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1、第16章 电路基础,1.实训目的,通过仿真实训，加深对线性电路的理解，掌握线性电路的实验研究方法，掌握电压源与电流源的等效变换，初步掌握受控源仿真实验研究方法。,2.实训内容,1）元器件伏安特性的实验研究（技能性仿真实训）。 2）线性电路的实验研究（技能性仿真实训）。 3）电压源与电流源的等效变换（技能性仿真实训）。 4）受控源仿真实验研究（设计性仿真实训）。,16.1 元器件伏安特性的实验研究,16.1.1 实训目的 1）通过仿真实验，加深对元器件伏安特性的理解。 2）掌握线性和非线性电阻伏安特性的实验方法。 3）掌握直流工作点分析法。,16.1.2 实训原理,1.仪表测量法 电路元件的特性
2、，一般用该元件上的电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系 来表示，这种函数关系称为该元件的伏安特性，有时也称为电路的VCR 。伏安特性的测量通常采用仪表测量法与工作点分析法。 线性电阻两端的电压与流过的电流成正比，比例系数就是电阻的阻值，通常用欧姆定律来表示：,2.直流工作点分析法 直流工作点分析法是求 解电路节点电压和电流的基本方法，使用Multisim7中的直流工作点分析法相当快捷、准确。,16.1.3 实训指导,1）打开工作界面，创建直流电路，执行电压与电流测量。 2）从基本元件库中选用电阻，从电源库中选用电压源，从指示器件库中选用电压表和电流表。 3）启动直流工作点分析工具，进行直流
3、工作点分析。 4）将仪表测量值与直流工作点分析值进行比较。,16.1.4 实训内容与步骤,1.测量线性电阻的伏安特性,测量电路如图16-1所示。电路参数：直流电源V110V，R210。可变电阻R110，调节度为1。调节R1，使电压输出为010V。,图16-1 线性电阻伏安特性测试电路,操作步骤,1）调节可变电阻R1，测出不同R1对应的输出电压，逐点测量通过R2的电流值，并将测量数据填入表16-1中。 2）在实训报告册上，用逐点法绘制线性电阻R2的伏安特性曲线。,2. 二极管正向特性测试,电路如图16-2所示，电路参数：直流电源V11V，R2100。可变电阻R110，调节度为1。调节R1，使电压
4、输出为01V。,图16-2 二极管正向特性测试电路,操作步骤,1）二极管正向及反向电路实验。测试二极管反向接入电路时特性，直流电源V1=030V可调。 2）调节可变电阻R1，使输出电压分别为表16-2所列出的电压值，逐点测量通过二极管的正向电流值I0+和反向电流值I0-，并将所测电流值填入表16-2中。,3. 二极管反向特性测试,电路如16-3所示，电路参数：直流电源V11V，R2100。可变电阻R110，调节度为1。调节R1，使电压输出为01V。,图16-3 二极管反向特性测试电路,4.进行直流工作点分析,电路如图16-4所示，电路参数：直流电源V120V，V210V，R1100，R2200
5、，R3100，R4200，R5100。,图16-4 直流电路,操作步骤,1）创建电路节点号； 2）直流工作点分析； 3）单击Simulate按钮，就会弹出Analysis Graphs显示框，列出电路工作点的分析结果，如图16-5所示。,图16-5 直流工作点分析结果,16.1.5 实验研究,1) 改变仿真实验电路中元器件的参数，并进行测试。 2) 独立设计一个实验电路，并进行工作点分析。,16.1.6 实训报告,主要内容： 1）实训目的、基本原理、电路图、元器件和所需仪表等。 2）实训内容与操作步骤。 3）参数测量与分析。 4）实验研究结果。 5）实训总结。,16-1 实训项目完,机械工业出
6、版社印制,16.2 线性电路的实验研究,16.2.1 实训目的 1）加深对线性电路的理解。 2）验证线性电路的均匀性。 3）掌握线性电路的实验研究方法。,16.2.2 实训原理,在电路分析中，直流电路可以看成是一个线性电路。线性电路通常具有互易性、叠加性和均匀性等特性。 均匀性的基本原理是：在含有一个独立源（电压源或是电流源）的线性电路中，每一个电压或电流响应都与该独立源成线性关系。,16.2.3 实训指导,1）打开工作界面，创建直流电路，执行电压与电流测量。 2）从基本元件库中选用电阻，从电源库中选用电压源，从指示器件库中选用电压表和电流表。 3）进行直流电路均匀性的实验研究。,16.2.4
7、 实训内容与步骤,1.电压源单独作用,电路如图16-6所示，电路参数：直流电源V1100V，可变电阻R1100，调节度为1。调节R1，使电压输出为0100V。R2100，R3100，R4200，R510。,图16-6 电压源单独作用产生的激励,操作步骤,当调节V1的输出电压时，U2电流表和U3电压表的数值均按线性关系发生变化，将电流、电压测量值填入表16-3中，验证线性电路的均匀性。,2.电流源单独作用,电路如图16-7所示，电路参数：直流电源I110A，可变电阻R110，调节度为1。调节R1，使电流输出为010A。R2100，R3100，R4200，R510。,图16-7 电流源单独作用产生
8、的激励,操作步骤,当调节I1的输出电流时，U2电流表和U3电压表的数值均按线性关系发生变化，将电流、电压测量值填入表16-4中，验证线性电路的均匀性。,16.2.5 实验研究,1) 改变实验电路中元器件参数，并进行测试。 2) 独立设计一个电压源单独作用的实验电路，验证线性电路的均匀性。 3) 独立设计一个电流源单独作用的实验电路，验证线性电路的均匀性。,16.2.6 实训报告,主要内容： 1）实训目的、基本原理、电路图、元器件和所需仪表等。 2）实训内容与操作步骤。 3）参数测量与分析。 4）实验研究结果。 5）实训总结。,16-2 实训项目完,机械工业出版社印制,16.3 电流源与电压源的
9、等效变换,16.3.1 实训目的 1）加深对电流源与电压源的理解。 2）掌握电流源与电压源等效变换的实验研究方法。,16.3.2 实训原理,电压源是一种理想的电路元件，其端电压是一固定值。无论负载如何变化，端电压总保持一定。实际的电压源可看做一个理想电压源与一个电阻的串联组合。 电流源是一种理想的电路元件，其输出电流是一固定值。无论负载如何变化，输出电流总保持一定。实际的电流源可看做一个理想电流源与一个电阻的并联组合。 电压源与电流源可以进行等效变换。,16.3.3 实训指导,1）打开工作界面，创建电压源和电流源的仿真实验电路。 2）从元器件库中选用电阻，从电源库中选用电压源，从指示器件库中的
10、选用电压表和电流表。 3）测试电压源与电流源的伏安特性，并进行分析研究。,16.3.4 实训内容与步骤,1.测量电压源的伏安特性,电路如图16-8所示。电路参数：直流电压源V110V，R110，可变电阻R2100，调节度为1（A键）。,图16-8 电压源伏安特性测试电路,操作方法,连续单击“A”键，缓慢调节可变电阻R2，使R2阻值由小到大变化，分别为表16-5所列出的值。 逐点测量电压值和电流值，并将所测电流和电压值填入表16-5中。,2.测量电流源的伏安特性,电路如图16-9所示。电路参数：直流电流源I11A，并联电阻R110，可变电阻R2100，调节度为1。,图16-9 电流源伏安特性测试
11、电路,操作方法,连续单击“A”键，缓慢调节可变电阻R2，使R2阻值由小到大变化，分别为表16-6所列出的值。 逐点测量电压值和电流值，并将所测电流和电压值填入表16-5中。,3.电压源与电流源等效变换,变换电路如图16-10a、b所示。电路参数：电压源V110V，电流源I11A， R110，可变电阻R2100。,图16-10ab 电压源与电流源等效变换电路,操作方法,调节可变电阻R2的阻值，观察电压表与电流表的变化。 验证电压源与电流源等效变换的正确性。,16.3.5 实验研究,1）改变电路中电源与元件的参数，并进行测量。 2）独立设计一个电压源与电流源等效变换的实验电路。 3）电压源的输出端
12、为什么不允许短路？ 4）电流源的输出端为什么不允许开路？,16.3.6 实训报告,主要内容： 1）实训目的、基本原理、电路图、元器件和所需仪表等。 2）实训内容与操作步骤。 3）参数测量与分析。 4）实验研究结果。 5）实训总结。,16-3 实训项目完,机械工业出版社印制,* 16.4 受控源的仿真实验研究 （设计性实训）,16.4.1 实训目的 1）熟悉设计性实验思路和方法。 2）研究受控源特性，了解控制量与受控量的关系。 3）初步掌握受控源 仿 真实验研究方法。,16.4.2 实训原理,受控源主要有四种：电压控制电压源（VCVS）、电流控制电压源（CCVS）、电压控制电流源（VCCS）和电
13、流控制电流源（CCCS）。 受控源的基本特性是输入特性、输出特性和转移特性，其中转移特性是表述输出量与控制量之间的关系的特性。,16.4.3 实训指导,1）打开工作界面，创建受控源仿真实验电路。 2）从基本元件库中选用电阻，从电源库中选用电压源，从指示器件库中的选用电压表和电流表。 3）从基本元件库中选取受控源。 4）设定控制量，测试被控制量并对受控源进行研究。,16.4.4 实训内容与步骤,1.电压控制电压源实验研究,VCVS电路如图16-11所示。电路参数：电压源V110V，可调电阻R1100，调节度为1，控制系数=5V/V（可调）。,图16-11 电压控制电压源测试电路,操作步骤,1）测
14、试VCVS的转移特性 调节输入电压U1，逐点测量输出电压U2，并将所测数据填入表16-7中。 2）改变电压源的方向和数值，观察受控源电压的变化。 3）改变受控源的控制系数，观察受控源电压的变化。,2.电压控制电流源实验研究,VCCS电路如图16-12所示。电路参数：电压源V110V，电阻R1100，R1为可调电阻，调节度为1，控制系数5（可调）。,图16-12 电压控制电流源测试电路,操作步骤,1）测试VCCS的转移特性 调节输入电压U1，逐点测量输出电压I2，并将所测数据填入表16-8中。 2）改变电压源的方向和数值，观察受控源电流的变化。 3）改变受控源的控制系数，观察受控源电流的变化。,
15、3.电流控制电压源实验研究,CCVS电路如图16-13所示。电路参数：电流源I110A，电阻R1R210，R1为可调电阻，调节度为1，控制系数5（可调）。,图16-13 电流控制电压源测试电路,操作步骤,1）测试CCVS的转移特性 调节输入电流I1 ，逐点测量输出电压U2 ，并将所测数据填入表16-9中。 2）改变可调电阻R1的阻值，观察受控源电压的变化。 3）改变受控源的控制系数，观察受控源电流的变化。 4）改变电源的方向，观察受控源电压的变化。,4.电流控制电流源实验研究,CCCS电路如图16-14所示。电路参数：电流源I110A，电阻R1R210，R1为可调电阻，调节度为1，控制系数5A
16、/A（可调）。,图16-14 电流控制电流源测试电路,操作步骤,1）测试CCCS的转移特性 调节输入电流I1 ，逐点测量输出电压I2 ，并将所测数据填入表16-10中。 2）改变可调电阻R1的阻值，观察受控源电流的变化。 3）改变受控源的控制系数，观察受控源电流的变化。 4）改变电源的方向，观察受控源电流的变化。,16.4.5 实验研究,1）改变电路中电源与元件的参数并进行测试。 2）独立设计4个受控源仿真实验电路并对电路参数进行分析。,16.4.6 设计报告,主要内容： 1）实训目的、基本原理和设计方案。 2）电路图、所需仪表、元器件和电路参数。 3）实训内容与操作步骤。 4）数据测量与分析。 5）设计总结。,16-4 实训项目完,机械工业出版社印制,
