电路分析实验教程

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1、教学参考资料仅供校内使用未经授权，翻印必究电路分析实验教程（试用版）东南大学信息科学与工程学院电路与系统学科二零一四年十一月2 实验一PocketLab的使用、电子元器件特性测试和基尔霍夫定理实验目的：1.熟悉仿真软件Multisim的使用，掌握基于软件的电路仿真和分析方法；2.熟悉PocketLab硬件实验平台，掌握基本功能的使用方法；3.熟悉恒压源与恒流源的基本特性及使用方法，掌握基于软件的电路设计和仿真分析方法；4.通过硬件实验熟悉电阻、电感和电容的伏安特性；5.通过硬件实验掌握基尔霍夫定律的应用。验证基

2、尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。实验原理：1．恒压源是稳压电源，能保证负载（输出电流）变动的情况下，保持电压不变。而理想的恒压源应该具有以下特点：a)不因负载(输出电流）变化而改变；b)不因环境温度变化而改变；c)内阻为零。能够提供恒定电压的电路即为恒压源电路。2．恒流源是输出电流保持恒定的电流源，而理想的恒流源应该具有以下特点：a)不因负载(输出电压)变化而改变；b)不因环境温度变化而改变；c)内阻为无限大（以使其电流可以全部流出到外面）。能够提供恒定电流的电路即为恒流源电路。3．任一个二端元件

3、，它的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系I=f（U）或U=f（I）来表示，称为该元件的伏安特性，有时也称外部特性。如果将这种关系表示在I－U平面上，则称为伏安特性曲线。通过一定的测量电路，用电压表、电流表可测定元件的伏安特性，由测得的伏安特性可了解该元件的性质。通过测量得到元件伏安特性的方法称为伏安测量法，简称伏安法。线性电阻元件的伏安特性满足欧姆定律，阻值是一个常数，其伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线。电阻值可由直线的斜率的倒数来确定，即R=U/I。在线性电路中，电感元件以电感量L表示。电感元件的

4、伏安关系为v=L(di/dt)。电感元件两端的电压，除了电感量L以外，与电阻元件R不同，它不是取决于电流i本身，而是取决于电流对时间的变化率（di/dt）。在线性电路中，电容元件以电容量C表示。电容元件的伏安关系是i=C(dv/dt)。电容元件中的电流，除了电容量C以外，与电阻元件R不同，它不是取决于电压v本身，而是取2 决于电压对时间的变化率（dv/dt）。电压变化愈快，电容中的电流愈大，反之则愈小。4．基尔霍夫定律是电路的基本定律，测量某电路的各支路电流及多个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律和电

5、压定律。即对电路中的任一个节点而言的，应有∑I=0；对任何一个闭合回路而言，应有∑U=0。实验预习：1．根据图1-14的电路参数，计算出待测的电流I1，I2和I3和各电阻上的电压值，记入表1-2中，以便实验测量时，可正确地选择安培表和电压表的量程，并将测试值与计算值进行对比。实验内容：一、仿真实验1.电容伏安特性根据图1-1所示电路，在Multisim中选取正弦波信号源、电容、电阻和示波器进行仿真分析，得到电容的伏安特性。用示波器的通道1接电源电阻端，通道2接电阻电容端。通道2显示的即为电容两端的电压波形。鉴于

6、电流波形无法测试，因此在示波器上采用（通道1-通道2）的电阻电压波形表征电流波形（电阻R上电压电流波形同相位），以此观测电容上电流电压波形的关系。图1-1电容伏安特性实验电路仿真任务：选取0.1μF电容，4.7KΩ电阻和正弦波信号源（Vpk=1，freq=2Khz）。点击菜单中Simulate->Run，进行瞬态仿真。双击安捷伦示波器观看波形，如图1-2所示。在图中，2 调整时间轴和幅度轴，显示通道2波形。点击Math数学运算按钮，在随后出现的绿色菜单栏选择1-2，实现通道1-通道2。继续选择Setting按钮

7、，出现如图1-3的绿色菜单，进行相减后波形的幅度和偏离设置，设置旋钮见图1-3。图1-2电容电压电流波形图图1-3运算波形的调整方法思考题：请根据测试波形，读取电容上电压，电流摆幅，验证电容的伏安特性表达式。2.电感伏安特性请根据电容伏安特性测试仿真方法，自行设计电感特性的伏安特性测试。2 图1‐4 电感伏安特性实验电路图1‐5 电感电压电流波形图思考题：1．比较图1‐3和1‐5，理解电感、电容上电压电流之间的相位关系。对于电感而言，电压相位___________（超前or滞后）电流相位；对于电容而言，电压相位

8、___________（超前or滞后）电流相位。2．请根据测试波形，读取电感上电压，电流摆幅，验证电感的伏安特性表达式。二、硬件实验硬件实验采用PocketLab实验平台，该平台集成了电压源，信号发生器，以及电压表、示波器等多种虚拟测量仪器。其各个主要接口定义如图1-6所示。2 图1-6PocketLab核心硬件俯视图各部分主要功能如下：USB MINI接口：将MINI USB线的MI