實(shí)踐二簡(jiǎn)單電路原理仿真綜合

1、PAGE PAGE 14 韶 關(guān) 學(xué) 院學(xué) 生 實(shí) 踐 報(bào) 告 冊(cè)實(shí)踐課程名稱：電路原理與仿真實(shí)踐實(shí)踐項(xiàng)目名稱：簡(jiǎn)單電路原理仿真綜合實(shí)踐（二）實(shí)踐類型（打）：（基礎(chǔ)、綜合、設(shè)計(jì)）院系： 教育學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 16數(shù)字媒體技術(shù) 姓名: 丁鏈文 組員： 金宇航 學(xué)號(hào): 16114091019 指導(dǎo)老師 彭浩 韶關(guān)學(xué)院教務(wù)處編制實(shí)踐報(bào)告內(nèi)容 年 月 日 實(shí)踐報(bào)告內(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）分析等項(xiàng)目。實(shí)踐內(nèi)容仿真實(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軟件的使用。（2）通過實(shí)驗(yàn)理解電壓源和電流源的概念和各自的外部特性。（3）

2、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。（4）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（1）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。（2）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)載的大小無關(guān)。輸出的電壓U可以是0的任意值，完全由外電路的負(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US與電阻RS串聯(lián)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。（4）電壓源與電流源都是用來表示一個(gè)實(shí)際電源的，所以它們之間可

3、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軟件中按圖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 0，250，500，750，1000，將所測(cè)得的電流與電壓值記錄在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表2.1中。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表2.1可調(diào)電阻（）02505007501000外電路電流（mA）10.0008.0006.6675.7155.000外電路電壓（V）1.0002.0003.333

4、4.2854.999（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，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（4）單擊仿真運(yùn)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 0，250，500，750，1000，將所測(cè)得的電流與電壓值記錄在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表2.2中。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表2.2可調(diào)電位器（）02505007501000外電路電流（mA）10.0008.0006.6675.7155.000外電路電壓（V）1.0002.0003.3334.2855.000比

5、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。思考題利用測(cè)量探針來測(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）圖2.64可調(diào)電位器（）02505007501000外電路電（mA）10.08.006.675.715.00外電路電壓（V）1.002.003.334.295.00圖2.65可調(diào)電位器（）02505007501000外電路電（mA）10.08.006.675.715.00外電路電壓（V）1.002.003.334.295.00 （2）不能,因?yàn)槔硐?/p>

6、電壓源與理想電流源串聯(lián)后理想電壓源不起作用,理想電流源阻抗無窮大,理想電壓源相當(dāng)于沒有接入；理想電壓源與理想電流源并聯(lián)后理想電流源不起作用,理想電壓源阻抗為零,理想電流源的電流不向外電路輸送仿真實(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)康模?）熟悉EWB軟件的使用。（2）學(xué)會(huì)利用EWB軟件中的直流工作點(diǎn)分析法來分析直流電路的節(jié)點(diǎn)電壓與支路電流。（3）學(xué)會(huì)利用EWB軟件中的測(cè)量探針來探測(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（1）直流電路的分析方法是通過節(jié)點(diǎn)電壓法、網(wǎng)孔電流法、支路電流法等列出電路方程，然后通過分析計(jì)算獲得各節(jié)點(diǎn)的電壓和各支路電流。（2）在EWB中，有多種方法可測(cè)量電

7、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中的電壓表和電流表進(jìn)行測(cè)量，也可以用測(cè)量儀器中數(shù)字萬用表進(jìn)行測(cè)量，或者用測(cè)量儀器中的測(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（1）在EWB軟件中建立如圖2.66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。（2）利用直流工作點(diǎn)分析進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在菜單中選擇Simulate/Analysis/DC Operating Point Analysis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)

8、點(diǎn)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(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。（3）在直流工作點(diǎn)分析設(shè)置窗口中，單擊Simulate（仿真）按鈕，即可得到如圖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)支路的電流用列表的方式顯示出來。圖2.66 直流電路節(jié)點(diǎn)電壓分析實(shí)驗(yàn)利用測(cè)量探針進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在測(cè)量儀器（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)（

9、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2.66電路中的R5的值改變?yōu)?k，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)記錄在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表2.3中。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表2.3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目V1(V)V2(V)V3(V)V4(V)I1(mA)I2(mA)仿真結(jié)果12.000006.000007.961545.1923113.46154-4.03846（6）建立如圖2.67所示的支路電流測(cè)量電路。利用測(cè)量

10、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=?(200IR2+6-800IR3=?)實(shí)驗(yàn)結(jié)果15.76.529.1300.0140（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)

11、證計(jì)算。將驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果填入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表2.4中。思考題在圖2.66中，將支路3的測(cè)量探針的方向反過來（向右），則該支路探測(cè)點(diǎn)的電壓與電流數(shù)據(jù)的變化情況如何？將圖2.67電路的3條支路電流的測(cè)量值與計(jì)算值比較，情況如何？答：（1）支路探測(cè)點(diǎn)的電壓并沒有改變，而電流數(shù)據(jù)變成了負(fù)數(shù)。（2）有一點(diǎn)誤差，但是近似相等。仿真實(shí)踐3 疊加定理的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜WB軟件的使用。加深對(duì)疊加定理內(nèi)容的理解加深對(duì)疊加定理使用范圍的認(rèn)識(shí)。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

12、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)生的電流或者電壓的代數(shù)和，這就是疊加定理。所謂某一電源單獨(dú)作用，是指其他電源不用，也即電壓輸出的電壓為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。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟按圖2.68（a）在EWB軟件中連接具有兩個(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2.5中。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表2.5電源作用R1支路的電流值（mA）R2支路的電流值（mA）R3支路的電流值（mA）兩個(gè)電

13、源同時(shí)作用時(shí)38.2 10.9 27.312V電源單獨(dú)作用時(shí) 54.5 32.7 21.86V電源單獨(dú)作用時(shí) -16.4 -21.85.45去掉6V電源并將該支路短路，得圖2.68（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2.5中。按圖2.68（c）所示連接電路，并單擊仿真開關(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2.5中。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表2.5中的仿真結(jié)果，分析疊加原理的正確性。思考題在圖2.68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。用直流工作點(diǎn)分析法對(duì)圖2.68的3個(gè)電路進(jìn)行仿真分析。根據(jù)分析結(jié)果

14、驗(yàn)證其疊加定理的正確性。答：（1）（2） 仿真實(shí)踐4 戴維南定理的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜WB軟件的使用。熟悉EWB軟件的使用。學(xué)習(xí)測(cè)量有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓Uo與除源網(wǎng)絡(luò)的等效電阻Ro的方法。驗(yàn)證戴維南定理的正確性。實(shí)驗(yàn)原理戴維南定理的內(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)電阻的電壓源來代替。電壓源的電壓等于該二端網(wǎng)絡(luò)N的開路電壓Uo，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)No的等效電阻Ro。在戴維南等效電路中，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)字萬用表測(cè)量除源網(wǎng)絡(luò)No端口之間的電阻，也可以由含源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電

15、壓Us與短路電流Is的比值而得（RS=US/IS）。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟在EWB軟件中按圖2.96（a）連接電路，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)在基本電路元件庫中選取（在place basic 中選switch）,開關(guān)的通/斷可由按鍵進(jìn)行設(shè)置。單擊仿真開關(guān)（simulation switch）按鈕，按下A鍵，調(diào)節(jié)負(fù)載點(diǎn)位器為50%（50），通過空格鍵（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2.6中。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表2.6負(fù)載為50%（50）負(fù)載兩端電壓

16、U（V）負(fù)載中的電源I（mA）開路電壓Uo（V）短路電流Is(mA)計(jì)算內(nèi)阻Rs=Uo/Is（）測(cè)量內(nèi)阻Ro（）含源二端網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)3.4286.8576.00016.000375375戴維南等效電路3.4286.8576.00016.000375375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Uo。按下Shift+A組合鍵調(diào)節(jié)負(fù)載為0%（0）或者用短路線將負(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)開路電壓與短路電流求出Rs=Uo/Is。由步驟（3）和步驟（5）得到的Uo與Rs建立戴維南等效電壓源電路，外接負(fù)載仍為1K可調(diào)電位器，戴維南等效電路如圖2.69（b）所示。重復(fù)實(shí)驗(yàn)

17、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2.6中。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）戴維南等效電路實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，并調(diào)節(jié)負(fù)載大小，觀察兩個(gè)電路中的電壓與電流的變化是否一致，驗(yàn)證戴維南定理的正確性。利用數(shù)字萬用表測(cè)量無源網(wǎng)絡(luò)的等效電阻。在圖2.69（a）中除去電壓表和電流表，得到相應(yīng)的無源二端網(wǎng)絡(luò)。該無緣二端網(wǎng)絡(luò)為1000電阻與300并聯(lián)后再與300串聯(lián)。從測(cè)量儀器（instruments）中選取數(shù)字萬用表（multimeter）接入該無源二端網(wǎng)絡(luò)，雙擊數(shù)字萬用表圖標(biāo)以打開其面板，選檔。單擊仿真開關(guān)按鈕，即可在數(shù)字萬用表面板上顯示該無源網(wǎng)絡(luò)的等效電阻值。比

18、較阻值與步驟（5）的Rs計(jì)算值是否一致。思考題在戴維南定理中，等效電壓源內(nèi)阻Rs，為什么可用開路電壓Uo除以短路電流Is進(jìn)行計(jì)算？在含源二端網(wǎng)絡(luò)與戴維南等效電路中，當(dāng)負(fù)載從0變化到時(shí)，負(fù)載中的電流與負(fù)載兩端的電壓的變化情況是否一致？答：(1) 開路電壓Uo可以看做是內(nèi)阻的電壓，短路電流Is看做電路中的負(fù)載為只有內(nèi)阻時(shí)的電流，所以可以等效用開路電壓除以短路電流計(jì)算Rs。(2)是。作業(yè)的仿真圖：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