《软件工程专业电路与系统》实验指导书2013

1实验一叠加定理一、实验目的1、熟悉仿真软件Multisim2001的基本用法；2、通过实验加深理解和验证电路叠加定理；；3、学会直流电压和直流电流的测量方法；4、学会分析计算误差的方法。二、实验仪器与器件1、计算机2、仿真软件Multisim2001三、实验内容及步骤1、熟悉和设置仿真软件Multisim2001（1）启动Multisim2001仿真系统（2）选择Options/Perfernces…菜单，设置软件运行环境Multisim2001运行环境的设置主要包括以下几方面：①Circuit:电路设置页面，包括Show显示控制、Color颜色设置、Workspace图纸设置、Wiring连线设置、ComponentBin元件库设置、Font字形字体字号设置、Miscellaneous其他设置等选项图2电路显示及颜色设置A、按照图2所示进行电路显示及颜色设置，其中：Showcomponentlable显示元件标记2Showcomponentreference显示元件参考记号Shownodenames显示节点名称Showcomponentvalues显示元件数值Showcomponentattribute显示元件属性Adjustcomponentidentifiers调整元件标示符B、单击ComponentBin元件库设置选项卡，设置元件符号标准。Multisim2001中有两套元件标准符号，一套是美国标准符号ANSI，另一套是欧洲标准符号DIN，勾选DIN标准，这种标准与我国标准接近。在该选项卡中元件工具条功能设置componenttoolbarfunctionality和元件放置模式设置Placecomponentmode采用系统默认。C、按照图3所示设置字形字体字号图3电路显示字形字体字号的设置其他选项卡均按照系统默认。（3）放置电路元件及测量仪器在电路窗口里根据图4所示创建电路。2、根据图4中给定参数计算理论值，填入表1中。3、打开仪器仿真开关进行仿真。34、测量下列3种情况下的各电流和电压值（注意数字万用表的表笔极性于实验电路中电流、电压参考方向的对应）。将测量数据记录于表1中。（1）电源Us1、Us2共同作用（2）电源Us1单独作用时，即Us1=6V，Us2=0（3）电源Us2单独作用时，即Us2=10V，Us1=0表1I1(mA)I2(mA)I3(mA)U1(V)U2(V)计算实测计算实测计算实测计算实测计算实测Us1Us2共同作用0.0280.0620.0342.8226.822Us1=6VUs2=00.0430.034-8.669m4.266-1.734Us2=10VUs1=0-0.0140.0280.043-1.4458.555误差Er四、实验报告要求1、根据表1中电源、电压的测量值，验证叠加定理2、将理论计算值与实际所测值相比较，分析误差产生的原因。五、思考题1、用电流实测值及电阻标称值计算R1、R2、R3上消耗的功率，以实例说明功率能否叠加？2、用实验方法验证叠加定理时，如果电源内阻不允许忽略，实验将如何进行？图4叠加定理实验电路图R1R2R3U1U2I1I3I2US1US2100Ω200Ω51Ω＋＋－－6V10VAAAVV4实验二戴维南定理一、实验目的1、熟悉仿真软件Multisim2001的基本用法2、通过验证戴维南定理，加深对等效概念的理解3、学会测量有源二端网络的开路电压和等效内阻的方法二、实验仪器与器件1、计算机2、仿真软件Multisim2001三、实验内容及步骤1、熟悉Multisim2001软件的运行环境，验证例题2.23启动Multisim2001仿真系统，放置电路元件及测量仪器，在电路窗口里分别按照教材56页例题2.23中图2.38(b)(c)(d)(e)所示创建电路，打开仪器仿真开关进行仿真，观察仪表显示结果，验证戴维南定理的正确性。2、按照图5的实验电路图在Multisim2001仿真软件的电路窗口里创建实验电路验证戴维南定理正确性。其中，Us=12V,R1=100Ω,R2=200Ω,R3=510Ω。（1）打开开关S1测量开路电压Uo，闭合开关S1和S2短路电流Is，将测量结果及等效内阻Ro计算值填入表2中。表2Uo(V)Is(mA)Ro=Uo/Is(Ω)10.0320.035A图5戴维南定理实验电路图（2）测量有源二端网络的外特性U=f(I):闭合开关S1，打开开关S2，负载电阻RL按表3中所列电阻值分别取值，将不同电阻时RL两端的电压U和RL支路的电流I，填入表3中。表3RL(Ω)0702003004501300U(V)0.389n1.9864.1495.1576.1548.235I(mA)0.035A0.028A0.021A0.017A0.014A6.336mA（3）测量等效电压源的外特性U’=f(I)：用测得的等效参数Uo、Ro组成戴维南等效电源，如图6所示，负载电阻RL按表4中所列电阻值分别取值，测量不同电阻时RL两端的电压U和RL支路的电流I，填入表4中。与表3中外特性相比较，以验证戴维南定理的正确性。R1R2S1S2Us1R3AVRL+－UI5图6戴维南等效电路图表4RL(Ω)0702003004501300U(V)0.035n1.9674.1205.1276.1258.217I(mA)0.0350.0280.0210.0170.0146.322m四、实验报告要求根据测量数据，在同一坐标系中绘制等效前、后的外特性曲线，并作比较，说明比较的结果。五、思考题1、在求有源二端网络等效内阻Ro时，如何理解“原网络中所有独立电源为零值”？实验中怎样将独立电源置零？2、若将稳压电源两端并入一个3KΩ的电阻，对本实验的测量结果有无影响？为什么？UoRoAVRL＋－UI6实验三一阶RC电路的时域响应一、实验目的1、学习用仿真软件Multisim2001观察和分析电路的时域响应2、研究RC电路在方波激励情况下充放电的基本规律和特点3、研究时间常数τ的意义及微分、积分电路的特点。二、实验仪器与器件1、计算机2、仿真软件Multisim2001三、实验内容及步骤1、观察一阶RC电路的零输入响应，验证例题3.8启动Multisim2001仿真系统，在电路窗口里按照教材87页例题3.8中图3.32所示建立实验电路。启动分析开关，通过示波器窗口观察一阶RC电路的零输入响应曲线，移动标尺，测试电容电压由开关动作开始衰减到初始值的0.368倍时所经历的时间，该时间即为电路的时间常数，将测试的时间常数τ与理论计算结果进行比较。2、观察方波输入一阶RC电路的响应Uc（t）（1）启动Multisim2001仿真系统，在电路窗口里分别按照图7所示建立实验电路。设置函数信号发生器XFG1为方波输出，使其输出幅度Us=5V，频率f=500Hz用示波器观察Uc（t）的波形，测量其电路的时间常数τ。图7方波输入一阶RC电路的实验电路图（2）其他参数不变，将图7中的电阻改变为R1=12KΩ,观察波形的变化，同时描绘波形，测量τ值。3、微分电路RC微分电路如图8所示，按照图8所示在电路窗口里建立实验电路，输入方波幅度Us=5V，频率f=500Hz的信号，C=0.1μF，R=700Ω.用示波器观察微分电路的输入、输出波形。7CR示波器图8RC微分电路7图8RC微分电路实验电路4、积分电路RC积分电路如图9所示，仿照图8在电路窗口里创建实验电路，输入方波幅度Us=5V，频率f=500Hz的信号，C=0.1μF，R=10KΩ.用示波器观察积分电路的输入、输出波形。四、实验报告要求1、将上述实验中各种响应的输入、输出波形截图。2、将实验中测出时间常数τ的值与计算值相比较，说明影响τ的因素。五、思考题1、当电容具有初值时，RC电路在阶跃激励下是否出现无暂态的现象，为什么？2、电路参数R、C一定时的微分电路，当脉冲频率改变时，输出波形是否变化（由微分电路的条件说明），为什么？R示波器图9RC积分电路C8实验四日光灯电路及其功率因素的改善一、实验目的1、了解日光灯电路的工作原理与接线。2、深刻理解交流电路中电压、电流的大小和相位的关系。3、学习提高功率因数的方法，进一步理解提高功率因数的意义。二、实验仪器与器件1、计算机2、仿真软件Multisim2001三、实验内容及步骤1、日光灯正常工作后的等效电路如图10所示。图10日光灯正常工作后的等效电路2、运行仿真软件，按图10的实验线路接线，设置各元件参数：交流电压源V1=220V/50Hz/0Deg，R=280Ω，r=100Ω，L=1.8H。电容C为虚拟电容，其值可变。3、在不并联电容的情况下，测量电源电压Us，灯管电压UR、整流器电压ULr及电路中的电流I、功率P，并记入表5中。表5测量数据计算数据U(V)U1(V)U2(V)I(A)PR|Z|XLLcosφ220.00090.412185.4320.32339.640w0.5584、并联电容，将电容值由C=1μF开始逐渐增大，每改变一次电容值，测一次有关参数，并填入表6中。9表6电容器测量数据计算数据Us(v)I(A)IL(A)IC(A)P(W)Ccosφ1μF220.0000.2680.3230.06939.6150.6712μF220.0000.2220.3230.13839.6090.8113μF220.0000.1900.3230.20739.6400.9484μF220.0000.1800.3230.27639.6280.9995μF220.0000.1960.3230.34639.6060.9186μF220.0000.2320.3230.41539.6070.7757μF220.0000.2810.3230.48439.6360.6418μF220.0000.3370.3230.55339.5990.5349μF220.0000.3970.3230.62239.5840.453四、实验报告要求1、根据表5和表6中的测量数据，计算所列各项计算值。2、在同一坐标系中作I=f（c）和cosφ=f(c)曲线，并分析曲线的成因。五、思考题1、画出电流相量图，分析在感性负载端并联适当的电容后如何提高线路的功率因数？并说明功率因数有什么意义。2、提高感性负载电路的功率因数，为什么不采用给负载串联电容的方法?