電路分析仿真實(shí)驗(yàn)教程

第1章電路的基本概念與基本定律1

1.1電路的基本物理量及其參考方向1

1.1.1電路的作用1

1.1.2電流及電流的參考方向2

1.1.3電壓及電壓的參考方向3

1.1.4電流和電壓的關(guān)聯(lián)參考方向4

1.1.5電路功率的測(cè)量和用電器的額定值4

1.2歐姆定律的仿真實(shí)驗(yàn)7

1.2.1歐姆定律的仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程7

1.2.2電源有載工作、開(kāi)路與短路9

1.2.3電源外特性的仿真實(shí)驗(yàn)10

1.3基爾霍夫定律的驗(yàn)證12

1.3.1基爾霍夫電流定律(KCL)的驗(yàn)證12

1.3.2基爾霍夫電壓定律的驗(yàn)證13

1.3.3電路中的電壓和電位的仿真測(cè)量14

1.4電壓源和電流源的仿真16

1.4.1電壓源和實(shí)際電壓源16

1.4.2理想電流源和實(shí)際電流源18

1.4.3實(shí)際電壓源和實(shí)際電流源的串聯(lián)、并聯(lián)22

1.5受控源的仿真實(shí)驗(yàn)24

1.5.1電壓控制電壓源25

1.5.2電流控制電壓源25

1.5.3電壓控制電流源26

1.5.4電流控制電流源27

練習(xí)題28第2章直流電路的分析31

2.1電阻電路的等效變換31

2.1.1電阻的串聯(lián)31

2.1.2電阻的并聯(lián)35

2.1.3電阻的混聯(lián) 36[1][2]2.2電阻星形連接與三角形連接的等效互換39

2.2.1星形網(wǎng)絡(luò)等效變換為三角形網(wǎng)絡(luò)39

2.2.2三角形網(wǎng)絡(luò)等效為星形網(wǎng)絡(luò)40

2.3電壓源與電流源的等效變換40

2.3.1電壓源變換為電流源41

2.3.2電流源變換為電壓源41

2.3.3有源電路的化簡(jiǎn)42

2.4支路電流法的仿真驗(yàn)證43

2.5網(wǎng)孔電流法的仿真驗(yàn)證45

2.6節(jié)點(diǎn)電壓法的仿真驗(yàn)證46

2.6.1理論計(jì)算46

2.6.2仿真測(cè)量法48

2.7疊加定理和替代定理的仿真48

2.7.1疊加定理的驗(yàn)證49

2.7.2含受控源電路的疊加定理應(yīng)用49

2.7.3齊次定理的驗(yàn)證50

2.7.4替代定理的驗(yàn)證50

2.8戴維南定理和諾頓定律的仿真驗(yàn)證52

2.8.1戴維南定理的驗(yàn)證52

2.8.2諾頓定理的仿真驗(yàn)證54

2.9最大功率傳輸定理的仿真55

2.10互易定理和特勒根定理的仿真57

2.10.1互易定理的驗(yàn)證57

2.10.2特勒根定理的仿真58

練習(xí)題59第3章正弦電路的穩(wěn)態(tài)分析62

3.1正弦交流電三要素的仿真62

3.1.1正弦交流電的三要素62

3.1.2相位差的測(cè)量63

3.1.3正弦交流電的有效值64

3.2正弦交流電路65

3.2.1純電阻電路65

3.2.2純電容電路66

3.2.3純電感電路68

3.3RLC串聯(lián)電路71

3.3.1RC串聯(lián)電路71

3.3.2RL串聯(lián)電路72

3.3.3RLC串聯(lián)電路73

3.4RLC并聯(lián)電路75

3.4.1RC并聯(lián)電路75

3.4.2RL并聯(lián)電路76

3.4.3RLC并聯(lián)電路78

3.5交流電路的功率79

3.5.1RLC并聯(lián)電路的功率79

3.5.2功率因數(shù)的提高80

3.5.3正弦交流電路的最大功率傳遞定理80

練習(xí)題84第4章諧振電路與互感86

4.1RC電路的頻率特性86

4.1.1一階RC低通濾波電路86

4.1.2一階RC高通濾波器88

4.1.3RC帶通濾波器89

4.1.4RC移相電路90

4.2RLC串聯(lián)諧振電路91

4.2.1串聯(lián)諧振電路的理論分析92

4.2.2串聯(lián)諧振電路的仿真實(shí)驗(yàn)93

4.3并聯(lián)諧振電路的仿真實(shí)驗(yàn)99

4.3.1并聯(lián)諧振電路的理論分析99

4.3.2并聯(lián)諧振電路的仿真分析101

4.4互感電路106

4.4.1自感現(xiàn)象的仿真實(shí)驗(yàn)106

4.4.2互感線圈同名端的判斷107

4.4.3互感線圈互感系數(shù)M和耦合系數(shù)K的測(cè)量110

4.4.4理想變壓器的仿真實(shí)驗(yàn)111

練習(xí)題112第5章三相交流電路的仿真實(shí)驗(yàn)114

5.1對(duì)稱三相電源114

5.2三相負(fù)載的連接116

5.2.1負(fù)載的星形連接116

5.2.2負(fù)載的三角形連接118

5.3三相電路的功率測(cè)量120

5.3.1三相四線制星形接法120

5.3.2三相三線制電路120

5.4三相交流電相序的測(cè)量124

練習(xí)題126第6章非正弦周期電路的仿真分析128

6.1非正弦周期信號(hào)的傅里葉分析與合成128

6.1.1非正弦周期信號(hào)的傅里葉分析128

6.1.2非正弦周期信號(hào)的合成142

6.2非正弦周期量的有效值、平均值和平均功率143

6.2.1非正弦周期量的電壓或電流的有效值143

6.2.2平均值145

6.2.3平均功率145

6.3非正弦周期電流電路的穩(wěn)態(tài)分析147

練習(xí)題149第7章線性動(dòng)態(tài)電路的時(shí)域分析151

7.1換路定律的仿真151

7.1.1過(guò)渡過(guò)程151

7.1.2換路定律153

7.1.3電路初始值的確定153

7.2一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)156

7.2.1RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)156

7.2.2RL電路的零狀態(tài)響應(yīng)160

7.3一階電路的零輸入響應(yīng)163

7.3.1RC電路的零輸入響應(yīng)163

7.3.2RL電路的零輸入響應(yīng)165

7.4一階電路的全響應(yīng)168

7.4.1RC電路的全響應(yīng)168

7.4.2RL電路的全響應(yīng)172

7.5一階電路全響應(yīng)的三要素法174

7.6RC電路在周期性矩形脈沖激勵(lì)下的響應(yīng)177

7.6.1RC微分電路177

7.6.2RC積分電路179

7.7一階電路的階躍響應(yīng)和沖激響應(yīng)181

7.7.1階躍響應(yīng)181

7.7.2一階電路的沖激響應(yīng)182

7.8二階電路的響應(yīng)182

7.8.1二階電路的零輸入響應(yīng)182

7.8.2RLC電路的零狀態(tài)響應(yīng)188

7.8.3RLC電路的全響應(yīng)191

練習(xí)題194第8章二端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的測(cè)量196

8.1二端口網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)196

8.1.1阻抗參數(shù)的測(cè)量196

8.1.2導(dǎo)納參數(shù)的測(cè)量199

8.1.3傳輸參數(shù)的測(cè)量201

8.1.4混合參數(shù)的測(cè)量202

8.2二端口網(wǎng)絡(luò)的連接207

8.2.1二端口網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)208

8.2.2二端口網(wǎng)絡(luò)的并聯(lián)210

8.2.3二端口網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)212

8.3負(fù)阻抗變換器和回轉(zhuǎn)器213

8.3.1負(fù)阻抗變換器213

8.3.2回轉(zhuǎn)器218

練習(xí)題221第9章NI Multisim 11基本操作223

9.1仿真電路界面的設(shè)置223

9.2元器件庫(kù)228

9.2.1電源庫(kù)/信號(hào)源庫(kù)229

9.2.2基本元件庫(kù)229

9.2.3二極管庫(kù)229

9.2.4晶體管庫(kù)229

9.2.5模擬集成元件庫(kù)230

9.2.6TTL元件庫(kù)230

9.2.7COMS元件庫(kù)230

9.2.8混雜數(shù)字器件庫(kù)230

9.2.9混合器件庫(kù)230

9.2.10指示器件庫(kù)230

9.2.11電源器件庫(kù)231

9.2.12其他元器件庫(kù)231

9.2.13高級(jí)外設(shè)元器件庫(kù)231

9.2.14射頻器件庫(kù)231

9.2.15機(jī)電器件庫(kù)232

9.2.16NI 庫(kù)232

9.2.17微控制器庫(kù)232

9.3元器件操作232

9.3.1元器件的選用232

9.3.2元器件的放置232

9.3.3元器件的選中233

9.3.4元器件的復(fù)制、移動(dòng)、刪除233

9.3.5元器件的旋轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)233

9.3.6設(shè)置元器件屬性234

9.3.7設(shè)置元器件顏色235

9.4導(dǎo)線的連接235

9.4.1導(dǎo)線的連接、刪除與改動(dòng)235

9.4.2連接點(diǎn)的使用236

9.4.3總線的放置236

9.5添加文本237

9.5.1添加文本內(nèi)容237

9.5.2添加電路描述窗237

9.5.3添加標(biāo)題欄237

9.5.4保存電路文件239

9.6NI Multisim 11虛擬儀器的使用239

9.6.1數(shù)字萬(wàn)用表239

9.6.2函數(shù)信號(hào)發(fā)生器241

9.6.3雙通道示波器244

9.6.4四通道示波器246

9.6.5功率表249

9.6.6IV分析儀249

9.6.7電流探針251

9.6.8測(cè)量探針252

9.6.9電壓表和電流257

9.6.10失真分析儀259

9.6.11波特圖示儀260

9.6.12頻率計(jì)262

9.6.13頻譜分析儀263

9.6.14網(wǎng)絡(luò)分析儀267

9.7常用仿真分析法271

9.7.1仿真分析步驟271

9.7.2直流工作點(diǎn)分析274

9.7.3交流分析277

9.7.4瞬態(tài)分析280

9.7.5傅里葉分析284

9.7.6單一頻率交流分析288

9.7.7直流掃描分析294

9.7.8參數(shù)掃描分析297參考文獻(xiàn)301第1章半導(dǎo)體器件仿真實(shí)驗(yàn)1

1.1半導(dǎo)體二極管1

1.1.1二極管單向?qū)щ娦苑抡鎸?shí)驗(yàn)1

1.1.2二極管的伏安特性仿真實(shí)驗(yàn)2

1.2二極管的應(yīng)用5

1.2.1二極管模型5

1.2.2二極管整流電路6

1.2.3限幅電路11

1.2.4開(kāi)關(guān)電路11

1.3特殊二極管的應(yīng)用13

1.3.1穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用13

1.3.2發(fā)光二極管的應(yīng)用15

1.3.3光電耦合器15

1.4半導(dǎo)體三極管16

1.4.1三極管內(nèi)部電流分配關(guān)系16

1.4.2三極管共射極輸入特性測(cè)試18

1.4.3三極管的輸出特性曲線18

1.5場(chǎng)效應(yīng)晶體管21

1.5.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管基本特性的測(cè)試21

1.5.2MOSFET的基本特性測(cè)試23

練習(xí)題27第2章基本放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)29

2.1放大電路的直流與交流工作狀態(tài)29

2.1.1共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)29

2.1.2基本共發(fā)射極放大電路的波形圖31

2.2靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置35

2.2.1靜態(tài)工作點(diǎn)的正確設(shè)置35

2.2.2靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定39

2.3分壓式負(fù)反饋電路41

2.3.1分壓式負(fù)反饋電路的靜態(tài)工作點(diǎn)41

2.3.2分壓式負(fù)反饋放大電路性能指標(biāo)的測(cè)試432.3.3三極管電流放大系數(shù)β和電壓放大倍數(shù)的關(guān)系49

2.4共集電極和共基極放大電路51

2.4.1共集電極放大電路的參數(shù)測(cè)量51

2.4.2共基極放大電路53

2.5場(chǎng)效應(yīng)管放大電路55

2.5.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管自偏壓放大電路56

2.5.2分壓式自偏壓電路57

2.5.3耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管分壓式放大電路57

2.5.4增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管放大器58

2.5.5共漏極場(chǎng)效應(yīng)管放大器58

練習(xí)題59[1][2]第3章放大電路頻率特性的仿真實(shí)驗(yàn)61

3.1低通電路和高通電路61

3.1.1一階RC低通電路61

3.1.2一階RC高通電路62

3.2影響放大電路頻率響應(yīng)的因素63

3.2.1影響放大電路低頻特性的因素63

3.2.2影響放大器高頻特性的因素65

3.3多級(jí)放大器的頻率響應(yīng)66

3.3.1多級(jí)放大器的頻率特性66

3.3.2放大器的非線性失真和線性失真67

3.3.3三極管參數(shù)的修改69

練習(xí)題72第4章功率放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)73

4.1甲類功率放大電路73

4.1.1甲類功率放大電路概述73

4.1.2射極輸出器作功率放大75

4.2乙類功率放大電路75

4.2.1乙類單管射極輸出功放電路75

4.2.2乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路77

4.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路78

4.3.1甲乙類OCL功放電路78

4.3.2復(fù)合管OCL互補(bǔ)對(duì)稱功放電路78

4.3.3甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱功放電路79

4.3.4集成功率放大電路TDA203081

練習(xí)題83第5章模擬集成電路基礎(chǔ)85

5.1電流源電路85

5.1.1鏡像電流源85

5.1.2比例電流源85

5.1.3微電流源86

5.1.4改進(jìn)型電流源86

5.1.5威爾遜電流源87

5.1.6多路電流源87

5.2差分式放大電路88

5.2.1長(zhǎng)尾式差分放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)88

5.2.2差分放大器輸入電壓為零時(shí)的情況88

5.2.3差分放大器的差模特性88

5.2.4差分放大器的共模特性89

5.2.5典型差動(dòng)放大電路90

5.2.6差模放大倍數(shù)的測(cè)量91

5.2.7共模電壓放大倍數(shù)的測(cè)量(RL=∞)92

5.2.8單端輸入差動(dòng)放大器95

5.2.9差動(dòng)放大器的輸入與輸出電阻96

練習(xí)題98第6章負(fù)反饋放大電路100

6.1反饋的分類及判斷100

6.1.1串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋100

6.1.2電流串聯(lián)負(fù)反饋101

6.1.3電流并聯(lián)負(fù)反饋104

6.1.4電壓串聯(lián)負(fù)反饋106

6.1.5電壓并聯(lián)負(fù)反饋108

6.2負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響109

6.2.1提高放大器增益的穩(wěn)定性109

6.2.2負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的影響110

6.2.3負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響111

6.2.4負(fù)反饋能夠擴(kuò)展放大器的通頻帶113

6.2.5減小非線性失真114

6.3深度負(fù)反饋放大器的仿真測(cè)試115

6.3.1電流串聯(lián)負(fù)反饋電路115

6.3.2電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路116

6.3.3電壓并聯(lián)負(fù)反饋117

6.3.4電流并聯(lián)負(fù)反饋118

練習(xí)題119第7章模擬信號(hào)運(yùn)算電路121

7.1運(yùn)算電路的三種輸入方式121

7.1.1反相輸入放大電路121

7.1.2同相輸入比例運(yùn)算電路123

7.1.3減法運(yùn)算電路125

7.1.4加法運(yùn)算電路127

7.2積分和微分電路128

7.2.1積分電路128

7.2.2微分電路130

7.3對(duì)數(shù)和指數(shù)電路132

7.3.1對(duì)數(shù)放大器電路132

7.3.2指數(shù)運(yùn)算電路133

7.4模擬乘法器典型應(yīng)用電路134

7.4.1乘法和平方運(yùn)算電路134

7.4.2除法運(yùn)算和開(kāi)平方運(yùn)算電路134

7.4.3正弦波倍頻135

7.5集成運(yùn)算放大器交流放大電路135

7.5.1反相交流放大器135

7.5.2同相交流放大器137

練習(xí)題139第8章信號(hào)處理電路140

8.1有源濾波器140

8.1.1一階有源低通濾波器140

8.1.2二階有源低通濾波器142

8.1.3二階有源高通濾波器143

8.1.4有源帶通濾波電路143

8.1.5雙T帶阻濾波器146

8.1.6三階和四階低通濾波器146

8.2運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用148

8.3信號(hào)變換電路157

8.3.1電壓電流轉(zhuǎn)換電路157

8.3.2電流電壓轉(zhuǎn)換電路158

8.3.3電壓頻率轉(zhuǎn)換電路159

8.3.4精密整流電路159

8.4運(yùn)算放大器與受控源162

8.4.1受控源162

8.4.2用運(yùn)算放大器構(gòu)成的受控電源164

練習(xí)題165第9章波形發(fā)生器電路167

9.1RC正弦波振蕩電路167

9.1.1RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性167

9.1.2文氏電橋振蕩電路168

9.1.3RC雙T正弦波振蕩電路169

9.1.4RC移相式正弦波振蕩器169

9.2LC正弦波振蕩器170

9.2.1變壓器反饋式振蕩電路170

9.2.2電感三點(diǎn)式振蕩器172

9.2.3電容三點(diǎn)式振蕩器173

9.2.4克拉潑振蕩器173

9.2.5西勒振蕩器174

9.3非正弦波振蕩器175

9.3.1方波產(chǎn)生電路175

9.3.2三角波發(fā)生器176

9.3.3占空比可調(diào)的方波、鋸齒波發(fā)生器177

練習(xí)題178第10章直流電源180

10.1單相整流濾波電路180

10.1.1單相整流濾波電路180

10.1.2變壓器帶中心抽頭的單相全波整流濾波電路182

10.1.3橋式整流電路183

10.1.4倍壓整流電路185

10.2并聯(lián)和串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源185

10.2.1硅穩(wěn)壓二極管并聯(lián)穩(wěn)壓電源185

10.2.2串聯(lián)型穩(wěn)壓電源186

10.3線性集成穩(wěn)壓器187

10.3.1三端固定輸出集成穩(wěn)壓器187

10.3.2三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器189

10.3.3擴(kuò)大輸出電流的穩(wěn)壓電路189

練習(xí)題191第11章常用仿真分析法192

11.1仿真分析步驟192

11.1.1創(chuàng)建電路原理圖，設(shè)置顯示節(jié)點(diǎn)編號(hào)192

11.1.2選擇分析類型192

11.1.3仿真分析參數(shù)設(shè)置193

11.1.4分析結(jié)果顯示194

11.2直流工作點(diǎn)分析195

11.3交流分析197

11.4瞬態(tài)分析199

11.5傅里葉分析202

11.6傳遞函數(shù)分析207

11.7直流掃描分析208

11.8參數(shù)掃描分析213

11.9溫度掃描分析217

練習(xí)題220第12章Multisim10虛擬儀器的使用222

12.1數(shù)字萬(wàn)用表222

12.1.1連接222

12.1.2面板操作223

12.1.3操作實(shí)例223

12.2函數(shù)信號(hào)發(fā)生器224

12.2.1連接224

12.2.2面板操作225

12.3雙通道示波器227

12.3.1連接227

12.3.2面板操作228

12.3.3雙蹤示波器的使用229

12.4四通道示波器230

12.4.1連接230

12.4.2面板操作231

12.5功率表232

12.5.1連接232

12.5.2面板操作232

12.6IV分析儀233

12.6.1連接233

12.6.2面板操作23312.7電流探針237

12.7.1連接237

12.7.2電流探針的操作238

12.8測(cè)量探針239

12.8.1連接239

12.8.2測(cè)量探針的設(shè)置240

12.9電壓表和電流表243

12.9.1電壓表的連接243

12.9.2電壓表面板操作243

12.9.3電流表的連接243

12.9.4電流表面板操作243

12.10失真分析儀244

12.10.1連接244

12.10.2面板操作245

12.11波特圖示儀246

12.11.1連接246

12.11.2面板操作247

12.12頻率計(jì)249

12.12.1連接249

12.12.2面板操作249

練習(xí)題250附錄AMultisim10的基本操作252

A.1NIMultisim10的用戶界面及設(shè)置252

A.1.1NIMultisim10的啟動(dòng)252

A.1.2NIMultisim10基本界面簡(jiǎn)介252

A.1.3NIMultisim10基本界面的定制254

A.2Multisim10元器件庫(kù)及其元器件263

A.2.1Multisim10的元器件庫(kù)263

A.2.2元器件的查找273

A.2.3使用虛擬元器件275參考文獻(xiàn)278 2100433B

本書第1章到第8章的內(nèi)容順序和《電路分析》教材完全一致。只要擁有一臺(tái)電腦，安裝上NI Multisim 11仿真軟件，就不再受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，隨時(shí)隨地都可以做電路方面的仿真實(shí)驗(yàn)。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)可以大大提高分析、理解問(wèn)題的能力和培養(yǎng)創(chuàng)新能力。本書第9章介紹了NI Multisim 11仿真軟件的使用方法、儀器儀表的使用方法和仿真分析法的使用步驟，并配有例題，便于自學(xué)。

本書可以作為高等院校電子信息、自動(dòng)化、通信類等專業(yè)電路分析課程的輔助教材，也可供有關(guān)技術(shù)人員參考。

《電路實(shí)驗(yàn)及仿真教程》共分為5章：第1章概述了電路實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)理論知識(shí)、電路實(shí)驗(yàn)分析及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理；第2章介紹了常用實(shí)驗(yàn)設(shè)備及其使用方法；第3章是電路實(shí)驗(yàn)，按照直流電路、交流電路和動(dòng)態(tài)電路的順序編排，既有基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)又有提高性實(shí)驗(yàn)；第4章和第5章是MuItisiml0電路仿真分析軟件介紹和電路仿真實(shí)驗(yàn)，從典型實(shí)驗(yàn)人手，使學(xué)生掌握Multisiml0軟件在電路仿真分析中的應(yīng)用。

《測(cè)試技術(shù)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教程》是綜合傳感器與測(cè)試技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)等方面的基礎(chǔ)知識(shí)，結(jié)合虛擬儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)（NIELVIS）的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目編寫而成的?！稖y(cè)試技術(shù)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教程》反映了虛擬儀器技術(shù)在測(cè)試技術(shù)類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)上的應(yīng)用情況，介紹了實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)理論、傳感器的基本知識(shí)、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基本原理和實(shí)驗(yàn)步驟。

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