實踐二簡單電路原理仿真綜合

1、實踐內(nèi)容年月日實踐內(nèi)容原則上應包含主要實踐步驟、實踐數(shù)據(jù)計算（實踐操作）結(jié)果、實踐結(jié)果（疑問）分析等項目。仿真實踐 1 實際電壓源與實際電流源的等效變換一、實驗目的（1）掌握 EWB的使用。通過實驗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際電壓源的區(qū)別及理想電流源與實際電流源的區(qū)別。掌握電壓源與電流源進行等效變換的條件。二、實驗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 與負載的大小無關(guān)。輸出的電流 I 可以是 0的任意值，完全由外電路的負載決定。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 與負載的大小無關(guān)。輸出的電壓 U 可以是 0的任意值，完

2、全由外電路的負載決定。（3）理想電壓源與理想電流源在實際中并不存在。一個實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表示一個實際電源的，所以它們之間可以進行等效變換，其等效變換的條件為 US=ISRS 或 IS=US/RS。三、實驗內(nèi)容及步驟（1）在 EWB中按圖 2.64 連接電壓源實驗電路，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 電壓源實驗電路圖（2）單擊仿真運行開關(guān)按鈕，并通過鍵盤按鍵調(diào)節(jié)電位器阻值的百分比，

3、使阻值分別為0，250，500，750，1000，將所測得的電流與電壓值在實驗數(shù)據(jù)表 2.1 中。實驗數(shù)據(jù)表 2.1（3）按圖 2.65 連接電流源實驗電路。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 電流源實驗電路圖單擊仿真運行開關(guān)按鈕，并通過鍵盤按鍵調(diào)節(jié)電位器阻值的百分比，使阻值分別為0，250，

4、500，750，1000，將所測得的電流與電壓值在實驗數(shù)據(jù)表 2.2 中。實驗數(shù)據(jù)表 2.2比較實驗數(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外電路是等效的。四、思考題利用測量探針來測量圖 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，卻不受負載的影響，它兩端的電壓取決于恒定電流和負載。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，卻不受負載的影響，它兩端的電壓不受負載影響仿真實踐 2 直流電路節(jié)點電壓與支路電流分析一、實驗目的熟悉 EWB的

6、使用。學會利用 EWB中的直流工作點分析法來分析直流電路的節(jié)點電壓與支路電流。學會利用 EWB中的測量探針來探測直流電路中的節(jié)點電壓與支路電流。二、實驗原理直流電路的分析方法是通過節(jié)點電壓法、網(wǎng)孔電流法、支路電流法等列出電路方程，然后通過分析計算獲得各節(jié)點的電壓和各支路電流。在 EWB 中，有多種方法可測量電路中各節(jié)點的電位及各支路的電流的值。如可以利用指示器件庫中的電壓表和電流表進 量，也可以用測量儀器中數(shù)字萬用表進 量，或者用測量儀器中的測量探針進行探測，還可以直接對電路進行直流工作點分析。本實驗中采用直流工作點分析和測量探針兩種方法進行。三、實驗內(nèi)容及步驟在 EWB 中建立如圖 2.66

7、 所示具有 3 個節(jié)點的實驗電路，并確定接地參考點。待測的兩個獨立節(jié)點電位為 V1 和 V3。利用直流工作點分析進行實驗。在菜單中選擇 Simulate/ ysis/DC Operating Po ysis命令，彈出直流工作點分析設(shè)置窗口，在設(shè)置窗口的左邊選擇電路中所要進行分析的變量（各節(jié)點電位或支路電流），通過單擊 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。本實驗中選取了 4 個節(jié)點電位和 2 個支路電流作為分析結(jié)果的輸出。在直流工作點分析設(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 個節(jié)點的電壓及 2 個支路的電流用列表

8、的方式顯示出來。圖 2.66 直流電路節(jié)點電壓分析實驗（4）利用測量探針進行實驗。在測量儀器（instruments）中選取測量探針（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，雙擊測量探針，彈出探針屬性（probe properties）選項面板，單擊測量參數(shù)（paramenters）按鈕，在顯示（show）項目欄中將不需顯示的選項選為 No，只保留電壓 V 和電流 I 選項為測量參數(shù)，單擊 OK 按鈕完成測量探針的選項設(shè)置。單擊仿真開關(guān)按鈕顯示節(jié)點 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，利用直流工作點分析方法，將所得的有關(guān)電壓和電流的數(shù)據(jù)在實驗數(shù)據(jù)表 2.3 中。實驗數(shù)據(jù)表 2.3（6）建立如圖 2.67 所示的支路電流測量電路。利用測量探針測量各支路電流。測量探針的參數(shù)設(shè)置仿照步驟（4）進行，顯示結(jié)果如圖 2.67 所示。圖 2.67 直流電路支路電流測量實驗（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)填入實驗數(shù)據(jù)表2.4 中。實驗數(shù)據(jù)表 2.4（8）用支路電流法列出圖 2.67 電路在 R3=800時的支路電流方程，根據(jù)所測的各支路電流值對該電路的支路電流方程進行驗證計算。將驗證

10、計算結(jié)果填入實驗數(shù)據(jù)表 2.4 中。五、思考題（1）在圖 2.66 中，將支路 3 的測量探針的方向反過來（向右），則該支路探測點的電壓與電流數(shù)據(jù)的變實驗項目IR1(mA)IR2(mA)IR3(mA)計算：I=? (IR1-IR2-IR3=?)計算：U=? (300IR1+800IR3-12=?)計算：U=? (200IR2IR3=?)實驗結(jié)果15.76.529.1300.014V0實驗項目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 條支路電流的測量值與計

11、算值比較，情況如何？答：（1）d 電壓與電流都不會改變。（2）實際值與測量值有一些誤差，但誤差不大。仿真實踐 3 疊加定理的驗證一、實驗目的（1）熟悉 EWB的使用。加深對疊加定理內(nèi)容的理解加深對疊加定理適用范圍的認識二、實驗原理疊加定理是線性電路的一個重要定理，體現(xiàn)了線性電路的基本性質(zhì)，為分析和計算復雜電路提供了新的、更加簡便的方法。對于含有多個電源的線性電路，任何一條支路中的電流或電壓，都可以看成是由各個獨立電源單獨作用時，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。所謂某一電源單獨作用，是指其他電源補作用，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。對于

12、理想電壓源（內(nèi)阻為 0），輸出電壓為 0 即為短路；對于理想電流源（內(nèi)阻為），輸出電流為 0 即為開路。三、實驗內(nèi)容及步驟（1）按圖（a）在 EWB中具有兩個電源同時作用的實驗電路。在各支路中接入測量探針，如電路中的箭頭所示，雙擊探針選擇其測量參數(shù)為電流，單擊仿真開關(guān)按鈕得各支路的電流值，記入實驗數(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 電源單獨作用時的各支路電流值，記入實驗數(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 電源單獨作用時的各支路電流值，記入實驗數(shù)據(jù)表中。實驗數(shù)據(jù)表（5）根據(jù)實驗數(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 個電路中，分別用電壓表測量 3 個電阻上的電壓，驗證其疊加定理的正確性。（2）用直流工作點分析法對圖中的 3 個電路進行放仿真分析。根據(jù)分析結(jié)果驗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 支路的電流值兩個電源同時作用時38.2mA10.9mA27.3mA12V 電源單獨作用時54.5mA32.7mA21.8mA6V 電源單獨作用時-16.4mA-21.8mA5.45mA（a）(b)（c）仿真實踐 4定理的驗證一、實驗目的（1）熟悉 EWB的使用。（2）學習測量有源兩端網(wǎng)絡的開路電壓 U。與除源網(wǎng)絡的等效電阻 R。的方法

14、（3）驗證二、實驗原理定理的正確性（1）定理的內(nèi)容：任何一個含有電源的線性二端網(wǎng)絡 N，對外電路而言，總可以用一個串聯(lián)電阻的電壓源來代替。電壓源的電壓等于該二端網(wǎng)絡 N 的開路電壓 U。，電壓源的內(nèi)阻等于該二端網(wǎng)絡除去電源后的除源網(wǎng)絡 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)字萬用表測量除源網(wǎng)絡 N。端口之間的電阻，也可以由含源二端網(wǎng)絡的開路電壓 Us 與短路電流 Is 的比值而得（Rs=Us/Is）。三、實驗內(nèi)容及步驟（1）在 EWB中按圖（a）電路，在含源二端網(wǎng)絡的輸出端并接電壓表，在外電路負載回路中串接

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)在基本元件庫中選?。ㄔ?place basic 中選 switch），開關(guān)的通/斷可由按鍵進行設(shè)置。（2）單擊仿真開關(guān)（simulation switch）按鈕，按下 A 鍵，調(diào)節(jié)負載電位器為 50%（500），通過空格鍵（space）接通外電路的控制開關(guān)，測得負載中的電流值 I 和兩端的電壓值 U，將其填入實驗數(shù)據(jù)表中。實驗數(shù)據(jù)表 2.6按空格鍵打開外電路控制開關(guān)，測得含源兩端網(wǎng)絡的開路電壓 U。按下 Shift+A 組合鍵調(diào)節(jié)負載為 0%（0）或用短路線將負載短路，接通控制開關(guān)，測量負載的短路電流 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，外界負載仍為 1K可調(diào)電位器，等效電路如圖（b）所示。（5）重復實驗步驟（2），測量負載中的電流 I 和兩端電壓 U，填入實驗數(shù)據(jù)表中。（6）將步驟（2）含源二端網(wǎng)絡實驗的測量結(jié)果與步驟（7）等效電路實驗的測量結(jié)果進行比較，并調(diào)節(jié)負載的大小，觀察兩個電路中的電壓與電流的變化是否一致，驗證定理的正確性。利用數(shù)字萬用表測量無源網(wǎng)絡的等效電阻。在圖（a）中除去 8V 電源和負載（8V 電源用短路線連接），并除去電壓表和電流表，得到相應的無源二端網(wǎng)絡。該無源二端網(wǎng)絡為 100電阻與 300并聯(lián)后

17、再 與 300串聯(lián)。從測量儀器（instruments）中選取數(shù)字萬用表（multimeter）接入該無源二端網(wǎng)絡，雙擊數(shù)字萬用表圖標以打開其面板，選檔。單擊仿真開關(guān)按鈕，即可在數(shù)字萬用表面板上顯示該無源網(wǎng)絡的等效電阻 值。比較該阻值與步驟（5）的 Rs 計算值是否一致。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 進行計算。（2）在含源二端網(wǎng)絡與變化情況是否一致？答：（1）因為在等效電路中，當負載從 0 變化到時，負載中的電流與負載兩端的電壓的定理中，等效電壓源的內(nèi)阻 Rs 其實就是開路電壓和短路電流時，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 進行計算。（2）是一致的。負載為50%（500）負載兩端電壓 U（V）負載中的電流 I（mA）開路電壓U。（V）短路電流Is（mA）計算內(nèi)阻Rs=U。/Is（）測量內(nèi)阻Rs（）含源二端網(wǎng)絡實驗3.4286.8576.0000.016375375等 效電路3.4286.8576.0000.016375375課后習題T9.電路如圖 2.45 所示，已知電源電動勢 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，已知電源電動勢 E1=18V，E2=9V，電源