仿真实验电阻电路.docx
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仿真实验电阻电路
仿真实验1电阻元件的伏安特性
一、实验目的
1、掌握电路的基本概念:
电压、电流、功率、参考点和节点电压。
2、研究电阻元件的伏安特性及其测定方法。
3、掌握EWB软件的基本使用方法、使用步骤,以及虚拟仪器的使用方法。
二、原理及说明
1、EWB软件(ElectronicsWorkbench)
EWB中文名称是电子工程师仿真工作室,是加拿大交换图像技术有限公司(INTERACTIVEIMAGETECHNOLOGIESLtd)在90年代初推出的电子设计自动化软件,在电子类课程教学、电子工程设计等领域广为应用。
2、基本概念
(1)电流:
单位时间内通过导体横截面的电荷量。
(2)电压:
单位正电荷从电路中由a点转移到b点时,电场力所做的功。
(3)功率:
电路中某一段所吸收或者提供能量的速率。
电功率为电流与电压的乘积,即P=UI。
(4)参考点(零电位点):
电路中任选的一个基准点。
在工程中常选大地作为参考,即认为大地电位为0。
在电子电路中,电路并不一定接地,常选一条特定的公共线(如金属机壳)作为参考点。
这条线常与底座相连,称作地线。
(5)节点电压(电位):
定义为各节点至参考节点间的电压降。
对节点电压,通常不需标示参考极性,参考点被认为是“-”端。
电位随着参考点的不同而改变,在电路分析中,不指明参考点而讨论电位是没有意义的。
3、基本元件和单口的伏安特性可以用电压表、电流表测定,称为伏安测量法(伏安表法)。
伏安表法原理简单,测量方便,同时适用于非线性元件伏安特性测量。
4、电阻元件
电阻元件的特性可以用该元件两端的电压U与流过元件的电流I的关系来表征,满足欧姆定律:
在U-I坐标平面上,线性电阻的特性曲线是一条通过原点的直线。
非线性电阻元件的电压、电流关系,不能用欧姆定律来表示,它的伏安特性一般为一曲线。
图1-1给出的是晶体二极管的伏安特性曲线。
三、实验内容
1、线性电阻的伏安特性
在EWB软件中建立如图1-2所示的电路,从EWB元件库中选取元件,其中电阻和连接点在基本库,直流电压源和接地在信号源库,电压表和电流表在测量器件库,选取元件后,按照图1-2要求设置相关参数,同时连接好电路。
并从EWB的测量仪器中选用测量探针,分别探测a、b点的电位。
按表1-1改变电压源的电压Us,测定相应的电流值和电压值记录于表1-1中,并计算电阻R=100Ω的功率。
图1-2
表1-1线性电阻的伏安特性
Us(v)
0
2
4
6
8
10
Ua(V)
Ub(V)
Uba(V)
I(mA)
P(W)
2、二极管(非线性电阻)伏安特性
在EWB工作环境下,按图1-3接接电路,在二极管库中找二极管元件。
其中200Ω为限流电阻。
实验中注意正向时二极管端电压为0-0.7v,电流不超过20mA。
按表1-2改变电压源的电压Us,将二极管两端电压与电流测试值填入表1-2中,并计算二极管的功率。
图1-3
表1-2二极管伏安特性(正向)
Us(v)
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
1.0
U(V)
I(mA)
P(W)
将二极管反接,作反向实验,观察实验现象。
按表1-3改变电压源的电压Us,将二极管两端电压与电流测试值填入表1-2中,并计算二极管的功率。
表1-3二极管伏安特性(反向)
Us(v)
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
U(V)
I(mA)
P(W)
四、思考与报告要求
1、给出仿真电路。
2、根据测量数据,绘制各元件的伏安特性曲线;
3、线性和非线性电阻的输出功率与负载的大小有什么关系?
4、改变电流表和电压表的极性,读数有变化吗?
仿真实验2电压源的伏安特性
一、实验目的
1、掌握电路的基本概念:
电压、电流、功率、参考点和节点电压。
2、研究电压源的伏安特性及其测定方法。
3、掌握EWB软件的基本使用方法、使用步骤,以及虚拟仪器的使用方法。
二、原理及说明
1、EWB软件(ElectronicsWorkbench)
EWB中文名称是电子工程师仿真工作室,是加拿大交换图像技术有限公司(INTERACTIVEIMAGETECHNOLOGIESLtd)在90年代初推出的电子设计自动化软件,在电子类课程教学、电子工程设计等领域广为应用。
2、基本概念
(1)电流:
单位时间内通过导体横截面的电荷量。
(2)电压:
单位正电荷从电路中由a点转移到b点时,电场力所做的功。
(3)功率:
电路中某一段所吸收或者提供能量的速率。
电功率为电流与电压的乘积,即P=UI。
(4)参考点(零电位点):
电路中任选的一个基准点。
在工程中常选大地作为参考,即认为大地电位为0.在电子电路中,电路并不一定接地,常选一条特定的公共线(如金属机壳)作为参考点。
这条线常与底座相连,称作地线。
(5)节点电压(电位):
定义为各节点至参考节点间的电压降。
对节点电压,通常不需标示参考极性,参考点被认为是“-”端。
电位随着参考点的不同而改变,在电路分析中,不指明参考点而讨论电位是没有意义的。
3、基本元件和单口的伏安特性可以用电压表、电流表测定,称为伏安测量法(伏安表法)。
伏安表法原理简单,测量方便,同时适用于非线性元件伏安特性测量。
4、电压源
理想电压源的内部电阻值Rs为零,其端电压US(t)是确定的时间函数,而与流过电源的电流大小无关。
如果US(t)不随时间变化(即为常数),则该电压源称为直流理想电压源Us,其伏安特性曲线如图1-1(a)中曲线a所示,实际电源的伏安特性曲线如图1-1(a)中曲线b所示,它可以用一个理想电压源Us和电阻Rs相串联的电路模型来表示(图1-1(b))。
显然Rs越大,图1-1(a)中的角θ也越大,其正切的绝对值代表实际电源的内阻Rs。
三、实验内容
1、理想电压源的伏安特性
按图1-2接电路,电压源Us(V)=10(V),100Ω为限流电阻。
按表1-1改变R数值,记录相应的电压值与电流值于表1-1中。
图1-2
表1-1理想电压源的伏安特性
R(KΩ)
理论值
1.0
0.5
0.3
0.2
0.1
实测值
U(V)
I(mA)
P(W)
2、实际电压源的伏安特性
按图1-3接接电路,电压源Us(V)=10(V)。
按下仿真启动/停止开关,启动电路,按表1-2改变R数值,记录相应的电压值与电流值于表1-2中,观察电压表和电流表的读数。
图1-3
表1-2实际电压源的伏安特性
R(KΩ)
理论值
1.0
0.5
0.3
0.2
0.1
实测值
U(V)
I(mA)
P(W)
四、思考与报告要求
1、给出仿真电路。
2、根据测量数据,绘制各元件的伏安特性曲线;
3、电压源的输出功率与负载的大小有什么关系?
4、改变电流表和电压表的极性,读数有变化吗?
仿真实验3电流源元件的伏安特性
一、实验目的
1、掌握电路的基本概念:
电压、电流、功率、参考点和节点电压。
2、研究电流源的伏安特性及其测定方法。
3、掌握EWB软件的基本使用方法、使用步骤,以及虚拟仪器的使用方法。
二、原理及说明
1、EWB软件(ElectronicsWorkbench)
EWB中文名称是电子工程师仿真工作室,是加拿大交换图像技术有限公司(INTERACTIVEIMAGETECHNOLOGIESLtd)在90年代初推出的电子设计自动化软件,在电子类课程教学、电子工程设计等领域广为应用。
2、基本概念
(1)电流:
单位时间内通过导体横截面的电荷量。
(2)电压:
单位正电荷从电路中由a点转移到b点时,电场力所做的功。
(3)功率:
电路中某一段所吸收或者提供能量的速率。
电功率为电流与电压的乘积,即P=UI。
(4)参考点(零电位点):
电路中任选的一个基准点。
在工程中常选大地作为参考,即认为大地电位为0.在电子电路中,电路并不一定接地,常选一条特定的公共线(如金属机壳)作为参考点。
这条线常与底座相连,称作地线。
(5)节点电压(电位):
定义为各节点至参考节点间的电压降。
对节点电压,通常不需标示参考极性,参考点被认为是“-”端。
电位随着参考点的不同而改变,在电路分析中,不指明参考点而讨论电位是没有意义的。
3、基本元件和单口的伏安特性可以用电压表、电流表测定,称为伏安测量法(伏安表法)。
伏安表法原理简单,测量方便,同时适用于非线性元件伏安特性测量。
4、电阻元件
5、电流源
理想电流源向负载提供的电流Is(t)是确定的函数,与电源的端电压大小无关。
如果Is(t)不随时间变化(即为常数),则该电流源为直流理想电流源Is,其伏安特性曲线如图1-1(a)中曲线a所示。
实际电源的伏安特性曲线如图1-1(a)中曲线b所示,它可以用一个理想电流源Is和电导Gs相并联的电路模型来表示(图1-1(b))。
显然,Gs越大,图1-1(a)中的θ角也越大,其正切的绝对值代表实际电源的电导值Gs。
图1-1
三、实验内容
1、理想电流源的伏安特性
按图1-2接电路,电流源Is(mA)=100(mA),100Ω为限压电阻。
按下仿真启动/停止开关,启动电路,观察电压表和电流表的读数。
按表1-1改变R数值,记录相应的电压值与电流值于表1-1中,并计算电流源的功率。
图1-2
表1-1理想电流源的伏安特性
R(KΩ)
理论值
1.0
0.5
0.3
0.2
0.1
实测值
U(V)
I(mA)
P(W)
2、实际电流源的伏安特性
按图1-3接线,电流源的值为Is(mA)=100(mA)。
按表1-2改变R数值(将可调电阻与电路断开后调整),记录相应的电压值与电流值于表1-2中。
图1-3
表1-2实际电流源的伏安特性
R(KΩ)
理论值
1.0
0.5
0.3
0.2
0.1
计算值
U(V)
I(mA)
P(W)
四、思考与报告要求
1、给出仿真电路。
2、根据测量数据,绘制各元件的伏安特性曲线;
3、电流源的输出功率与负载的大小有什么关系?
4、改变电流表和电压表的极性,读数有变化吗?
仿真实验4受控电压源的转移特性和输出特性
一、实验目的
1、研究受控电压源的转移特性和输出特性,以及测定方法。
二、原理及说明
1、受控源是由电子器件抽象而来的一种模型,具有输入端的电压或电流能够控制输出端的电压或电流的特点。
根据控制量与受控量电压或电流的不同,受控源有四种:
电压控制电压源(VCVS);电压控制电流源(VCCS);电流控制电压源(CCVS);电流控制电流源(CCCS),其电路模型如图2-1所示。
四种受控源的电压、电流关系如下:
(1)电压控制电压源(VCVS):
I1=0,U2=μU1
(2)电压控制电流源(VCCS),I
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