电路·信号与系统实验教程内容简介

本书共分3章：第1章实验课程基础知识，介绍实验课程的目的、意义、要求和学习方法，以及误差分析和实验结果的处理。第2章电路实验，包括直流电路的基础实验训练、叠加原理与戴维宁定理、一阶电路的方波响应、交流电路的测量与功率因数的提高、RLC串联谐振电路、三相电路的基本测量、运算放大器与受控源设计。此外，本章还给出了基于LabVIEW、MATLAB软件的电路仿真试验。第3章是信号与系统实验，内容包括非正弦信号的谐波分析、电信号的分解与合成、周期信号的频谱分析、无源滤波器与有源滤波器、采样定理等。

第1章实验课程基础知识1

1实验的目的和要求1

2实验的正确顺序2

3实验设计的基本知识4

4数据处理和误差分析9

第2章电路课程实验内容13

实验一直流电路基础实验训练13

实验二叠加原理与戴维南定理17

实验三特勒根定理与互易定理20

实验四基于LabVIEW软件的谐波分析电路仿真试验23

实验五一阶电路方波响应电路仿真与设计实验30

实验六测量交流电路与提高功率因数34

实验七三相电路实验37

实验八RLC串联谐振电路40

实验九无源双口网络43

实验十回转器46

实验十一负阻抗变换器的设计与应用49

实验十二一端口网络等效参数测量与最大功率传输电路设计52

实验十三运算放大器和受控源电路设计实验53

实验十四移相器的设计与测试58

第3章信号与系统实验61

实验一非正弦周期信号的谐波分解61

实验二电信号的分解与合成65

实验三模拟滤波器实验67

实验四信号的采样与恢复71

实验五信号的产生与时域运算75

实验六信号频谱分析81

实验七系统时域和频域特性的仿真实验84 2100433B

《电路实验及仿真教程》共分为5章：第1章概述了电路实验基础理论知识、电路实验分析及实验数据处理；第2章介绍了常用实验设备及其使用方法；第3章是电路实验，按照直流电路、交流电路和动态电路的顺序编排，既有基础性实验又有提高性实验；第4章和第5章是MuItisiml0电路仿真分析软件介绍和电路仿真实验，从典型实验人手，使学生掌握Multisiml0软件在电路仿真分析中的应用。

前言

第1章　电路实验基础知识

1.1　概述

1.2　电工测量的基本知识

1.3　实验误差分析和仪表的准确度

1.4　实验数据处理

1.5　实验数据的记录、整理与表示

1.6　实验电路故障的排除

第2章　电路测量设备

2.1　电路实验台简介

2.2　常用实验设备介绍

第3章　电路基本实验

3.1　叠加定理和互易定理

叠加定理陈述为：由全部独立电源在线性电阻电路中产生的任一电压或电流，等于每一个独立电源单独作用所产生的相应电压或电流的代数和。

在线性电路中，任一支路的电流（或电压）可以看成是电路中每一个独立电源单独作用于电路时，在该支路产生的电流（或电压）的代数和（叠加）。

线性电路的这种叠加性称为叠加定理。

也就是说，只要电路存在惟一解，线性电阻电路中的任一结点电压、支路电压或支路电流均可表示为以下形式：

y=H1us1 H2us2 …Hmusm K1is1 K2is2 … Knisn

式中uSk(k=1,2,…,m)表示电路中独立电压源的电压；

iSk(k=1,2,…,n)表示电路中独立电流源的电流。

Hk(k=1,2,…,m)和Kk(k=1,2,…,n)是常量，它们取决于电路的参数和输出变量的选择，而与独立电源无关。

在只含一个电压源（或电流源），不含受控源的线性电阻电路中，电压源（或电流源）与电流表（电压表）互换位置，电流表（电压表）读数不变。这种性质成为互易定理。

仅含线性时不变二端电阻和理想变压器的双口网络，称为互易双口。

互易定理：对于互易双口，存在以下关系。

R12=R21

G12=G21

H12=-H21

T11T22-T12T21=1

3.2　戴维宁定理和诺顿定理

戴维南定理（又译为戴维宁定理）又称等效电压源定律，是由法国科学家L·C·戴维南于1883年提出的一个电学定理。由于早在1853年，亥姆霍兹也提出过本定理，所以又称亥姆霍兹-戴维南定理。其内容是：一个含有独立电压源、独立电流源及电阻的线性网络的两端，就其外部型态而言，在电性上可以用一个独立电压源V和一个松弛二端网络的串联电阻组合来等效。在单频交流系统中，此定理不仅只适用于电阻，也适用于广义的阻抗。

对于含独立源，线性电阻和线性受控源的单口网络（二端网络），都可以用一个电压源与电阻相串联的单口网络（二端网络）来等效，这个电压源的电压，就是此单口网络（二端网络）的开路电压，这个串联电阻就是从此单口网络（二端网络）两端看进去，当网络内部所有独立源均置零以后的等效电阻。

uoc 称为开路电压。Ro称为戴维南等效电阻。在电子电路中，当单口网络视为电源时，常称此电阻为输出电阻，常用Ro表示；当单口网络视为负载时，则称之为输入电阻，并常用Ri表示。电压源uoc和电阻Ro的串联单口网络，常称为戴维南等效电路。

当单口网络的端口电压和电流采用关联参考方向时，其端口电压电流关系方程可表为：U=R0i uoc

诺顿定理(Norton's theorem)：含独立源的线性电阻单口网络N，就端口特性而言，可以等效为一个电流源和电阻的并联。电流源的电流等于单口网络从外部短路时的端口电流isc；电阻R0是单口网络内全部独立源为零值时所得网络N0的等效电阻。

诺顿定理与戴维南定理互为对偶的定理。定理指出，一个含有独立电源线性二端网络N(图1a), 就其外部状态而言,可以用一个独立电流源isc和一个松弛二端网络N0的并联组合来等效(图1b)。其中，isc是网络N的短路电流，松弛网络N0是将网络 N中的全部独立电源和所有动态元件上的初始条件置零后得到的网络。上述并联组合称为诺顿等效网络。在复频域中等效网络由电流源Isc和算子阻抗Yi(s)并联而成（图2）。Isc(s)是短路电流的拉普拉斯变换，Yi(s)是松弛网络N0的入端（策动点）导纳。另外，还能导出网络N用于正弦稳态分析和直流分板的等效网络。

求等效电路的关键是求出网络N的短路电流和网络N0的入端（策动点）导纳。它们均可通过电子计算机求得。

isc称为短路电流。Ro称为诺顿电阻，也称为输入电阻或输出电阻。电流源isc和电阻Ro的并联单口，称为单口网络的诺顿等效电路。在端口电压电流采用关联参考方向时，单口的VCR方程可表示为i=u/Ro isc

3.3　最大功率传输定理

3.4　电压源与电流源的等效变换

3.5　万用表的制作与调试

3.6　运算放大器和受控源

运算放大器（简称“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类繁多，广泛应用于电子行业当中。

受控源又称为非独立源。一般来说，一条支路的电压或电流受本支路以外的其它因素控制时统称为受控源。受控源由两条支路组成，其第一条支路是控制支路，呈开路或短路状态；第二条支路是受控支路，它是一个电压源或电流源，其电压或电流的量值受第一条支路电压或电流的控制。受控源可以分成四种类型。

3.7　交流参数的测定

3.8　交流电路中的互感

3.9　三相交流电路

3.10　三相电路功率的测量

3.11　感性负载断电保护电路的设计

3.12　二端口网络参数的研究

3.13　一阶电路

在一个电路简化后（如电阻的串并联，电容的串并联，电感的串并联化为一个元件），只含有一个电容或电感元件（电阻无所谓）的电路叫一阶电路。主要是因为这样的电路的Laplace等效方程中是一个一阶的方程。

3.14　二阶电路

含有两个独立的动态元件的线性电路，要用线性，常系数二阶微分方程来描述，故称为二阶电路。

第4章　Multisim 10电路分析软件

4.1　Multisim 10软件界面

4.2　电路的连接

4.3　虚拟仿真仪器

4.4　Multisim 10在电路实验中的应用

第5章　仿真实验

5.1　功率因数校正

5.2　串联谐振电路的研究

5.3　负阻抗变换器及应用

5.4　回转器及其应用

5.5　双T型选频网络的研究与设计

5.6　衰减及阻抗匹配网络的设计

附录一　日光灯简介

附录二　数字相位表

附录三　磁电系仪表

参考文献

本书共分4章，主要包括实验的基本知识和方法、电路基础实验、电路综合实验等内容。第1章介绍实验的基本知识、基本方法和基本要求；第2介绍电路原理实验中常用的元器件性能、参数和用途；第3章和第4章共有23个实验项目，覆盖了电路原理大部分知识点，可根据教学要求选择。实验项目按照由简入繁、由易人难的认知规律，围绕实验目的详细介绍实验原理和测量方法，设计了具体的实验容和步骤，使学生逐步掌握实验操作技能，积累实践经验。本书可作为普通高等学校电气、电子、通信和计算机等电类专业电子技术实验和课程设计的教材或教学参考书，也可作为工程技术人员的参考用书。