EWB仿真实验指导书.doc

电工电子技术实验指导书（上）实验一 基尔霍夫电压定律 一、实验目的1、测量串联电阻电路的等效电阻并比较测量值和计算值。2、确定串联电阻电路中流过每个电阻的电流。3、确定串联电阻电路中每个电阻两端的电压。4、根据电路的电流和电压确定串联电阻电路的等效电阻。5、验证基尔霍夫电压定律。二、实验器材直流电压源 1个数字万用表 1个电压表 3个电流表 3个电阻 3个三、实验原理及实验电路两个或两个以上的元件首尾依次连在一起称为串联，串联电路中流过每一个元件的电流相等。若串联的元件是电阻，则总电阻等于各个电阻值和。因此，在图11所示电阻串联电路中R=R1+R2+R3 。图11电阻串联电路串联电路的等效电阻确定以后，由欧姆定律，用串联电阻两端的电压U除以等效电阻R，便可求出电流I，即 I=U/R 。基尔霍夫电压定律指出，在电路中环绕任意闭合路径一周，所有电压降的代数和必须等于所有电压升的代数和。这就是说，在图12所示电路中，串联电阻两端电压降之和必须等于串联电路所加的电源电压之和。因此，由基尔霍夫电压定律有：U1=Ubc+Ude+Ufo 式中，Ubc=IR1 ，Ude=IR2 ，Ufo=IR3 。图12基尔霍夫电压定律实验电路 四、实验步骤1、建立如图11所示的电阻串联实验电路。2、用鼠标左键单击仿真电源开关，激活实验电路，用数字万用表测量串联电路的等效电阻R，记录测量值，并与计算值比较。3、建立如图12所示的基尔霍夫电压定律实验电路。4、用鼠标左键单击仿真电源开关，激活实验电路，记录电流Iab、Icd、Ief及电压Ube、Ude、Ufo 。5、利用等效电阻R，计算电源电压U1和电流I 。6、用R1两端的电压计算流过电阻R1的电流IR1 。7、用R2两端的电压计算流过电阻R2的电流IR2 。8、用R3两端的电压计算流过电阻R3的电流IR3 。9、利用电路电流Iab和电源电压U1计算串联电路的等效电阻R 。10、计算电压Ubc、Ude、Ufo之和。五、思考题1、等效电阻R的计算值和测量值比较情况如何？2、电源电流的计算值Iab与电流测量值比较情况如何？3、将电流Iab、Icd、Ief相比较可得出什么结论？4、电源电压U1与Ubc+Ude+Ufo有什么关系？这个结果能证实基尔霍夫电压定律吗？实验二 基尔霍夫电流定律 一、实验目的1、测量并联电阻电路的等效电阻并比较测量值和计算值。2、确定并联电阻电路中流过每个电阻的电流。3、确定并联电阻电路中每个电阻两端的电压。4、由电路的电流和电压确定并联电阻电路的等效电阻。5、验证基尔霍夫电流定律。二、实验器材直流电压源 1个数字万用表 1个电压表 3个电流表 4个电阻 3个三、实验原理及实验电路两个或两个以上的元件首首相接和尾尾相接称为并联，并联电路每个元件两端的电压都相同。若并联元件是电阻，则并联电阻的等效电阻R的倒数等于每个电阻的倒数之和。因此，在图21电阻并联电路中：图21电阻并联电路在图22所示的电路中，由欧姆定律，用并联电阻两端的电压U1除以流过并联电阻的总电流Iab，便可求出等效电阻R，即R=U1/Iab 图22 基尔霍夫电流定律实验电路基尔霍夫电流定律指出，在电路的任何一个节点上，流入节点的所有电流的代数和必须等于流出节点的所有电流的代数和。这就是说，在图22电路中，流入各个电阻支路的电流之和必须等于流出电阻并联电路的总电流。所以Iab=Ibc+Ibd+Ibe 式中，Ibc=U1/R1 ，Ibd=U1/R2 ,Ibe=U1/R3 。四、实验步骤1、建立图21电阻并联实验电路。2、以鼠标左键单击仿真电源开关，激活实验电路，用数字万用表测量R1、R2和R3并联电路的等效电阻R 。3、用公式计算出这三个并联电阻的等效电阻R 。4、建立如图22所示的实验电路。5、以鼠标左键单击仿真电源开关，激活实验电路，记录电流Iab、Ibc、Ibd、Ibe 。6、用步骤3计算的等效电阻R及电源电压U1，计算电源电流Iab。7、用R1两端的电压及R1的电阻值，计算流过R1的电流Ibc。8、用R2两端的电压及R2的电阻值，计算流过R2的电流Ibd。9、用R3两端的电压及R3的电阻值，计算流过R3的电流Ibe。10、用电路电流Iab及电压U1，计算并联电路的等效电阻R。11、计算电流Ibc、Ibd、Ibe之和。五、思考题电流Iab与电流Ibc、Ibd、Ibe之和有什么关系？应用这个结论能证实基尔霍夫电流定律的正确性吗？实验三 戴维南定理的研究 一、实验目的1、求出一个已知网络的戴维南等效电路。2、求出一个已知网络的诺顿等效电路。3、验证戴维南定理和诺顿定理的正确性。二、实验器材直流电压源 1个电压表 1个电流表 1个电阻 3个三、实验原理及实验电路1、戴维南定理 任何一个具有固定电阻和电源的线性二端网络，都可以用一个串联电阻的等效电压源来代替。这个等效电压源的电压可称为戴维南电压Uth，它等于原网络开路时的端电压Uoc，如图31所示为测量二端网络开路端电压实验电路。串联电阻可称为戴维南电阻Rth，它等于原网络两端的开路电压Uoc除以短路电流Isc。所以Uth=Uoc RthUocIsc图31 测试二端网络开路端电压 短路电流Isc可在原网络两端连接一个电流表来测量，如图32所示为测试二端网络短路电流实验电路。短路电流Isc也可在原网络的输出端连接一条短路线来计算。图32 测试二端网络短路电流 确定戴维南电阻Rth的另一种方法是，将含源网络中所有的电压源用短路线代替，把所有的电流源断路，这时输出端的等效电阻就是Rth。在实验室里对一个未知网络确定确定其戴维南电阻Rth的最好方法是，在未知网络两端连接一个可变电阻，然后调整阻值至端电压等于开路电压Uoc的一半，这时可变电阻的阻值就等于戴维南电阻th。 四、实验步骤1、建立如图31所示测量二端口网络开路端电压实验电路。2、用鼠标左键单击仿真电源开关，激活该电路，测量a、o两端开路电压Uoc 。3、根据图31所示的电路元件值，计算a、o两端的电压Uoc 。4、建立如图32所示的测量二端网络短路电流实验电路。5、用鼠标左键单击仿真电源开关，激活该电路，测量a、o两端的短路电流Isc 。6、根据图32所示的电路元件值，计算短路电流Isc 。7、根据Uoc和Isc的测量值，计算戴维南电压Uth和戴维南电阻Rth 。8、根据步骤7的计算值，画出戴维南等效电路。9、在图32所示的电路中，断开电流表，以一条短路线代替电压源V1，用这个电路计算原网络的戴维南电阻Rth 。五、思考题 将上述所测得数据与计算出的相应数据比较，情况如何？找出误差所在。实验四 RLC电路的过渡过程 选做 一、实验目的1、 观察R、L、C串联电路的过渡过程。2、 确定RLC串联电路的阻尼因子和谐振频率。3、 确定R的阻值改变时对RLC串联电路阻尼因子的影响。4、 确定C的容量改变时对欠阻尼RLC电路振荡频率的影响。二、实验器材示波器 1台信号发生器 1台10mH电感 1个0.01F、0.1F电容各1个200、400、1K电阻 各1个三、实验原理及实验电路如图61所示为RLC串联实验电路，其阻尼因子可用下式计算： = LC串联电路的谐振频率0计算式为： 0= 当阻尼因子等于谐振频率0时，RLC串联电路称为临界阻尼。即：R=2 。 当阻尼因子大于谐振频率0时，RLC串联电路称为过阻尼。即：R2 。 当阻尼因子小于谐振频率0时，RLC串联电路称为欠阻尼。即：RR 时，UL=UCU1。（U1为输入电压）该电路的幅频特性曲线如图72所示。图72 幅频特性曲线四、实验步骤1、建立如图71所示的串联谐振电路。仪器设置如图所示。2、单击仿真电源开关，激活电路进行动态分析。观察扫频仪的频率特性曲线，滑动游标，找出谐振频率。3、改变R1的阻值，观察电阻在不同的阻值下频率特性曲线的的形状，测出通频带带宽。4、分别改变L、C的大小，观察在不同数值的L、C情况下，频率特性曲线的形状，找出谐振频率。从而得出L、C对RLC串联电路谐振频率的影响。5、双击示波器图标，打开示波器分别测量各种情况下UR、UL、UC的波形。6、双击信号发生器，改变信号发生器的频率，用示波器观察UR随L、C数值的改变而变化情况，从而确定谐振频率。五、思考题1、 实验中怎样判断电路已经处于谐振状态？2、 通过实验获得的谐振曲线分析电路参数对它的影响。3、 怎样利用实验中获得的谐振曲线求出其通频带？实验六 三相电路实验 选做一、实验目的1、掌握三相电路负载的Y、联结。2、验证三相对称负载作Y联结时线电压和相电压的关系，联结时线电流和相电流的关系。3、了解不对称负载作Y联结时中性线的作用。4、观察不对称负载作联结时的工作情况。二、实验器材交流电压源 3个交流电压表 4个交流电流表 6个1K、2K、3K电阻 各1个1H电感 3个三、实验原理及实验电路 （一）三相三线制当负载对称时，可采用三相三线供电方式。当负载为Y联结时，线电流I1与相电流IP相等，即：I1=IP；线电压U1与相电压UP的关系式为：U1= UP。通常三相电源的电压值是指线电压的有效值，例如三相380V电源指的是线电压，相电压则为220V。当负载不对称时，负载中性点的电位将于电源中性线的电位不同，各相负载的端电压不再保持对称关系。当负载为联结时，线电压U1与相电压UP相等，即：U1=UP；线电流I1与相电流IP关系式为：I1= IP。图91为三相负载Y联结线电压与相电压的测量电路。各个元器件的值如图所示，交流电源的参数设置如图所设。 图91 三相负载Y联结线电压与相电压测量电路图92为三相负载联结线电流与相电流测量电路。各个元器件的值如图所示，交流电源的参数设置如图所设。 图92 三相负载联结线电流与相电流测量电路（二）三相四线制不论负载对称与否，均可以采用Y联结，并有：U1= UP，I1=IP。对称时中性线无电流；不对称时中性线上有电流。图93为三相负载不对称时电流测量电路。图93 三相负载不对称时电流测量电路四、实验步骤1、建立如图91所示三相负载Y联结线电压与相电流测量电路。2、单击仿真电源开关，激活电路进行分析。根据交流电压表的读数，记录线电压U1和相电压UP的读数。3、建立如图92所示三相负载联结线电流与相电流测量电路4、单击仿真电源开关，激活电路进行分析。根据各交流电流表的读数，记录线电流I1和相电流IP的读数。5、建立如图93所示三相负载不对称时电流测量电路。6、单击仿真电源开关，激活电路进行分析。根据交流电压表和电流表的读数，记录线电流IA、IB、IC和中性线电流I0以及相电流UP的读数。7、根据电路给出的数据，计算线电流IA、IB、IC和中性线电流I0的数值，并与测量值进行比较。五、思考题1、 若三相负载不对称作Y连接无中线时，各相电压的分配关系将会如何？说明中性线的作用和实际应用需注意的问题。2、画出三相对称负载Y联结时线电压与相电压的相量图，并进行计算，验证实验读数正确与否。3、画出三相对称负载联结时线电流与相电流的相量图，并进行计算，验证实验读数正确与否。电工电子技术实验指导书（下）实验七 变压器比的测定和阻抗匹配变换一 实验目的1、熟悉EWB软件的使用。2、掌握测定变压器变压比的试验方法。3、理解实现变压器阻抗匹配变换的原理和方法。二 实验原理1、变压器变压比的测定实验图7-1-1直接简单的方法电路如图实验图7-1-1所示，可根据变压器的工作原理来计算变压比K2、阻抗变换负载电阻R接在变压器副边，而实验图7-1-2中的变压器和电阻可以用R来代替。所谓的等效，就是输入电路的电压、电流和功率不变。就是说，直接界在电源上的电阻R和界在变压器副边的负载阻值R是等效的。两者的关系可通过下面计算出。实验图7-1-2实验图7-1-3因 所以可得出 由实验图7-1-2和实验图7-1-3知,带入则得匝数比不同，负载电阻阻值R折算到原边得等效电阻阻值R也不同。我们可以采用不同得匝数比，把负载阻抗模变换为所需的、比较合适的数值。这种做法通常成为阻抗匹配。三 实验内容及步骤1、按实验图7-1-1在EWB5.0软件中连接好试验电路。按照实验表7-1-1给出的电源参数调节，将电压表数值记录在表中。并分别计算出变压器的变压比。实验表7-1-1电 源110V 50Hz220V 50Hz380V 50HzU1U22、按实验图7-1-2在EWB5.0软件中连接好试验电路。按照实验表7-2-2给出的电源参数调节，将电压表和电流表的数值记录在表中。计算出电阻R的值。实验表7-1-2电 源U1I1U2I2110V 50Hz220V 50Hz380V 50Hz3、按实验图7-1-3在EWB5.0软件中连接好试验电路。按照实验表7-1-2给出的电源参数调节，调节接入的电阻R阻值使与实验表7-1-2测出相应的U1和 I1相同，将电压表和电流表的数值记录在表中。计算出电阻R的值。4、分析比较R和R的值，验证。四 思考题某变压器的额定频率为50Hz，用于25Hz的交流电路中，能否正常工作？实验八 放大器静态工作点对动态范围的影响一、实验目的1学习创建、编辑EWB电路的方法。2练习虚拟模拟仪器的使用。3通过观察和测试不同静态工作点下动态范围的不同，了解静态工作点的设置对晶体管放大电路动态范围的影响。二、实验内容1 创建如图4.6.1所示的仿真实验电路。实验电路中晶体管的参数选用默认值，电位器阻值变化一次的幅度设置为5。2调节Rp 使它等于3K，运行电路，测出Ic，用示波器观察输出电压波形，并测量输出电压动态范围。3. 调节Rp 使它分别等于1.5K、15K、30K，测出相应的Ic值和输出电压动态范围。图4.6.1 放大器静态工作点对动态范围的影响实验电路三、实验报告1自拟表格，整理实验数据。2分析总结放大器静态工作点对动态范围的影响。3回答思考题。四、思考题：1输出波形失真的原因有哪些？怎样克服？2如果Rb2短路，放大器会出现什么故障？实验九 电压比较器特性研究 选做一、 实验目的1. 通过实验进一步了解电压比较器的工作原理。2. 学习电压比较器传输特性的测量方法。3. 研究参考电压和反馈系数对传输特性的影响。4. 进一步练习EWB实验电路的创建和分析功能。二、实验内容图4.6.3 单限电压比较器实验电路 图4.6.4 迟滞电压比较器实验电路1单限比较器 用集成运算放大器A741构成一单限电压比较器，电路如图4.6.3。 设基准电压Vr=2V，从 Ui端输入一高电平3V，低电平0V，周期为100S的方波，用示波器观察输入、输出波形。 输入电压Ui为 5V+5V的直流扫描电压，利用直流扫描分析功能，测量传输特性。 设基准电压Vr=0V，输入电压为峰值2V，频率1KHZ的正弦波，观测输入、输出电压波形，并说明电路功能。 2. 迟滞电压比较器 用专用集成比较器LM311构成迟滞电压比较器，电路如图4.6.4。 设R1=R2=10 K，输入电压Ui是峰值为5V，周期20S的三角波，观测当VR分别为2V、2V时的输入、输出电压波形，从波形上确定上、下触发电平V、V，画出电路的传输特性，讨论VR对传输特性的影响。 设VR=0V R1=10 K，输入电压波形同（2），观测R2分别为10 K、5 K时的输入、输出电压波形，确定其上下触发电平V、V，讨论反馈系数FVR1/（R1+R2）对传输特性的影响。三、实验报告整理实验数据，在纸上画出观测到的波形，根据实验内容的要求，进行分析讨论。实验十 基本门电路的测试实验目的：掌握门电路IC的测试方法；熟悉门电路的逻辑功能；熟悉虚拟实验实验条件普通微机、Electronic Workbench软件、虚拟门电路IC实验要求1、要求在实验前熟悉Electronic Workbench软件的基本使用；2、预习课程相关内容、查阅有关门电路IC的资料；3、认真填写实验报告实验原理按照各类门电路的逻辑功能，将输入端接上逻辑电平，对照门电路逻辑功能的真值表进行测试。下图以与门的连接为例：在仪器器件栏中，选择字信号发生器，将输入字信号设置为0000，0001，0002，0003；Final设置为0003；Frequency设置为5kHZ。将低2位做为与门的输入。输出端连接逻辑分析仪（也是在仪器器件栏中选择）。打开输入端的字信号发生器单击4次“Step”按钮，就可运算出00，01，10，11的与运算结果。双击打开逻辑分析仪，可以看到输出的电平信号变化。其它的门电路连接类似。实验步骤1、画出非门、与门、或门、异或门的逻辑符号图及对应的真值表；2、在Electronic Workbench软件的操作界面中安装有关元件，并连接有关线路。用开关接逻辑电平作为门电路的输入，用逻辑分析仪或者指示灯连接门电路的输出端作为输出电平指示；3、对照门电路的真值表一一进行测试，并记录；4、整理分析实验结果。思考1、如果是实验中的指示灯是真实的（如LED），在实验电路中要注意什么问题？实验十一 编码器电路分析测试 选做实验目的：掌握优先编码器电路的工作原理，熟悉中规模IC的使用实验条件普通微机、Electronic Workbench软件、8-3优先编码器IC74148实验要求1、预习课程相关内容（编码器电路原理）；2、查阅8-3优先编码器IC74148的有关资料实验原理及参考电路编码器的逻辑功能是将输入的每一个信号编写成一个对应的二进制编码。优先编码器是允许编码器同时输入2个以上编码信号，但只对优先级别最高的信号进行编码。各信号的优先级别在设计编码器时已经被确定。8-3线优先编码器74148有8个信号输入端07，输入端为低电平表示有编码信号输入，输入端为高电平表示没有编码信号输入。有3位代码输出：A2、A1、A0，即输出3位二进制代码。编码器还有一个芯片选通输入端EI，只有当其为低电平时，编码器才能正常工作。另外还有2个扩展输出端GS、EO，用于扩展编码功能（扩展输入端，如2片74148通过这2个扩展输出端可以扩展成16-4线优先编码器）。按照8-3优先编码器IC74148的逻辑功能，将8个输入端接上逻辑电平、3个输