电路分析实验指导书16.docx
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电路分析实验指导书16
实验一电路仿真工具Multisim的基本应用
一．实验目的
1.学会电路仿真工具Multisim的基本操作。
2.掌握电路图编辑法，用Multisim对电路进行仿真。
二、实验仪器
PC机、Multisim软件
三、实验原理
MultiSim7软件是加拿大ElectronicsWorkbench公司推出的用于电子电路仿真的虚拟电子工作台软件。
它可以对模拟电路、数字电路或混合电路进行仿真。
该软件的特点是采用直观的图形界面，在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，用屏幕抓取的方式选用元器件，创建电路，连接测量仪器。
软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。
1.Multisim7主窗口
2.常用Multisim7设计工具栏
元件编辑器按钮--用以增加元件
仿真按钮--用以开始、暂停或结束电路仿真。
分析图表按钮--用于显示分析后的图表结果
分析按钮--用以选择要进行的分析。
3．元件工具栏（主窗口左边两列）
其中右边一列绿色的为常用元器件（且为理想模型）。
左边一列包含了所有元器件（包括理想模型和类实际元器件模型）。
在电路分析实验中常用到的器件组包括以下三个组（主界面左边第二列）：
电源组
信号源
基本器件组
（1）常用电源（点击电源组）
交流电源
直流电源
接地
（2）常用基本信号源
交流电流源
交流电压源
（3）常用基本元器件（点击基本器件组）
电感
电位器
电阻
可变电容
电容
4.常用虚拟仪器（主窗口右侧一列）
数字万用表
数字万用表的量程可以自动调整。
双击虚拟仪器可进行参数设定。
下图是其图标和面板：
其电压、电流档的内阻，电阻档的电流和分贝档的标准电压值都可以任意设置。
从打开的面板上选Setting按钮可以设置其参数。
（2）
信号发生器
信号发生器可以产生正弦、三角波和方波信号，其图标和面板如下图所示。
可调节方波和三角波的占空比。
双击虚拟仪器可进行参数设定。
（3）
示波器
在Multisim7中提供了两种示波器：
通用双踪示波器和4通道示波器。
双击虚拟仪器可进行参数设定。
这里仅介绍通用双踪示波器。
其图标和面板如下图所示。
5.操作步骤
由于Multisim7增加了虚拟测量仪器，Multisim7还提供了独特的虚拟电子工作台仿真方式，可以用虚拟仪器实时监测显示电路的变量值，频响曲线和波形。
仿真的步骤为：
1）在工作区放置元件的原理图符号，连接导线，设置元件参数；
2）放置和连接测量仪器，设置测量仪器参数；
3）启动仿真开关，在仪器上观察仿真结果。
具体电路连接操作如下：
（1）元器件操作
元件选用：
打开元件库栏，移动鼠标到需要的元件图形上，点击按下左键，鼠标边上将会出现你所选择的元件图表，移动鼠标到工作区，再次点击鼠标放置元件。
元件的移动：
用鼠标拖拽。
元件的旋转、反转、复制和删除：
用鼠标单击元件符号选定，用相应的菜单、工具栏，或单击右键激活弹出菜单，选定需要的动作。
删除元件也可以通过先选定该元件，然后按下Delete键即可。
元器件参数设置：
双击所要修改的元件，弹出元件的属性对话框，在该对话框中可以设定元器件的标签、编号、数值和模型参数。
（2）导线的操作
连接：
鼠标指向元件的端点，出现小圆点后，点击左键并移动到另一个元件的端点或某条导线上，再次点击鼠标左键即可。
删除和改动：
选定该导线，单击鼠标右键，在弹出菜单中选delete。
调整弯曲的连线：
如果元器件的位置与连线不在同一直线上，可选中该元器件，然后用四个箭头键微调该元件的位置。
如果连线接入端点的方向不合适，可对连线接入端点的方向予以调整。
（3）放置节点
在工作区中点击右键，选择PlaceJunction（放置节点），移动鼠标至所要放节点的位置，点击左键完成节点的放置。
四、实验内容
1.使用Multisim7完成电路图1-1的连接。
要求利用万用表测量电阻R1支路电路I1，电阻R2支路电路I2，电阻R3支路电路I3。
改变R2的阻值完成表1-1。
图1-1
电流I
电阻R2
I1
I2
I3
50Ω
100Ω
1000Ω
表1-1
2.使用Multisim7完成电路图1-2的连接。
要求利用万用表测量电阻R1两端电压U1，电阻R2两端电压U2，电阻R3两端电压U3。
改变R2的阻值完成表1-2。
图1-2
表1-2
电压U
电阻R2
U1
U2
U3
50Ω
100Ω
1000Ω
3.使用Multisim7完成电路图1-3的连接。
要求使用信号发生器产生频率为10KHz，幅度为5V的方波作为信号源，使用双通道示波器观察电路输出波形。
记录R1为10KΩ，2KΩ时电容两端的输出波形，填入表1-3，注意标出坐标值。
图1-3
表1-3
R1=10KΩ
R1=2KΩ
五、思考问题
1.如何改变元器件的参数？
2.虚拟仪器和实际元器件的区别？
六、预习和实验报告要求
1.实验前仔细阅读实验指导书中本次实验内容，熟悉界面。
2.按要求填写表格中的相关数据，及完成波形的记录；
3.实验报告中按实验内容列写相应表格以及相关波形。
实验二常用仪器仪表的使用1
一、实验目的
1．掌握万用表、直流稳压电源的使用方法。
2．学会使用万用表测量电阻，掌握线性电阻元件伏安特性的测试方法。
3.识别和检测电阻的色环、数值、标称值、额定功率、精度。
二、实验仪器
实验箱I、万用表、直流稳压源、电阻
三、实验原理
1.直流稳压源
本实验采用直流稳压源DH1718D双路稳压稳流（CV/CC）跟踪电源是实验室通用电源。
具有恒压、恒流工作功能，且这两种模式可随负载变化而进行自动转换。
另外DH1718D具有串联主从工作功能，左边为主路，右为从路，在跟踪状态下，从路的输出电压随主路而变化。
这对于需要对称且可调双极性电源的场合特别适用。
使用方法如下：
（1）左边的按键为左路仪表指示功能选择，按下时指示该路输出电流，否则指示该路输出电压。
（2）中间按键是跟踪/常态选择开关，将左路输出负端至右路输出正端之间加一短路线，按下此键后，开启电源开关，整机即工作在主----从跟踪状态。
（3）输出电压的调节亦在输出端开路时调节；输出电流的调节亦在输出短路时进行。
2.电阻的伏安特性
电阻元件是一种对电流呈现阻力的元件，有阻碍电流流动的性能。
在电路中，线性电阻元件的值不随电压或电流大小的变化而改变，其两端的电压与流过它的电流成正比。
线性电阻元件R的伏安特性满足欧姆定律，在电压U和电流I的参考方向相关联的条件下，
U=IR
线性电阻元件的伏安特性还可以用其电流和电压的关系图形来表示，其伏安特性为一条通过坐标原点的直线，该直线斜率的倒数即为电阻值，它是一个常数。
3.色环阻值读值方法
电阻的阻值或直接标注在元件的外壳上，或是用不同的颜色的色环标注在元件的外壳上。
色环电阻分为四色环和五色环，所谓四色环就是用四条有颜色的环代表阻值大小。
每种颜色代表不同的数字：
颜色
棕
红
橙
黄
绿
蓝
紫
灰
白
黑
金
银
代表数值
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
误差
±5%
误差
±10%
四色环各色环表示意义如下：
第一条色环：
阻值的第一位数字；第二条色环：
阻值的第二位数字；第三条色环：
10的幂数；第四条色环：
误差表示。
例如：
电阻色环：
棕绿红金，第一位：
1；第二位：
5；第三位：
10的幂为2（即100）；误差为5%；即阻值为：
15×100=1500欧=1.5千欧=1.5KΩ。
精确度更高的“五色环”电阻，用五条色环表示电阻的阻值大小，具体如下：
第一条色环：
阻值的第一位数字；第二条色环：
阻值的第二位数字；第三条色环：
阻值的第三位数字；第四条色环：
阻值乘数的10的幂数；第五条色环：
误差（常见是棕色，误差为1%）。
4.数字万用表
万用表是一种多量程和测量多种电量的便携式电子测量仪表。
可以测量交直流电压、交直流电流、电阻值、电容值等等。
万用表最大的特点是有一个量程转换开关，各种功能就是利用这个开关来切换的。
四、实验内容
1.万用表的使用
（1）测量直流电压
测量方法如下：
将黑色表笔插入COM插孔，红色表笔插入V/Ω插孔。
将功能开关置于直流电压测量（DCV/
）量程范围，并将表笔并接在被测负载或信号源上，在显示电压读数时，同时会指示出红表笔的极性。
注意：
1）在测量之前不知被测电压的范围时应将功能开关置于高量程档后逐步调低。
2）仅在最高位显示“1”时，说明已超过量程，须调高一档。
由直流稳压源给出如表2-1中多个电压，用万用表直流电压档测量。
将测量结果记入表2-1中。
表2-1
直流稳压源
上的电压
1V
6V
10V
15V
25V
数字万用表
实测结果
量程
（2）测量电阻
测量方法如下：
将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入VΩ插孔（注意：
红表笔极性为“＋”）。
将功能开关置于所需量程上，将测试笔跨接在被测电阻上
用万用表测量电阻，选好量程后，进行测试。
将测量结果记入表2-2中。
表2-2
被测电阻
51Ω
200Ω
1kΩ
10kΩ
51kΩ
数字万用表
实测结果
量程
2.测量线性电阻的伏安特性
按图2-1接好线路，已知电阻R的电阻值为2kΩ，利用实验箱0～12V可调直流电源或直流稳压电源调出表2-3中的电压，使用万用表测量电阻两端电压值和流经电阻的电流值，填入表2-3中。
根据表中数据，绘制电阻R的伏安特性曲线，完成表2-4。
使用万用表测量电流时，须注意：
将功能开关旋转到直流电流档，将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入A插孔，测试笔一定要串入被测电路中，否则将会烧毁万用表。
红表笔的极性将在数字显示的同时指示出来。
图2-1线性电阻伏安特性测试电路
表2-3
选择直流电压值
2V
4V
6V
8V
10V
12V
I（mA）
表2-4
R=2kΩ
I（mA）
U（V）
3.利用色环识读电阻值
读出不同阻值电阻的色环，填写表2-4。
表2-4
色环颜色
电阻
第一条
色环
第二条
色环
第三条
色环
第四条
色环
第五条
色环
5kΩ
10kΩ
25kΩ
五、思考题
1.测量电压信号时，仪器的量程选择多大时是最佳量程？
2.万用表的基本用途是什么？
3.什么是元件的伏安特性？
六、预习和实验报告要求
1.实验前仔细阅读实验指导书中本次实验内容，预习相关知识内容。
2.按要求测填写表格中的相关数据，及完成相关记录；
3.实验报告中按实验内容画出电路图及列写相应表格。
实验三常用仪器仪表的使用2
一、实验目的
1.初步学会信号发生器和示波器的使用方法。
2.学会使用示波器观察波形变化。
3.学会利用示波器测量交直流电压。
二、实验仪器
信号发生器、双通道示波器
三、实验原理
1.信号发生器
（1）信号发生器是产生各种波形的信号电源。
按信号波形分类，有正弦信号发生器、方波信号发生器、脉冲信号发生器、函数信号发生器（多信号发生器）等。
信号发生器的核心部分是振荡器产生的信号放大后作为电压或功率输出。
通常输出电压可连续调节（细调），有电压衰减开关（粗调），输出频率也可通过粗调开关和细调旋钮进行调节。
（2）信号发生器的使用方法
1）先将输出幅值调到零位，接通电源，预热几分钟方可进行工作。
2）使用时将电源频率调到所需的数值，对于多信号发生器，还要将转换开关调到选定的波形位置，在确定负载与信号发生器连接无误后，再将输出电压从零调到所需数值。
3）不能将信号发生器的输出端短路，以免损坏仪器。
2.示波器
（1）示波器原理
示波器是一种综合性的电信号特性测试仪，用它可以直接显示电信号的波形，测量其幅值、频率以及同频率两信号的相位差等。
电路实验中，这种基本电子测量仪器会多次用到。
通过本实验，要求能够熟悉示波器的面板开关和旋钮的作用，初步学会示波器的一般使用方法。
示波器功能简介见附录。
（2）示波器使用方法
1）直流电压测量
●将触发方式置自动（AUTO），使屏幕上出现扫描基线，Y轴微调置校正（CAL）
●CH1，或CH2的输入接地（GND），此时的基线，即为0V基准线。
●加入被测信号，输入置DC，观察扫描基线在垂直方向平移的格数，与VOLTS/DIV开关指示的值相乘，即为信号的直流电压。
例如，VOLTS/DIV置0.5V/DIV，读得扫描线上移为3.4格，则被测电压为：
U=0.5/DIV×3.4DIV=1.7V。
2）交流电压测量
●将输入置AC（或DC）
●用垂直移位旋钮，将波形移至屏幕中心位置，按波形所占垂直方向的格数，即可测出电压波形的峰—峰值。
例如，VOLTS/DIV置0.2V/DIV，被测波形占5.2格，则被测电压为：
UP-P=0.2V/DIV×5.2DIV=1.4V（置DC时，将被测信号中的直流分量也考虑在内，置AC时，则直流分量无法测出）。
3）时间测量
●测间隔时间（周期）。
周期=TIME/DIV的值×一个周期所占的格数。
例如，TIME/DIV置于0.2ms/DIV，间隔在水平方向占6格，则其间隔时间为：
T=0.2ms/DIV×9DIV=1.2ms。
4）测量频率
●测量周期性信号的频率，测一个周期的时间，频率为周期的倒数。
例如，波形周期为8格，扫描开关置于1μs，则，T=1×8=8μs，f=1/T=125KHz。
也可直接从示波器上读出频率。
四、实验内容
1.熟悉示波器和信号发生器的各主要开关和旋钮的作用。
（1）接通电源并经预热以后，在示波器的荧光屏上调出一条水平扫描亮线来。
分别旋动[辉度]、[聚焦]、[垂直移位]、[水平移位]等旋钮，体会这些旋钮的作用。
（2）把信号发生器输出调到零值并接至示波器的输入端，然后打开信号发生器电源开关，预热再调节输出电压，在示波器的荧光屏上调出被测信号的波形来，分别转动示波器的[VOLTS/DIV]、[TIME/DIV]等旋扭，体会其作用。
2.直流电压的测量
（1）用万用表监测稳压电源输出为1V
（2）用示波器测量稳压电源输出并把数据填入表3-1
（3）重复
（1）
（2）完成其它电压值，并填表3-1
表3-1
稳压源表头指示
1V
3V
5V
10V
12V
30V
示波器垂直
灵敏度
示波器格数
读出的测量值
注：
使用示波器得到稳定波形的方法：
（1）选择合适的触发源SOURCE，若使用通道1，则按SOURCE按钮在屏幕正上方显示出ch1，若使用通道2，则按SOURCE按钮在屏幕正上方显示出ch2。
（2）选择触发偶合模式COUPL，按COUPL键屏幕上方显示DC模式。
（3）调节同步信号TRIGLEVEL，微调TRIGLEVEL旋钮，使触发信号与被测信号同步。
（4）必要时配合调节TIME/DIV旋钮。
3.交流电压的测量
信号源选定为正弦波输出，调节信号源AMPL旋钮得到表3-2中的信号幅度，频率分别为表3-2各值时，完成表3-2。
表3-2
频率/峰峰值
示波器
100Hz/
500mv
1kHz/
500mv
50kHz/
500mv
1kHz/
5v
10kHz/
5v
垂直灵敏度
峰峰值格数
读出峰峰值
水平灵敏度
周期的格数
计算出的频率值
五、思考问题
1.如果输入信号为5V，若[VOLTS/DIV]开关指在0.5伏的位置，荧光屏上正弦波的波峰和波谷相距四个方格，探头为×1，问信号幅值是多少？
如果在水平线上每个周期的波形占四个方格，[TIME/DIV]开关指在0.5ms的位置上，问信号的频率是多少?
2.怎么观察信号发生器输出信号幅度值？
六、实验报告
1.实验前仔细阅读实验指导书中本次实验内容，预习相关知识内容。
2．实验报告要按规定格式书写。
3．整理实验数据并作分析，得出相应结论
实验四电路定理实验
二．实验目的
1．加深对基尔霍夫定理和戴维南定理的理解
2．掌握基尔霍夫定理和戴维南定理的使用条件
3．掌握用基尔霍夫定理和戴维南定理分析电路的基本方法
4．加深电路中各支路电压、支路电流的测量方法
5．学习检查、分析电路及简单故障的排除能力
三．实验仪器
实验箱、万用表
四．实验原理
1.基尔霍夫定理
基尔霍夫定理是电路最基本的定理，用于分析和测量电路中各支路电流和各元件上的电压。
（1）基尔霍夫电流定理
对于任一集总电路中的任一结点，在任一时刻，流出或流入该结点的所有支路电流的代数和为零，也称作流出该结点的电流之和与流入该结点的电流之和相等。
其数学表达式为
式中，ik（t）为流出或流入该结点的第k条直流的电流，K为该结点处的总支路数。
（2）基尔霍夫电压定理
对于任一集总电路中的任一回路，在任一时刻，沿着该回路的所有支路电压降的代数和为零。
其数学表达式为
式中，uk（t）为该回路中第k条支路的电压，K为该回路中的总支路数。
2.戴维南定理
任何一个线性有源电阻二端网络，对外电路来说，都可以用一条电压源串联电阻的支路来代替。
电压源的电压等于有源二端网络的开路电压UOC，电阻等于该有源二端网络所有独立源为零值时网络两端的等效内阻RO，如图4-1所示。
在电子技术中，二端网络的戴维南等效内电阻也称为网络的输出电阻。
运用戴维南定理可以简化对复杂电路的分析过程。
图4-1戴维南等效电路
五．实验内容
1.基尔霍夫定理测试
图4-2基尔霍夫定理测试电路
（1）基尔霍夫电流定理测试
1按图4-2所示接好电路。
图中Us1=8V，Us2=10V，此两个电压源Us1、Us2由直流稳压电源给出。
在实际搭接电路过程中，应先用万用表测量电压的输出值达到8V和10V时，再将电源接入电路中。
注意电路与直流稳压电源要共地！
同时电路搭接过程中不能通电！
2用万用表测量各支路电流，将测量值填入表4-1。
测量电流时应注意以下几点：
a.万用表应串联在电路中
b.更改红色表笔位置（测电流时红表笔放在mA档位）
c.注意电流方向——红表笔（＋）流入，黑表笔（－）流出
d.测量档位调整——根据预先算好的计算值选择较大的档位
e.万用表测量电流必须按上述要求做，否则会烧毁万用表！
表4-1
计算值
测量值
误差％
I1/mA
I2/mA
I3/mA
∑I
（注：
误差＝|测量值－计算值|/计算值×100％）
（2）基尔霍夫电压定理测试
在图4-2所示电路中测量各支路电压，并将测量值填入表4-2
表4-2
U1/V
U2/V
U3/V
回路1电压代数和
回路2电压代数和
计算值
测量值
2.戴维南定理测试
图4-3原电路测量图
（1）按图4-3所示接好电路
（2）按表4-3所示测量原电路的输出电压Uo、输出电流Io，填入表4-3。
表4-4
原电路
等效电路
Uo/V
Io/mA
Uo/V
Io/mA
计算值
测量值
（3）按图4-4、图4-5测量原电路的开路电压Uoc和短路电流Isc，计算等效内阻填入表4.4。
图4-4开路电压测量电路图图4-5短路电流测量电路图
表4-4
开路电压Uoc/V
短路电流Isc/mA
等效内阻
Ro＝Uoc/Isc/kΩ
测量值
计算值
（4）设计如图4-6所示的戴维南等效电路，搭接电路，并测量等效电路的输出电压Uo、输出电流Io，将测量值填入表4-3，并将两组输出电压和输出电流进行比较。
图4-6戴维南等效电路测量图
六．思考题
1.在运用基尔霍夫定理分析电路时，如何确定结点处各支路电流的流向？
如何确定回路中各元件电压的符号？
2.有源电阻二端网络的戴维南等效电路的内阻可能为零吗？
可能为无穷大吗？
3.已知某电路的电流为3mA，现有量程分别为2mA和20mA的两只电流表，你将使用哪一只电流表进行测量？
为什么？
七．预习和实验报告要求
4.实验前仔细阅读实验指导书中本此实验内容，复习相关知识点。
5.按要求算出各个表格中的“计算值”，并填入表中；同时画出图4-3的戴维南等效电路，并标清开路电压值和等效内阻值。
6.实验报告中按实验内容画出电路图及列写相应表格。
实验五一阶电路的响应和时间常数的测定
一．实验目的
1.研究一阶网络的零输入响应和零状态响应的基本规律及其特点。
理解电路参数变化对响应的影响。
2.理解一阶RC电路的基本用途和微分电路、积分电路的基本特征。
3.掌握用示波器观察和分析一阶电路的暂态过程和时间常数的基本方法。
4.掌握用面包板搭接电路并测量参数、观察波形的技能。
二．实验仪器
信号发生器、示波器、面包板
电阻51KΩ、5.1KΩ、2KΩ、电容1000pF
三．实验原理
1．一阶动态电路是指由一个储能元件电容或电感和若干个电阻元件组成的电路。
它是由一阶常系数微分方程描述的。
2．图5-1（a）所示是RC一阶电路，其零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数τ。
3．时间常数τ的测定方法:
用示波器测量零输入响应的波形如图5-1（b）所示。
根据一阶微分方程的求解得知uc＝Ume-t/RC＝Ume-t/τ。
当t＝τ时，Uc（τ）＝0.368Um。
此时所对应的时间就等于τ。
亦可用零状态响应波形Uc（t）幅度增加到0.632Um所对应的时间测得，如图5-1（c）所示。
图5-1RC一阶电路和零输入、零状态响应
4.微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的电路，当电阻R两端的电压作为响应输出，则该电路就是一个微分电路，因为此时电阻两端的电压与输入信号电压的微分成正比。
如图5-2（a）所示。
当电容C两端的电压作为响应输出，则该电路就是一个积分电路，因为此时电容两端的电压与输入信号电压的积分成正比。
如图5-2（b）所示。
图5-2微分电路和积分电路
四．实验内容
1
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