實(shí)踐二簡(jiǎn)單電路原理仿真綜合

1、實(shí)踐內(nèi)容年月日實(shí)踐內(nèi)容原則上應(yīng)包含主要實(shí)踐步驟、實(shí)踐數(shù)據(jù)計(jì)算（實(shí)踐操作）結(jié)果、實(shí)踐結(jié)果（疑問(wèn)）分析等項(xiàng)目。仿真實(shí)踐 1 實(shí)際電壓源與實(shí)際電流源的等效變換一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握 EWB的使用。通過(guò)實(shí)驗(yàn)理解電壓源和電流源的概念和各自的外部特性。理解理想電壓源與實(shí)際電壓源的區(qū)別及理想電流源與實(shí)際電流源的區(qū)別。掌握電壓源與電流源進(jìn)行等效變換的條件。二、實(shí)驗(yàn)原理理想電壓源是指能輸出恒定電壓的電源。輸出電壓的大小 U 與負(fù)載的大小無(wú)關(guān)。輸出的電流 I 可以是 0的任意值，完全由外電路的負(fù)載決定。理想電流源是指能輸出恒定電流的電源。輸出電流的大小 I 與負(fù)載的大小無(wú)關(guān)。輸出的電壓 U 可以是 0的任意值，完

2、全由外電路的負(fù)載決定。（3）理想電壓源與理想電流源在實(shí)際中并不存在。一個(gè)實(shí)際電壓源可以用理想電壓源的電壓源表示，也可以用理想電流源 IS 與電阻 RS 并聯(lián)的電流源表示。US 與電阻 RS 串聯(lián)（4）電壓源與電流源都是用來(lái)表示一個(gè)實(shí)際電源的，所以它們之間可以進(jìn)行等效變換，其等效變換的條件為 US=ISRS 或 IS=US/RS。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟（1）在 EWB中按圖 2.64 連接電壓源實(shí)驗(yàn)電路，其中電壓源的電壓為 10V，電壓源內(nèi)阻為 1K。外電路為 1K可調(diào)電位器，外電路中接入電流表和電壓表。圖 2.64 電壓源實(shí)驗(yàn)電路圖（2）單擊仿真運(yùn)行開關(guān)按鈕，并通過(guò)鍵盤按鍵調(diào)節(jié)電位器阻值的百分比，

3、使阻值分別為0，250，500，750，1000，將所測(cè)得的電流與電壓值在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 2.1 中。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 2.1（3）按圖 2.65 連接電流源實(shí)驗(yàn)電路。根據(jù)電壓源與電流源等效變換的條件，取電流源的電流為 10mA，可調(diào)電阻（）02505007501000外電路電流（mA）10mA8mA6.667mA5.715mA5mA外電路電壓（V）1.221uV2V3.333V4.286V5V電流源內(nèi)阻仍為 1k。外電路的可調(diào)電位器與電流表、電壓表的接入方法與圖 2.64 的連接方法相同。圖 2.65 電流源實(shí)驗(yàn)電路圖單擊仿真運(yùn)行開關(guān)按鈕，并通過(guò)鍵盤按鍵調(diào)節(jié)電位器阻值的百分比，使阻值分別為0，250，

4、500，750，1000，將所測(cè)得的電流與電壓值在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 2.2 中。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 2.2比較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 2.1 和表 2.2 中的電壓與電流數(shù)據(jù)，可以看出符合等效變換條件（US=ISRS）的電壓源與電流源對(duì)外電路是等效的。四、思考題利用測(cè)量探針來(lái)測(cè)量圖 2.64 和圖 2.65 中外電路的電壓與電流。理想電壓源與理想電流源是否能夠等效變換？為什么？答：（1）可調(diào)電位器（）02505007501000可調(diào)電阻（）02505007501000外電路電流（mA）10mA8mA6.67mA5.71mA5mA外電路電壓（V）1.22uV2V3.33V4.29V5V可調(diào)電位器（）02505007501

5、000外電路電流（mA）10mA8mA6.666mA5.714mA5mA外電路電壓（V）1.221uV2V3.333V4.286V5V外電路電流（mA）10mA8mA6.67mA5.71mA5mA外電路電壓（V）1.22uV2V3.33V4.29V5V答：理想電壓源與理想電流源之間不可以進(jìn)行等效變換；理想電流源：是一種理想電源，它可以為電路 提供大小、方向不變的電流，卻不受負(fù)載的影響，它兩端的電壓取決于恒定電流和負(fù)載。理想電壓源：是一種理想電源，它可以為電路提供大小、方向不變的電壓，卻不受負(fù)載的影響，它兩端的電壓不受負(fù)載影響仿真實(shí)踐 2 直流電路節(jié)點(diǎn)電壓與支路電流分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜?EWB的

6、使用。學(xué)會(huì)利用 EWB中的直流工作點(diǎn)分析法來(lái)分析直流電路的節(jié)點(diǎn)電壓與支路電流。學(xué)會(huì)利用 EWB中的測(cè)量探針來(lái)探測(cè)直流電路中的節(jié)點(diǎn)電壓與支路電流。二、實(shí)驗(yàn)原理直流電路的分析方法是通過(guò)節(jié)點(diǎn)電壓法、網(wǎng)孔電流法、支路電流法等列出電路方程，然后通過(guò)分析計(jì)算獲得各節(jié)點(diǎn)的電壓和各支路電流。在 EWB 中，有多種方法可測(cè)量電路中各節(jié)點(diǎn)的電位及各支路的電流的值。如可以利用指示器件庫(kù)中的電壓表和電流表進(jìn) 量，也可以用測(cè)量?jī)x器中數(shù)字萬(wàn)用表進(jìn) 量，或者用測(cè)量?jī)x器中的測(cè)量探針進(jìn)行探測(cè)，還可以直接對(duì)電路進(jìn)行直流工作點(diǎn)分析。本實(shí)驗(yàn)中采用直流工作點(diǎn)分析和測(cè)量探針兩種方法進(jìn)行。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟在 EWB 中建立如圖 2.66

7、 所示具有 3 個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)電路，并確定接地參考點(diǎn)。待測(cè)的兩個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)電位為 V1 和 V3。利用直流工作點(diǎn)分析進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在菜單中選擇 Simulate/ ysis/DC Operating Po ysis命令，彈出直流工作點(diǎn)分析設(shè)置窗口，在設(shè)置窗口的左邊選擇電路中所要進(jìn)行分析的變量（各節(jié)點(diǎn)電位或支路電流），通過(guò)單擊 Add 按鈕將該變量添加到右邊的輸出窗口中，作為分析結(jié)果的輸出。本實(shí)驗(yàn)中選取了 4 個(gè)節(jié)點(diǎn)電位和 2 個(gè)支路電流作為分析結(jié)果的輸出。在直流工作點(diǎn)分析設(shè)置窗口中，單擊 Simulate（仿真）按鈕，即 到如圖 2.66 右邊所示的仿真結(jié)果。4 個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓及 2 個(gè)支路的電流用列表

8、的方式顯示出來(lái)。圖 2.66 直流電路節(jié)點(diǎn)電壓分析實(shí)驗(yàn)（4）利用測(cè)量探針進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在測(cè)量?jī)x器（instruments）中選取測(cè)量探針（measurement probe）接入圖2.66 電路中的1 支路和3 支路，如電路中的箭頭所示，雙擊測(cè)量探針，彈出探針屬性（probe properties）選項(xiàng)面板，單擊測(cè)量參數(shù)（paramenters）按鈕，在顯示（show）項(xiàng)目欄中將不需顯示的選項(xiàng)選為 No，只保留電壓 V 和電流 I 選項(xiàng)為測(cè)量參數(shù)，單擊 OK 按鈕完成測(cè)量探針的選項(xiàng)設(shè)置。單擊仿真開關(guān)按鈕顯示節(jié)點(diǎn) 1 和 3 的電壓值及 1 支路和 3 支路的電流值，如圖 2.66 所示。（5）將圖

9、 2.66 電路中的 R5 的值改變?yōu)?1k，利用直流工作點(diǎn)分析方法，將所得的有關(guān)電壓和電流的數(shù)據(jù)在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 2.3 中。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 2.3（6）建立如圖 2.67 所示的支路電流測(cè)量電路。利用測(cè)量探針測(cè)量各支路電流。測(cè)量探針的參數(shù)設(shè)置仿照步驟（4）進(jìn)行，顯示結(jié)果如圖 2.67 所示。圖 2.67 直流電路支路電流測(cè)量實(shí)驗(yàn)（7）將圖 2.67 電路中 R3 的阻值改為 800，觀察各支路電流的變化情況，將所得數(shù)據(jù)填入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表2.4 中。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 2.4（8）用支路電流法列出圖 2.67 電路在 R3=800時(shí)的支路電流方程，根據(jù)所測(cè)的各支路電流值對(duì)該電路的支路電流方程進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算。將驗(yàn)證

10、計(jì)算結(jié)果填入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 2.4 中。五、思考題（1）在圖 2.66 中，將支路 3 的測(cè)量探針的方向反過(guò)來(lái)（向右），則該支路探測(cè)點(diǎn)的電壓與電流數(shù)據(jù)的變實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目IR1(mA)IR2(mA)IR3(mA)計(jì)算：I=? (IR1-IR2-IR3=?)計(jì)算：U=? (300IR1+800IR3-12=?)計(jì)算：U=? (200IR2IR3=?)實(shí)驗(yàn)結(jié)果15.76.529.1300.014V0實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目V1(V)V2(V)V3(V)V4(V)I1(mA)I2(mA)仿真結(jié)果1268.263644.99091-5.0454512.45455化情況如何？（2）將圖 2.67 電路的 3 條支路電流的測(cè)量值與計(jì)

11、算值比較，情況如何？答：（1）d 電壓與電流都不會(huì)改變。（2）實(shí)際值與測(cè)量值有一些誤差，但誤差不大。仿真實(shí)踐 3 疊加定理的驗(yàn)證一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）熟悉 EWB的使用。加深對(duì)疊加定理內(nèi)容的理解加深對(duì)疊加定理適用范圍的認(rèn)識(shí)二、實(shí)驗(yàn)原理疊加定理是線性電路的一個(gè)重要定理，體現(xiàn)了線性電路的基本性質(zhì)，為分析和計(jì)算復(fù)雜電路提供了新的、更加簡(jiǎn)便的方法。對(duì)于含有多個(gè)電源的線性電路，任何一條支路中的電流或電壓，都可以看成是由各個(gè)獨(dú)立電源單獨(dú)作用時(shí)，在此支路中所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和，這就是疊加定理。所謂某一電源單獨(dú)作用，是指其他電源補(bǔ)作用，也即電壓源輸出的電壓為 0，電流源的輸出電流為 0，但須保留其內(nèi)阻。對(duì)于

12、理想電壓源（內(nèi)阻為 0），輸出電壓為 0 即為短路；對(duì)于理想電流源（內(nèi)阻為），輸出電流為 0 即為開路。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟（1）按圖（a）在 EWB中具有兩個(gè)電源同時(shí)作用的實(shí)驗(yàn)電路。在各支路中接入測(cè)量探針，如電路中的箭頭所示，雙擊探針選擇其測(cè)量參數(shù)為電流，單擊仿真開關(guān)按鈕得各支路的電流值，記入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表中。去掉 6V 電源并將該支路短路，得圖（b）所示電路，單擊仿真開關(guān)按鈕得到 12V 電源單獨(dú)作用時(shí)的各支路電流值，記入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表中。按圖（c）所示連接電路，單擊仿真開關(guān)按鈕得到 6V 電源單獨(dú)作用時(shí)的各支路電流值，記入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表中。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表中的仿真結(jié)果，分析疊加定理的正確

13、性。四、思考題（1）在圖中的 3 個(gè)電路中，分別用電壓表測(cè)量 3 個(gè)電阻上的電壓，驗(yàn)證其疊加定理的正確性。（2）用直流工作點(diǎn)分析法對(duì)圖中的 3 個(gè)電路進(jìn)行放仿真分析。根據(jù)分析結(jié)果驗(yàn)證其疊加定理的正確性。(1)(2)電源作用R1 支路的電流值R2 支路的電流值R3 支路的電流值兩個(gè)電源同時(shí)作用時(shí)38.2mA10.9mA27.3mA12V 電源單獨(dú)作用時(shí)54.5mA32.7mA21.8mA6V 電源單獨(dú)作用時(shí)-16.4mA-21.8mA5.45mA（a）(b)（c）仿真實(shí)踐 4定理的驗(yàn)證一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）熟悉 EWB的使用。（2）學(xué)習(xí)測(cè)量有源兩端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓 U。與除源網(wǎng)絡(luò)的等效電阻 R。的方法

14、（3）驗(yàn)證二、實(shí)驗(yàn)原理定理的正確性（1）定理的內(nèi)容：任何一個(gè)含有電源的線性二端網(wǎng)絡(luò) N，對(duì)外電路而言，總可以用一個(gè)串聯(lián)電阻的電壓源來(lái)代替。電壓源的電壓等于該二端網(wǎng)絡(luò) N 的開路電壓 U。，電壓源的內(nèi)阻等于該二端網(wǎng)絡(luò)除去電源后的除源網(wǎng)絡(luò) N。的等效電阻 R。（2）在等效電路中，電壓源的電壓 Us 可用電壓表直接測(cè)量端口之間的開路電壓，電壓源的內(nèi)阻Rs 可直接用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量除源網(wǎng)絡(luò) N。端口之間的電阻，也可以由含源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓 Us 與短路電流 Is 的比值而得（Rs=Us/Is）。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟（1）在 EWB中按圖（a）電路，在含源二端網(wǎng)絡(luò)的輸出端并接電壓表，在外電路負(fù)載回路中串接

15、電流表，外電路選用 1K可調(diào)電位器。為了控制外電路的通斷，接入一開關(guān)，該開關(guān)在基本元件庫(kù)中選?。ㄔ?place basic 中選 switch），開關(guān)的通/斷可由按鍵進(jìn)行設(shè)置。（2）單擊仿真開關(guān)（simulation switch）按鈕，按下 A 鍵，調(diào)節(jié)負(fù)載電位器為 50%（500），通過(guò)空格鍵（space）接通外電路的控制開關(guān)，測(cè)得負(fù)載中的電流值 I 和兩端的電壓值 U，將其填入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表中。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 2.6按空格鍵打開外電路控制開關(guān)，測(cè)得含源兩端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓 U。按下 Shift+A 組合鍵調(diào)節(jié)負(fù)載為 0%（0）或用短路線將負(fù)載短路，接通控制開關(guān)，測(cè)量負(fù)載的短路電流 Is。根據(jù)開路電

16、壓與短路電流求出 Rs=U。/Is（4）由步驟（3）和步驟（5）得到的的 U。與 Rs 建立等效電壓源電路，外界負(fù)載仍為 1K可調(diào)電位器，等效電路如圖（b）所示。（5）重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟（2），測(cè)量負(fù)載中的電流 I 和兩端電壓 U，填入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表中。（6）將步驟（2）含源二端網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果與步驟（7）等效電路實(shí)驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，并調(diào)節(jié)負(fù)載的大小，觀察兩個(gè)電路中的電壓與電流的變化是否一致，驗(yàn)證定理的正確性。利用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量無(wú)源網(wǎng)絡(luò)的等效電阻。在圖（a）中除去 8V 電源和負(fù)載（8V 電源用短路線連接），并除去電壓表和電流表，得到相應(yīng)的無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)。該無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)為 100電阻與 300并聯(lián)后

17、再 與 300串聯(lián)。從測(cè)量?jī)x器（instruments）中選取數(shù)字萬(wàn)用表（multimeter）接入該無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)，雙擊數(shù)字萬(wàn)用表圖標(biāo)以打開其面板，選檔。單擊仿真開關(guān)按鈕，即可在數(shù)字萬(wàn)用表面板上顯示該無(wú)源網(wǎng)絡(luò)的等效電阻 值。比較該阻值與步驟（5）的 Rs 計(jì)算值是否一致。四、思考題（1）在定理中，等效電壓源的內(nèi)阻如 Rs，為什么可用開路電壓 U。除以短路電流 Is 進(jìn)行計(jì)算。（2）在含源二端網(wǎng)絡(luò)與變化情況是否一致？答：（1）因?yàn)樵诘刃щ娐分?，?dāng)負(fù)載從 0 變化到時(shí)，負(fù)載中的電流與負(fù)載兩端的電壓的定理中，等效電壓源的內(nèi)阻 Rs 其實(shí)就是開路電壓和短路電流時(shí)，Rs 是直接與等效電壓源串聯(lián)在一起的，

18、所以要用開路電壓 Uo 除以短路電流 Is 進(jìn)行計(jì)算。（2）是一致的。負(fù)載為50%（500）負(fù)載兩端電壓 U（V）負(fù)載中的電流 I（mA）開路電壓U。（V）短路電流Is（mA）計(jì)算內(nèi)阻Rs=U。/Is（）測(cè)量?jī)?nèi)阻Rs（）含源二端網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)3.4286.8576.0000.016375375等 效電路3.4286.8576.0000.016375375課后習(xí)題T9.電路如圖 2.45 所示，已知電源電動(dòng)勢(shì) E1=4V，E2=8V，電源內(nèi)阻 r1=0.1,r2=2，電阻 R1=3，R2=2，R3=8。試用支路電流法求各支路中的電流。T10.電路圖如圖 2.46 所示，已知：E1=12V，E2=6V，R1=1，R2=2,IS=3A（方向向上），試用支路電流法求各支路電流和各電源的輸出功率。T11.電路如圖 2.47 所示，E1=3V， R1=1k，E2=3V，R2=0.5k，R3=2k, I3=3mA，試用支路電流法求 I1、 I2 和 E3 各為何值？T12.電路如圖 2.48 所示，已知電源電動(dòng)勢(shì) E1=18V，E2=9V，電源