目录

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电路理论部分常用符号说明1

第1章矩阵运算的计算机方法及稀疏矩阵1

11计算数学的几个基本概念1

12高斯消元法解线性方程组3

121例题分析4

122算法说明5

123选主元素7

13LU分解法解线性方程组7

131算法说明8

132例题分析9

14稀疏矩阵原理10

141选主元和排序10

142稀疏矩阵存储13

15复频率与复平面15

习题18

第2章电路的矩阵分析20

21网络拓扑20

211图20

212树21

213割集22

214环集24

215对偶性25

22矩阵分析法26

221标准支路26

222割集矩阵27

223环集矩阵29

224关联矩阵31

225网孔分析33

23有源电路38

231转移阻抗耦合38

232互感39

233转移导纳耦合40

234普遍化42

235含相互耦合的四端网络元件43

24节点导纳矩阵44

241节点导纳矩阵的填写方法45

242节点电压法46

243归一化问题48

习题49

第3章建立方程的一般方法52

31表矩阵法52

311表矩阵方程的建立52

312单图表矩阵54

32用单图建立改进的节点方程组60

321基尔霍夫方程的分组表示60

322建立单图改进的节点方程组61

33用观察法建立改进节点方程组63

331理想元件的改进节点法表示63

332观察法建立改进的节点方程67

333有源网络的改进节点方程68

34分离的电流和电压图70

341分离的电压图和电流图的规则70

342双图的表示方法及方程的建立73

35用I图和V图建立改进节点方程组76

351计算机上图的表示76

352双图改进的节点法77

353理想元件的双图表示及填入80

36建立方程组的方法总结83

习题84

第4章非线性电路直流分析86

41非线性电阻电路及其方程的建立86

411非线性电阻元件86

412非线性电阻电路的电路方程87

42非线性电阻电路的图解分析法88

421非线性电阻的串联与并联88

422非线性电阻电路的图解分析法90

43非线性电阻电路的分段线性分析法91

431非线性电阻元件伏安特性曲线的分段线性化92

432用分段线性法确定非线性电阻电路的工作点92

44具有一个非线性电阻电路的牛顿迭代法95

441一元牛顿迭代法95

442非线性电阻电路的牛顿迭代分析法96

443牛顿迭代法的几何解释97

444牛顿迭代法的电路解释98

45一般非线性电路99

451推广的牛顿迭代法99

452用牛顿迭代法进行分析100

453非线性直流节点分析法105

习题106

第5章双口网络分析109

51网络函数109

511策动点函数111

512传递函数112

52双口网络函数113

521Y参数和Z参数115

522传输参数或链接参数120

53双口网络的连接122

531链接122

532并联124

533串联126

54特性参数及波参数理论127

541双口网络的特性阻抗127

542双口网络的传输常数131

543由特性参数表示的传输方程式135

544分析和设计举例136

545两端口网络的匹配链接140

546传输线与波参数143

55工作参数理论149

551输入阻抗和反射系数150

552插入衰减151

553工作衰减152

习题155

第6章运算放大器及有源滤波器158

61理想运算放大器及单元电路158

611理想运算放大器158

612阻抗变换器161

613模拟电感及频变负阻162

62用运放实现RC有源基本节164

621传递函数164

622归一化问题166

623一阶基本节166

624二阶单端正反馈电路167

625二阶无限增益多端负反馈169

626多运放实现的二阶基本节170

63有源滤波器实例171

64有源集成滤波器介绍175

习题177

第7章PSpice电路仿真软件181

71CAD PSpice简介181

711电路仿真与电子设计自动化181

712OrCAD PSpice功能与组成182

713用PSpice分析电路的一般步骤183

72PSpice A/D分析电路的基本约定184

721PSpice A/D中的元件184

722PSpice A/D中的数字和单位185

723电路图中的节点编号185

724输出变量的基本表示格式186

725输出变量的别名表示186

73OrCAD Capture基本操作188

731Capture软件界面188

732建立仿真项目190

733仿真项目中的资源191

734元件放置与修改191

735常用元件符号和元件库192

736元件的属性193

737导线连接和节点标号194

738PSpice对电路的一些限制196

74PSpice分析基础196

741PSpice A/D和Probe的操作界面196

742直流工作点198

743直流小信号传输函数200

744直流扫描分析201

745交流分析202

746暂态分析204

747参数分析207

75PSpice分析应用举例208

751直流小信号戴维南等效电路的计算208

752一阶RC电路DC、AC和暂态分析209

753运算放大器电路的参数分析211

习题213

第8章Multisim电路仿真软件216

81Multisim软件简介216

811什么是Multisim216

812Multisim电路仿真原理217

82Multisim的基本操作219

821Multisim软件界面219

822Multisim仿真元件模型222

823电路分析与仿真的主要步骤223

83使用Multisim的虚拟仪器226

831Multisim的虚拟仪器227

832Multisim虚拟测量实例232

84Multisim电路分析234

841Multisim分析功能和参数设置234

842直流工作点分析236

843直流扫描分析237

844交流分析239

845暂态分析239

846参数扫描分析240

847直流小信号传递函数分析241

848Fourier分析242

849零极点分析243

85Multisim电路仿真和分析实例244

851RLC电路瞬态分析和零极点分析244

852非线性电路分析246

853RC双T带阻滤波器频率特性分析249

854积分器电路251

习题252

部分习题答案257

第1章257

第2章258

第3章261

第4章264

第5章265

第6章266

参考文献267

电路理论部分常用符号说明

（一）

B电纳

R    电阻

L     电感

C     电容

G     电导

M     互感

X     电抗

Y     导纳

Z     阻抗

P     功率

W     能量

s      复频率

σ     复频率的实部

ω     实频率

（二）

S       开关

nT      树枝数

nL      连支数

nV      独立电压数

nI      独立电流数

nCV      独立电压源数

nCI    独立电流源数

D     割集矩阵

A            关联矩阵

M            网孔矩阵

C            环集矩阵

e            标准支路支路电压矢量

I            标准支路独立电流源矢量

i            标准支路支路电流矢量

E            标准支路独立电压源矢量

eT             标准支路e矢量的树枝部分

v            标准支路矩阵元电压矢量

j            标准支路矩阵元电流矢量

iL   标准支路电流矢量的连支部分

e′   标准支路节点电压矢量

i′   标准支路网孔电流矢量

g    正向转移导纳

μ    电压控制电压源控制量

r    正向转移阻抗

α    电流控制电流源控制量

Ω    归一化频率

Yn  节点导纳矩阵

Ai   电流图关联矩阵

Av   电压图关联矩阵

①    原电路节点号

△2    电压图节点号

   电流图节点号

H    Hessian矩阵

T     T参数矩阵

Zc      特性阻抗

θ 传输常数

ρ     反射系数

ZL      负载阻抗

γ     传输线传输常数

V+      入射电压

V-      反射电压

I+      入射电流

I-      反射电流

P0      视在功率

Psr      输入功率

Pf      反射功率

PL      负载吸收的功率

aρ      反射衰减

ag     工作衰减

τ     群时延

λ     波长

（三）

CCVS     电流控制电压源

VCCS     电压控制电流源

CCCS     电流控制电流源

VCVS     电压控制电压源

GIC       通用阻抗变换器

FDNR     频变负阻

H(s)      传递函数

Q        传递函数的品质因数

KCL      基尔霍夫电流定理

KVL      基尔霍夫电压定理

LU       LU分解法的简写

L      拉普拉斯算子

L-1      拉普拉斯逆运算算子

注： 本书第7、8章中，计算机软件PSpice和Multisim所采用的仿真电路元件符号、元件单位和比例因子符号，有些与国标符号和本书其余章节的符号约定不相同。为了便于软件讲解，软件界面图形、仿真电路图和软件仿真结果的屏幕拷贝一律保持原样。在正文有关软件参数设置说明中，必要时也采用软件的约定。在第7、8章习题中，有标准原理图与软件仿真电路图共存的情况，请读者注意不同类型图中符号差别。仿真电路图中元件符号、参数单位与国标的主要差别列于下表，其余不同点将在有关章节中加以说明。

名称[]国标符号[]软件符号电阻[][]电阻值单位（欧姆）[]Ω[]ohm或省略电导值单位（西门子）[]S[]mho或省略比例因子符号（10-6）[]μ[]u或U北京市高等教育精品教材立项项目

●●国家电工电子教学基地系列教材

电 路 基 础 实 验

陈同占吴北玲

养雪琴张梅编著

杜普选主审

清华大学出版社

北方交通大学出版社

·北京·国家电工电子教学基地系列教材

模拟集成电路基础

李金平主编

李金平路 勇延凤平编著

董在望主审

清华大学出版社

北方交通大学出版社

·北京·

内 容 简 介

本书是国家电工电子教学基地系列教材之一，2002年被列为北京市高等教育精品教材立项项目。书中系统地介绍了电路实验基础知识、实验一般过程、仪器使用、元器件、电子基本测量及电路的设计方法，此外还介绍了电路仿真——虚拟实验的内容。

本书除介绍基本理论和实验方法外，还配置了32个实验。这些实验有的是针对课堂教学，有的则是来源于生活，具有较强的实用性。书中还介绍了12种常见的电子仪器，以满足实验室不同配置的需要。

本书可作为大学电类电路实验教材，也可作为大学高年级学生课程设计及相关专业技术人员的参考书。

版权所有，翻印必究。

本书封面贴有清华大学出版社激光防伪标签，无标签者不得销售。

图书在版编目 (CIP) 数据

电路基础实验/陈同占等编著 —北京：北方交通大学出版社，20035

(国家电工电子教学基地系列教材)

北京市高等教育精品教材立项项目

ISBN 7810820567

Ⅰ电…Ⅱ陈…Ⅲ电路-实验-高等学校-教材ⅣTM13-33

中国版本图书馆CIP数据核字(2003)第016206号

责任编辑： 郭洁

印 刷 者： 北京东光印刷厂

出版发行： 北方交通大学出版社邮编： 100044电话： 01051686045，62237564

清华大学出版社邮编： 100084

经销： 各地新华书店

开本： 787×9601/16印张：1325字数：300千字

版次： 2003年5月第1版2003年5月第1次印刷

印数： 5 000册定价：1900元

国家电工电子教学基地系列教材

编审委员会成员名单

主任谈振辉  

副主任张思东赵尔沅孙雨耕

委员（以姓氏笔画为序）

王化深卢先河刘京南朱定华沈嗣昌

严国萍杜普选李金平李哲英张有根

张传生陈后金邹家郑光信屈波

侯建军贾怀义徐国治徐佩霞廖桂生

薛质戴瑜兴

总序

当今信息科学技术日新月异，以通信技术为代表的电子信息类专业知识更新尤为迅猛。培养具有国际竞争能力的高水平的信息技术人才，促进我国信息产业发展和国家信息化水平的提高，都对电子信息类专业创新人才的培养、课程体系的改革、课程内容的更新提出了富有时代特色的要求。近年来,国家电工电子教学基地对电子信息类专业的技术基础课程群进行了改革与实践，探索了各课程的认知规律，确定了科学的教育思想，理顺了课程体系，更新了课程内容，融合了现代教学方法，取得了良好的效果。为总结和推广这些改革成果，在借鉴国内外同类有影响教材的基础上，决定出版一套以电子信息类专业的技术基础课程为基础的“国家电工电子教学基地系列教材”。

本系列教材具有以下特色：

● 在教育思想上，符合学生的认知规律，使教材不仅是教学内容的载体，也是思维方法和认知过程的载体；

● 在体系上，建立了较完整的课程体系，突出了各课程内在联系及课群内各课程的相互关系，体现微观与宏观、局部与整体的辩证统一；

● 在内容上，体现现代与经典、数字与模拟、软件与硬件的辩证关系，反映当今信息科学与技术的新概念和新理论，内容阐述深入浅出，详略得当。增加工程性习题、设计性习题和综合性习题，培养学生分析问题和解决问题的素质与能力；

● 在辅助工具上，注重计算机软件工具的运用，使学生从单纯的习题计算转移到基本概念、基本原理和基本方法的理解和应用，提高了学习效率和效果。

本系列教材包括：

《基础电路分析》、《现代电路分析》、《模拟集成电路基础》、《信号与系统》、《电子测量技术》、《微机原理与接口技术》、《电路基础实验》、《电子电路实验及仿真》、《数字实验一体化教程》、《数字信号处理综合设计实验》、《电路基本理论》、《现代电子线路(上、下册)》。

本系列教材的编写和出版得到了教育部高等教育司的指导、北方交通大学教务处及电子与信息工程学院的支持，在教育思想、课程体系、教学内容、教学方法等方面获得了国内同行们的帮助，在此表示衷心的感谢。 

 北方交通大学

“国家电工电子教学基地系列教材”

编审委员会主任

2003年2月模拟集成电路基础前言

前言

电路基础理论及电子技术发展到今天，已经建立起成熟的理论体系，其分析方法、解题技巧已日趋完备，计算机辅助分析、电路仿真、计算机自动化设计也越来越多地用来处理电路问题。

然而，任何一种理论，都有它的适用范围和限制条件，而且建立一种理论，不仅是为了解释自然现象和客观规律，更重要、更有意义的是利用这种理论去改造世界，造福于人类。

将一门科学技术、一种理论转化为生产力，其间都要有一个过渡过程，过渡手段就是实验(实践)。通过实验，通过理论与实践之间的磨合，就可以不断完善理论，积累实践经验，将理论进一步发展到应用。本书力求将电路理论过渡到具体应用，在理论与实践之间架起一座桥梁。

长期以来，实验都是作为理论课的辅助教学手段而设置的，其目的是为了验证理论，帮助学生加深对概念的理解，增加学习理论课的兴趣。近年来，尽管人们对实验教学环节在观念上、教学目的上有所改变，但是因受传统观念的影响，重理论、轻实验的现象在不同的方面还有所表现，较为突出的是实验体系的改革及实验内容的设置总是摆脱不了理论课的约束。本书的编写，在这方面做了一些大胆的改革与尝试。

例如，以往学生都是在实验中学习仪器、了解器件。这样做会使部分同学因只注重实验结果，忽视了对仪器的正确使用；而对接触过的器件仅能从外观上认识，谈不上实际使用。本书把仪器使用作为实验课的重点内容之一，单开实验，要求人人必须掌握。对元器件的认识，除了要了解一般特征外，还要重点掌握它们的测试方法和如何使用，在种类上也远远超出了过去在实验中出现的有限几种。本书不是从电路中认识器件，而是要求能用器件去组成电路。在实验的设置上，不追求与理论课的内容一一对应，也不在电路形式上做文章，重点在于通过实验，归纳出对电路的探讨方法和测试手段。

在使用本教材时，应注意以下几点：

——注意理论在实验中的指导作用，强调对实验结果能够做出理论分析和正确解释；

——侧重于基本技能、测量方法、实验方法的掌握和实验经验的积累；

——突出能力的培养和技能的训练。

本书是一本电子技术实验入门教材。在编写时，力图打破传统的实验观念，建立新的实验体系；不以验证理论为目标，重在培养大学生实验能力和技能。本书是一本将理论过渡到实践的指导书，适合大学二年级第一学期使用，内容重点放在了实验基础知识、实验基本过程、基本测量方法和电路设计方法上。另外，电路仿真作为新的实验手段引进了本教材。

本书分为8章。第1章讲述实验课的开设意义与学习方法。第2章介绍实验基础知识，包括用电常识、基本测量常识、实验经历过程、常见故障现象及排除方法等。第3章介绍电子仪器的使用，按种类分别介绍其功能、使用方法、注意事项，不涉及仪器的具体型号。第4章电子元器件，介绍了部分常用无源器件和有源器件的功能、用途及使用方法。第5、6章介绍电子测量方法，其中第5章介绍时域测量方法并讨论了元件参数、电路结构对系统的影响，第6章介绍频域测量方法。第7章介绍电路综合和电路设计，是前几章的拓展和实验的最后环节。第8章电路仿真，介绍虚拟实验方法，是本书引进的新的实验手段。另外，附录A介绍了一些常见新、老电子仪器的使用；附录B介绍了电路仿真软件MultiSim 2001的使用。

本书在各章均设置了“讨论与思考”，作为读者学完相关内容后的自我检查和知识面的拓展。实验后的思考题，能帮助实验者更好地达到实验目的。

除第1、2章外，其余各章均分为理论和实验两部分。第1、2章及各章理论内容的大部分或全部，要求学生以自学为主，实验部分在计划学时内进行。由于实验内容较多，而且又受学时的限制，所以可根据需要加以取舍，也可采用多种形式进行教学。

本书第1～6章、第8章为基本教学内容，计划24学时。附录B可根据需要作为实验内容放在第4章后进行(2学时)。第7章的实验，可作为前面相应章节的选做内容，或在课外进行，或采用其他教学方式来完成。

本书第1、2、7章由陈同占编写，第3、4章由吴北玲编写，第5、6、8章及附录B由养雪琴编写，附录A由张梅编写。全书由陈同占主编，杜普选主审。

本书在编写过程中得到许多老师的关心和帮助，杜普选、高岩等对书稿提出了宝贵的建设性意见，闻跃为第8章、附录B的编写提供了大量资料，在此诚意致谢。

由于时间仓促、作者水平有限，书中必然会存在错误及不足之处，望读者批评指正，提出宝贵意见。

作者

2003年5月目录

目录

第1章绪论1

11电路基础实验课的开设意义及目的1

12本课程的学习方法及要求2

121实验要求2

122本课程与其他相关课程的联系和区别4

123实验课的学习方法6

13预习报告及实验报告的要求及编写7

131预习报告的编写与要求7

132实验报告的编写与要求8

讨论与思考9

第2章实验基础知识10

21实验室供电系统及安全用电10

211实验室供电系统10

212零线与保护地线的区别11

213电子仪器的动力电引入及其信号输入输出线的连接12

214安全用电13

22基本测量13

221电子基本测量的意义14

222电子基本测量的范围14

223基本测量中的几个问题14

23器件的安装固定与连接16

231器件安装固定与连接的发展过程17

232黑白图的制作方法18

233面包板和通用板18

24测量结果的处理20

241列表法20

242曲线法21

25故障检查与排除的一般方法22

251常见故障22

252排除故障的一般方法23

讨论与思考25

第3章基本电子仪器原理与使用26

31概述26

32稳压电源及信号源26

321直流稳压电源27

322信号源28

33测量仪器仪表30

331万用表30

332晶体管毫伏表34

333频率计数器36

334示波器37

讨论与思考48

实验31函数发生器、直流稳压电源及毫伏表的正确使用48

实验32示波器的正确使用49

实验33仪器性能研究50

第4章电子元器件的认知与应用52

41无源器件52

411电阻器53

412电位器57

413特殊电阻器58

414开关59

415电容器60

416电感器及互感器65

417继电器68

418二极管69

419数码管72

42有源器件73

421双极型三极管73

422场效应管76

423晶闸管76

424运算放大器78

43表面安装元件79

讨论与思考79

实验41器件识别与检测80

实验42器件特性研究80

实验43器件的应用82

第5章电路的时域测量83

51电路的响应83

511零输入响应83

512零状态响应84

513完全响应84

514暂态响应及暂态响应波形的观测方法85

52一阶RC电路研究86

521一阶RC时间常数的测量86

522一阶RC积分电路89

523一阶RC微分电路90

53二阶RLC电路的时域特性90

531二阶RLC串联电路的响应91

532二阶RLC串联电路的状态轨迹93

讨论与思考94

实验51一阶RC电路的研究95

实验52二阶RLC电路的响应与状态轨迹96

第6章电路的频域测量99

61网络函数99

62策动点阻抗的测量100

63传输电压比的测量101

631逐点描绘测量法101

632频率特性测试仪测量法102

64电平的概念102

65频率特性曲线的绘制104

66RLC串联谐振电路的测量104

661串联谐振电路谐振频率和品质因数的测量104

662谐振曲线和通频带的测量105

讨论与思考106

实验61策动点阻抗的测量106

实验62一阶RC电路频率特性的研究107

实验63二阶RLC电路频率特性的研究109

第7章实验综合与电路设计111

71概述111

72实验综合111

721实验综合的意义111

722实验综合任务112

723实验综合方法112

73电路设计113

731电路设计的一般步骤114

732选题立项114

733制订方案114

734电路设计115

735搭接实验电路119

736测试调整120

74设计实例120

741直流稳压电源设计120

742加法器设计123

讨论与思考124

实验71仪器内阻对测量的影响124

实验72特殊(幅度、频率)信号的测量125

实验730～60dB衰减器的设计与实现126

实验74可变电阻网络设计与实现126

实验75整流电路研究127

实验76数码管的测试与应用127

实验77继电器的测试与应用128

实验78整流与滤波电路的研究与设计129

实验790～180°移相器的设计实现129

实验710音频分路电路的设计与实现130

实验711接收机接收电路设计130

实验712波形转换电路的设计与实现131

实验713555芯片输出波形的观测及振荡频率的确定132

实验714基本运算单元电路的设计与实现132

实验715反相器与比较器电路的设计与实现133

实验716波形产生及波形转换电路的设计133

实验717四路直流稳压电源的设计与实现134

实验7183位半数字电压、电流表的设计与实现134

第8章电路仿真135

81用虚拟工作台方式仿真电路135

82直流工作点分析137

83交流分析138

84瞬态分析139

85参数扫描分析140

86直流小信号传递函数分析141

87零极点分析142

实验81直流电路分析143

实验82电路的时域分析145

实验83电路的频率特性147

附录A常见仪器的使用说明150

A1MF30型万用表150

A11功能简介150

A12技术指标150

A13面板图及说明150

A14使用方法及注意事项151

A2DT930FD型万用表152

A21功能简介152

A22技术指标153

A23面板图及说明153

A24使用方法及注意事项153

A3ZX21a型旋转式电阻箱156

A31技术指标156

A32面板图及说明156

A33使用注意事项157

A4YB1631型功率函数发生器157

A41功能简介157

A42技术指标157

A43面板图及说明157

A44使用方法及注意事项159

A5YB1639型函数发生器159

A51功能简介159

A52技术指标159

A53面板图及说明160

A6YB1610函数信号发生器161

A61功能简介161

A62技术指标161

A63面板图及说明162

A64使用方法163

A7XD 22型低频信号发生器164

A71功能简介164

A72技术指标164

A73面板图及说明165

A74使用方法及注意事项166

A8YB1731型直流稳压电源166

A81功能简介166

A82技术指标167

A83面板图及说明167

A84使用方法 168

A9DA16FS双路晶体管毫伏表168

A91功能简介   168

A92技术指标169

A93面板图及说明169

A94使用方法及注意事项169

A10YB2173交流毫伏表170

A101功能简介170

A102技术指标170

A103面板图及说明170

A104使用方法及注意事项171

A11YB4320双踪示波器172

A111功能简介172

A112技术指标173

A113面板图及说明174

A114使用方法及注意事项176

A12GOS620 20MHz双踪示波器177

A121功能简介177

A122技术指标177

A123面板图及说明179

A124使用方法181

附录B电路仿真软件MultiSim 2001使用简介182

B1软件界面182

B11Electronics Workbench 和MultiSim 2001简介182

B12MultiSim 2001主窗口182

B13菜单栏183

B14设计工具栏186

B15元件工具栏和仪表工具栏186

B2软件基本操作188

B21创建电路188

B22常用元件参数设置190

B23虚拟仪器193

参考文献198