第 16 章电路基础

普通高等教育“十一五”国家级规划教材

第第 1616 章电路基础章电路基础

1.1. 实训目的实训目的

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。


2.2. 实训内容实训内容

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，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：

U RI

( )U f I


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。

普通高等教育“十一五”国家级规划教材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 V1 ＝ 10V ，R2 ＝ 10Ω 。可变电阻 R1 ＝ 10Ω ，调节度为 1 ％。调节 R1 ，使电压输出为 0~10V 。

图 16-1 线性电阻伏安特性测试电路


操作步骤操作步骤

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 V1 ＝1V ， R2 ＝ 100Ω 。可变电阻 R1 ＝ 10Ω ，调节度为 1 ％。调节 R1 ，使电压输出为 0~1V 。

图 16-2 二极管正向特性测试电路



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=0~30V 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 V1 ＝ 1V ， R2

＝ 100Ω 。可变电阻 R1 ＝ 10Ω ，调节度为 1 ％。调节 R1 ，使电压输出为 0~1V 。

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 V1 ＝20V ， V2 ＝ 10V ， R1 ＝ 100Ω ， R2 ＝ 200Ω ， R3 ＝100Ω ， R4 ＝ 200Ω ， R5 ＝ 100Ω 。

图 16-4 直流电路


操作步骤操作步骤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 16.1.5 实验研究实验研究

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 16.1.6 实训报告实训报告

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

机械工业出版社印制


16.2 线性电路的实验研究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 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 V1 ＝ 100V ，可变电阻 R1 ＝ 100Ω ，调节度为 1 ％。调节 R1 ，使电压输出为0~100V 。 R2 ＝ 100Ω ， R3 ＝ 100Ω ， R4 ＝ 200Ω ， R5 ＝ 10Ω 。

图 16-6 电压源单独作用产生的激励



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 I1 ＝ 10A ，可变电阻 R1 ＝ 10Ω ，调节度为 1 ％。调节 R1 ，使电流输出为 0~10A 。 R2 ＝ 100Ω ， R3 ＝ 100Ω ， R4 ＝200Ω ， R5 ＝ 10Ω 。

图 16-7 电流源单独作用产生的激励



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 16.2.5 实验研究实验研究

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 16.2.6 实训报告实训报告



16.3 电流源与电压源的等效变换电流源与电压源的等效变换

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 V1 ＝10V ， R1 ＝ 10Ω ，可变电阻 R2 ＝ 100Ω ，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 I1 ＝ 1A ，并联电阻 R1 ＝ 10Ω ，可变电阻 R2 ＝ 100Ω ，调节度为 1

％。

图 16-9 电流源伏安特性测试电路



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 V1

＝ 10V ，电流源 I1 ＝ 1A ， R1 ＝ 10Ω ，可变电阻 R2 ＝100Ω 。

图 16-10ab 电压源与电流源等效变换电路



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 16.3.5 实验研究实验研究

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 16.3.6 实训报告实训报告



** 16.4 受控源受控源的的仿真仿真实验研究实验研究（设计性实训）（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 V1 ＝ 10V ，可调电阻 R1 ＝ 100Ω ，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



1 ）测试 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 1( )U f U


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 V1 ＝10V ，电阻 R1 ＝ 100Ω ， 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



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。

1 1( )I f U


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 I1 ＝10A ，电阻 R1 ＝ R2 ＝ 10Ω ， 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



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。

2 1( )U f I


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 I1 ＝10A ，电阻 R1 ＝ R2 ＝ 10Ω ， R1 为可调电阻，调节度为 1

％，控制系数＝ 5A/A （可调）。

图 16-14 电流控制电流源测试电路



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。

2 1( )I f I


16.4.5 16.4.5 实验研究实验研究

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 16.4.6 设计报告设计报告

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。

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