EWB仿真实验指导书

EWB电工电子仿真实验指导书1《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1—1所示电阻串联电路中R=R1+R2+R3。图1—1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1—2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1—2基尔霍夫电压定律实验电路EWB电工电子仿真实验指导书2四、实验步骤1、建立如图1—1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1—2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2—1电阻并联电路中：EWB电工电子仿真实验指导书3图2—1电阻并联电路在图2—2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2—2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2—2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2—1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2—2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？EWB电工电子仿真实验指导书4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3－1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=UocRth＝Uoc／Isc图3—1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3—2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3—2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3—1所示测量二端口网络开路端电压实验电路。EWB电工电子仿真实验指导书52、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3—1所示的电路元件值，计算a、o两端的电压Uoc。4、建立如图3—2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3—2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3—2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0.01μF、0.1μF电容各1个200Ω、400Ω、1KΩ电阻各1个三、实验原理及实验电路如图6—1所示为RLC串联实验电路，其阻尼因子可用下式计算：α=LC串联电路的谐振频率ω0计算式为：ω0=当阻尼因子α等于谐振频率ω0时，RLC串联电路称为临界阻尼。即：R=2。当阻尼因子α大于谐振频率ω0时，RLC串联电路称为过阻尼。即：R2。当阻尼因子α小于谐振频率ω0时，RLC串联电路称为欠阻尼。即：R2。通过实验观测欠阻尼RLC电路的电流经过多长时间衰减为零，可近似测定阻尼因子α。电流衰减为零的时间大约等于5倍的时间常数。一倍的时间常数可由下式求出：τ=1/αEWB电工电子仿真实验指导书6欠阻尼RLC电路的振荡频率ω可用下式计算：ω=图6—1RLC串联实验电路图6—2RLC串联电路欠阻尼波形如图6—2所示为欠阻尼情况下RLC串联电路的振荡波形。四、实验步骤1、建立如图6—1所示的实验电路，信号发生器按图设置。2、单击仿真电源开关，激活电路进行动态分析。观察记录示波器显示的输入输出波形，在U—T坐标上作出电阻电压U随时间变化的曲线，标出峰值电压。3、根据实验电路所给的RLC元件值，计算阻尼因子α。4、根据实验电路所给的RLC元件值，计算谐振频率ω0。5、将实验电路中的R值改为400Ω，再次单击仿真电源开关，激活电路进行动态分析。在U—T坐标上作出电阻电压随时间变化的曲线图，注意在图中表明电流衰减为0所需要的时间。6、根据R的新阻值，计算阻尼因子α。7、根据R的新阻值，计算电流衰减为0所需要的时间。8、将实验电路中的R值改为200Ω，再次单击仿真电源开关，激活电路进行动态分析。在U—T坐标上作出电阻电压U随时间变化的曲线图，注意在图中表明电流衰减为0所需要的时间。9、根据R的新阻值，计算阻尼因子α。10、据R的新阻值，计算电流衰减为0所需要的时间。11、根据计算的阻尼因子α和谐振频率ω0，计算欠阻尼RLC电流曲线的振荡频率ω。12、将实验电路中的C值改为0.01μF，再次单击仿真电源开关，激活电路进行动态分析。在U—T坐标上作出电阻电压U随时间变化曲线图。13、根据C的新值，计算谐振频率ω0。14、根据计算的阻尼因子α和谐振频率ω0计算欠阻尼RLC电流曲线图的振荡频率ω0。五、思考题1、根据上述步骤计算各种情况下的α和谐振频率ω0，判断RLC串联电路的阻尼状态。EWB电工电子仿真实验指导书72、R和C数值的变化对RLC串联电路的电流曲线图有什么影响。实验五RLC串联谐振实验[选做]一、实验目的1、测量RLC串联电路的谐振曲线，通过实验进一步掌握串联谐振的条件和特点。2、研究电路参数对谐振特性曲线的影响。二、实验器材信号发生器1台频率特性测试仪1台示波器1台电阻、电容、电感各1个三、实验原理如图7—1所示为RLC串联电路，当输入电压的频率为某一值ω0时，电阻上的电压等于输入电压达到最大值，我们把此时的频率称为中心频率或谐振频率。此时，电路的电抗为零。阻抗值最小，等于电路中的电阻，电路成为纯电阻性电路。并且电路中的电流达到最大值，电流与输入的电压同相位。我们把电路的这种工作状态称为串联谐振。电路达到谐振状态的条件是：f0=。在该电路的幅频特性曲线中，当振幅下降到原来的0.707时对应的两个频率f1和f2叫做3分贝频率。两个频率之差称为该网络的通频带，理论上可推出通频带宽为R/L。图7—1串联谐振电路当电路发生串联谐振时，XL=XC。且当XL=XCR时，UL=UCU1。（U1为输入电压）该电路的幅频特性曲线如图7—2所示。图7—2幅频特性曲线四、实验步骤EWB电工电子仿真实验指导书81、建立如图7—1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1KΩ、2KΩ、3KΩ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