长江大学：电工电子国家级实验教学示范中心《电路分析基础》课程实验指导书（电子版）.pdf_大学文库

电路部分实验目录1.电阻电路的计算2.电路定理的验证3.大规模直流电路的计算4.单口网络的测试及等效电路5.动态元件伏安关系的测量6.一阶电路的响应7.二阶电路的响应8.正弦稳态电路的计算9.．日光灯电路与功率因数的提高10.三相电路的观测11.RLC谐振电路的测试12.RC选频网络特性的测试

电路部分实验目录 1. 电阻电路的计算 2. 电路定理的验证 3. 大规模直流电路的计算 4. 单口网络的测试及等效电路 5. 动态元件伏安关系的测量 6. 一阶电路的响应 7. 二阶电路的响应 8. 正弦稳态电路的计算 9. 日光灯电路与功率因数的提高 10. 三相电路的观测 11. RLC 谐振电路的测试 12. RC 选频网络特性的测试

电路分析基础实验指导书实验1电阻电路的计算1.1:实验目的1.学习MATLAB命令的使用方法。2．掌握电路方程的几种求解方法。3.学会根据电路分析的知识编写小段程序。1.2实验原理与计算示例下面举例说明用MATLAB计算电路的方法。例1在图9.1-1所示电路中，已知：R,=1kQ,R2=220Q,R3=2kQ,R4=5102,Rs=1kQR。=2kQ,Usi=10V,Us2=12V,求电路中的电压U.和电流I。解用网孔分析法，设网孔电流如图中虚线所示。网孔方程为((R + R, + R,)Ia + R,I, + R,I。= UsiR,I. +(R, +R, +R,)I,-R,I=Us2RI.-R,I, +(R +R, +R)I。= 0图9.1-1例1的电其矩阵形式为R4R2[R, + R, + R4UsiR- R,IIR, +R +R.R4- Rs0R +R, +R.1用MATLAB编程如下：% T9_1_1. mformat short gR1=1000:R2=220:R3=2000:R4=510:R5=1000:R6=2000:Us1=10:Us2=12R=[R1+R2+R4R2R4;R2 R2+R3+R5-R5;R4-R5 R4+R5+R6]:U=[Us1 Us20]":I=R\U12=I (1)+I(2)1kQU6=R6*I(3)运行程序后显示结果为>> I =12V0.00528210.0034313VR[10k0.0002100212 =0.0087132U6 =图9.1-20.42003可见，I,=8.713mA，U。=420mV。例2对如图9.1-2所示分压器电路。已知滑动电阻为1kQ。求接了10kQ的负载后，要使R，上的电压为3V，求R和R的值。-1-

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电路分析基础实验指导书解由分压公式：R, //103 =×12,R, +R, =1R, +R, //10用MATLAB的solveO函数求解，命令如下：>》[R1,R2]=S01ve（3=R2*10/(R2+10)/(R1+R2*10/(R2+10)）*12"，R1+R2=1"）R1 =【41/2-1/2*1561~（1/2)]［41/2+1/2*1561°（1/2)】R2=3［39/2+1/2*1561~(1/2)]【-39/2-1/2*1561°（1/2)】> vpa([R1 R2],5)ans =.255].745,42【40.255,-39.255]1可得R=745Q，R=255Q2U图9.1-3例3求如图9.1-3所示电路中的电流I和电压U。解用网孔分析法，由于有两个电流源，用超网孔方法列网孔方程：4I,-2(I,+I)-21+U=021+10+2(1+12)=0I, + 12 = 2UU = 2(3 + I,)用MATLAB的solveO函数求解，命令如下：》》X=so1ve(4*11-2*(12+I)-2*I+U=0°2*I+10+2*(I+12)=0""I1+12=2*U"，U=2*(3+I1)")>> I=X. II =9/2>> U=x. UU=2/3实验内容1.31.计算如图9.1-4所示电路的电压U、U.和I，0.1520.15Q+1318.402U.125V18.420.2520.25211.6238.4238.4125V0.15Q0.152图9.1-4-2-

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电路分析基础实验指导书2.计算如图9.1-5所示电路中电流1。1210V1Q28Q3922100v(D10V4229220821012图9.1-6图9.1-53.计算图9.1-6所示电路中电压U.,U，。其中电阻的单位为2。1.4实验步骤和方法1：先列出电路的网孔方程和节点方程。检查方程的正确性。2.打开编辑文本窗口，仿照例题编写计算程序和命令。3．将程序保存，保存时取文件名，注意文件名要字母开头。4：运行程序，检查用两种方法计算的结果是否一致。1.5实验注意事项1：MATLAB的文件名要以字母开头，文件名中不得有运算符、专用名称等，但可以有下划线。2.用MATLAB计算一定要有数学模型，即方程组。解方程的方法有两种，可根据方程的类型选用。比较规则的线性方程组，写成矩阵形式后，用矩阵除法求解。非线性方程组或不规则线性方程组用solve()函数求解。3.MATLAB命令后用“，”号时，表示不显示结果。用“，”号时，表示显示结果。1.6预习要点1.MATLAB的启动、主要窗口和基本操作方法？2.MATLAB的命令、编写程序的方法。3.MATLAB对方程组的两种求解方法。4.电路分析中的网孔方程、节点方程的列写方法。1.7实验报告要求1.电路的网孔方程和节点方程。2.MATLAB编写的程序和命令。3.计算出的结果。4.通过本次实验，总结、归纳MATLAB计算电路的步骤和方法。-3-

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电路分析基础实验指导实验2电路定理的验证2.1实验目的1.学习创建、编辑EWB电路的方法。2．掌握EWB的直流分析方法和参数扫描方法。3.学会虚拟仪器中使用电压表、电流表的测量方法。4.加深对电路定理的理解。2.2实验原理与仿真示例M1420.0m电路定理包括叠加定理、戴维南定理和诺顿R12kOhm定理、特勒根定理和互易定理。用EWB来验证M这些定理的正确性？下面举例说明。R2R35100hm1kOhm例1在图8.2-1所示电路中，用叠加定理求电路中R,的电压和R,中的电流。R4R5LR6解：采用虚拟仪器测量。选电压表和电流表220Ohm1kOhm2kohm如图8.2-1连接。注意粗线为负端。启动主窗口8.713mM2右上角的仿真开关，观察电压表和电流表的显VV210V12V示。用叠加定理，使电压源V1单独作用，令电二压源V2为零，如图8.2-2(a)所示。再令电压源图8.2-1例1的电路V1为零，电压源V2单独作用，如图8.2-2(b)所示。M1M12.865V2245R1R12kOhm2kOhmMR2R3R2R3510Ohm1kOhm510Ohm1kOhmMR4R5R4LR5R6R62200hm1kOhm>220Ohm1kOhm>2kOhm2kOhm3.276m司6.434M2司M2V3LOV10V121OV(b)(a)图8.2-2用叠加定理测量电路从以上三图可知，两个电压源共同作用时的响应（图8.2-1），是两个电压源分别单独作用的响应之和（图8.2-2），符合叠加定理。例2求如图8.2-3所示电路的戴维南等效电路。-1-

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电路分析基础实验指导2122XA140201Bo图8.2-3例2的电路解法1：用EWB建立如图8.2-4(a)所示仿真电路，注意选择接地点。在分析直流工作点之前，要选择Circuit菜单下SchematicOption中Shownode（显示节点）项，以把电路的节点号显示在电路上。用EWB的ParameterSweep分析功能，显示结果如图8.1-4(b)所示。V1R12OhmU20hm21UR2R320hm4.0hm中12-01212 Current(A)(b)(a)图8.2-4例2的电路及参数扫描21-12=32。显然，I1=0时为开路电压，即Uoc=12V，等效电阻为R。=3解法2：用电压表直接测量开路电压如图8.1-5a)所示电路，可见开路电压12V。测量等效电阻如图8.2-5(b)所示。V1R1ohrr20hm.R2R312.020hm40hm(a）测量开路电OhmR323.0004Qhm(b）测量等效电图8.2-5例2的电路的直接测量-2-

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电路分析基础实验指导3显然，开路电压为Uoc=12V，等效电阻为R。=321例3用互易定理求图8.2-6(a)所示电路中82中的电流。解：用EWB创建电路如图8.2-6(a)所示。8Q中的电流为750mA，将激励和响应互换位置的电路如图8.2-6(b)所示。电流表中的读数仍是750mA。10V7500mA2.0hm8OhmOhm280hm30hm3.0hm[750.0m司103Z40hm2.0hm24.0hm20hm(a)(b)图8.2-6互易定理的验证例4验证特勒根定理二。解：电路如图8.2-7(a)(b)所示，两个电路的图完全相同，但各支路中的元件完全不同。测得各支路的电压和电流如下：U1=[2.181 2.181 2.181];I1=[2.394 1.515 -3.909];U2=[-500 -500 -500];I2=[1 -1 0];图8.2-7(a)的测量数据：U,=2.181V,Uz=2.181V,Us=2.181V;I,=2.394mA,l2=1.515mA,ls=-3.909mA。图8.2-7(b)的测量数据：U,=-500V,U,=-500V,U,=-500V;1,=1A,1,=-1A,i,=0A可以证明：01+0,,+0,1, =0;U,i+U,i, +U,i, =03kOhm2kOhm200QhmAA218FOUU.UET.UUUa[1.518司[3.808m]A1.0000.0010A(a)(b)图8.2-7特勒根定理的验证2.3实验内容1.用叠加定理计算如图8.2-8所示电路的电流1。-3-

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电路分析基础实验指导62Ac1002828210V101D2002100228V8082100VBo图8.2-8叠加定理计算电路图8.2-9求诺顿等效电路42502.求图8.2-9所示的电路的诺顿等效电路。3.如图8.2-10所示电路，验证互易定理1AU.2262824.自拟电路，验证特勒根定理。图8.2-10：验证互易定理的电2.4实验步骤和方法实验内容11.用EWB按图8.2-8所示电路创建原理图，设置各元件的值。2.仿照例1，用直接测量的方法测量电路。3.验证叠加定理的正确性。实验内容21.用EWB按图8.2-9所示电路创建原理图，设置各元件的值。2.仿照例2，用两种方法分析电路。3.检验两种方法分析的结果是一致的。实验内容31.用EWB按图8.2-10所示电路创建原理图，设置各元件的值。2.仿照例3，将激励源和响应互换位置，再进行测量。3.验证互易定理的正确性。实验内容41.用EWB创建自己设计的电路原理图，设置各元件的值。2.仿照例4，测量两个有相同电路结构而电路中支路元件不同的电路。3.验证特勒根定理二的正确性。2.5实验注意事项1.选择Circuit菜单下SchematicOption中Shownode来显示电路中的节点。ShowreferenceID来显示电路中的元件标识。如Rl，V1等。2．在测量时，电路中要选择参考点，即接地点。3.诺顿等效电路与戴维南等效电路是对偶的。ParameterSweep分析时，应选择要扫描的变量是电压源。4.验证互易定理，互换时应注意激励和响应的方向。5.验证特勒根定理二时，两个电路的图要相同，支路中的元件可以不同，即使是非线性元件也是可以的。-4 -

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电路分析基础实验指导2.66预习要点1.电路理论中叠加定理、戴维南定理、互易定理和特勒根定理的内容、应用条件。2.戴维南定理和诺顿定理的区别？如何用EWB仿真实验验证？3.互易定理在互换位置时有什么规律？4．特勒根定理二的基本知识，如何构造两个电路验证特勒根定理二的正确性。2.7实验报告要求1.用EWB创建的实验原理电路图。实验内容和步骤，EWB计算出的各种图表。2.3.通过本次实验，总结、归纳EWB仿真的步骤和方法。2.8实验设备1台计算机1.1套2.EWB5.0软件-5-

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电路分析基础实验指导实验3大规模直流电路的计算3.1实验目的1：了解大规模直流电路分析的一般方法。对电路的计算机辅助分析有一定的认识。2.学习用Matlab编程实现对通用直流电路计算的方法。3．通过实例计算，体会用计算机自动计算复杂电路的功能。加深对电路计算方法的理解。3.2实验原理与计算示例31、关联矩阵和KCL、KVL的矩阵形式?1关联矩阵是表示支路与节点关系的矩阵。图9.2-1是电路的图，有6条支路、4个节点。关联矩阵用A。表示，元素α定义为+1支路K与节点j关联，方向背向节点；④-1支路K与节点j关联，方向指向节点：ajk=图9.2-10支路K与节点j无关联。2456支路130[+1+1+10020-10+1+10节点如图9.2-1的关联矩阵为：A。0300+1-1-1004-10-1-1显然，A。的行是不独立的，把A。的任意行去掉得A，A的行就独立了。则A称降阶关联矩阵或关联矩阵。用A表示的KCL、KVL的矩阵形式：i2+1+1+1000i30-100设A=+1+1，则有i1400-1-10+1isLi[0i+iz+isAi=0即Ai=0-i, +i+is这就是KCL矩阵形式10L-is-i+ic-1-

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