第 16 章电路基础

第16章电路基础 通过仿真实训，加深对线性电路的理解，掌握线性电路的实验研究方法，掌握电压源与电流源的等效变换，初步掌握受控源仿真实验研究方法。 1.实训目的

2.实训内容 1）元器件伏安特性的实验研究（技能性仿真实训）。 2）线性电路的实验研究（技能性仿真实训）。 3）电压源与电流源的等效变换（技能性仿真实训）。 4）受控源仿真实验研究（设计性仿真实训）。

16.1元器件伏安特性的实验研究 16.1.1 实训目的 1）通过仿真实验，加深对元器件伏安特性的理解。 2）掌握线性和非线性电阻伏安特性的实验方法。 3）掌握直流工作点分析法。

16.1.2 实训原理 1.仪表测量法电路元件的特性，一般用该元件上的电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系来表示，这种函数关系称为该元件的伏安特性，有时也称为电路的VCR 。伏安特性的测量通常采用仪表测量法与工作点分析法。线性电阻两端的电压与流过的电流成正比，比例系数就是电阻的阻值，通常用欧姆定律来表示：

2.直流工作点分析法 直流工作点分析法是求解电路节点电压和电流的基本方法，使用Multisim7中的直流工作点分析法相当快捷、准确。

16.1.3 实训指导 1）打开工作界面，创建直流电路，执行电压与电流测量。 2）从基本元件库中选用电阻，从电源库中选用电压源，从指示器件库中选用电压表和电流表。 3）启动直流工作点分析工具，进行直流工作点分析。 4）将仪表测量值与直流工作点分析值进行比较。

16.1.4 实训内容与步骤 测量电路如图16-1所示。电路参数：直流电源V1＝10V，R2＝10Ω。可变电阻R1＝10Ω，调节度为1％。调节R1，使电压输出为0~10V。 1.测量线性电阻的伏安特性图16-1 线性电阻伏安特性测试电路

1）调节可变电阻R1，测出不同R1对应的输出电压，逐点测量通过R2的电流值，并将测量数据填入表16-1中。 2）在实训报告册上，用逐点法绘制线性电阻R2的伏安特性曲线。操作步骤

电路如图16-2所示，电路参数：直流电源V1＝1V，R2＝100Ω。可变电阻R1＝10Ω，调节度为1％。调节R1，使电压输出为0~1V。电路如图16-2所示，电路参数：直流电源V1＝1V，R2＝100Ω。可变电阻R1＝10Ω，调节度为1％。调节R1，使电压输出为0~1V。 2. 二极管正向特性测试图16-2 二极管正向特性测试电路

1）二极管正向及反向电路实验。测试二极管反向接入电路时特性，直流电源V1=0~30V可调。 2）调节可变电阻R1，使输出电压分别为表16-2所列出的电压值，逐点测量通过二极管的正向电流值I0+和反向电流值I0-，并将所测电流值填入表16-2中。操作步骤

电路如16-3所示，电路参数：直流电源V1＝1V，R2＝100Ω。可变电阻R1＝10Ω，调节度为1％。调节R1，使电压输出为0~1V。电路如16-3所示，电路参数：直流电源V1＝1V，R2＝100Ω。可变电阻R1＝10Ω，调节度为1％。调节R1，使电压输出为0~1V。 3. 二极管反向特性测试图16-3 二极管反向特性测试电路

电路如图16-4所示，电路参数：直流电源V1＝20V，V2＝10V，R1＝100Ω，R2＝200Ω，R3＝100Ω，R4＝200Ω，R5＝100Ω。 4.进行直流工作点分析图16-4 直流电路

1）创建电路节点号； 2）直流工作点分析； 3）单击Simulate按钮，就会弹出Analysis Graphs显示框，列出电路工作点的分析结果，如图16-5所示。操作步骤图16-5 直流工作点分析结果

16.1.5 实验研究 1) 改变仿真实验电路中元器件的参数，并进行测试。 2) 独立设计一个实验电路，并进行工作点分析。

16.1.6 实训报告 主要内容： 1）实训目的、基本原理、电路图、元器件和所需仪表等。 2）实训内容与操作步骤。 3）参数测量与分析。 4）实验研究结果。 5）实训总结。

16-1 实训项目完 机械工业出版社印制

16.2线性电路的实验研究 16.2.1 实训目的 1）加深对线性电路的理解。 2）验证线性电路的均匀性。 3）掌握线性电路的实验研究方法。

16.2.2 实训原理 在电路分析中，直流电路可以看成是一个线性电路。线性电路通常具有互易性、叠加性和均匀性等特性。均匀性的基本原理是：在含有一个独立源（电压源或是电流源）的线性电路中，每一个电压或电流响应都与该独立源成线性关系。

16.2.3 实训指导 1）打开工作界面，创建直流电路，执行电压与电流测量。 2）从基本元件库中选用电阻，从电源库中选用电压源，从指示器件库中选用电压表和电流表。 3）进行直流电路均匀性的实验研究。

16.2.4 实训内容与步骤 电路如图16-6所示，电路参数：直流电源V1＝100V，可变电阻R1＝100Ω，调节度为1％。调节R1，使电压输出为0~100V。R2＝100Ω，R3＝100Ω，R4＝200Ω，R5＝10Ω。 1.电压源单独作用图16-6 电压源单独作用产生的激励

操作步骤 当调节V1的输出电压时，U2电流表和U3电压表的数值均按线性关系发生变化，将电流、电压测量值填入表16-3中，验证线性电路的均匀性。

电路如图16-7所示，电路参数：直流电源I1＝10A，可变电阻R1＝10Ω，调节度为1％。调节R1，使电流输出为0~10A。R2＝100Ω，R3＝100Ω，R4＝200Ω，R5＝10Ω。 2.电流源单独作用图16-7 电流源单独作用产生的激励

操作步骤 当调节I1的输出电流时，U2电流表和U3电压表的数值均按线性关系发生变化，将电流、电压测量值填入表16-4中，验证线性电路的均匀性。

16.2.5 实验研究 1) 改变实验电路中元器件参数，并进行测试。 2) 独立设计一个电压源单独作用的实验电路，验证线性电路的均匀性。 3) 独立设计一个电流源单独作用的实验电路，验证线性电路的均匀性。

16.3电流源与电压源的等效变换 16.3.1 实训目的 1）加深对电流源与电压源的理解。 2）掌握电流源与电压源等效变换的实验研究方法。

16.3.2 实训原理 电压源是一种理想的电路元件，其端电压是一固定值。无论负载如何变化，端电压总保持一定。实际的电压源可看做一个理想电压源与一个电阻的串联组合。电流源是一种理想的电路元件，其输出电流是一固定值。无论负载如何变化，输出电流总保持一定。实际的电流源可看做一个理想电流源与一个电阻的并联组合。电压源与电流源可以进行等效变换。

16.3.3 实训指导 1）打开工作界面，创建电压源和电流源的仿真实验电路。 2）从元器件库中选用电阻，从电源库中选用电压源，从指示器件库中的选用电压表和电流表。 3）测试电压源与电流源的伏安特性，并进行分析研究。

16.3.4 实训内容与步骤 电路如图16-8所示。电路参数：直流电压源V1＝10V，R1＝10Ω，可变电阻R2＝100Ω，调节度为1％（A键）。 1.测量电压源的伏安特性图16-8 电压源伏安特性测试电路

操作方法 连续单击“A”键，缓慢调节可变电阻R2，使R2阻值由小到大变化，分别为表16-5所列出的值。逐点测量电压值和电流值，并将所测电流和电压值填入表16-5中。

电路如图16-9所示。电路参数：直流电流源I1＝1A，并联电阻R1＝10Ω，可变电阻R2＝100Ω，调节度为1％。电路如图16-9所示。电路参数：直流电流源I1＝1A，并联电阻R1＝10Ω，可变电阻R2＝100Ω，调节度为1％。 2.测量电流源的伏安特性图16-9 电流源伏安特性测试电路

操作方法 连续单击“A”键，缓慢调节可变电阻R2，使R2阻值由小到大变化，分别为表16-6所列出的值。逐点测量电压值和电流值，并将所测电流和电压值填入表16-5中。

变换电路如图16-10a、b所示。电路参数：电压源V1＝10V，电流源I1＝1A， R1＝10Ω，可变电阻R2＝100Ω。 3.电压源与电流源等效变换图16-10ab 电压源与电流源等效变换电路

操作方法 调节可变电阻R2的阻值，观察电压表与电流表的变化。验证电压源与电流源等效变换的正确性。

16.3.5 实验研究 1）改变电路中电源与元件的参数，并进行测量。 2）独立设计一个电压源与电流源等效变换的实验电路。 3）电压源的输出端为什么不允许短路？ 4）电流源的输出端为什么不允许开路？

*16.4 受控源的仿真实验研究（设计性实训） 16.4.1 实训目的 1）熟悉设计性实验思路和方法。 2）研究受控源特性，了解控制量与受控量的关系。 3）初步掌握受控源仿真实验研究方法。

16.4.2 实训原理 受控源主要有四种：电压控制电压源（VCVS）、电流控制电压源（CCVS）、电压控制电流源（VCCS）和电流控制电流源（CCCS）。受控源的基本特性是输入特性、输出特性和转移特性，其中转移特性是表述输出量与控制量之间的关系的特性。

16.4.3 实训指导 1）打开工作界面，创建受控源仿真实验电路。 2）从基本元件库中选用电阻，从电源库中选用电压源，从指示器件库中的选用电压表和电流表。 3）从基本元件库中选取受控源。 4）设定控制量，测试被控制量并对受控源进行研究。

16.4.4 实训内容与步骤 VCVS电路如图16-11所示。电路参数：电压源V1＝10V，可调电阻R1＝100Ω，调节度为1％，控制系数=5V/V（可调）。 1.电压控制电压源实验研究图16-11 电压控制电压源测试电路

操作步骤 1）测试VCVS的转移特性调节输入电压U1，逐点测量输出电压U2，并将所测数据填入表16-7中。 2）改变电压源的方向和数值，观察受控源电压的变化。 3）改变受控源的控制系数，观察受控源电压的变化。

VCCS电路如图16-12所示。电路参数：电压源V1＝10V，电阻R1＝100Ω，R1为可调电阻，调节度为1％，控制系数＝5（可调）。VCCS电路如图16-12所示。电路参数：电压源V1＝10V，电阻R1＝100Ω，R1为可调电阻，调节度为1％，控制系数＝5（可调）。 2.电压控制电流源实验研究图16-12 电压控制电流源测试电路

操作步骤 1）测试VCCS的转移特性调节输入电压U1，逐点测量输出电压I2，并将所测数据填入表16-8中。 2）改变电压源的方向和数值，观察受控源电流的变化。 3）改变受控源的控制系数，观察受控源电流的变化。

CCVS电路如图16-13所示。电路参数：电流源I1＝10A，电阻R1＝R2＝10Ω，R1为可调电阻，调节度为1％，控制系数＝5（可调）。CCVS电路如图16-13所示。电路参数：电流源I1＝10A，电阻R1＝R2＝10Ω，R1为可调电阻，调节度为1％，控制系数＝5（可调）。 3.电流控制电压源实验研究图16-13 电流控制电压源测试电路

操作步骤 1）测试CCVS的转移特性调节输入电流I1 ，逐点测量输出电压U2 ，并将所测数据填入表16-9中。 2）改变可调电阻R1的阻值，观察受控源电压的变化。 3）改变受控源的控制系数，观察受控源电流的变化。 4）改变电源的方向，观察受控源电压的变化。

CCCS电路如图16-14所示。电路参数：电流源I1＝10A，电阻R1＝R2＝10Ω，R1为可调电阻，调节度为1％，控制系数＝5A/A（可调）。CCCS电路如图16-14所示。电路参数：电流源I1＝10A，电阻R1＝R2＝10Ω，R1为可调电阻，调节度为1％，控制系数＝5A/A（可调）。 4.电流控制电流源实验研究图16-14 电流控制电流源测试电路

操作步骤 1）测试CCCS的转移特性调节输入电流I1 ，逐点测量输出电压I2 ，并将所测数据填入表16-10中。 2）改变可调电阻R1的阻值，观察受控源电流的变化。 3）改变受控源的控制系数，观察受控源电流的变化。 4）改变电源的方向，观察受控源电流的变化。

16.4.5 实验研究 1）改变电路中电源与元件的参数并进行测试。 2）独立设计4个受控源仿真实验电路并对电路参数进行分析。

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