《电工电子技术》上实训指导书.docx
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《电工电子技术》上实训指导书
《电工电子技术》(上)实训指导书
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《电工电子技术》(上)实训指导书
模块1直流电路
实训1 欧姆定律仿真实验
1。
实验目的
1)学习使用万用表测量电阻。
2)验证欧姆定律I=U/R.
2。
元器件选取
1)电源:
PlaceSource→POWER_SOURCES→DC_POWER,选取直流电源,设置电源电压为12V.
2)接地:
PlaceSource→POWER_SOURCES→GROUND,选取电路中的接地.
3)电阻:
PlaceBasic→RESISTOR,选取R1=10Ω,R2=2kΩ.
4)数字万用表:
从虚拟仪器工具栏调取数字万用表XMM1。
5)电流表:
PlaceIndicators→AMMETER,选取电流表并设置为直流档.
6)电压表:
PlaceIndicators→VOLTMETER,选取电压表并设置为直流档。
3.仿真电路
图1—1 数字万用表测量电阻阻值的仿真实验电路及数字万用表面板
a)b)
图1—2欧姆定律仿真电路及数字万用表面板
4.电路原理简述:
欧姆定律I=U/R
5。
仿真分析
(1)测量电阻阻值的仿真分析
1)搭建图1—1a所示的用数字万用表测量电阻阻值的仿真实验电路,数字万用表按图设置。
2)单击仿真开关,激活电路,记录数字万用表显示的读数。
3)将两次测量的读数与所选电阻的标称值进行比较,验证仿真结果。
(2)欧姆定律电路的仿真分析
1)搭建图1-2a所示的欧姆定律仿真电路.
2)单击仿真开关,激活电路,电压表和电流表均出现读数,记录R两端的电压值U和流过R的电流值I。
3)根据电压测量值U、电流测量值I及电阻测量值R验证欧姆定律。
4)改变电源V1的电压数值分别为2V、4V、6V、8V、10V、12V,读取U和I的数值,填入表1—1,根据记录数值验证欧姆定律,画出U(I)特性曲线。
表1-1 记录U和I的数值
V1/v
U/v
I1/A(R1=10Ω)
I2/mA(R2=2kΩ)
测量值
计算值
测量值
计算值
2
2
0。
2
0。
2
1
1
4
4
0.4
0。
4
2
2
6
6
0.6
0。
6
3
3
8
8
0.8
0。
8
4
4
10
10
1.0
1.0
5
5
12
12
1.2
1.2
6
6
6.思考题
1)当电压一定时,如果电阻阻值增加,流过电阻的电流将如何变化?
2)根据所作的U(I)特性曲线,说明相应的电阻是非线性电阻还是线性电阻?
实训2 基尔霍夫电压定律仿真实验
(电阻串联电路实验)
1。
实验目的
1)验证基尔霍夫电压定律U1+U2+U3=U。
2)根据电路的电流和电压确定串联电阻电路的等效电阻.
2。
元器件选取
1)电源:
PlaceSource→POWER_SOURCES→DC_POWER,选取直流电源,设置电源电压为12V。
2)接地:
PlaceSource→POWER_SOURCES→GROUND,选取电路中的接地。
3)电阻:
PlaceBasic→RESISTOR,选取阻值为1kΩ、3kΩ和6kΩ的电阻。
4)数字万用表:
从虚拟仪器工具栏调取数字万用表XMM1.
5)电流表:
PlaceIndicators→AMMETER,选取电流表并设置为直流档。
6)电压表:
PlaceIndicators→VOLTMETER,选取电压表并设置为直流档。
3。
仿真电路
图1—3 串联等效电阻仿真电路及数字万用表面板
图1-4 基尔霍夫电压定律仿真电路
4.电路原理简述
(1)两个或两个以上的元件首尾依次连接在一起称为串联,串联电路中流过每个元件的电流相等。
(2)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。
5。
仿真分析
(1)电阻串联仿真电路
1)搭建图1-3a所示的串联等效电阻仿真电路.
2)单击仿真开关,激活电路,数字万用表会显示测量到的电阻串联的等效电阻值R,记录测量值填入表1—2中,并与计算值比较.
(2)基尔霍夫电压定律仿真电路
1)搭建图1—4所示的基尔霍夫电压定律仿真电路。
2)单击仿真开关,激活电路,记录电流表显示数据I12、I34、I56和电压表显示数据U23、U45、U60。
填入表1-2中。
3)利用测量的数据,验证基尔霍夫电压定律.
表1-2
项目
R1/kΩ
R2/kΩ
R3/kΩ
R/kΩ
U23/v
U45/v
U60/v
I12/mA
V1/v
测量值
1
3
6
10
1.2
3。
6
7.2
1。
2
12
计算值
1
3
6
10
1。
2
3.6
7。
2
1。
2
12
6.思考题
1)试将等效电阻R的计算值和测量值进行比较,情况如何?
2)电源电压V1与U23+U45+U60有什么关系?
哪些是电压降,哪些是电压升?
实训3 基尔霍夫电流定律仿真实验
(电阻并联电路实验)
1.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)测量并联电阻支路电流,验证基尔霍夫电流定律I1+I2+I3=I.
2.元器件选取
1)电源:
PlaceSource→POWER_SOURCES→DC_POWER,选取直流电源并设置电源电压为12V。
2)接地:
PlaceSource→POWER_SOURCES→GROUND,选取电路中的接地.
3)电阻:
PlaceBasic→RESISTOR,选取阻值为1kΩ、2kΩ和4kΩ的电阻。
4)数字万用表:
从虚拟仪器工具栏调取数字万用表XMM1.
5)电流表:
PlaceIndicators→AMMETER,选取电流表并设置为直流档。
6)电压表:
PlaceIndicators→VOLTMETER,选取电压表并设置为直流档。
3。
仿真电路
图1-5 并联等效电阻仿真电路及数字万用表面板
图1—6所示的基尔霍夫电流定律仿真电路
4。
电路原理简述:
(1)并联电阻电路的等效电阻:
G1+G2+G3=G,R=1/G。
(2)并联电阻电路的各支路电流:
I1=V1/R1,I2=V1/R2,I3=V1/R3.
(3)基尔霍夫电流定律I1+I2+I3=I
5.仿真分析
(1)电阻并联仿真电路
1)搭建图1-5a所示的并联等效电阻仿真电路。
2)单击仿真开关,激活电路,用数字万用表欧姆档测量并联电路的等效电阻R并填入表1-3中.
3)将测得的等效电阻值与公式计算得到的等效电阻值相比较。
(2)基尔霍夫电流定律仿真电路
1)搭建图1—6所示的基尔霍夫电流定律仿真电路。
2)单击仿真开关,激活电路,记录电流表显示数据I12、I30、I40、I50。
填入表1-3中。
3)利用测量的数据,验证基尔霍夫电流定律I30+I40+I50=I12.
表1-3
项目
R1/kΩ
R2/kΩ
R3/kΩ
R/Ω
I30/mA
I40/mA
I50/mA
I12/mA
V1/v
测量值
1
2
4
571。
4
12
6
3
21
12
计算值
1
2
4
571.4
12
6
3
21
12
6。
思考题
1)并联电阻的测量值与计算值比较情况如何?
2)比较电压测量值U30、U40和U50,情况如何?
由此可得到什么结论?
3)电流I12与电流I30、I40、I50之和有什么关系?
应用这个结果能证实基尔霍夫电流定律的正确性吗?
实训4 直流电路的电功率实验
1。
实验目的
1)研究功率与电压电流之间的关系。
2)根据电流和电压计算灯泡的损耗功率。
3)研究负载电阻的大小与获得最大输出功率的关系。
2。
元器件选取
1)电源:
PlaceSource→POWER_SOURCES→DC_POWER,选取直流电源并设置电压为12V。
2)接地:
PlaceSource→POWER_SOURCES→GROUND,选取电路中的接地.
3)电阻:
PlaceBasic→RESISTOR,选取阻值为1Ω和1kΩ的电阻。
4)功率表:
从虚拟仪器工具栏调取功率表XWM1和功率表XWM2。
5)电流表:
PlaceIndicators→AMMETER,选取电流表并设置为直流档。
6)电压表:
PlaceIndicators→VOLTMETER,选取电压表并设置为直流档。
7)灯泡:
PlaceIndicators→LAMP,选取12V、25W的灯泡。
3。
仿真电路
图1-7 测量灯泡损耗功率的仿真电路及功率表面板图
图1-8 负载电阻获得最大传输功率仿真电路及功率表面板图
4.电路原理简述
5.仿真分析
(1)测量灯泡的损耗功率仿真电路
1)搭建图1-7a所示的测量灯泡损耗功率的仿真电路.
2)单击仿真开关,激活电路,测量并记录灯泡两端的电压U和流过的电流I。
3)将光标移动到功率表图标上双击鼠标左键,打开功率表面板,读取并记录功率表的读数.
4)根据步骤2)测量的电压U和电流I,计算灯泡的损耗功率P0,并与步骤3)读取的功率表读数进行比较.
(2)负载电阻获得最大传输功率仿真电路
1)搭建图1—8所示的负载电阻获得最大传输功率仿真电路。
2)单击仿真开关,激活电路,观察记录功率表XWM1和功率表XWM2显示的读数。
在表1—4中记录不同负载电阻R2对应的功率P1和P0,计算效率η.
表1-4 不同负载实验记录
R2/Ω
P1/w
P0/w
η/%
R2/Ω
P1/w
P0/w
η/%
100
1500
400
3000
800
5000
1000
3)以负载电阻R2为横坐标、负载功率PO为纵坐标画出负载功率曲线图,并在曲线上标出最大功率点和相应的R2值.
4)以负载电阻R2为横坐标、效率η为纵坐标画出效率变化曲线图,并在曲线上标出最高效率点和相应的R2值.
6。
思考题
1)灯泡损耗功率的计算值等于灯泡功率的额定值吗?
2)当负载电阻R2增大时,负载电压U和负载电流I发生什么变化?
3)为了获得从电源到负载的最大传输功率,需要多大的负载电阻R2?
负载电阻R2与电源内阻R1之间有什么关系?
4)需要多大的负载电阻R2才能得到最高功率传输效率?
与获得最大输出功率的电阻值相同吗?
实训5 支路电流分析法仿真实验
(基尔霍夫定律实验)
1.实验目的
1)验证基尔霍夫的2个定律
2)学会用支路电流分析法求解支路电流.
3)掌握支路电流仿真实验方法,并比较测量值与计算值.
2.元器件选取
1)电源:
PlaceSource→POWER_SOURCES→DC_POWER,选取电压源并根据电路设置电压。
2)接地:
PlaceSource→POWER_SOURCES→GROUND,选取电路中的接地。
3)电阻:
PlaceBasic→RESISTOR,选取电阻并根据电路设置电阻值。
4)电流表:
PlaceIndicators→AMMETER,选取电流表并设置为直流档.
3。
仿真电路
图1—10 支路电流分析法仿真电路
4.电路计算
5.仿真分析
1)搭建图1-10所示的仿真电路。
2)单击仿真开关,激活电路,将电流表显示数值记录在表1-5中,并比较计算值与测量值,验证支路电流分析法。
表1—5 支路电流分析法仿真数据
项目
I1/mA
I2/mA
I3/mA
测量值
7。
443
1。
197
8。
642
计算值
7。
443
1。
197
8.642
6。
思考题
1)比较支路电流值I1、I2和I3的测量值与计算值,情况如何?
实训6 叠加定理仿真实验
1.实验目的
1)学会用叠加定理求解电路中某电阻两端的电压。
2)掌握叠加定理仿真实验方法,并比较测量值与计算值。
2。
元器件选取
1)电源:
PlaceSource→POWER_SOURCES→DC_POWER,选取电源并根据电路设置电压.
2)接地:
PlaceSource→POWER_SOURCES→GROUND,选取电路中的接地。
3)电阻:
PlaceBasic→RESISTOR,选取电阻并根据电路设置电阻值.
4)电压表:
PlaceIndicators→VOLTMETER,选取电压表并设置为直流档。
3.仿真电路
图1-11 叠加定理仿真电路
4。
电路计算(略)
5。
仿真分析
1)搭建图1-11所示的叠加定理仿真电路。
2)单击仿真开关,激活电路,将电压表显示数值记录在表1—6中,并比较计算值与测量值,验证叠加定理。
表1-6 叠加定理仿真数据
项目
V1=5V,V2=0V
V1=0V,V2=10V
V1=5V,V2=10V
UR2/v
IR2/A
UR2/v
IR2/A
UR2/v
IR2/A
测量值
2
2
2
2
4
4
计算值
2
2
2
2
4
4
6。
思考题
1)比较电阻R2两端的电压降UR2计算值与仿真值,情况如何?
2)说明叠加定理的应用.
实训7 戴维南定理仿真实验(选做)
1。
实验目的
1)学会用戴维南定理求解电路.
2)掌握戴维南定理仿真实验方法,并比较测量值与计算值。
2.元器件选取
1)电压源V1:
PlaceSource→POWER_SOURCES→DC_POWER,选取电压源并根据电路设置电压。
2)电流源I1:
PlaceSource→SIGNAL_CURRUNT→DC_CURRUN,选取电流源并根据电路设置电流值.
3)接地:
PlaceSource→POWER_SOURCES→GROUND,选取电路中的接地。
4)电阻:
PlaceBasic→RESISTOR,选取电阻并根据电路设置电阻值。
5)数字万用表:
从虚拟仪器工具栏调取数字万用表XMM1.
3.仿真电路
图1-12 戴维南定理仿真电路
4.戴维南定理与电路计算
5。
仿真分析
1)搭建图1-12b所示的测量电流的仿真电路,单击仿真开关,激活电路,测量流过R上的电流,并将测量数据填入表1—7。
2)搭建图1-12c所示的测量开路电压的仿真电路,R两端开路。
3)搭建图1—12d所示的测量短路电流仿真电路,单击仿真开关,激活电路,测量短路电流ISC,填入表1—7。
表1—7 戴维南定理仿真数据
I/A
Uoc/v
Isc/A
Ro/Ω
测量值
计算值
6.思考题
1)根据UOC和ISC的测量值,计算戴维南电路等效电阻。
2)画出图1—12所示电路的戴维南等效电路。
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