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作者依据多年电工电子技术课程的教学经验，结合教育部颁布的高等工业学校电子技术基础课程教学基本要求，以适合电子类专业电工电子及电气控制实验为目的，以适应当前人才的需要，强化工程实践训练，培养学生创新意识，提高学生综合素质。
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| 內容簡介： |
本书是综合性电工电子及电气控制实验教材，以工程实际应用为出发点，以培养和提高学生工程设计、实验调试及综合分析能力为目标，优化设计了电工电子类相关基础课程实验。全书共分为3篇，即电工电子技术实验、电气控制实验、PSpice 16仿真软件简介和相关电路设计分析实例等。全书着重介绍电工电子技术实验和电气控制实验的基本任务、基本方法和基本规程，同时介绍PSpice 16仿真软件和相关电路仿真分析方法，强调培养电工电气专业卓越工程师所应具备的工程意识、工程素质、工程实践能力和工程创新能力。
本书实验内容丰富，可作为高等院校电子类、电气类、通信类、自动控制类以及计算机类专业的基础实验教材，同时也可供参加各类电子竞赛和进行毕业设计的本科生参考。
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| 目錄：
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目录
第1篇电工电子技术实验
实验1.1基本电工仪表的使用及测量误差的计算
实验1.2减小仪表测量误差的方法
实验1.3电路元件伏安特性的测绘
实验1.4电位、电压的测定及电路电位图的绘制
实验1.5基尔霍夫定律的验证
实验1.6叠加原理的验证
实验1.7电压源与电流源的等效变换
实验1.8戴维南定理和诺顿定理的验证有源二端网络等效参数的测定
实验1.9最大功率传输条件测定
实验1.10受控源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS的实验研究
实验1.11典型电信号的观察与测量
实验1.12RC一阶电路的响应测试
实验1.13二阶动态电路响应的研究
实验1.14R、L、C元件阻抗特性的测定
实验1.15用三表法测量电路等效参数
实验1.16正弦稳态交流电路相量的研究
实验1.17RC选频网络特性测试
实验1.18RLC串联谐振电路的研究
实验1.19双口网络测试
实验1.20负阻抗变换器
实验1.21回转器
实验1.22互感电路测量
实验1.23单相铁心变压器特性的测试
实验1.24三相交流电路电压、电流的测量
实验1.25三相电路功率的测量
实验1.26单相电度表的校验
实验1.27功率因数及相序的测量
第2篇电气控制实验
实验2.1三相鼠笼式异步电动机
实验2.2三相异步电动机的直接启动控制
实验2.3三相异步电动机接触器点动控制线路
实验2.4单向启动停止控制线路异步电动机自锁控制线路
实验2.5异步电动机单向点动、启动控制电路
实验2.6按钮联锁的三相异步电动机正反转控制线路
实验2.7接触器联锁的三相异步电动机正反转控制线路
实验2.8双重联锁的三相异步电动机正反转控制线路
实验2.9正反转点动、启动控制线路
实验2.10异步电动机反接制动控制线路
实验2.11异步电动机星形、三角形控制线路
实验2.12异步电动机手动顺序启动控制线路
实验2.13异步电动机自动顺序控制线路
实验2.14异步电动机两地控制线路
实验2.15三相异步电动机串电阻降压启动手动控制
实验2.16三相异步电动机串电阻降压启动自动控制
实验2.17单相降压启动及反接制动控制线路
实验2.18三相异步电动机能耗制动控制线路
实验2.19自动往返控制线路
实验2.20带点动的自动往返控制线路
实验2.21接触器控制双速电动机的控制线路
实验2.22时间继电器控制双速电动机的控制线路
实验2.23C6201型车床电气的控制线路
实验2.24电动葫芦电气控制线路
第3篇PSpice 16仿真软件
3.1PSpice 16软件概述
3.1.1PSpice 16软件综述
3.1.2PSpice 16软件设计环境
3.1.3执行仿真程序
3.1.4如何放置元件
3.1.5连线
3.2二极管、三极管、场效应管的模型参数
3.2.1二极管
3.2.2三极管
3.2.3场效应管
3.3电阻、电容、电感和磁心的模型参数
3.3.1电阻
3.3.2电容
3.3.3电感
3.3.4磁心
3.4压控开关和流控开关的模型参数
3.4.1压控开关
3.4.2流控开关
3.5PSpice中常用的电压源的设置
3.6PSpice中常用的电流源的设置
3.7PSpice AD的基本分析： 直流分析
3.7.1直流分析简述
3.7.2参数说明
3.7.3直流分析实例
3.8PSpice AD的基本分析： 交流分析
3.8.1交流分析简述
3.8.2参数说明
3.8.3交流分析实例
3.9PSpice AD的基本分析： 瞬态分析
3.9.1瞬态分析简述
3.9.2参数说明
3.9.3瞬态分析实例
3.10PSpice AD的基本分析： 静态工作点分析
3.10.1静态工作点分析简述
3.10.2参数说明
3.10.3静态工作点分析实例
3.11PSpice AD的进阶分析： 噪声分析
3.12PSpice AD的进阶分析： 傅里叶分析
3.13PSpice AD的进阶分析：参数分析
3.14PSpice AD的进阶分析： 温度分析
3.15PSpice AD的高级分析： 蒙特卡罗分析
3.16PSpice AD的高级分析： 最坏情况分析
3.17数字电路的基本分析方法
3.18数字信号源的设置
3.19数字仿真的最坏情况分析
3.20PSpice提供的测量函数和自定义测量函数
附录A常用电气元件功能介绍
A.1保护、隔离元件
A.2控制元件
A.3检测类元件
A.4驱动器及PLC系统
A.5其他元件
附录B常用电气元件符号
参考文献
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| 內容試閱：
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前言
为培养创新实践能力强、适应经济社会发展需要的高质量的各类型工程技术人才，教育部启动了卓越工程师教育培养计划。电气工程专业卓越工程师培养要将素质教育和创新教育相结合，以宽口径、高素质、强能力、重应用为教学实践目标，加强学生的工程意识、工程素质、工程实践能力和工程创新能力，培养具有求是创新精神和国际视野的创新型工程科技人才。电工电子技术及电气控制课程和实验在电气工程专业卓越工程师培养中起着至关重要的基础性作用，有助于提高学生的实践能力和职业技能，帮助学生形成良好的工程意识，为未来职业发展打好基础。因此，本书注重实践，突出基础训练，着重培养学生的实践应用能力和计算机仿真应用能力。在实验内容的选择上，既有基础性实验、实践应用性实验，又有PSpice 16仿真软件使用指导以及设计实验，较好地实现了基础训练与应用实践训练相结合，硬件设计调试与PSpice软件仿真设计相结合。因此，本书符合不同层次的教学要求，为学生学习后续课程、参加各类电子设计竞赛、进行毕业设计等打下了良好的基础。同时，本书也可供相关专业院校师生参考。本书作为综合性电工电子及电气控制实验教材，参照了教育部高等工业学校电工电子技术基础课程教学基本要求，并结合了编者多年的教学实践经验与教学研究成果。全书共分为3篇。第1篇为电工电子技术实验，包含27个实验。第2篇为电气控制实验，包含24个实验。第3篇为PSpice 16仿真软件，包含PSpice 16仿真软件简介、仪器仪表介绍及设置方法、电路原理图绘制、电路分析方法以及实验设计等内容。本书由摆玉龙统稿审定，其中赵兴龙编写了第1篇，范满红编写了第2篇，摆玉龙编写了第3篇和附录部分。马真东、陈雪雷、王娟、郭鹏飞、王一朝、陈春梅、段济开、常明恒、魏强和苏坤绘制了本书的全部插图，并做了大量的打印和校对工作。在编写本书的过程中，编者参考了很多优秀教材和著作。编者向参考文献的各位作者表示真诚的谢意。本书的出版得到西北师范大学教学研究重大项目西北师范大学卓越工程师班培养机制研究以电子信息工程专业为例的大力支持，同时获得兰州市科技计划项目编号： 2015334的资助。由于编者水平有限，加之时间仓促，错误与不妥之处在所难免，恳请读者批评指正。
编者2017年4月
第3篇PSpice16仿真软件
3.1PSpice 16软件概述
3.1.1PSpice 16软件综述
随着电子计算机技术的发展，计算机辅助设计已经逐渐进入电子设计的领域。模拟电路中的电路分析、数字电路中的逻辑模拟，甚至是印刷电路板、集成电路版图等都开始采用计算机辅助工具来提高效率和设计成功率。PSpice软件是较早出现的EDA软件之一，也是当今世界上著名的电路仿真标准工具之一。PSpice是由SPICESimulation Program with Integrated Circuit Emphasis）发展而来的面向PC机的通用电路模拟分析软件。它是由美国加州大学伯克利分校的计算机辅助设计小组于1972年利用FORTRAN语言开发而成的，主要用于大规模集成电路的计算机辅助设计。目前微机上广泛使用的PSpice是由美国MicroSim开发并于1984年1月首次推出的。1988年SPICE被定为美国国家工业标准。PSpice采用自由格式语言的5.0版本自20世纪80年代以来在我国得到广泛应用。MicroSim公司于1996年开发了基于Windows环境的仿真程序，之后从6.0版本开始引入图形界面。1998年，著名的EDA商业软件开发商ORCAD公司与MicroSim公司正式合并，自此MicroSim公司的PSpice产品正式并入ORCAD公司的商业EDA系统中。目前为止，PSpice的版本已经发展到16.6，包含在ORCAD 16.6 release当中。PSpice软件最初主要是用在大规模电子计算机上进行仿真分析，后来推出了可以在PC上运行的PSpice软件，主要用于集成电路分析。在实际制作电路之前，先进行计算机模拟，可根据模拟运行结果修改和优化电路设计，测试各种性能，不必涉及实际元器件及测试设备。同时，通过仿真可以对故障状态进行评估，这类故障也许对人身有危险的。PSpice的组成部分主要包括Schematics图形编辑程序、PSpice AD仿真分析程序、Probe图形后处理程序、Stimulus Editor信号源编辑程序、Parts元器件模型参数提取程序、Optimizer电路优化程序等。PSpice软件具有强大的电路图绘制功能、电路模拟仿真功能、图形后处理功能和元器件符号制作功能，以图形方式输入，自动进行电路检查，生成图表，对电路进行模拟和计算。它的用途非常广泛，不仅可以用于电路分析和优化设计，还可用于电子线路、电路和信号与系统等课程的计算机辅助教学。PSpice软件拥有丰富的仿真元件库，元件库是仿真的精髓，PSpice软件提供的模型库中包括20多类共3万多个商品化的器件模型参数，存放在100多个模型参数库中，供用户选用。这些元器件以符号、模型和封装3种形式分别存放在扩展名为olb、lib和llb的3类库文件中。*.olb库中的元器件符号用于绘制电路图，*.lib库中的元器件模型用于电路仿真分析，*.llb库中的元器件封装形式用于绘制印刷电路板的版图。PSpice具有以下优越性：1 图形界面友好，易学易用，操作简单实用性强，仿真效果好。2 功能强大，集成度高。3 可对仿真窗口进行相关编辑。PSpice主要用于模拟电路、数字电路及数模混合电路的分析及电路优化。PSpice基本的分析功能包括直流分析、交流小信号分析、瞬态分析、蒙特卡洛分析。3.1.2PSpice 16软件设计环境1. 基本界面
打开PSpice软件，其基本界面如图3.1.1所示，包括菜单栏、工具栏、仿真工具栏、绘图工具栏等。
图3.1.1基本界面
2. 菜单栏在Capture各窗口中，各命令系统都不相同，下面介绍绘制电路图时使用的窗口的命令系统，菜单栏共包含11条主命令，如图3.1.2所示。
图3.1.2菜单栏
1 File文件菜单： 主要用于管理创建的电路文件，如打开、保存和打印等，如图3.1.3所示。2 Edit编辑菜单： 主要用于在绘制电路过程中，对元件和电路进行各种技术性处理，如图3.1.4所示。
图3.1.3File菜单
图3.1.4Edit菜单
3 View视图菜单： 主要用于仿真界面上显示内容的操作，不同层次电路图的显示等，如图3.1.5所示。4 Tools工具菜单： 通过其中的子命令可以定制工具栏选项和按钮选项，如图3.1.6所示。5 PSpice仿真菜单： 其作用是在电路图绘制好后，在Page Editor的环境中调用模拟仿真软件PSpice AD，对绘制的电路进行模拟分析，并显示、分析得到的结果，如图3.1.7所示。6 Place放置菜单： 其作用是通过各条子命令完成电路图的绘制，如图3.1.8所示。
图3.1.5View菜单
图3.1.6Tools菜单
图3.1.7PSpice菜单
图3.1.8Place菜单
7 Macro宏菜单： 通过宏功能可以提高绘图效率，如图3.1.9所示。8 Accessories附件菜单： OrCAD软件还开发了一些扩展Capture功能的配套软件，如生成特定的电连接网络表等，如果配置了这些软件，那么调用这些软件的指令将以子命令形式出现在Accessories命令菜单中，如图3.1.10所示。9 Options选项菜单： 其中的子命令用于配置Capture运行中的有关参数，如图3.1.11所示。10 Window窗口菜单： 实现对显示窗口的调节、打开和关闭等，如图3.1.12所示。11 Help帮助菜单： 为用户提供在线的技术支持和使用指导，如图3.1.13所示。
图3.1.9Macro菜单
图3.1.10Accessories菜单
图3.1.11Options菜单
图3.1.12Window菜单
图3.1.13Help菜单
3.1.3执行仿真程序执行仿真程序的步骤如下：1 启动软件。打开OrCAD Capture CIS，显示如图3.1.14所示的界面。
图3.1.14基本界面
2 创建一个新项目。执行FileNewProject菜单命令建立一个新的工程。在图3.1.15所示的对话框中输入文件名，如AC。在下面的单选按钮中选择Analog or Mixed AD，要注意这是由Capture直接调用PSpice的按钮。最后在Location中指定文件存放的文件夹，单击OK按钮。
图3.1.15New Project对话框
在Create based upon an existing project下可以看到许多已有的工程和电路图。这里选择Create a blank project，进入仿真电路图绘制窗口，开始绘制电路图，如图3.1.16所示。
3 绘制电路图。4 选择仿真类型。绘制好电路图后，选择PSpice菜单下的New Simulation Profile命令，创建新的仿真文件，在弹出的New Simulation对话框中，将该仿真文件命名为AS，如图3.1.17所示，单击Create按钮，在弹出的Simulation SettingsAS对话框中设置仿真类型。
图3.1.16创建项目对话框
图3.1.17新建仿真文件
5 执行PSpice仿真程序。选择PSpice菜单下的Run命令或者单击Capture工具栏的图标，开始运行仿真分析。程序运行结束后，出现如图3.1.18所示的波形输出显示窗口。
图3.1.18波形输出显示窗口
Probe的工具栏按钮功能如下：： 设定X轴为线性或对数轴。： 设定Y轴为线性或对数轴。： 傅里叶分析显示。： 性能指标分析。： 添加新波形。： 输出变量求值。： 添加文本说明。： 标记曲线。： 游标定位。： 将游标定于下一个波峰、下一个波谷、下一个最大斜率点。： 将游标定于最低点、最高点、下一个数据点。： 游标搜索。： 为游标的定位点添加坐标。： 将游标定位于下上一个数字转折点存在数字分析时才显亮，即变为可用。3.1.4如何放置元件放置电路元件有3种方法：1 单击绘图工具栏中的，找到元件对应的Libraries，在Part List菜单下，双击元件就可以将其放置到绘图窗口中了注意选择的元件库必须存储在路径为Capture＼Library＼pspice下，此路径中的所有元件都提供PSpice模型，可以直接调用。2 选择PlacePart菜单命令。
图3.1.19元件旋转菜单
3 按快捷键P，快速放置元件。
选定元件后，按回车键，就可将其放置在原理图中。
要旋转元件，右击该元件，弹出如图3.1.19所示的菜单，在图中选择Mirror Horizontally项，或者直接按H键，可将元件左右翻转； 选择Mirror Horizontally项，或者按V键，可将元件上下翻转； 选择Rotate项，或者按R键，可将元件逆时针方向旋转90。也可以依次选择主菜单中的EditMirrorHorizontally、EditMirrorVertically及EditRotate完成上述操作。选择EditMirrorBoth菜单可以将元件旋转180。
3.1.5连线当所有的电路元器件和接地符号放置好后，就可以开始连线了。选择EditPlaceWire菜单命令，或单击工具栏的按钮，或直接按W键，将编辑模型转化为连线模式，鼠标的形状变为十字线。在欲连线终点的始端单击，即出现一条随光标移动的连线，每到连线的拐弯处单击，到连线终点处双击，终止本次连线，此时可以开始另一次连线操作。如果要终止连线模式，可按Esc键，或右击，在弹出的快捷菜单中选择End Wire选项即可。当电气对象没有连接在一起时，它们的端点为空心小矩形； 而当它们连接在一起时，它们的连接点即变成实心小矩形。当某连线终端与其他连线的转角点或连线终端相连，形成T形连接时，其交叉点视为连接在一起，系统会自动在此位置放置一个。当某连线与其他连线形成交叉线时，两条连线并未连接在一起。如果要将此线变成连接线，可在交叉点位置稍作停留，或者在此人工放置一个连接点，方法是： 选择PlaceJunction菜单命令，或单击工具栏的按钮，或直接按J键，在此十字位置处单击即可。放置完所有的节点后，右击，选择End Mode结束节点的设置。
3.2二极管、三极管、场效应管的模型参数
在编辑模型或创建模型时，经常会遇到一些不甚了解的基本半导体，如二极管、三极管和场效应管等，不知道其PSpice模型中的各参数是什么含义，应该如何设置和修改。下面就详细介绍这几种元件。3.2.1二极管二极管模型适用于PN结和肖特基结。由于在模型中考虑了二极管的正向特性和反向击穿特性，故也可以模拟稳压管特性。1. 输入文件语句在输入文件语句中，二极管的关键字为D：
D N 、N- DNAME ［area value］
MODEL DNAME D模型参数及其值
语句中N 、N-分别是二极管的正、负极的节点，DNAME是二极管的型号名称，方括号中为可选参数，area为面积因子。MODEL语句中，根据分析的需要给定模型参数全部或部分，未给定的参数则在程序运行时自动取默认值。2. 二极管的模型参数二极管的模型参数如表3.2.1所示。
表3.2.1二极管参数
参数意义单位默认值
IS饱和电流A110-14RS欧姆电阻0N发射系数-1TT渡越时间S0CJO零偏置电容F0VJ结电压V1MPN结梯度因子-0.5EG禁带宽度eV1.11
续表
参数意义单位默认值
XTIIS温度系数-3FC正偏耗尽层电容系数-0.5BV反向击穿电压膝点电压VIBV反向击穿带电流膝点电流A110-10KF闪烁噪声Flicker系数-0AF闪烁噪声Flicker指数-1
3.2.2三极管双极晶体管由两个PN结组成，有两种类型： NPN型和PNP型。这两类晶体管都分为基区、发射区和集电区3个区。每个区分别引出了电极，称为基极B、发射极E和集电极C。1. 输入文件语句在输入文件中三极管的关键字为Q：
Q NC NB NE NS QNAME ［areavalue］
MODE QNAME NPN或PNP模型参数及其值
其中NC、NB、NE、NS分别是集电极、基极、发射极和衬底节点，衬底节点是选择项，若未指定，则接地。2. 模型参数双极晶体管的模型参数如表3.2.2所示。
表3.2.2双极晶体管模型参数
参数意义单位默认值
IS传输饱和电流A110-16EG禁带宽度eV1.11XTIPTIS的温度效应指数-3BF正向电流放大系数-100NF正向电流发射系数-1VAFVA正向欧拉电压VIKFIK正向膝点电流AISEC2BE漏饱和电流A0NEBE漏发射系数-1.5BR反向电流放大系数-1NR反向电流发射系数-1VARVB反向欧拉电压VIKR反向膝点电流AISCC4BC漏饱和电流A0NCBC漏发射系数-2.0
续表
参数意义单位默认值
RB零偏压基极电阻0IRB基极电阻降至RBM2时的电流A0RBM最小基极电阻RBRE发射区串联电阻0RC集电极电阻0CJE零偏发射结PN结电容F0VJEPE发射结内建电势V0.75MJEME发射结梯度因-0.33CJC零偏集电结PN结电容F0VJCPC电结内建电势V0.75MJCMC集电结梯度因子-0.33XCJCCbc接至内部Rb的部分-1CJSCCS零偏衬底结PN结电容F0VJSPS衬底结内建电势V0.75MJSMS衬底结梯度因子-0FC正偏势垒电容系数-0.5TF正向渡越时间s0XTFTF随偏置变化的系数-0PTF在f=12TFHz时超前相移0TR反向渡越时间s0XTBBF和BR的温度系数-0KF1f噪声系数-0AF1f噪声指数-1ITF影响TF的大电流参数A0VTFTF随VBC变化的系数V
3.2.3场效应管场效应晶体三极管也是一种半导体三极管，简称场效应管FET。它的功能和双极型晶体管相同，可用作放大元件或开关元件，其外形与双极型晶体管相似，但是其工作原理却与双极型晶体管不同，在双极型晶体管中是电子与空穴两种极性的载流子同时导电，而场效应管仅靠一种极性的载流子参与导电，故场效应管称为单极型场效应管。两种晶体管的控制特性也有很大的区别。双极型晶体管是电流控制元件，通过控制基极电流从而控制集电极电流或发射极电流； 而场效应管是电压控制型元件，利用输入回路的电场效应来控制输出电路的电流，因而得名场效应管。场效应管从结构上可分为绝缘栅和结型两大类。且每大类按其导电沟道分还分为N沟道和P沟道。1. 输入文件语句MOS场效应管的输入描述格式如下：
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