作者：王和平
出版社：中国铁道出版社
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电路分析实验与技能训练试读：
前言
FOREWORD
本书是配合“十二五”职业教育国家规划教材《电路基本分析》（石生主编）而编写的，可作为高职院校电类专业及工程本科专业的“电工技术”“电工基础”“电路分析”“电路与磁路”“电工基础训练”等基础类课程的实验及实训教材。为培养适合国家建设需要，适应未来科技发展的高技能人才，本书既考虑了基础知识的巩固、基本技能的培养，又考虑了相关知识向课外延伸和拓展，切实提高学生的实践能力，培养应用能力、创新能力和职业技能。本书主要包含以下几方面内容：（1）基本实验内容：根据课程标准要求安排的实验内容，使学生掌握基本理论和基本概念，培养基本技能。考虑到教材的通用性，每个实验尽量采用通用的仪器设备。（2）电路仿真软件及使用方法：介绍了 Electronics Workbench 5.0 的功能、菜单及使用方法。（3）电路仿真实验：通过几个具体实验详细展示了仿真过程，以帮助学生掌握快捷有效的工具，加深对电路理论的理解，提高电路设计能力和计算机的应用能力。（4）拓展实验内容：主要是相关实验知识的拓展和延伸，融入了一些新知识、新技术，目的在于引导学生灵活运用知识，培养学生创新意识，以适应将来的职业岗位及科学技术的发展。（5）常用电测量仪表简介：仪器仪表是实验、生产和科研的重要工具，在科学技术迅速发展的今天，离不开仪器仪表的使用。本章内容强调应用，不讲或少讲原理，力求简洁明了。（6）电工基本操作工艺与技能知识：介绍了常用电工工具的使用、导线的连接及绝缘的恢复方法、焊接技术，以培养学生基本技能。（7）基本技能训练项目：介绍了电类专业电工训练的基本项目，包括收音机电路的安装调试、室内照明配电、电动机控制电路的安装、低压配电板的安装，目的在于进一步提高学生的实践能力，增强工程意识，培养高技能人才，各专业可根据需要选择。（8）附录：给出了电工识图有关符号和代号，尽量体现新知识、新标准，实现与实用“零距离”接轨。
本书由王和平教授任主编，曹登场、康金任副主编，赵会军教授主审。其中，第1章及第4章由王和平编写；第2章和第3章由曹登场编写；第5章及附录由康金编写；第6章及第7章由张婕编写。
由于时间仓促，编者学识和能力有限，本书难免有疏漏与不妥之处，恳请读者提出批评和改进意见。
编者2016年4月实验须知
实验课的目的：进行实验基本技能的训练；巩固、加深并扩展所学到的理论知识；培养运用基本理论分析、处理实际问题的能力，培养学生的动手能力、应用能力和创新意识。应使学生在实验技能上达到如下要求：学会正确使用常用电工仪表、仪器和实验设备；按电路图连接实验线路及合理布线，能对实验中出现的问题进行分析并排除故障；认真观察实验现象，正确地读取数据并加以检查和判断，正确书写实验报告和分析实验结果；具有根据实验任务确定实验方案、设计实验线路和选择实验仪器设备的能力；正确运用实验手段来验证一些定理和结论；能运用所学知识解决一些实际问题。通过实验课的学习，能为以后灵活地运用所学知识进行创新实践打下坚实的基础。
为保证实验课的质量，要求学生做到以下几点：
一、课前预习
实验能否顺利进行和收到预期的效果，很大程度上取决于预习准备得是否充分。因此，要求在预习时仔细阅读实验指导书和其他参考资料，明确实验的目的、任务，了解实验的基本原理以及实验路线、方法、步骤，清楚实验中要注意哪些现象，记录哪些数据和注意哪些事项，准备好记录表格。
二、实验操作（1）实验前认真听取指导教师讲解实验内容和注意事项。（2）学生到指定实验台做实验。实验前先检查仪器设备的型号、规格、数量等是否与实验要求相符，然后检查各仪器设备是否完好，如有问题及时向教师提出以便处理。不得随便动用与本次实验无关的仪器设备。（3）实验电路布线简洁明了，便于测量，导线的长短粗细要合适，要尽量短，少交叉，防止连线短路。接线片不宜过于集中于某一点，所有仪器设备和仪表，都要严格按规定的接法正确接入电路。例如：电流表及功率表的电流线圈一定要串接在电路中，电压表及功率表的电压线圈一定要并接在电路中。正确选择测量仪表的量程，正确选择各个仪器设备的电流、电压的额定值，否则会造成严重事故。调压器等可调设备的起始位置要放在最安全处，电路接好后，本组要仔细复查。确定无误后，请指导教师检查批准，方可进行实验。（4）实验操作时同组人员要注意配合，尤其做强电实验时要注意：手合电源，眼观全局，先看现象，再读数据。将可调电源电压缓慢上调到所需数值，若有异常现象（例如：有无声响、冒烟、打火、焦臭味及设备发烫等异常现象）应立即切断电源，分析原因，查找故障。（5）读数前要弄清仪表的量程及刻度，读数时注意姿势正确，要求“眼、针、影成一线”。注意仪表指针位置，及时变换量程使指针指示于误差最小的范围内。注意变换量程时，要在切断电源情况下操作。（6）将所有数据记在原始记录表上，数据记录要完整、清晰，力求表格化，一目了然，合理取舍有效数字。要尊重原始记录，实验后不得涂改，养成良好的记录习惯，培养工程意识。交实验报告时，将原始记录一起附上。（7）结尾工作。完成实验后，应该核对实验数据是否完整和正确，确定无误后，交指导老师审查并在原始记录上签字，然后拆线。要注意先切断电源，后拆线。做好仪器设备、导线、实验台面及环境的清洁和整理工作。
三、写实验报告
实验报告是实验工作的全面总结，要用简明的形式将实验结果完整、真实地表达出来。报告要求文理通顺，简明扼要，字迹端正，图表清晰，结论正确，分析合理，讨论深入。报告纸采用学校规定的格式，实验报告除填好报告纸上各栏外，一般应包括如下几项：（1）实验名称；（2）实验目的；（3）实验原理；（4）实验步骤及电路图；（5）数据图表及计算；（6）实验结果及误差分析；（7）思考题回答。
对实验数据的处理，要合理取舍有效数字。报告中的所有图表、曲线均按工程化要求绘制。波形曲线一律画在坐标纸上，比例要适中，坐标轴上应注明物理量的符号和单位。
四、有效数字的概念和处理规则
1.有效数字的概念
在测量和数字计算中，该用几位数字来代表测量或计算结果是很重要的，它涉及有效数字和计算规则问题，不是取的位数越多越准确。
在记录测量数值时，该用几位数字来表示呢？下面通过一个具体例子来说明。右图所示为一个0～50V的电压表在3种测量情况下指针的指示结果。第一次指针指在42～43V之间，可记作42.5V。其中，数字“42”是可靠的，称为可靠数字，而最后一位数“5”是估计出来的不可靠数字（欠准数字），两者合称为有效数字。通常只允许保留一位不可靠数字。对于42.5这个数字来说，有效数字是三位。第三次指针指在30V的地方，应记为30.0V，这也是三位有效数字。
数字“0”在数中可能不是有效数字。例如：42.5V还可写成0.0425kV，这时前面的两个“0”仅与所用单位有关，不是有效数字，该数的有效数字仍为三位。对于读数末位的“0”不能任意增减，它是由测量设备的准确度来决定的。
2.有效数字的正确表示（1）记录测量数值时，只保留一位不可靠数字。通常，最后一位有效数字可能有±1个单位或±0.5个单位的误差。（2）有效数字的位数应与所用仪器的误差（准确度）相一致，并在表示时注意与误差量的单位相配合。大数值和小数值要用幂的乘积形式来表示。
例如：仪器的测量误差为±0.01V，而测量的数据为3.212V，其结果应取为3.21V。有效数字为三位。
例如：仪器测量误差为±2kHz，而测量数据为6800kHz，这里最后一位有效数字与误差单位是相配合的，有效数字为四位。也可表为6.800MHz和6800×10 3 Hz，但不能表示为6.8MHz和6800000Hz。（3）在所有计算式中，常数如π、e等有效数字的位数可以没有限制，在计算中需要几位就取几位。（4）表示误差时，一般只取一位有效数字，最多取两位有效数字，如±1％、±1.％％5等。
3.有效数字的运算规则
处理数字时，常常要运算一些精度不相等的数值。按照一定运算规则计算，既可以提高计算速度，也不会因数字过少而影响计算结果的精度。常用规则如下：（1）加减运算时，各数所保留的小数后的位数，一般应与各数中小数点后位数最少的相同。例如：13.6、0.056、1.666相加，小数点后最少位数是一位（13.6），所以应将其余二数修约到小数点后一位，然后相加，即
13.6+0.1+1.7=15.4
为了减少计算误差，也可以在修约时多保留一位小数，即
13.6+0.06+1.67=15.33
其结果应为15.3。（2）乘除运算时，各因子及计算结果所保留的位数，一般与小数点位置无关，应以有效数字位数最少的项为准。例如：0.12、1.057和23.41相乘，有效数字位数最少的是两位（0.12），则
0.12×1.06×23.41=2.98项目1基本实验内容1.1数字万用表的使用实验
一、实验目的（1）通过实验了解和熟悉万用表的功能和使用方法，认识常用电子器件。（2）会熟练地用万用表测量电压、电流等，以及检测常用的电子器件。
二、实验仪器设备（1）万用表1块。（2）电阻器若干、电容器若干、二极管1N4007、1N4148各一个、普通、高亮发光二极管各一个、晶体管9012、9013、3DG6等各一个。
三、实验原理与说明
数字万用表的种类很多，下面以DT9203 A型万用表为例进行讲解，其功能和使用图解如图1-1-1所示。不同的万用表的功能有所不同，各个参数的测量挡位不同，但使用方法相同。
图1-1-1 DT9203 A型数字万用表使用图解
四、实验内容与步骤
1.电阻的检测
使用万用表的欧姆挡，把两只表笔分别接在电阻器的两根引线上，测得的阻值R'即为这一电阻的实际值。
测量时应注意：选择适当的量程，测量方法要合理，不要用手同时接触电阻器的两根引线；测量几十千欧的大电阻时，手不要接触电阻器的任何部位，要放在桌子上进行测量；如果电阻器引线表面上有绝缘物（如氧化物、油漆等），应把这些附着物刮掉再进行测量。
要求：先读出电阻值，再用万用表测量，将数值分别填入表1-1-1中。
表1-1-1 检测电阻器
2.电位器的检测
电位器一般分为非绕线和绕线两类。其检测方法如下：
在图1-1-2中，检测A、C两端的电阻值应该与标称值相等，然后测量A、B和B、C间的电阻值，两者之和应该等于标称值；转动电位器的转轴，再测量A、B和A、C间的电阻值，两者之和应该等于标称值，将测量数据填入表1-1-2中。
图1-1-2 电位器
表1-1-2 检测电位器
3.电容器的检测
用万用表的电阻挡，选择适当的量程，表笔分别接在电容器的两根引线上，表上示数不断增加（或减小），对调两只表笔后，表上示数不断减小（或增加），电容器是好的。如果表上示数没有变化，则电容器已经损坏。
要求：先根据电容器的外观判别出正负极，根据标志方法读出电容值，再用数字万用表测量电容值，应该与标称值基本相等。将测量数据填入表1-1-3中。
表1-1-3 检测电容器
4.检测二极管
当用万用表电阻挡检测时，红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极，电阻很小，对调两表笔，反向电阻大；如果用数字万用表的二极管挡测量其正向压降，硅管正向导通压降约为0.7V，锗管正向导通压降约为0.2V。还可以用数字万用表的h 插口判定二极管的FE正、负极；将数值分别填入表1-1-4中。
表1-1-4 检测二极管
5.检测发光二极管
发光二极管（LED）的伏安特性与普通二极管类似，但它的正向压降和正向电阻要大一些，同时在正向电流达到一定值时能发出某种颜色的光。将数据分别填入表1-1-5中。
注意：检查LED发光的时间应尽量缩短，以免降低9V叠层电池的使用寿命。
表1-1-5 检测发光二极管
利用二极管挡检测发光二极管好坏并判定正、负极。将数字万用表拨至二极管挡，用两支表笔分别接触二极管的两个电极，如图1-1-3所示，若显示值在1V以下，如图1-1-3（a）所示，说明二极管处于正向导通状态，红表笔接的是正极，黑表笔接的是负极。若万用表屏幕显示溢出符号“1”，如图1-1-3（b）所示，证明二极管处于反向截止状态，黑表笔接的是正极，红表笔接负极。为进一步确定二极管的质量好坏，应交换表笔再重测一次。若两次均显示“000’，如图1-1-3（c）所示，证明二极管已击穿短路。两次都显示溢出符号，如图1-1-3（d）所示，说明二极管内部开路。
图1-1-3 用二极管挡判断正负极
将数字万用表拨至h 挡，利用h 插口来检查二极管。此时FEFENPN插孔的C孔带正电，E孔带负电。把被测二极管的两个电极分别插入C孔和E孔，如图1-1-4所示。如果万用表屏幕显示溢出符号“1”，证明C孔接正极，E孔接的是负极。若显示“000”，说明二极管被反向偏置，E孔接正极，孔接负极。
6.检测晶体管
用h 挡。假定被测晶体管是NPN型，选择NPN插孔。把基极插FE入B孔，剩下两个电极分别插入C孔和E孔。测出的h 为几十至几百，FE说明晶体管属于正常接法，放大能力较强，此时C孔插的是集电极，E孔插的是发射极，见图1-1-5（a）。倘若测出的h 的值只有几至FE十几，证明晶体管的集电极、发射极插反了，这时C孔插的是发射极，E孔插的是集电极，如图1-1-5（b）所示。将数据填入表1-1-6中。
图1-1-4 用h 挡判定二极管正、负极FE
图1-1-5 判别晶体管的集电极和发射极
表1-1-6 用h 挡检测晶体管FE
五、注意事项
万用表使用完应关断电源。
六、思考题（1）如何确认色环电阻器哪一端是第一环？（2）电解电容器容量一样，耐压相同，体积不同，是否可以通用？1.2电位测定实验
一、实验目的（1）学习电位测定方法。（2）加深对电位、电压概念的理解。
二、实验仪器设备（1）双路直流稳压电源1台。（2）直流电压表1块。（3）直流电流表1块。（4）电路实验板1块。
三、实验原理与说明
在电路中，任选一点作为电位的参考点，则其他各点与参考点间的电压就称为该点的电位。任何两点间的电位差等于该两点间的电压。
四、实验内容与步骤（1）利用实验板，按图1-2-1接线。其中，U 及U 为直流稳S1S2压电源。
图1-2-1 实验原理图（2）用直流稳压电源调出U =+6V，U =+12V，将R 、R S1S21 、R 、R 、R 的给定值及实测值记录于表1-2-1中。2345
表1-2-1 电路参数测量结果（3）以f为参考点，测量各电压、电位，并将测量所得数据记录于表1-2-2中。
表1-2-2 以f为参考点各电压、电位测量结果（4）以d点为参考点，测量各点电位、电压，并将测量所得数据记录于表1-2-3中。
表1-2-3 以d为参考点各电压、电位测量结果（5）用实验所得的数据，验证两点的电位差就是两点的电压，并将数据填写到表中。
U =V -V U =V -V U =V -V ababbcbccdcd
U =V -V U =V -V U =V -V dedeefeffafa（6）用实验所得的数据验证基尔霍夫电压定律。
U +U +U +U +U +U =0abbccddeeffa
或 R I -R I +R I -R I =U -U 11224455S1S2（7）根据给定的U 、U 、R 、R 、R 、R 、R 估算S1S212345上述所有测量的量，并把估算和上述测量所得数据进行比较，若有误差试分析原因。
五、注意事项（1）直流稳压电源只能供出功率，不得吸收功率。（2）测电压、电位、电流时，注意直流电压表和直流电流表极性。
六、思考题
试根据实验所得数据，在坐标纸上画出该实验电路的电位分布图。（提示：电位分布图是一条折线式曲线。纵坐标为电位值。横坐标是沿回路电阻分布值，各接点在横轴上的位置与其相应的电阻值相对应。理想电压源内阻等于零，所以该段是一条垂直于横轴的直线段，这个线段的两个端点是其两个接线端的电位。）1.3叠加定理的验证实验
一、实验目的（1）验证叠加定理和基尔霍夫定律，加深对它们的理解。（2）加深对电压电流参考方向的理解。（3）进一步掌握直流电压、电流的测量方法及仪表的使用。
二、实验仪器设备（1）双路直流稳压电源1台。（2）直流电压表、电流表各1块。（3）实验电路板1块。
三、实验原理与说明
1.基尔霍夫定律
基尔霍夫电流定律和电压定律是电路的基本定律，分别用来描述节点电流和回路电压，即对电路中的任一节点而言，在设定电流的参考方向下，应有ΣI=0，一般流出节点的电流取正号，流入节点的电流取负号；对任何一个闭合回路而言，在设定电压的参考方向下，绕行一周，应有ΣU=0，一般电压方向与绕行方向一致的电压取正号，电压方向与绕行方向相反的电压取负号。
2.叠加定理
在任一线性网络中，多个激励同时作用的总响应等于每个激励单独作用时引起的响应之和，这就是叠加定理。
如图1-3-1所示的线性网络中有2个激励：U 和U ，在电阻R1S1S2支路上，当U 单独作用时电流为，U 单独作用时的电流为S1S2，U 和U 共同作用时电流为I ，则根据叠加定理有：S1S21，同样可以得出：
图1-3-1 实验原理图
四、实验内容与步骤（1）在实验电路板上，按图1-3-1接线，在实验前，必须设定电路中所有电流、电压的参考方向。（2）用直流稳压电源调出U =+5V，U =+12V。将给定值U S1S2 、U 、R 、R 、R 、R 、R 记录于表1-3-1中。S1S212345
表1-3-1 电路参数测量结果（3）测量电流I 、I 、I 和电压U 、U 、U 、U 、U ，12312345并将所得数据记录于表1-3-2中。
表1-3-2 各处电流电压测量结果（4）将U 拆掉（即U 单独作用），将原接入点短路，测电流S2S1和，将所得数据记录于表1-3-2中。（5）将U 复接入电路原位置，将U 拆掉（即U 单独作S2S1S2用），并将该处原接入点短路，测电流和电压并将所得数据记录于表1-3-2中。（6）应用上述测量所得数据，验证叠加定理。（7）应用上述测量所得数据，验证基尔霍夫定律。
KCL：I +I +I =0123
KVL：左回路U +U +U -U =0或（R +R ）I -R I =U 134S114133S1 右回路U +U +U -U =0或（R +R ）I -R I =U 253S225233S2 大回路-U +U -U +U -U +U =0或（R +R ）I -（R S112S2541412+R ）I =U -U 52S1S2（8）根据给定的U 、U 、R 、R 、R 、R 、R ，估S1S212345算上述所有被测量的值，并把估算值填入表1-3-2中。将估算值与实际测量所得数据进行比较，若有误差分析原因。
五、注意事项（1）在实验操作中，始终注意直流稳压不得短路，保证它处于电源工作状态（即只能输出功率）。（2）若用指针式电流表进行测量，要识别电流插头所接电流表的“+、-”极性，根据电压电流的实际方向及时正确地变换仪表接头的极性。倘若不换接极性，则电表指针可能反偏（电流为负值时），此时必须调换电流表极性，重新测量，此时指针正偏，但读得的电流值必须冠以负号。
六、思考题（1）根据所得的数据计算：
①U 、U 各自供出的功率及二者供出的总功率。S1S2
②对R 、R 、R 、R 、R 各自吸收的功率进行比较，并对12345比较结果进行分析。（2）根据基尔霍夫定律和叠加定理，应用测量所得数据，论证回答下列问题：
①将图1-2-1中的U 极性反接，则I 、I 、I 将各为多少安？S1125
②将图1-2-1中的U 极性反接，则I 、I 、I 将各为多少安？S2125
③将图1-2-1中的U 和U 都反接，则I 、I 、I 将各为多少S1S2125安？（3）实验中，若用指针万用表直流毫安挡测各支路电流，什么情况下可能出现毫安表指针反偏，应如何处理，在记录数据时应注意什么？若用直流数字毫安表进行测量，则会有什么显示？1.4电压源、电流源及等效变换的研究实验
一、实验目的（1）掌握建立电源模型的方法。（2）掌握电源外特性的测试方法。（3）加深对电压源和电流源特性的理解。（4）研究电源模型等效变换的条件。
二、实验仪器设备（1）直流电压表1块。（2）直流毫安表1块。（3）恒压源（0～30V可调）1个。（4）恒源流（0～500mA可调）1个。（5）电位器470Ω1个。（6）固定电阻：200Ω、51Ω、1kΩ各1个。
三、实验原理与说明
1.电压源和电流源
电压源具有端电压保持恒定不变，而输出电流的大小由负载决定的特性。其外特性，即端电压U与输出电流I的关系U=f（I）是一条平行于I轴的直线。实验中使用的恒压源在规定的电流范围内，具有很小的内阻，可以将它视为一个电压源。
电流源具有输出电流保持恒定不变，而端电压的大小由负载决定的特性。其外特性，即输出电流I与端电压U的关系I=f（U）是一条平行于U轴的直线。实验中使用的恒流源在规定的电流范围内，具有极大的内阻，可以将它视为一个电流源。
2.实际电压源和实际电流源
实际上任何电源内部都存在电阻，通常称为内阻。因而，实际电压源可以用一个内阻R 和电压源U 串联表示，其端电压U随输出电SS流I的增大而降低。在实验中，可以用一个小阻值的电阻与恒压源相串联来模拟一个实际电压源。
实际电流源是用一个内阻R 和电流源I 并联表示，其输出电流SSI随端电压U增大而减小。在实验中，可以用一个大阻值的电阻与恒流源相并联来模拟一个实际电流源。
3.实际电压源和实际电流源的等效互换
一个实际的电源，就其外部特性而言，既可以看成是一个电压源，又可以看成是一个电流源。若视为电压源，则可用一个电压源U 与S一个电阻R 相串联表示；若视为电流源，则可用一个电流源I 与一SS个电阻R 相并联来表示。若它们向同样大小的负载供出同样大小的S电流和端电压，则称这两个电源是等效的，即具有相同的外特性。
实际电压源与实际电流源等效变换的条件为：（1）取实际电压源与实际电流源的内阻均为R 。S（2）已知实际电压源的参数为U 和R ，则实际电流源的参数SS和R ；若已知实际电流源的参数为I 和R ，则实际电SSS压源的参数为U =I 和R 。SSS
四、实验内容与步骤
1.测定电压源（恒压源）与实际电压源的外特性
实验电路如图1-4-1所示，图中的电源U =6V，用直流稳压电源S调节出。R 取200Ω的固定电阻，R 取470Ω的电位器。调节电位器12R ，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表1-4-12中。
图1-4-1 测定电压源外特性
表1-4-1 电压源（恒压源）外特性数据
在图1-4-1所示电路中，将电压源改成实际电压源，如图1-4-2所示，图中内阻R 取51Ω的固定电阻，调节电位器R ，令其阻值由大S2至小变化，将电流表、电压表的读数记入表1-4-2中。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]