基于Proteus的电路基础知识快速入门(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)


发布时间:2020-05-26 11:52:08

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作者:杜树春

出版社:电子工业出版社

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基于Proteus的电路基础知识快速入门

基于Proteus的电路基础知识快速入门试读:

内容简介

本书是用Proteus软件调试和仿真直流电路和交流电路中例题及习题的集子。所用软件是Proteus 7.5版本。书中少数篇幅是使用Proteus软件直接解题的,大部分篇幅是对传统解题方法进行验算的。无论直接解题还是验算,所用的电路原理图都将提供给读者,读者可以重新解题,也可以重新验算。

本书共分六章,第1章是电路的基本概念和基本定律,第2章是直流电阻电路的分析,第3章是线性动态电路的暂态分析,第4章是单相正弦交流电路,第5章是谐振电路,第6章是三相电路。本书有三个附录,附录A介绍Proteus软件用法,对Proteus软件已熟悉的读者可以不看;附录B介绍MATLAB软件的用法,里面有十几个与本书有关的MATLAB应用程序;附录C包含十几个与本书有关的C语言应用程序。

本书通俗易懂,特别适合初学者或入门者自学,尤其适合那些手头既没有电子元器件,也没有相应仪器设备,还没有调试电路经验的初出茅庐者。未经许可,不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有,侵权必究。图书在版编目(CIP)数据基于Proteus的电路基础知识快速入门/杜树春编著.—北京:电子工业出版社,2014.5(卓越工程师培养计划)ISBN 978-7-121-23069-1Ⅰ.①基… Ⅱ.①杜… Ⅲ.①电子电路-计算机辅助设计-应用软件 Ⅳ.①TN702中国版本图书馆CIP数据核字(2014)第081877号策划编辑:张 剑(zhang@phei.com.cn)责任编辑:刘真平印  刷:三河市鑫金马印装有限公司装  订:三河市鑫金马印装有限公司出版发行:电子工业出版社     北京市海淀区万寿路173信箱 邮编 100036开  本:787×1092 1/16 印张:13.75 字数:352千字印  次:2014年5月第1次印刷印  数:3 000册  定价:39.00元

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随着电子技术的飞速发展,电子设计的方式日新月异。电子设计软件Proteus是英国Labcenter公司开发的电子设计自动化(Electronic Design Automation,EDA)软件。Proteus软件集强大的功能和简易的操作于一体,可实现数字电路、模拟电路、混合电路及多种单片机系统的仿真与调试。

用Proteus软件仿真或调试电子电路,可使用户在购买元器件之前就能选好电路方案,将电路调通,从而减少盲目性,节省时间和金钱。

电路基础或电工学这门课程和Proteus软件相结合在教学中有两大功用:

①可以解题。方法:根据题目已知条件,用Proteus软件画出电路原理图,例如,要求电路中的电流或电压,就把虚拟电压表或电流表接入电路待测量处,执行仿真,电压表或电流表将显示待求的电压或电流值。

②可以验算。你已经用传统解题方法求出题目答案,但不知道解得对不对。可以用Proteus软件仿真法验算,看算出的数值和测出的数值(实际值)是否相同。若两者一致,则表明计算无误;如果两者不一致,那就说明有问题。可能是计算问题,当然也可能是仿真问题。

本书是用Proteus软件调试和仿真直流电路和交流电路中例题及习题的集子。所用软件是Proteus 7.5版本。本书中少数篇幅是使用Proteus软件直接解题的,大部分篇幅是对传统解题方法进行验算的。无论直接解题还是验算,所用的电路原理图都将提供给读者,读者可以重新解题,也可重新验算。

本书由杜树春编著,正文共分六章,第1章是电路的基本概念和基本定律,第2章是直流电阻电路的分析,第3章是线性动态电路的暂态分析,第4章是单相正弦交流电路,第5章是谐振电路,第6章是三相电路。本书有三个附录,附录A介绍Proteus软件用法;附录B包含十几个与本书有关的MATLAB应用程序;附录C包含十几个与本书有关的C语言应用程序。

为便于读者阅读、学习,特提供本书实例下载资源,请访问http:/ /yydz.phei.com.cn网站,到“资源下载”栏目下载。

目前,一般的工科院校电子、计算机、通信、机电等专业都开设电路基础或电工学课程,本书可作为学生学习电路基础或电工学的辅助教材。根据笔者的教学实践,在多媒体上采用Proteus软件讲解电子类的课程,包括数电、模电、电路基础及各种单片机系统,老师好教,学生好学。本书适合三部分人阅读或参考:一是学习电路基础或电工学的大、中专及高等职业学校、中等职业学校的在校学生;二是和电子专业有关的广大工程技术人员;三是广大电子科技爱好者。

本书通俗易懂,特别适合初学者或入门者自学,尤其适合那些手头既没有电子元器件,也没有相应的仪器设备,还没有调试电路经验的初出茅庐者。

在编写过程中,参考了许多国内外的优秀教材,例如,哈尔滨工业大学秦曾煌、姜三勇等老师主编的教材,并得到杜菲、姜鸿斌等同志的协助。在此,向以上单位和个人表示衷心感谢。

由于编著者水平有限且时间仓促,书中难免存在缺点和错误,恳请读者批评指正。我的电子邮箱为dushuchun@263.net。编 著 者2013年9月17日第1章 电路的基本概念和基本定律

本章介绍电路的基础知识,包括以下内容:与电路有关的三个物理量——电流、电压和功率;电路的三种状态——开路状态、有载状态和短路状态;电路的三个定律——欧姆定律、基尔霍夫电流定律和电压定律。1.1 电路概述

电路是电流流通的路径。

1.电路的作用

电路的作用是进行电能的传输和转换,或是实现信号的传递和处理。

2.电路的组成

电路由某些电气设备和元器件按一定方式连接组成。电路可分成电源、负载和中间环节三个部分。

电源是提供电能的设备,是电路工作的能源,电源的作用是将非电能转换成电能。

负载是用电设备,是电路中的主要耗电器件。负载的作用是将电能转换成非电能。

中间环节是指电源与负载之间的部分。

忽略电路元器件的次要因素,将其理想化,并用规定的电气图形符号表示即组成电路。1.2 电流、电压和功率

1.电流

电荷的定向运动形成电流(current)。电流的方向不变为直流电I,方向和大小都变化为交流电i,电流的大小用电流强度(current intensity)表示。【电流强度】单位时间内通过导体某一横截面的电荷量,即

在国际单位制(SI)中,电流的单位为安培(A)。有时,会用到千安(kA)、毫安(mA)或微安(μA)等,其关系如下:【电流的方向】规定正电荷运动的方向为电流的实际方向,假设的电流流向称为电流的参考方向。参考方向是人为规定的。当参考方向和实际方向相同时,I>0;当参考方向和实际方向相反时,I<0,如图1-1所示。图1-1 电流的方向2.电压【电压】电场力将单位正电荷从电场中的a点移到b点所做的功,称其为a、b两点间的电压(voltage)。直流电压用Uab表示,交流电压用u表示。电压的单位为伏特(V)。有时,会用到千ab伏(kV)、毫伏(mV)或微伏(μV)等,其关系如下:【电压的方向】习惯上把电位降低的方向作为电压的实际方向。即实际方向定义为:若电荷从a→b为失去能量时,方向为a→b,且a为+,b为-,即a点为高电位,b点为低电位。所以电压的实际方向为从高电位指向低电位。

参考方向为人为规定。实际方向和参考方向二者的关系:u>0,相同;u<0,相反,如图1-2所示。【电压与电位】电压等于电路中两点间的电位差U= U- U,电abab位则是电路中某点到参考点之间的电压。

参考点的选择是任意的,参考点的电位为零。工程上常选大地或机壳为参考点。如图1-3所示,参考点是任意选择的一点“⊥”(零电位点,“接地”点),选b点为参考点,则U=0,U= U- U= U。bababa图1-2 电压参考方向与实际方向的关系图1-3 参考点的表示方法【注意】电位的单位与电压的单位相同,均为伏特(V)。

3.功率

功率是电场力在单位时间内所做的功,单位为瓦(W)。【关联参考方向】元件上电流和电压的参考方向一致。【非关联参考方向】电流和电压的参考方向不一致。

图1-4所示为关联和非关联方向示意图。P>0吸收功率(消耗功率)为负载;P<0发出功率(产生功率)为电源。

4.电压、电流的关联参考方向

电压、电流的参考方向关系有四种,如图1-5所示。图1-4 关联和非关联方向示意图图1-5 电压、电流的参考方向关系图

这四种关系可分为如下两类:

(1)一致方向称为关联参考方向,如图1-5(a),(b)所示。

(2)不一致方向称为非关联参考方向,如图1-5(c),(d)所示。【说明】

电流、电压的实际方向是客观存在的,而参考方向是人为选定的。

当电流、电压的参考方向与实际方向一致时,电流、电压值取正号,反之取负号。

分析计算每一电流、电压时,都要先选定其各自的参考方向,否则计算得出的电流、电压正负值是没有意义的。

电路中某一支路或某一元件上的电压与电流的参考方向的选定,可以选一致的参考方向,称关联参考方向;也可选择不一致的参考方向,称非关联参考方向。1.3 欧姆定律

1.电阻

物体对电流的阻碍作用称为电阻(resistor)。单位为欧姆(Ω),常用的单位还有kΩ(千欧)和MΩ(兆欧)。换算关系为

物体对电流的传导作用称为电导(conductance),用G表示,它是电阻的倒数。单位为西门子(S)。电阻与电导的关系为

2.欧姆定律(Ohm’s Law)

通过实验可知,流过电阻的电流的大小与电阻两端的电压值成正比,与电阻本身大小成反比。即式中,I为直流电流,单位为安培(A);U为直流电压,单位为伏特(V);R为电阻,单位为欧姆(Ω)。

电阻一定时,电压愈高电流愈大;电压一定时,电阻愈大电流就愈小。这就是欧姆定律。

根据欧姆定律可以推导出功率与电阻的关系式为

在电路分析时,如果电流与电压的参考方向不一致,即为非关联参考方向时,如图1-6(b),(c)所示,则欧姆定律的表达式为【注意】应用欧姆定律时,要注意电压、电流的参考方向,取关联参考方向时,I=U/R;若取非关联参考方向,则I=- U/R。图1-6 欧姆定律及关联、非关联参考方向1.4 电路的三种状态

电路的三种状态分别为开路状态、有载状态和短路状态。

1.开路状态

如图1-7所示,当电源与负载断开,即图中开关S打开,称为开路状态,又称空载状态。开路状态电流为零,负载不工作U=IR =0,而开路处的端电压U= E。0

2.有载状态

当图1-7中的开关S闭合时,电源与负载接通,构成回路,称为有载状态,如图1-8所示,此时图1-7 开路状态图1-8 有载状态

有载状态时的功率平衡关系为:

用电设备都有限定的工作条件和能力,称为额定值。使用值等于额定值为额定状态;实际电流或功率大于额定值为过载;小于额定值为欠载。

3.短路状态

图1-9所示是电路短路状态图,电源两端没有经过负载而直接连在一起时,称为短路状态。短路是电路最严重、最危险的事故,是禁止的状态。短路电流I= E/R很大,如果没有短路保护,会发生火灾。产生S0图1-9 短路状态短路的原因主要是接线不当、线路绝缘老化损坏等。应在电路中接入过载和短路保护。

上述开路、短路和有载状态也可以看成是电路中电阻取特殊数值形成的。开路状态是R =∞的状态,短路状态是R =0的状态,有载状态则是0<R<∞的状态。1.5 基尔霍夫定律

对于含有一个电源的电阻串并联电路,用欧姆定律就可分析和计算,但是,当遇到含有两个以上电源的电路或者电阻特殊连接的电路,仅用欧姆定律计算是不行的。这时需要用到基尔霍夫定律(Kirchhoff’s Laws)。基尔霍夫定律分为电流定律和电压定律。

在介绍基尔霍夫定律之前,对照图1-10,先熟悉如下四个术语。【支路(Branch)】电路中流过同一电流的分支,称为支路。图1-10所示电路中共有三条支路。【节点(Node)】三条或三条以上支路的连接点,称为节点。图1-10所示电路中共有两个节点。【回路(Loop)】电路中任一闭合的路径,称为回路。图1-10所示电路中共有三个回路。【网孔(Mesh)】回路中不包含其他支路的回路称为网孔。图1-10所示电路中共有两个网孔。图1-10 基尔霍夫定律用图

1.基尔霍夫电流定律

基尔霍夫电流定律(Kirchhoff’s Current Law,KCL)可以叙述为:在任一瞬间流入任一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。

如图1-10所示,对节点a可以写出:

改写成:

这说明在任一瞬间,一个节点上电流的代数和等于零。

利用KCL解题时,首先应标出各支路电流的参考方向,列ΣI =0表达式时,流入节点的电流取正号,流出节点的电流取负号。【例1-1】在图1-11中,I=2A,I=-3A,I=-2A,试求I。1234图1-11 例1-1的电路

解:由基尔霍夫电流定律可列出

由本例可见,式中有两套正、负号,I前的正、负号是由基尔霍夫电流定律根据电流的参考方向确定的,括号内数字前的则是表示电流本身数值的正、负。

2.基尔霍夫电压定律

基尔霍夫电压定律(Kirchhoff’s Voltage Law,KVL)可以叙述为:在任一瞬间沿任一回路绕行一周,回路中各个元件上电压的代数和等于零。可用公式表示为

利用KVL解题时,应先标出回路中各个支路的电流方向、各个元件的电压方向和回路的绕行方向(顺时针方向或逆时针方向均可),然后列ΣU =0表达式。

在列ΣU =0表达式时,若流过电阻的电流参考方向与绕行方向一致,该电阻电压前面取“+”号,反之取“- ”号;若电压源方向与绕行方向相反,该电压源取“+”号,反之取“- ”号。【例1-2】列出图1-12所示电路中回路Ⅰ和回路Ⅱ的KVL表达式。图1-12 例1-2的电路

解:标出各支路的电流方向、各元件的电压方向和回路的绕行方向,如图1-12中所示。

列回路ΣU =0表达式:1.6 欧姆定律及基尔霍夫定律应用举例【例1-3】欧姆定律应用范例。在图1-13所示电路中,U=12V,R=1kΩ,R= 1kΩ,求电位器RV阻值为最大值和最小值11RV11时,电流I的大小。图1-13 例1-3的电路

解:电位器RV阻值为最大值时,R= 1kΩ,根据欧姆定律,1RV1

现在用Proteus仿真软件检验一下本题的计算是否正确。如图1-14所示是例1-3电路在R=1kΩ时的Proteus仿真结果图,由图可见,RV1I =6.00mA。如图1-15所示是例1-3电路在R=0Ω时的Proteus仿真RV1结果图,由图可见,I =12.0mA。这和前面的理论计算值I完全吻合。这表明本题计算正确。

试读结束[说明:试读内容隐藏了图片]

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