、实验任务分三、实验准备工作（包括实验原理、实验线路图、设计方案等）1附录电路分析基础实验报告纸实验内容实验用仪 器、设备 实验内容 与步骤（或 过程、数据 记录等）实验结果分 析、思考题 解答等感想、 体会、 建议实验成绩2附录 班级 实验序号及名称 学号 姓名 实验时间：电路分析基础实验报告纸年月日实验 预11，指导老师：、一、实验目的和要求习部二、实验任务分三、实验准备工作（包括实验原理、实验线路图、设计方案等）1附录电路分析基础实验报告纸实验内容实验用仪 器、设备 实验内容 与步骤（或 过程、数据 记录等）实验结果分 析、思考题 解答等感想、 体会、 建议实验成绩2附录 班级 实验序号及名称 学号 姓名 实验时间：电路分析基础实验报告纸年月日实验 预12，指导老师：、一、实验目的和要求习部二、实验任务分三、实验准备工作（包括实验原理、实验线路图、设计方案等）3附录电路分析基础实验报告纸实验内容实验用仪 器、设备 实验内容 与步骤（或 过程、数据 记录等）实验结果分 析、思考题 解答等感想、 体会、 建议实验成绩4
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