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(Electronics Workbench)

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(INTERACTIVE IMAGE TECHNOLOGIES Ltd)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：

R U I

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

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）

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）

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(Electronics Workbench)

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(INTERACTIVE IMAGE TECHNOLOGIES Ltd)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U S(t)是确定的时间函数，而与流过电源的电流大小无关。如果U S(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

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

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？