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基本信息

书名：数字电子技术实验指导书

定价：25.10元

作者：孙淑艳,华北电力大学电子技术课程组

出版社：高等教育出版社

出版日期：2014-09-01

ISBN：9787040408171

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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　　孙淑艳主编的这本《数字电子技术实验指导书》为电子技术基础课程系列教材之一，全书共包括五大模块：数字电路基础实验、NI Muhisim 12使用指南、数字电路仿真实验、VHDL语言仿真实验和附录。实验类型有基本的验证性实验，也有综合性、设计性和创新性实验。
　　数字电路基础实验使学生了解电子元器件、集成芯片的外特性，通过实验搭接电路来掌握电子电路的测试方法，并通过预习要求中的问题加深对理论知识的理解；数字电路仿真实验是借助于Multisiml2 仿真平台对电子电路进行辅助设计和辅助分析；VHDL语言仿真实验为学生后续课程学习做必要铺垫；附录中介绍了集成电路的基本知识、集成逻辑电路的连接和驱动、集成逻辑门电路新旧图形符号对照以及常用数字集成电路型号及引脚图。
　　本书采用实验报告原始数据便携式设计，学生做完实验可以将实验原始数据、实验波形等直接填写在原始数据记录处，然后裁下贴在上交的实验报告中，节省时间，适用性强。
　　本书可作为高等院校电气工程及其自动化、电子信息工程、电子科学与技术、通信工程、自动化、测控技术与仪器、计算机科学与技术、软件工程等专业的本、专科教材，同时也可作为参加各类电子设计竞赛学生自学的参考书，以及相关工程技术人员的参考书。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《电路分析基础与实践》 一、 核心内容概述 本书旨在为学习者提供扎实的电路分析理论基础，并辅以大量的实验实践，帮助读者深入理解电路的基本概念、定律和分析方法，最终掌握设计、分析和调试各类电路的能力。全书内容循序渐进，从最基础的电路元件和直流电路分析入手，逐步深入到交流电路、一阶和二阶动态电路、正弦稳态分析，再到复杂的电路定理和应用。实验部分紧密结合理论内容，提供了一系列精心设计的实验项目，涵盖了从基础实验到综合应用实验，旨在让读者在动手操作中巩固知识，培养解决实际问题的能力。 二、 理论部分详述 第一章：电路的基本概念与元件 本章为后续学习奠定基础，详细介绍了电路的基本组成要素：电压、电流、功率和能量。通过清晰的定义和丰富的实例，使读者对这些基本物理量有一个直观的认识。 电荷与电势： 讲解电荷的性质、单位以及电势的概念，强调电势差即电压的物理意义。 电流的定义与方向： 明确电流的定义、单位（安培）以及实际电流方向与电子流动方向的区别。 电压与电动势： 区分电源电动势和电路中任意两点间的电压，理解其产生机理。 功率与能量： 讲解电功率的计算公式（P=UI）以及能量的单位（焦耳），并探讨能量守恒定律在电路中的体现。 电路的构成： 定义什么是电路，介绍电路的组成部分（电源、负载、导线、开关）以及通路、开路、短路等基本工作状态。 基本电路元件： 电阻（R）： 详细介绍电阻的定义、单位（欧姆）、伏安特性曲线，以及影响电阻大小的因素（材料、长度、截面积、温度）。重点讲解欧姆定律 (U=IR) 及其应用。 电容（C）： 介绍电容的定义、单位（法拉）、构成方式（平行板电容器），以及其存储电荷和能量的能力。讲解电容器的伏安特性（i = C dv/dt）和与电荷、电压的关系 (Q=CU)。 电感（L）： 介绍电感的定义、单位（亨利）、构成方式（线圈），以及其存储磁场能量的能力。讲解电感器的伏安特性（u = L di/dt）和与磁链、电流的关系。 第二章：直流电路分析 本章将理论知识应用于最简单的直流电路，介绍分析直流电路的常用方法。 欧姆定律与基尔霍夫定律： 欧姆定律的应用： 深入探讨欧姆定律在串联、并联电路中的应用，以及含有内阻的电源模型。 基尔霍夫电流定律（KCL）： 阐述在电路中的任意节点，流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和。通过实例演示 KCL 的应用。 基尔霍夫电压定律（KVL）： 阐述在电路中的任意闭合回路，所有支路电压的代数和等于零。通过实例演示 KVL 的应用。 电阻的串联与并联： 串联电路： 分析串联电路中总电阻、电流和电压的分配规律。 并联电路： 分析并联电路中总电阻、电流和电压的分配规律。 混联电路： 介绍分析包含串联和并联组合的复杂电路的策略。 电源的串联与并联： 分析同类电源（同向、反向）和异类电源（不同电动势、不同内阻）串并联后的等效情况。 电路的等效变换： 电阻的等效变换： 总结串联、并联电阻的计算公式，以及星形（Y）连接与三角形（Δ）连接之间的变换（Y-Δ / Δ-Y 变换）。 电源的等效变换： 介绍理想电压源与理想电流源之间的等效变换条件。 支路电流法和节点电压法： 支路电流法： 基于 KVL 和 KCL，为每个支路设一个未知电流，建立方程组求解。 节点电压法： 基于 KCL，以节点电压为未知量，建立节点电压方程组求解。 戴维南定理与诺顿定理： 戴维南定理： 任何线性双端网络的输入输出关系，都可以等效为一个简单的串联模型，由一个等效电压源和一个等效电阻组成。 诺顿定理： 任何线性双端网络的输入输出关系，都可以等效为一个简单的并联模型，由一个等效电流源和一个等效电导（或电阻）组成。 两种定理的相互转换： 讲解戴维南等效电路与诺顿等效电路之间的相互转换。 叠加定理： 对于线性电路，电路中任一点的电压或电流，等于各个独立电源单独作用时在该点产生的电压或电流的代数和。 第三章：一阶和二阶动态电路分析 本章开始引入时间作为变量，分析含有电容和电感的动态电路。 换路定律： 阐述在换路瞬间（开关动作），电容电压和电感电流保持不变的性质。 一阶动态电路（RC 和 RL 电路）： RL电路的暂态分析： 分析在直流或直流阶跃信号作用下，RL 电路中电流和电压随时间的变化过程（充电和放电），引入时间常数 τ = L/R。 RC电路的暂态分析： 分析在直流或直流阶跃信号作用下，RC 电路中电流和电压随时间的变化过程（充电和放电），引入时间常数 τ = RC。 自然响应与强迫响应： 区分动态电路的自然响应（零输入响应）和强迫响应（零状态响应），以及全响应的构成。 二阶动态电路（RLC 电路）： RLC串联电路的暂态分析： 分析在阶跃激励下，RLC 串联电路的响应特点，包括过阻尼、临界阻尼和欠阻尼等多种情况，引入阻尼系数和固有振荡角频率。 RLC并联电路的暂态分析： 类似串联电路，分析并联 RLC 电路的响应特性。 第四章：正弦稳态电路分析 本章将分析方法扩展到交流电路，重点研究正弦稳态下的电路行为。 正弦量的相量表示： 复数与相量： 介绍复数的概念，并将其作为表示正弦量（幅值和相位）的工具，即相量。 正弦电压和电流的相量表示： 学习如何将正弦函数转化为相量形式，以及相量的运算（加减乘除）对应于正弦量的运算。 阻抗与导纳： 电阻、电容、电感的相量模型： 讲解在相量域中，电阻、电容、电感分别可以用纯电阻 R、容抗 (1/jωC) 和感抗 (jωL) 来表示。 阻抗（Z）与导纳（Y）： 定义阻抗为电压相量与电流相量之比，导纳为阻抗的倒数。学习计算含有 R、L、C 的电路的阻抗和导纳。 正弦稳态电路的分析方法： 基尔霍夫定律在相量域的应用： 讲解 KCL 和 KVL 在相量域的表示形式，以及如何利用它们建立相量方程组。 戴维南定理与诺顿定理在相量域的应用： 讲解如何求解交流电路的戴维南等效电路和诺顿等效电路。 叠加定理在相量域的应用： 讲解如何在交流电路中应用叠加定理。 功率分析： 瞬时功率、平均功率、无功功率和视在功率： 详细介绍交流电路中各种功率的定义、计算公式和单位。 功率因数： 讲解功率因数的概念及其对电路效率的影响，以及提高功率因数的方法（如补偿电容）。 三相电路： 三相电源： 介绍三相电源的产生方式（星形、三角形连接）及其相电压、线电压、相电流、线电流之间的关系。 三相负载： 介绍三相负载的星形和三角形连接方式，以及对称和不对称负载的分析。 三相功率计算： 讲解三相功率的计算方法。 第五章：电感耦合与互感 本章探讨电感元件之间相互作用的现象。 自感与互感： 自感： 回顾电感器自身产生的感应电动势。 互感： 详细讲解两个耦合线圈之间由于一个线圈的电流变化在另一个线圈中产生的感应电动势。 互感系数（M）： 定义互感系数，并介绍其与两个线圈电感（L1, L2）和耦合系数（k）的关系 (M = k sqrt(L1L2))。 耦合电路的分析： 学习如何列写包含互感的电路的电压方程，并进行分析。 变压器原理： 理想变压器： 介绍理想变压器的基本工作原理，电压、电流、阻抗的变换关系。 实际变压器： 讨论实际变压器中存在的损耗（铜损、铁损）和漏磁等影响。 第六章：电路分析的傅里叶级数和拉普拉斯变换方法 本章介绍更高级的电路分析工具，能够处理非正弦周期信号和任意信号。 傅里叶级数： 周期信号的分解： 讲解如何将任意周期性信号分解为一系列直流分量、基波分量和各次谐波分量的叠加。 傅里叶级数的计算： 介绍计算傅里叶级数系数的方法（指数形式和三角形式）。 周期信号在电路中的响应： 学习如何利用傅里叶级数分析电路对非正弦周期信号的响应。 拉普拉斯变换： 复频率与拉普拉斯变换： 介绍复频率 s 和拉普拉斯变换的定义。 常见函数的拉普拉斯变换： 提供常用信号（如阶跃函数、指数函数、正弦函数）的拉普拉斯变换表格。 拉普拉斯反变换： 学习如何通过部分分式展开等方法进行拉普拉斯反变换，得到时域信号。 用拉普拉斯变换分析动态电路： 讲解如何将电路方程从时域转换到复频域，然后求解，最后进行反变换得到时域解。这是一种强大的分析动态电路的方法，可以统一处理暂态和稳态响应。 三、 实验部分详述 本部分的实验设计旨在紧密配合理论学习，提供亲手实践的机会，加深对理论知识的理解和掌握。每个实验都包含实验目的、实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据记录和分析讨论等部分。 实验一：直流电阻电路的测量与分析 目的： 验证欧姆定律、基尔霍夫定律，掌握万用表、直流稳压电源等常用仪器的使用。 内容： 搭建不同结构的直流电阻电路（串联、并联、混联），测量各支路电压、电流，并与理论计算值进行比较。 实验二：电阻的串并联等效测量 目的： 验证电阻串并联等效电阻的计算公式。 内容： 测量多个电阻的阻值，然后测量其串联和并联后的总电阻，与理论计算值进行比对。 实验三：基尔霍夫定律的实验验证 目的： 实际验证基尔霍夫电流定律和电压定律。 内容： 构建一个包含多个节点和回路的直流电路，通过精确测量各支路的电流和电压，验证 KCL 和 KVL。 实验四：戴维南定理与诺顿定理的验证 目的： 验证戴维南定理和诺顿定理在直流电路中的有效性。 内容： 选择一个复杂的线性直流网络，分别测量其戴维南等效电压源和内阻，以及诺顿等效电流源和内阻，并通过实验验证等效性。 实验五：一阶动态电路（RC 电路）的暂态响应 目的： 观察和测量 RC 电路在直流阶跃信号作用下的充电和放电过程。 内容： 使用示波器观察 RC 电路中电容两端电压随时间的变化，测量时间常数，并与理论值进行比较。 实验六：一阶动态电路（RL 电路）的暂态响应 目的： 观察和测量 RL 电路在直流阶跃信号作用下的电流和电压变化。 内容： 使用示波器观察 RL 电路中电感上的电压或支路电流随时间的变化，测量时间常数，并与理论值进行比较。 实验七：正弦稳态电路的分析 目的： 掌握交流信号源和示波器的使用，测量交流电路的幅度和相位。 内容： 搭建一个包含 R、L、C 元件的交流电路，使用示波器测量各元件上的电压和电流，计算电路的阻抗、导纳和功率因数，并与理论计算值进行比较。 实验八：RLC 串联谐振电路 目的： 观察和测量 RLC 串联谐振电路的谐振现象。 内容： 改变交流电源的频率，测量电路中的电流，找到谐振频率，并验证谐振时阻抗最小、电流最大的特性。 实验九：变压器原理实验 目的： 验证变压器的电压、电流变换原理。 内容： 使用不同匝数比的变压器，测量其原副边的电压和电流，验证电压与匝数成正比，电流与匝数成反比的规律。 实验十：正弦稳态电路的功率测量 目的： 测量交流电路的平均功率、无功功率和视在功率。 内容： 使用功率计或万用表配合示波器，测量一个含有 R、L、C 的交流电路的各种功率，并计算功率因数。 实验十一：三相电路基础实验 目的： 了解三相电源的连接方式，以及三相负载（如三相异步电动机）的基本工作原理。 内容： 连接三相电源，观察线电压和相电压，以及在连接三相负载后测量相电流、线电流和总功率。 四、 学习目标与建议 本书的学习目标是使读者： 1. 深刻理解电路的基本概念和定律： 能够准确描述和应用欧姆定律、基尔霍夫定律等基本定律。 2. 掌握多种直流电路的分析方法： 能够熟练运用支路电流法、节点电压法、戴维南/诺顿定理、叠加定理等分析复杂直流电路。 3. 理解动态电路的工作原理： 能够分析一阶和二阶动态电路的暂态响应，理解时间常数、阻尼等概念。 4. 掌握正弦稳态电路的分析方法： 能够熟练使用相量法分析交流电路，理解阻抗、导纳、功率因数等概念。 5. 熟悉电感耦合和变压器原理： 理解互感的作用，掌握变压器基本工作原理。 6. 了解高级分析工具： 对傅里叶级数和拉普拉斯变换有初步认识，了解它们在电路分析中的应用。 7. 具备实际动手能力： 能够熟练使用常用电学仪器，独立完成实验项目，并对实验结果进行分析。 8. 培养解决实际电路问题的能力： 能够将理论知识应用于实际电路的设计、分析和故障排除。 学习建议： 理论与实践相结合： 在学习每一个理论章节后，务必完成相应的实验项目，将抽象的理论转化为具体的实践。 多做习题： 理论知识的掌握离不开大量的练习，建议读者认真完成书后习题，巩固所学知识。 重视实验操作： 实验是培养动手能力的关键，在实验过程中要仔细阅读实验指导，规范操作，认真记录数据，并进行深入的分析。 善用仿真软件： 在实际动手条件有限的情况下，可以借助 PSpice, Multisim 等电路仿真软件进行辅助学习和验证。 主动思考与提问： 在学习过程中遇到疑问，要主动思考，查阅资料，并在必要时向老师或同学请教。 本书内容丰富，涵盖了数字电子技术实验所需的大部分基础理论知识，是学习者进入数字电子技术领域的必备参考书。