基于Proteus的电路基础知识快速入门.pdf

内 容 简 介本书是用 Proteus 软件调试和仿真直流电路和交流电路中例题及习题的集子。所用软件是 Proteus 7.5 版本。书中少数篇幅是使用 Proteus 软件直接解题的，大部分篇幅是对传统解题方法进行验算的。无论直接解题还是验算，所用的电路原理图都将提供给读者，读者可以重新解题，也可以重新验算。本书共分六章，第 1 章是电路的基本概念和基本定律，第 2 章是直流电阻电路的分析，第 3 章是线性动态电路的暂态分析，第 4 章是单相正弦交流电路，第 5 章是谐振电路，第 6 章是三相电路。本书有三个附录，附录 A 介绍 Proteus 软件用法，对 Proteus 软件已熟悉的读者可以不看;附录 B 介绍 MATLAB 软件的用法，里面有十几个与本书有关的 MATLAB 应用程序;附录 C 包含十几个与本书有关的 C 语言应用程序。本书通俗易懂，特别适合初学者或入门者自学，尤其适合那些手头既没有电子元器件，也没有相应仪器设备，还没有调试电路经验的初出茅庐者。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目(CIP)数据基于 Proteus 的电路基础知识快速入门/杜树春编著.北京:电子工业出版社，2014.5(卓越工程师培养计划)ISBN 978 7 121 23069 1.基.杜.电子电路 计算机辅助设计 应用软件.TN702中国版本图书馆 CIP 数据核字(2014)第 081877 号策划编辑:张剑(zhang )责任编辑:刘真平印刷:三河市鑫金马印装有限公司装订:三河市鑫金马印装有限公司出版发行:电子工业出版社北京市海淀区万寿路 173 信箱邮编 100036开本:787 1 0921/16印张:13.75字数:352 千字印次:2014 年 5 月第 1 次印刷印数:3 000 册定价:39.00 元凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话:(010)88254888。质量投诉请发邮件至 zlts ，盗版侵权举报请发邮件至 dbqq 。服务热线:(010)88258888。前言随着电子技术的飞速发展，电子设计的方式日新月异。电子设计软件 Proteus 是英国 Labcenter 公司开发的电子设计自动化(Electronic Design Automation，EDA)软件。Proteus 软件集强大的功能和简易的操作于一体，可实现数字电路、模拟电路、混合电路及多种单片机系统的仿真与调试。用 Proteus 软件仿真或调试电子电路，可使用户在购买元器件之前就能选好电路方案，将电路调通，从而减少盲目性，节省时间和金钱。电路基础或电工学这门课程和 Proteus 软件相结合在教学中有两大功用:可以解题。方法:根据题目已知条件，用 Proteus 软件画出电路原理图，例如，要求电路中的电流或电压，就把虚拟电压表或电流表接入电路待测量处，执行仿真，电压表或电流表将显示待求的电压或电流值。可以验算。你已经用传统解题方法求出题目答案，但不知道解得对不对。可以用Proteus 软件仿真法验算，看算出的数值和测出的数值(实际值)是否相同。若两者一致，则表明计算无误;如果两者不一致，那就说明有问题。可能是计算问题，当然也可能是仿真问题。本书是用 Proteus 软件调试和仿真直流电路和交流电路中例题及习题的集子。所用软件是 Proteus 7.5 版本。本书中少数篇幅是使用 Proteus 软件直接解题的，大部分篇幅是对传统解题方法进行验算的。无论直接解题还是验算，所用的电路原理图都将提供给读者，读者可以重新解题，也可重新验算。本书由杜树春编著，正文共分六章，第 1 章是电路的基本概念和基本定律，第 2 章是直流电阻电路的分析，第 3 章是线性动态电路的暂态分析，第 4 章是单相正弦交流电路，第5 章是谐振电路，第6 章是三相电路。本书有三个附录，附录 A 介绍 Proteus 软件用法;附录 B 包含十几个与本书有关的 MATLAB 应用程序;附录 C 包含十几个与本书有关的 C 语言应用程序。为便于读者阅读、学习，特提供本书实例下载资源，请访问 http:/网站，到“资源下载”栏目下载。目前，一般的工科院校电子、计算机、通信、机电等专业都开设电路基础或电工学课程，本书可作为学生学习电路基础或电工学的辅助教材。根据笔者的教学实践，在多媒体上采用 Proteus 软件讲解电子类的课程，包括数电、模电、电路基础及各种单片机系统，老师好教，学生好学。本书适合三部分人阅读或参考:一是学习电路基础或电工学的大、中专及高等职业学校、中等职业学校的在校学生;二是和电子专业有关的广大工程技术人员;三是广大电子科技爱好者。本书通俗易懂，特别适合初学者或入门者自学，尤其适合那些手头既没有电子元器件，也没有相应的仪器设备，还没有调试电路经验的初出茅庐者。在编写过程中，参考了许多国内外的优秀教材，例如，哈尔滨工业大学秦曾煌、姜三勇等老师主编的教材，并得到杜菲、姜鸿斌等同志的协助。在此，向以上单位和个人表示衷心感谢。由于编著者水平有限且时间仓促，书中难免存在缺点和错误，恳请读者批评指正。我的电子邮箱为 。编著者2013 年 9 月 17 日目录第 1 章电路的基本概念和基本定律11.1电路概述11.2电流、电压和功率11.3欧姆定律31.4电路的三种状态41.5基尔霍夫定律51.6欧姆定律及基尔霍夫定律应用举例71.7小结10第 2 章直流电阻电路的分析112.1电阻的串联、并联和混联112.2电阻的星形与三角形电路的等效变换142.3两种电源模型的等效变换172.4支路电流法202.5节点电位法212.6网孔电流法252.7叠加定理272.8齐性定理292.9戴维南定理312.10诺顿定理362.11小结38第 3 章线性动态电路的暂态分析403.1电感元件和电容元件403.2换路定律与初始值的计算413.3RC 电路的响应433.4RL 电路的响应493.5暂态分析的三要素法533.6微分电路与积分电路573.7小结61第 4 章单相正弦交流电路624.1交流电的三要素624.2交流电的相量表示法644.3电阻元件上电压和电流的相量关系694.4电感元件上电压和电流的相量关系714.5电容元件上电压和电流的相量关系744.6电阻、电感、电容串联的电路764.6.1RLC 串联电路电流和电压的关系764.6.2三个三角形784.6.3多阻抗串联电路分析864.7电阻、电感、电容并联的电路884.7.1用阻抗法分析并联电路884.7.2用导纳法分析并联电路904.8电阻、电感、电容串并联的电路954.9用相量法分析复杂正弦交流电路994.10功率因数的提高1064.11小结109第 5 章谐振电路1105.1串联谐振1105.2并联谐振1145.3谐振的应用1195.4小结121第 6 章三相电路1236.1概述1236.2三相电源1236.3对称三相电路分析1256.4不对称三相电路分析实例1296.5三相电路的功率1356.6小结136附录 AProteus 软件用法138A.1进入 Proteus ISIS138A.2工作界面139A.3Proteus ISIS 电路原理图设计145A.4Proteus ISIS 原理图设计中若干注意事项152A.5Proteus VSM 仿真工具简介154A.6用 Proteus 软件对电路作交互式仿真157A.6.1验证直流回路中的欧姆定律157A.6.2电压基准源 AD780 应用电路163A.6.3电容充放电回路167A.7用 Proteus 软件对电路作基于图表的仿真170A.8小结175附录 BMATLAB 应用程序176B.1若干 MATLAB 应用程序176B.2程序使用方法179附录 CC 语言实用程序193C.1若干 C 语言实用程序193C.2若干 C 语言实用程序使用方法199参考文献211书书书第 1 章电路的基本概念和基本定律本章介绍电路的基础知识，包括以下内容:与电路有关的三个物理量 电流、电压和功率;电路的三种状态 开路状态、有载状态和短路状态;电路的三个定律 欧姆定律、基尔霍夫电流定律和电压定律。1.1电路概述电路是电流流通的路径。1.电路的作用电路的作用是进行电能的传输和转换，或是实现信号的传递和处理。2.电路的组成电路由某些电气设备和元器件按一定方式连接组成。电路可分成电源、负载和中间环节三个部分。电源是提供电能的设备，是电路工作的能源，电源的作用是将非电能转换成电能。负载是用电设备，是电路中的主要耗电器件。负载的作用是将电能转换成非电能。中间环节是指电源与负载之间的部分。忽略电路元器件的次要因素，将其理想化，并用规定的电气图形符号表示即组成电路。1.2电流、电压和功率1.电流电荷的定向运动形成电流(current)。电流的方向不变为直流电 I，方向和大小都变化为交流电 i，电流的大小用电流强度(current intensity)表示。【电流强度】单位时间内通过导体某一横截面的电荷量，即i=dqdt在国际单位制(SI)中，电流的单位为安培(A)。有时，会用到千安(kA)、毫安(mA)或微安(A)等，其关系如下:1A=103mA=106A，1kA=103A【电流的方向】规定正电荷运动的方向为电流的实际方向，假设的电流流向称为电流的2基于 Proteus 的电路基础知识快速入门参考方向。参考方向是人为规定的。当参考方向和实际方向相同时，I 0;当参考方向和实图 11电流的方向际方向相反时，I 0，如图 11 所示。2.电压【电压】电场力将单位正电荷从电场中的 a点移到 b 点所做的功，称其为 a、b 两点间的电压(voltage)。直流电压用 Uab表示，交流电压用 uab表示。电压的单位为伏特(V)。有时，会用到千伏(kV)、毫伏(mV)或微伏(V)等，其关系如下:1V=103mV=106V，1kV=103V【电压的方向】习惯上把电位降低的方向作为电压的实际方向。即实际方向定义为:若电荷从 ab 为失去能量时，方向为 ab，且 a 为+，b 为-，即 a 点为高电位，b 点为低电位。所以电压的实际方向为从高电位指向低电位。参考方向为人为规定。实际方向和参考方向二者的关系:u 0，相同;u 0，相反，如图 12 所示。【电压与电位】电压等于电路中两点间的电位差 Uab=Ua Ub，电位则是电路中某点到参考点之间的电压。参考点的选择是任意的，参考点的电位为零。工程上常选大地或机壳为参考点。如图 13 所示，参考点是任意选择的一点“”(零电位点，“接地”点)，选 b 点为参考点，则 Ub=0，Uab=Ua Ub=Ua。图 12电压参考方向与实际方向的关系图 13参考点的表示方法【注意】电位的单位与电压的单位相同，均为伏特(V)。3.功率功率是电场力在单位时间内所做的功，单位为瓦(W)。【关联参考方向】元件上电流和电压的参考方向一致。P=UI(11)【非关联参考方向】电流和电压的参考方向不一致。P=UI(12)图 14 所示为关联和非关联方向示意图。P 0 吸收功率(消耗功率)为负载;P 0发出功率(产生功率)为电源。4.电压、电流的关联参考方向电压、电流的参考方向关系有四种，如图 15 所示。第 1 章电路的基本概念和基本定律3图 14关联和非关联方向示意图图 15电压、电流的参考方向关系图这四种关系可分为如下两类:(1)一致方向称为关联参考方向，如图 15(a)，(b)所示。(2)不一致方向称为非关联参考方向，如图 15(c)，(d)所示。【说明】电流、电压的实际方向是客观存在的，而参考方向是人为选定的。当电流、电压的参考方向与实际方向一致时，电流、电压值取正号，反之取负号。分析计算每一电流、电压时，都要先选定其各自的参考方向，否则计算得出的电流、电压正负值是没有意义的。电路中某一支路或某一元件上的电压与电流的参考方向的选定，可以选一致的参考方向，称关联