_电路与电磁场实验_教材介绍_赵录怀

1 电路实验
目前国内理论课教学内容已相对稳定 , 着重介 绍电路分析的基本概念和基本方法 , 很少涉及实际 器件的模型问题及有关应用电路 , 许多院校进行了 电路课与相关课程的内容整合 , 学时数也相应调整。 因此 ,有必要精简和重组电路实验的传统内容 , 去除 一些以纯验证为目的和意义不大的实验 , 增开一些
4 关于实验教学方法
实验教学的成败与教学方法有很大的关系。 在 以往教学中 ,由于讲解过于细腻 ,相对减少了留给学 生做实验的时间 , 也养成了一些学生实验不预习的 习惯 , 从而对实验中的一些现象缺乏深入思考 。 在本 书试用中 , 实验指导人员不再讲解实验原理、 实验任 务 , 而是重点介绍仪器仪表的使用、 实验注意事项 。 对设计性实验不再提供统一的设计电路 , 实验任务 也不作统一要求 。 这样 ,动手能力强的同学可以在规 定时间内多做一些内容 ; 不预习的同学将由于实验 起点的提高而难以完成基本实验任务。 在实验中由于器件、 接线等的原因出现故障是 一件很平常的事 , 排除故障也是提高实验技能的一 个重要方面。 对一般性故障 ,实验指导人员一般不再 亲自动手 , 而只是给予一定指导 ,让学生自行排除 。
5 结束语
本书力求在继承我校以往实验教学 经验的同 时 ,借鉴兄弟院校及相关课程的成功经验 ,对一些传 统实验内容进行精简和改造 , 提高实验的综合性 , 加 强有关 CAA 方法的内容 , 以适应当前教学的需要 并取得比较好的实验效果 。 但在电路实验中增加了 一些后续课程中才学习的实验内容还值得探讨。 目 前 ,有些院校对实践环节进行了改革 ,淡化了课程与 课程之间的界限 , 统筹考虑电工电子实验。 无论采取 何种形式 , 本书中选取的实验内容 , 其大部分为电类 专业学生必须要做的内容 。 (下转第 74页 )
量 ,无损耗均匀传输线 ,时变电磁场演示 。 限于人力 和电磁场实验开发的难度 , 这部分内容目前仍为我 校已往的实验内容。 电磁场的计算机辅助分析有 4个上 机实验内 容: 分别用有限差分法、 模拟电荷法、 有限元法求解 静电场边值问题 , 外加用直接积分法计算电流线圈 职的磁场。 此外 , 本章还附有一个用 C 语言编写的 有限元法源程序 , 以供学生参考。 鉴于本科阶段不开 设计算方法课程 , 所以在本书中只介绍一些电磁场 数值计算的基本方法和思想 , 要求学生能够针对简 单工程问题 , 用 C 语言 、 FO RT RAN 语言或 M ATL AB软件自编程序。 旨在让学生了解电磁场的一些 基本数值计算方法 , 提高学生的编程能力 ,同时也为 今后电磁场通用软件的使用打下必要的基础 。
第 23卷第 3期 电 气 电 子教 学 学 报 V ol. 23 N o. 3 2 0 0 1年 6月 JO U RN A L O F EEEE Jun . 2 0 0 1
《电路与电磁场实验》教材介绍
赵录怀 郭咏虹 应柏青 贺富堂
(西安交通大学电气工程学院 西安 : 710049)⒇
3 电磁场实验及电磁场的 CAA
电磁场实验共有 4 个: 静电场模拟 , 磁场的测
电气电子教学学报 2001 年 6月 74
谐振频率 f 0 ( m Hz) 理论计算 R = 10 Ψ 模拟结果 相对误差 (% ) 理论计算 R= 1 Ψ 模拟结果 相对误差 (% ) 理论计算 R = 0. 1 Ψ 模拟结果 相对误差 (% ) 159. 2 158. 5 0. 4 159. 2 158. 5 0. 4 159. 2 158. 5 0. 4 下半功率频率 f 1 ( m Hz) 15. 8 15. 9 0. 6 98. 4 97. 3 1. 1 151. 4 151. 1 0. 2 上半功率频率 f 2 ( m Hz) 1607. 3 1584. 9 1. 4 257. 5 258. 9 0. 5 167. 3 168. 0 0. 4 通频带 Δ f ( m Hz) 1591. 5 1569. 0 1. 4 159. 2 161. 6 1. 5 15. 9 16. 9 6. 3 品质因数 Q 0. 1 0. 101 1 1 0. 981 1. 9 10 9. 379 6. 2
The Teaching Research on Dynamic Circuits to Improve Students Sensibilities
Chen Xiaoyan, Yu Xiaobao , Wang Qi
( Depart ment ofFi rs t M i lit ary M edical U niversi ty, G uang zh ou 510510, Chi na)
2 电路分析软件 PSPICE
目前 ,国外 电路课程中的计 算机辅助分析 ( CAA )主要用 PSPICE 、 M AT L AB等软件 , PSPICE 具有 极为丰富 的元件库 , 是从 事电子 设计自 动化 ( EDA)的专用软件 , 且该软件 在本科毕业设计、 工 程电路设计和研究生教育中的使用越来越广泛 , 经 深圳光映计算机软件有限公司授权本书第三章专门 介绍 PSP ICE 9 的基本功能和使用方法 。 尽管在新 版本的 PSP ICE 中较为流行电路图形输入格式 , 作 者认为要深入 了解 PSPICE 并进行编 程方面的交 流 , 特别是在初步使用该软件阶段 ,学习文本输入格 式仍然是必要的 , 因此书中兼顾了这两种输入格式。 虽然已有多种书籍介绍 PSPICE的使用 , 但本 书结合电路理论课讲授 , 由于学生的计算机能力较 以 前确 有 很大 提高 , 在 本课 程 中很 容 易学 习 P SPICE 的使用方法和分析功能 , 在后续课程如电 子电路基础、 数字电路 、电力电子电路等中 , 学生完 全有能力用该软件对这些电路自行进行分析。 若将该部分内容与电路实验相结合 , 相信实验 的效果将会更好。
由表可见 ,模拟结果与理论计算值非常接近 , 只 是在 R= 0. 1 Ψ时 , 由于电阻电压 (或电流 )在谐振点 附近变化快 , 定位取点偏差较大 ,出现了大于 2 %的 相对误差。 除了以上所举的例子外 , EDA 软件在动态电路 教学中还可以应用于其他方面 , 如一阶动态电路响 应及时间常数的分析、 微积分电路与时间常数的关
有利于培养学生实验技能的综合性实验 。 这类实验 可以是包含多种仪器仪表的实验 , 也可以是覆盖电 路理论多个知识点的实验 。 为此 , 我们选取了这样 10 个实验: 电阻网络的等效表示 , 示波器的使用 , 线 性动态电路的研究 , 正弦稳态电路功率的测量 , 耦合 电感 , 单相变压器 , 基本运算电路 , 有源 RC滤波器 , 方波 、三角波发生器 , 范登堡振荡。 1)“电阻网络的等效表示 ”实验 , 综合了电阻电 路的定理和分析方法 , 对戴维宁等效电路只注重等 效参数的测量不进行等效电路的实验验证 , 三端电 阻网络特性的测量主要让学生了解多端网络的方程 和参数。 该实验中 ,还有一个查找电路故障的实验任 务 ,以培养学生在后续实验中解决故障问题的能力 。 2)“线性动态电路的研究 ”实验 , 为了避免由于 信号发生器带负载能力不强而引起的矩形波失真 、 低电平不为零造成零输入响应和零状态响应解释上 的困难 , 在实验电路中引入了导通电阻非常小的功 率 MO SFET 开关器件 , 把直流稳压电源 作为电路 的输入 , 用信 号发生器的输 出控制功率 M OSF ET 的通断 , 由于该电路对矩形波信号的波形没有严格 要求 , 实验结果令人满意 。 3)“正弦稳态电路功率的测量 ” 实验 , 它是将以 往的单相电路实验和三相电路实验合并而成的 , 主 要内容有 : 电感线圈参数的测量 ,三相电路功率的测 量 ,不对称三相电路现象观察 。 该实验的主要目的是 掌握功率计的使用方法。 4)“耦合电感 ”实验 , 让学生运用所学知识自行 设计电路观察互感现象。 5)“单相变压器” 实验 , 让学生了解一些电路模
⒇ 收稿日期 : 2001年 3月 5日
第 23 卷第 3 期 赵录怀等 : 《电路与电磁场实 验 》教材介绍 63
型知识 , 并学习参数的测定方法 。 6)涉及运算放大器的实验较以往有所加强 , 共 有四个 。 这些实验都要求学生在面包板上自插电路 , 自行调试 ,自行排除故障 ; 有些实验还要求学生用计 算机进行仿真 。 该部分内容绝大部分在电路分析教 材中未曾涉及 , 但学生完全有能力运用电路基本理 论从事这方面的实验研究 。 “ 有源 RC 滤波器” 实验 让学生学习频率特性的测试方法 , 了解滤波的概念 ; “方波 - 三角波发生器 ”实验让学生综合运用一阶电 路知识进行分析 , 了解运算放大器的非线性应用 , 该 实验有意选择了普通运放 , 以观察运放压摆率对振 荡波形的影响 ; “范登堡振荡” 实验在本科阶段很难 进行定量分析 , 目的是让学生了解负电阻及其振荡 电路的一种实现方法 , 学习用计算机进行仿真。 在每个电路实验后 , 还给出了一些可供选择的 研究课题 ,供学生在实验之余思考 ,或在开放实验中 进一步从事实验研究。 本章的附录中给出了电工仪 器仪表的使用方法和一些器件的基础知识 。
Abstract : In the teachi ng pro cess of ci rcui t theory , the aut hor enhances th e students sensibi li ties o f dy namic ci rcui t by using EDA sof tw are to analy sis t he tim e-domain response and f requencydo mai n response. Keywords: EDA; dynamic ci rcuit s; stable ci rcui t s
摘 要 介绍了已由高等教育出版社出版的九五规划教材 《电路与电磁场实验 》的编写意图 、主要内容及特色 。 关键词 实验 电路 磁场 PSPIC E
0 引 言
电路与电磁场实验教学有以下几个主要目的: ( 1)训练学生从事电类实验的基本技能 , 要求学 生能正确使用基本仪器仪表 , 掌握一定的测试技术 , 具有分析、查找和排除电路故障的初步能力 ; ( 2)加深学生对理论知识的理解 , 能运用所学知 识分析实验结果 , 对实验现象作出合理的解释 ; ( 3)具有正确处理实验数据、 分析误差的能力 , 具有用计算机分析电路与电磁场的初步能力。 在编写本教材时 , 我们注意到处理好实验教学 与理论教学的关系 , 着力于培养学生的实践能力和 创新意识 ,提高学生的计算机应用能力 ,为学生在今 后的学习和工作中更新知识、 学习现代技术奠定良 好的基础。 本教材共有五章 : 绪论 , 电路实验 , 电路分 析软件 PSpice, 电磁场实验 , 电磁场的计算机辅助 分析。 第一章绪论给出电工实验中的一些公共基础 内容 (实验课的基本要求 , 电工测量仪表的基础知 识 , 有效数字及误差分析 ,实验故障分析与处理 ) , 该 章内容让学生在实验课前自学。 下面逐一介绍其余 四章的内容、 编写意图和特色。