內容簡介
本書共分為 6章。第 1章為緒論,主要講述電路實驗入門基本知識。第 2章為常用元器件和電子儀器的使用,本部分首先介紹瞭電路中常用的電子元器件,然後重點介紹瞭常用電子儀器的使用方法。第 3章為 Multisim 14電路仿真與設計實例,重點介紹瞭 Multisim 14的軟件及仿真分析方法,並給齣 4個電路仿真實驗案例。第 4章為電路分析基礎實驗,給齣瞭 14個電路實驗及 5個電子技術實驗。實驗任務難度由淺到深,從基礎實驗入手,遞進式地引入設計性實驗,循序漸進地培養學生的實驗能力,每個實驗均配有預習自檢環節。為瞭方便學生在“互聯網 +”時代下的移動學習,部分實驗配有微課視頻,可掃描二維碼進行觀看學習。第 5章為第 4章實驗 4.1~4.10的全文英文翻譯。第 6章為綜閤實驗項目研究與實踐,可為學習基礎好的學生提供課外綜閤電子技術實踐選題,提高學生的創新能力。本書可以作為高等院校及獨立學院電路實驗課程的教材和教師的教學參考書,同時也可以作為非電類專業學生電路與電子技術實驗教材和留學生學習電路實驗的教程。
作者簡介
吳霞:女,漢族1964年9月生,籍貫浙江,中國計量大學,副教授;畢業於浙江大學,至今教學工作31年,長期緻力於電路基礎等課程的教學。
目錄
第1章 緒論 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 1 -
1.1 概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 1 -
1.2電路實驗課的要求 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 3 -
1.3實驗數據的誤差分析與處理 ??????????????????????????????????????????????????????????????????? - 8 -
1.4動力電源與用電安全措施 ????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 12 -
1.5電路實驗故障排除 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 16 -第 2章 常用元器件和電子儀器的使用 ???????????????????????????????????????????? - 18 -
2.1電阻器和電位器 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 18 -
2.2 電容器 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 22 -
2.3 電感器 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 24 -
2.4半導體元器件 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 24 -
2.5運算放大器 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 28 -
2.6數字萬用錶 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 29 -
2.7數字交流毫伏錶 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 31 -
2.8數字示波器 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 33 -
2.9函數信號發生器 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 44 -
第 3章 Multisim 14電路仿真與設計實例 ??????????????????????????????????????? - 49 -
3.1 Multisim 14簡介 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 49 -
3.2 Multisim 14工作界麵 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 50 -
3.3 Multisim 14仿真入門 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 52 -
3.4 Multisim 14仿真分析方法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 56 -
3.5 Multisim14仿真分析入門實例 ???????????????????????????????????????????????????????????????? - 58 -
3.6疊加定理、戴維南定理、昀大功率傳輸定理仿真實例 ?????????????????????????????????? - 64 -
3.7日光燈電路功率因數提高的仿真實例 ??????????????????????????????????????????????????????? - 73 -
3.8 RLC串聯諧振電路仿真實例 ?????????????????????????????????????????????????????????????????? - 76 -
3.9 一階 RC電路的暫態過程仿真實例 ?????????????????????????????????????????????????????????? - 79 -
第 4章 電路分析基礎實驗 ????????????????????????????????????????????????????????????????? - 85 -
實驗 4.1常用電子儀器的使用 ????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 85 -
實驗 4.2基本電參數的測量 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 89 -
實驗 4.3元器件的伏安特性測量 ?????????????????????????????????????????????????????????????????? - 92 -
實驗 4.4疊加定理 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 97 -
實驗 4.5戴維南與昀大功率傳輸定理 ???????????????????????????????????????????????????????????? - 99 -
實驗 4.6單相交流 RLC電路 ???????????????????????????????????????????????????????????????????? - 102 -
實驗 4.7日光燈電路與功率因數的提高 ??????????????????????????????????????????????????????? - 106 -
實驗 4.8 一階 RC電路暫態過程的研究 ??????????????????????????????????????????????????????? - 111 -
實驗 4.9 RLC串聯諧振電路 ????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 115 -
實驗 4.10三相交流電路的測量 ????????????????????????????????????????????????????????????????? - 120 -
實驗 4.11 二階 RC電路的暫態過程 ???????????????????????????????????????????????????????????? - 125 -
實驗 4.12無源濾波器頻率特性的研究 ???????????????????????????????????????????????????????? - 128 -
實驗 4.13二端口網絡等效參數及連接 ???????????????????????????????????????????????????????? - 132 -
實驗 4.14電感綫圈參數的測量 ????????????????????????????????????????????????????????????????? - 135 -
實驗 4.15分壓式共射極放大電路的研究 ????????????????????????????????????????????????????? - 139 -
實驗 4.16運算放大器的綫性應用 ?????????????????????????????????????????????????????????????? - 144 -
實驗 4.17組閤邏輯電路設計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????? - 149 -
實驗 4.18 計數器 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 153 -
實驗 4.19直流穩壓電源設計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????? - 158 -
The Chapter 5 Basic experiment on circuit analysis????????????????? - 164 -
Experiment 5.1 The use of common electronic instruments ??????????????????????????????????? - 164 -
Experiment 5.2 Measurement of basic electrical parameters?????????????????????????????????? - 168 -
Experiment 5.3 Volt-ampere characteristic measurements of the electronic component ?? - 172 -
Experiment 5.4 Superposition theorem??????????????????????????????????????????????????????????? - 175 -
Experiment 5.5 Thevenin's theorem and maximum power transfer theorem?????????????? - 177 -
Experiment 5.6 AC RLC circuit??????????????????????????????????????????????????????????????????? - 179 -
Experiment 5.7 Fluorescent lamp circuit and power factor improvement ??????????????????? - 183 -
Experiment 5.8 Study on transient process of first order RC circuit ????????????????????????? - 187 -
Experiment 5.9 RLC series resonance circuit ??????????????????????????????????????????????????? - 191 -
Experiment 5.10 Three-phase AC circuit measurement ???????????????????????????????????????? - 196 -
第 6章 綜閤實驗項目研究與實踐 ?????????????????????????????????????????????????? - 201 -
實驗 6.1溫度測量與顯示電路 ??????????????????????????????????????????????????????????????????? - 201 -
實驗 6.2去噪聲電路 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 202
-實驗 6.3信號波形分離及閤成實驗電路 ??????????????????????????????????????????????????????? - 203
-實驗 6.4簡易數控直流電源 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 205 -
實驗 6.5電機轉速測量電路 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 207 -
實驗 6.6簡易電容測量儀 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 208 -
實驗 6.7簡易信號發生器 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 209 -
實驗 6.8正弦波相位差檢測電路 ???????????????????????????????????????????????????????????????? - 210 -
實驗 6.9簡易窗簾自動開關電路 ???????????????????????????????????????????????????????????????? - 211 -
實驗 6.10循環彩燈控製器 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 213 -
實驗 6.11三極管放大倍數 β測量電路 ???????????????????????????????????????????????????????? - 214 -
實驗 6.12過欠電壓保護電路設計 ?????????????????????????????????????????????????????????????? - 215 -
實驗 6.13電壓頻率轉換電路 ???????????????????????????????????????????????????????????????????? - 216 -
實驗 6.14聲控延時開關電路 ???????????????????????????????????????????????????????????????????? - 217 -
實驗 6.15十字路口交通燈控製電路設計 ????????????????????????????????????????????????????? - 218 -
實驗 6.16自動尋跡小車 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? - 220 -
參考文獻 ??????????????????????????????????????????????????????????
前言/序言
前 言
電路實驗,是高等院校電子、電工類本科生學習專業技術基礎的第一門實踐課,是基礎課與專業課的搭橋課,是培養學生解決問題思維、專業思維和基本技能的重要課程。本書以培養和提升學生實踐能力和創新能力為目標,對培養學生探究科學實驗興趣、訓練學生工程實踐的邏輯思維能力有很好的指導作用。本書以引導為目的,將學生帶入自主學習的實驗領域中,重點培養學生電路基礎及設計性實驗、綜閤性實驗能力,昀終幫助學生完成電路實驗。
本書難度適中,強調基礎性實驗與設計性實驗相結閤,注重理論聯係實際,培養學生獨立解決問題的能力。本書在設計上沿用瞭傳統必要的基礎驗證性實驗原理。在難度的設計上由淺入深,主講教師可根據學生所學專業、差異性學習特點、課程的學時數選擇實驗項目和安排相應的實驗任務。本書將現代的 EDA技術融入實驗項目中,通過典型的仿真實例介紹,讓學生掌握電路仿真工具的使用技巧,告訴學生該如何通過電路仿真設計完成實驗,采取循序漸進的方式設定若乾階段,逐步放手,讓學生領會學習進階的樂趣,培養學生利用計算機仿真軟件進行電路分析的能力。本書主要特點如下所述:
第一,在教學理念上,以學生為中心,關注每位學生完成實驗項目的學習目標達成進度,遞進式培養學生的實踐能力。在實驗設計上保留傳統必做的經典驗證性實驗,設計瞭具有擴展性的設計性實驗及提高學生更高層次能力的綜閤性實驗,為學有餘力的學生留齣發展能力的學習空間。
第二,在教學方法上,增加瞭學生實驗預習及課前檢測環節。強調學生實驗預習環節的重要性,以問題為導入,幫助學生抓住實驗課預習的重點,養成自主學習的習慣。改變以往學生在實驗教學中讓教師“抱著走”的惰性,培養學生批判性的思維能力。
第三,本書第 5章為電路基礎實驗英文翻譯,方便留學生進行電路實驗學習,同時也為工科學生學習專業英語打下良好的基礎。
第四,本書具有新形態教材特徵。書中多個實驗項目的基礎實驗配有幫助學生課前預習的微課視頻,學生可隨時隨地,通過掃描二維碼方式,碎片化地進行課前學習。
本書分為 6章。全書由吳霞主編,並負責總體規劃和全書統稿。書中所有微課視頻,由李弘洋完成二維碼生成編輯工作。其中,第 1章為緒論,第 2章為常用元器件和電子儀器的使用,第 3章為 Multisim14電路仿真與設計實例,第 4章為電路分析基礎實驗,第 5章為電路基礎實驗英文翻譯,第 6章為綜閤實驗項目研究與實踐。
本書由吳霞編寫第 1章,第 4章第 4.1節、4.9節,第 5章第 5.1~5.2節,第 6章第 6.3節;瀋小麗編寫第 2章第 2.1~2.5節,第 4章第 4.12節;李弘洋編寫第 2章第 2.6~2.9節,第 3章第 3.1~3.4節;王燕傑編寫第 3章第 3.5節、3.7節,第 4章第 4.11節,第 4.15~4.18節,第 5章第 5.3~5.10節,第 6章第 6.4~6.14節;李敏編寫第 3章第 3.8節,第 4章第
4.2~4.6節,第 4.10節,第 4.13~4.14節,第 6章第 6.1~6.2節;池金榖編寫第 3章第 3.6節、3.9節,第 4章第 4.7~4.8節,第 4.19節,第 6章第 6.15~6.16節。
本書編撰人員,皆為電路實踐教學工作的一綫教師,結閤近 30年的教學改革體會,編寫瞭與學生水平相適應的電路實驗教材,滿足不同層次學生需求。本書同時也可作為電路電子實驗用書,麵嚮對象為普通高校工科類應用型本科生及留學生。
由於編者水平有限,書中難免存在疏漏和不足之處,懇請廣大讀者提齣寶貴意見。
編 者 2017年 7月
《妙趣橫生的電路世界:從基礎到創意實踐》 內容梗概: 本書將帶領讀者踏上一段激動人心的電路探索之旅,從最基礎的原理講解,逐步深入到各種有趣且富有創造性的應用。我們旨在揭開電路神秘的麵紗,讓復雜的技術變得生動易懂,激發讀者對電子世界的無限好奇與動手能力。不同於枯燥的理論灌輸,本書將以圖文並茂、案例豐富的形式,展現電路在日常生活中的神奇作用,並引導讀者親手搭建屬於自己的小小電路作品。 第一部分:走進電路的奇妙世界 第一章:為何要認識電路? 電路無處不在: 從傢中的燈泡、電視,到手中的手機、電腦,再到城市的交通信號燈、工廠的自動化設備,一切都離不開電路。理解電路,就是理解我們所處時代的驅動力。 培養邏輯思維與解決問題的能力: 學習電路的過程,本質上是學習如何分析問題、拆解問題、找到解決方案的過程。每一次電路的搭建與調試,都是一次思維的鍛煉。 激發創造力與動手能力: 本書將超越理論,鼓勵讀者將想法變成現實。你會發現,原來自己也能創造齣能夠發光、發聲、甚至做齣簡單反應的小裝置。 為未來科技學習打下堅實基礎: 無論是對人工智能、物聯網,還是機器人技術的興趣,對基礎電路的理解都是必不可少的基石。 第二章:電路的“士兵”——基本元件速覽 電阻:控製電流的“守門員”。 電阻的基本概念:阻礙電流流動的物理量,單位歐姆(Ω)。 不同種類的電阻:固定電阻、可變電阻(電位器、滑動變阻器),以及它們在電路中的作用。 色環電阻的識彆:學習如何通過顔色解讀電阻的阻值,就像破譯密碼一樣有趣。 電阻在電路中的實際應用:限流、分壓、保護其他元件等。 電容:儲存電荷的“小水庫”。 電容的基本概念:能夠儲存電荷的元件,單位法拉(F)。 電容的類型:電解電容、陶瓷電容、薄膜電容等,以及它們各自的特點和適用場景。 電容的充放電特性:理解電容如何像海綿一樣吸水和釋放水分,並在電路中扮演“平滑”和“濾波”的角色。 電容在電路中的作用:濾波、耦閤、旁路、定時等。 電感:與電流“玩耍”的“彈簧”。 電感的基本概念:利用電磁感應原理,阻礙電流變化的元件,單位亨利(H)。 電感的結構與原理:綫圈與磁芯的配閤,以及如何産生電磁效應。 電感在電路中的作用:濾波、儲能、振蕩等,尤其在電源和通信電路中扮演重要角色。 二極管:單嚮“通道”的守護者。 二極管的基本概念:允許電流單嚮流動的半導體器件。 正嚮導通與反嚮截止:理解二極管的“開關”特性。 常見二極管類型:整流二極管、穩壓二極管、發光二極管(LED),以及LED的豐富色彩與應用。 二極管的實際應用:整流、穩壓、信號指示等。 三極管(晶體管):電路中的“放大器”和“開關”。 三極管的基本概念:能夠放大電流或作為電子開關的半導體器件,分為NPN和PNP兩種。 三極管的工作原理:微小的基極電流控製巨大的集電極電流,實現放大功能。 三極管在電路中的應用:音頻放大、開關控製、邏輯門等。 集成電路(IC):微型“大腦”的奧秘。 集成電路的概念:將眾多元器件集成在一塊小芯片上的電子綫路。 常見集成電路的功能:運算放大器(Op-amp)、定時器(如NE555)、邏輯芯片等,它們是構建復雜電路的“積木”。 集成電路的便利性:縮小電路體積,提高性能,降低成本。 第三章:電路的“骨架”——導綫與連接 導綫的種類與選擇: 銅綫、鍍锡綫、排綫等,以及如何根據電流大小選擇閤適的導綫。 可靠的連接方式: 焊接:掌握基本的烙鐵使用技巧,讓元件牢固連接。 麵包闆:無需焊接,方便反復搭建和調試的實驗平颱。 接綫端子、壓綫帽等:適用於不同場景的連接解決方案。 PCB(印刷電路闆)的初步認識: 瞭解專業電路闆的製作流程,為進階學習做準備。 第二部分:動手實踐,點亮創意 第四章:基礎電路搭建實操 認識電源:電路的“心髒”。 直流電源:電池(乾電池、鋰電池)的種類與使用。 交流電源(傢庭用電):安全注意事項,以及變壓器的基本原理。 穩壓電源的構建:使用穩壓芯片實現穩定輸齣。 點亮LED:最直觀的電路成果。 設計一個簡單的LED電路:串聯限流電阻,保護LED免受損壞。 製作一個LED閃爍電路:利用電容和三極管(如NE555)實現周期性閃爍。 製作簡單的蜂鳴器報警器: 利用三極管驅動蜂鳴器,當傳感器觸發時發齣聲音。 DIY簡易調光燈: 使用可變電阻(電位器)控製LED的亮度。 第五章:探索信號的奧秘 音頻信號的産生與處理: 簡單的音頻放大器:利用運算放大器或三極管放大微弱的音頻信號。 製作一個簡易麥剋風放大器:捕捉聲音並讓其變得更大。 聲音的閤成:利用振蕩電路産生簡單的聲音。 光信號的感應與應用: 光敏電阻的應用:根據光綫強度控製其他電路。 自動感應燈:利用光敏電阻和繼電器製作在黑暗中自動亮起的燈。 第六章:搭建有趣的互動裝置 製作一個簡單的電子骰子: 利用集成電路(如NE555)和LED模擬骰子點數。 DIY電子琴: 利用振蕩芯片(如NE555)或集成電路生成不同音調,並配上按鍵。 簡單的電子遊戲: 嘗試設計一個基於LED的簡單反應速度遊戲。 利用傳感器實現智能互動: 觸摸傳感器:製作一個觸摸感應開關。 紅外傳感器:搭建一個簡單的避障小車或人體感應報警器。 第三部分:進階探索與未來展望 第七章:理解數字電路的入門 二進製世界: 0和1的邏輯。 邏輯門:AND、OR、NOT、XOR等基本邏輯門的功能。 構建簡單的數字邏輯電路: 例如,使用邏輯門製作一個簡單的組閤邏輯電路。 微控製器(MCU)的初步介紹: 瞭解Arduino等開源硬件平颱,它們是如何將硬件與軟件結閤,實現更復雜的交互。 第八章:安全用電與常見故障排除 用電安全的重要性: 瞭解觸電的危害,以及安全的實驗環境。 接地、短路、斷路等常見問題: 分析電路可能齣現的故障原因。 故障排除的係統方法: 如何一步步定位和解決電路問題。 萬用錶的使用: 學習使用萬用錶測量電壓、電流、電阻等關鍵參數,輔助故障診斷。 第九章:電路世界的廣闊天地 物聯網(IoT)入門: 瞭解如何將物理世界的設備連接到互聯網。 機器人技術的簡單介紹: 電路在機器人運動控製、感知係統中的作用。 人工智能與電子學的結閤: 簡述AI在電路設計、信號處理等方麵的應用。 持續學習的資源推薦: 指引讀者進一步探索的在綫社區、書籍和項目。 本書特色: 循序漸進,難度閤理: 從最基礎的概念入手,逐步提升難度,確保不同水平的讀者都能找到適閤自己的內容。 圖文並茂,生動形象: 大量使用示意圖、實物照片,將抽象的電路概念具象化。 案例豐富,實用性強: 每一個知識點都配有實際的電路應用案例,讓讀者感受到電路的魅力。 強調動手實踐: 鼓勵讀者親自動手搭建,在實踐中學習和鞏固知識。 激發興趣,培養創新: 不止於教會“怎麼做”,更在於啓發讀者思考“為什麼”和“還能做什麼”。 目標讀者: 對電子技術感興趣的初學者。 希望瞭解電路基本原理的學生。 想要提升動手能力和解決問題能力的愛好者。 教師和傢長,可以作為引導學生學習電子科學的參考。 所有對創造和探索充滿好奇心的人。 通過本書的學習,你將不再畏懼復雜的電子設備,而是能夠以全新的視角去理解它們,甚至能夠親手創造齣屬於自己的、充滿驚喜的電子小裝置。讓我們一起,在妙趣橫生的電路世界中,點亮智慧,放飛想象!