电路分析实验指导书.doc

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MultiSim 7 软件是加拿大Electronics Workbench 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. Multisim 7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）电源（点击电源组） 交流电源 直流电源 接地 （2）基本信号源 交流电流源 交流电压源（3）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Multisim 7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Multisim 7增加了虚拟测量仪器，Multisim 7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：）在工作区放置元件的原理图符号，连接导线，设置元件参数； ）放置和连接测量仪器，设置测量仪器参数； ）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：（）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。（）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。 （）放置节点 在工作区中点击右键，选择Place Junction（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R2I1I2I3501001000表1-12. 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R2U1U 2U35010010003. 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20Hz，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10K，2 K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=10KR1=2KtUc(t)tUc(t)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此实验内容，熟悉界面。2. 按要求填写并填入表格中的相关数据，及完成波形的记录； 3. 实验报告中按实验内容画出电路图及列写相应表格以及相关波形。实验2 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1234567890误差5%误差10%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：15100=1500欧=1.5千欧=1.5K。 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/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1V6V10V15V25V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V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512001k10k51k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2 k，利用实验箱012V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2V4V6V8V10V12V表2-4R=2 kIU3.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5k10k25k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此实验内容，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3 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电子示波器的使用方法。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/DIV3.4DIV=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/DIV5.2DIV=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/DIV9DIV=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1s，则，T=18=8s，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1V3V5V10V12V30V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TRIG LEVEL，微调TRIG LEVEL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/500mv1kHz/500mv50kHz/500mv1kHz/5v10kHz/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，如果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此实验内容，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，得出相应结论附录 实验中采用SS-7802示波器，以下内容为SS-7802使用说明：一、面板介绍 电源 屏幕灰度等的调整 校正电压输出及接地：CAL连接器：输出校正电压信号。 垂直轴 水平部分 触发部分 通道选择 扫描方式 功能二、基本操作1. 轨迹的显示及屏幕的调整1）开启电源，将扫描模式置为AUTO，水平显示置 为A。约30秒后，有一轨迹显示于屏幕中间位置。2）屏幕的调整 通过调整【INTEN】来调整轨迹的亮度。 通过调节【READ OUT】调节显示亮度。 通过调节【FOCUS】调节轨迹的聚焦度。 通过调节【SCALE】调节网格亮度。调整轨迹倾斜度 用合适的起子调节前面板上的TRACE ROTATION，可以调整轨迹的倾斜度。2. 垂直和水平位移该功能用于将波形调整至易于观察的位置，或当两个或多个波形重叠时将其分开以便于测量。操作方法及步骤：1)调节垂直位置 将【POSITION】向右旋转，波形上移。 将【POSITION】向左旋转，波形下移。2)调节水平位置 将【POSITION】向右旋转，波形右移。 将【POSITION】向左旋转，波形左移。 每按一次FINE的指示灯亮或关一次。FINE指示灯亮时，当调节【POSITION】时FINE操作完成。在该情况下若【POSITION】旋到头时，波形滚动。轻微回调【POSITION】可 使波形停在屏幕中间。3 垂直偏转系统1) 偏转因数将波形尺寸设置为易于观察的大小。 通过调节【VOLTSDIV】选择偏转因数。偏转因数的选择范围为2mVdiv至5Vdiv。偏转因数显示于屏幕的左下角。 按【VOLTSDIV】；偏转因数显示“”符号。在该屏幕下，也可进行FINE调节。 旋转【VOLTSDIV】；偏转因数连续变化。 当设置的参数值达到最大或最小值时将显示“CH1 VAR LIMIT”。通过再次按【VOLTSDIV取消“”符号，可取消设置模式。2) 输入偶合 根据输入信号的类型选择适合于观察的偶合方式。操作方法和过程： 选择GND：按GND将GND置为ON(GND的符号显示于屏幕的左下脚。垂直放大的输入部分于GND连接时地电位轨迹将显示。 选择DC或AC：按GND将GND置OFF。按DCAC选择DC或AC选择DC则显示输入信号的DC和AC成分。显示基于GND电平的CAL波形。选择AC当DC成分去掉时只显示输入波形的AC成分。CAL波形基于平均电位显示。“V”符号和“”符号显示与屏幕顶端。3) 显示通道显示CH1和CH2的输入信号。操作方法和过程 通过按CH1或CH2选择ON(显示)或OFF (不显示)。加入置为ON通道INPUT端的信号显示于屏 幕上，加入置为OFF通道的信号从屏幕上的消失。被显示通道的通道号，VOLTSDIV和置为 ON通道的输入耦合显示于屏幕的左下脚。 注意：当所有通道(CH1，CH2和ADD)都置为OFF时，屏幕显示CH1。4) 和(ADD)及差(INV)（注意：观察两个波形时，不能使用该功能按键） 显示两通道的和(CH1+CH2)或两通道之差(CH1-CH2)。选择差时可先选ADD，之后再选INV。操作方法及步聚： 将CH1和CH2置为ON(显示)。 按ADD将其置为ON(屏幕左下角显示“+”)。两通道波形的和(CH1+CH2)显示在屏幕上。 按INV将其置ON(屏幕左下角显示“”)。CH2极性反相，波性差(CH1-CH2)显示于屏幕 上。4 扫描速率和幅度1) 扫描速率选择A扫描的扫描速率(TIMEDIV)。操作方法及步骤： 设置TIMEDIV：旋转【TIMEDIV】选择扫描速率。扫描速率在屏幕左上角显示。波性基于扫描的起始点进行放大或缩小。 按【TIMEDIV】，未校准的扫描速率符号 “”显示于屏幕的左上角。 旋转【TIMEDIV】，扫描速率连续变化。当选择的值达到最大或最小时，屏幕显示 “VAR LIMIT”。再次按【TIMEDIV】去掉“”，可取消 VARIABLE模式。2) 幅度相对于中心部分对波形进行10倍放大。操作方法及步骤： 用【TIMEDIV】设置扫描速率。 将要放大的波形置与屏幕中心。用粗线表示的部分被放大。 按10MAG，扫描速率提高10倍，波形将基于中心位置被放大。MAG显示于屏幕的右下角。5 扫描模式 选择扫描模式：AUTO，NORM或SINGLE。1) 重复扫描选择AUTO或NORM。操作方法及步骤： 在扫描模式中按AUTO或NORM选择重复扫描。AUTO指示灯亮时表示选择了AUTO模式，NORM灯亮时表示选择了NORM模式。若无触发（无波形显示），调整【TRIG LEVEL】。 AUTO：若无触发信号的频率为如下几种情况，触发在自激过程中将会不稳定。此时，可将触发设置为NORM。扫描时间为10msdiv：近似为10Hz或更少；扫描时间在5msdiv左右：近似为50Hz或更少；允许在50Hz或更多的扫描速率上触发。无正确触发信号时将空运行。 NORM：允许在所有的扫描速率上触发。NORM触发尤其适于低频信号和低重复信号。没有足够的触发信号时自动触发将不被产生。当触发源CH1和CH2与GND偶合时，扫描空运行。2) 单次扫描选择单次扫描，操作方法及步骤： 在扫描模式中按SGLRST(SGLRST灯亮)选择单次扫描。当READY指使灯亮时表示正在等待信号输出。当触发信号产生时扫描将受一次影响。READY指示灯灭。在CHOP模式中，所有通道同时扫描。在ALT模式时，只有一个通道被扫描。 再按一下SGLRST，选择另一次单次触发。6 触发1) 触发源选择触发源。操作方法及步骤： 选择触发源(CH1，CH2，LINE，EXT，VERT)。CH1：用输入到CH1的信号做触发源。CH2：用输入到CH2的信号做触发源。LINE：用电源做触发源。使用于观察电源频率的信号。EXT：用外触发信号做触发源。外信号通过前面板的EXT INPUT接入。注意：外触发信号的最大值为400V。避免输入信号超过该值。VERT：用小序号通道的信号做触发源。当ADD选用时参见表2。2) 触发偶合选择触发偶合模式。操作方法及步骤： 按COUPL选择触发偶合(AC，DC，HF REJ，或LF REJ)。AC：阻去触发信号中的DC成分。下限频率为100Hz。DC：信号所有成分都可通过。HF REJ：衰减高频(10kHz 以上)成分，该模式使用于当触发信号中含有高频噪音。该噪音会使触发不稳定。F REJ：衰减信号中的低频(10kHz以下)成分。该模式使用于当触发信号中含有低频噪音。该噪音会使触发不稳定。3) 触发斜率选择触发斜率。操作方法及步骤： 按SLOPE选择斜率(+或-)。 +：扫描在波形的上升沿开始； -：扫描在波形的下降沿开始。4)触发电平调节触发电平的幅值。操作方法及步骤： 旋转【TRIG LEVEL】调节触发电平。 当触发信号产生时，TRIGD指示灯亮。有时在显示数值的右边显示“?”，表示若AC 耦合或VARIABLE被设置时将不能直接读取。5) TV信号选择相对于NTSC和PAL(SECAM)的TV信号出发系统。操作方法和步骤： 按TV选择TV触发模式(BOTH，ODD，EVEN或TV-H) 选择TV-H时，功能显示变为f：TV-MODE。 旋转FUNCTION选择NTSC，PAL(SECAM) 或HDTV。选择BOTH，ODD或EVEN时，功能显示变为f：TV-LINE。旋转【FUNCTION】选择线的序号。当【FUNCTION】被按下或连续按下时，是对位置方向的粗调。ODD：当选择水平同步信号显示模式和垂直同步信号显示模式的奇数号时，触发被设置。EVEN：当选择水平同步信号显示模式和垂直同步信号显示模式的偶数号时，触发被设置。BOTH：当选择水平同步信号显示模式和垂直同步信号显示模式的奇数号或偶数号时，触发被设置。TV-H：触发设置在水平同步脉冲上。6) 水平显示选择水平显示。操作方法及步骤： 按水平模式下的A或X-Y选择A或X-Y。A选择A扫描。X-Y模式是指CH1作为X轴而(CH1，CH2， ADD)中的一个作为Y轴显示。该模式适用于观测磁滞曲线，电压传输特性曲线，Lissajous图形等。7) 释抑有时当观测复杂的复合脉冲串时触发会出现不稳定。此时，调节释抑时间(扫描暂停)以获得稳定的波形。操作方法及步骤： 按HOLDOFF选择HOLDOFF。功能显示变为f：HOLDOFF。 旋转【FUNCTION】调整释抑时间。当【FUNCTION】被按下或连续按下时，是对位置方向的粗调。当【FUNCTION】顺时针旋转满时(100)释抑时间为最大，当FUNCTION逆时针旋转满时(0)释抑