电工学与电路实验全教程——以学生为中心的智慧实验新理念

前    言
本书是为高等学校电类专业电路实验和非电类专业的电工学实验（包含电工技术和电子技术）而编写的实验教学用书。随着学校新工科人才培养要求的提高和工程教育理念的普及与深化，传统的电工实验课程有几个技术发展趋势：①测量仪器仪表工程化，替代设备厂家的简易仪表，使学生所学即所用；②电工器件模块化，摒弃设备厂家的实验箱设计，使学生的实验更具有开放性和库扩展性；③基于“互联网 ”的智慧自主型实验技术和便携式实验设备的出现，以学生为中心，让学生可以随时随地做实验，提交实验报告，使学生实验有更大的自主性和创新性。
为了进一步加强电工学实验与电路实验的教学工作，适应高等学校正在开展的课程体系与教学内容的改革，及时反映电工电路实验教学的研究成果，积极探索适应新工科人才培养的教学模式，总结了近十年我们开展的电工学和电路实验教学改革和实践经验，结合目前厦门大学电工学实验室开展的电路和电工学实验手段的更新和电工电子新技术的引进，在厦门大学历年修订的电工学与电路实验指导书的基础上，编写了本书。本书引进了*产学合作协同育人合作项目产生的“电工电子自主式智慧实验新技术”，该技术的实施凸显了“以学生为中心”的“互联网 ”新工科人才培养新理念，实施了“多方协同、产学合作、协同育人”新模式，建设了“线上” “线下”“实验室内” “实验室外”及“理论” “实验”协同教学的新结构，未来期望实现“新工科”面向工程认证的人才培养新质量。
全书分4篇12章，第1篇是电工实验基础，主要内容包括实验安全与故障检测、电工测量基础、电工电子自主式智慧实验新技术和Multisim电路仿真；第2篇是电路原理实验，主要内容包括电路定律与定理、一阶与二阶电路的时域分析、正弦稳态电路与三相电路、电路的频率响应和二端口网络等内容；第3篇是电工技术实验，主要内容是变压器与电动机拖动实验；第4篇是电子技术实验，主要内容包括模拟电子技术实验和数字电子技术实验。本书可作为高等学校电类专业电路实验和非电类专业电工学实验的基础教材，也可供相关领域的工程技术人员学习、参考。
在教学方法上，本书吸收了厦门大学电工学实验教学近年来优秀的实验教学成果，注重学生课外自主学习能力和工程能力的培养。要求学生实验前要进行课外预习，注重仿真软件在实验中的作用，通过对实验电路进行仿真，加强对实验内容的掌握，与理论分析、实际实验结果进行比较，加深对相关理论知识的理解。智慧实验平台的课前和课后使用，以及利用平台集成的示波器、信号发生器、电压表等常用的仪器，学生可在课前通过该平台预习指定实验内容，也可使用该平台完成课后开放实验内容及综合实验内容。 
在教学内容上，既包含基础验证性实验内容，又包含设计性实验内容和研究创新性实验内容。本书可适应各学校实验独立设课和非独立设课的不同要求，既保证了实践教学与理论教学的紧密联系，又突出了电路实验和电工学实验的独立性和系统性。学校可以根据教学对象和学时等具体情况对书中的内容进行删减和组合，也可以进行适当扩展，参考学时为32～64学时。为适应教学模式、教学方法和手段的改革，本书还同步录制了MOOC实验项目内容及实验相关仪器仪表的使用视频，并在中国大学MOOC上线，为减小本书篇幅，仪器使用指导书在MOOC平台共享。
本书第1、2章由李继芳编写，第3章由李继芳、林春编写，基于A D Lab的实验建设由林春完成。第4章由黄文娟编写，第5-1节～5-3节由李继芳编写，5-4节～5-10节由霍晓玮编写，第6、8章由张丹编写，第7章由王晓红、李继芳编写，第9章由沈绿楠、张丹编写，第10章由李继芳编写，第11章由黄永龙、李继芳编写，第12章由黄永龙编写，书中前3篇的电路图由谢路生绘制。全书由李继芳统稿。哈尔滨工业大学的吴建强教授在百忙之中对全书进行了审阅，并提出了宝贵的修改意见。在本书的编写过程中，电子工业出版社的王羽佳编辑为本书的出版做了大量工作。在此向他们深表谢意！
本书的编写参考、吸取了许多专家和同仁的宝贵经验，在此一并表示感谢！
由于作者学识有限，书中难免存在误漏之处，望广大读者批评指正。

作  者

本书是配套电工学（上下册）实验及电路实验的教材，可配套电工学和电路理论课程开设实验课程。整个课程包括概述（实验要求）、测量知识以及仪器仪表的使用、自主智慧型实验新技术以及按照直流电路、暂态电路的时域分析、交流电路、频率特性、二端口网络、电机与电力拖动的内容和电子技术实验内容，*后介绍Multisim仿真软件的使用。

李继芳，女，厦门大学工程技术中心副主任、高级工程师，福建省高校电工学研究会副理事长，第三届中国机械工业教育协会应用型本科电气工程与自动化学科教学委员会委员。长期从事高等学校电子电气学科领域的教学和科研工作，出版多部教材和著作，发表多篇科研和教研论文。

目 录 

走进实验室 1 
一、实验课程要求 1 
二、实验课程的教学过程 2 
第1篇　电工实验基础 
第1章　实验安全与故障检测 5 
1-1　安全用电常识 5 
一、电流对人体的危害 5 
二、触电方式 6 
三、实验室电源配线与安全用电保护 8 
四、实验室安全用电守则 10 
五、实验室电气灭火及保护 11 
1-2　电子类仪器的供电与接口 11 
一、供电 11 
二、连接线 11 
三、共地与浮地 12 
1-3　电工实验常见故障及其检测 12 
一、常见故障 12 
二、故障检测的基本方法 13 
第2章　电工测量基础 15 
2-1　电量测量基础 15 
一、基本电量与测量单位 15 
二、测量方法 16 
三、电工基本电量测量 16 
2-2　测量误差和电工仪表的准确度 20 
一、测量误差的来源与分类 20 
二、测量误差的表示方法 21 
三、电工仪表的准确度 22 
2-3　测量结果的误差分析和估算 23 
一、测量结果的误差分析 23 
二、误差的传递与合成 25 
2-4　实验数据处理与表示 26 
一、实验数据有效数字表示 26 
二、运算中有效数字位数的确定 27 
三、实验数据表示 27 
2-5　直流电压表、电流表量程的扩展 28 
一、实验目的 28 
二、原理说明 28 
三、实验设备 29 
四、实验内容 29 
五、实验注意事项 30 
六、实验报告要求 30 
思考题 30 
2-6　基本电工仪表的使用与测量 
误差的计算 30 
一、实验目的 30 
二、实验原理 30 
三、实验设备 32 
四、实验内容 32 
五、实验注意事项 33 
六、实验报告要求 33 
思考题 33 
2-7　减小仪表测量误差的方法 34 
一、实验目的 34 
二、实验原理 34 
三、实验设备 35 
四、实验内容 36 
五、实验注意事项 37 
六、实验报告要求 37 
思考题 37 
第3章　电工电子自主式智慧实验新技术 38 
3-1　A D Lab智慧型书包实验室概述 38 
3-2　A D Lab硬件资源 39 
3-3　A D Lab实验软件安装与概览 41 
一、软件安装与登录 41 
二、软件概览 41 
3-4　我的实验室 44 
一、示波器 44 
二、信号发生器 47 
三、可编程电源 49 
四、静态数字IO 50 
五、逻辑分析仪 51 
六、波特图仪 51 
3-5 学生自主智慧实验示例 52 
一、实验准备 54 
二、实验仿真 55 
三、搭建实验 55 
四、数据获取 55 
五、实验总结 57 
六、报告整理 58 
3-6　教师平台使用 58 
一、实验项目管理 58 
二、实验进度查询 61 
第4章 Multisim电路仿真 63 
4-1 Multisim 概述 63 
4-2 Multisim 基本界面 63 
一、主菜单栏（Menu Toolbar） 64 
二、仿真工具栏（Simulation 
Toolbar） 64 
三、元器件工具栏（Schematic 
Components） 64 
四、虚拟仪器工具栏（Virtual 
Instruments Toolbar） 67 
五、设计管理窗口（Design Toolbox） 71 
4-3 Multisim的基本操作 71 
一、Multisim用户界面的设置 71 
二、电路原理图的设计 73 
三、电路的仿真 79 
4-4 Multisim的仿真实例 86 
一、直流电路仿真实例 86 
二、RC暂态电路的仿真实例 88 
三、交流电路频率特性的仿真实例 89 
四、单管放大电路仿真实例 91 
第2篇　电路原理实验 
第5章 电路定律与定理 95 
5-1　常用电工元器件认知实验 95 
一、实验目的 95 
二、原理说明 95 
三、实验设备 109 
四、实验内容 109 
五、实验注意事项 110 
六、实验报告要求 110 
思考题 110 
5-2　电阻元件伏安特性曲线的测绘 110 
一、实验目的 110 
二、原理说明 110 
三、实验设备 111 
四、实验内容 111 
五、实验注意事项 112 
六、实验报告要求 112 
思考题 112 
5-3　电位、电压的测定及电路电位图的 
绘制 112 
一、实验目的 112 
二、原理说明 113 
三、实验设备 113 
四、实验内容 113 
五、实验注意事项 114 
六、实验报告要求 114 
思考题 114 
5-4 基尔霍夫定律的验证 114 
一、实验目的 114 
二、原理说明 114 
三、实验设备 115 
四、实验内容 115 
五、实验注意事项 116 
六、实验报告要求 116 
思考题 116 
5-5 电压源、电流源及其电源等效变换 
的研究 116 
一、实验目的 116 
二、原理说明 116 
三、实验设备 117 
四、实验内容 117 
五、实验注意事项 119 
六、实验报告要求 119 
思考题 119 
5-6 受控源研究 120 
一、实验目的 120 
二、原理说明 120 
三、实验设备 122 
四、实验内容 122 
五、实验注意事项 123 
六、实验报告要求 124 
思考题 124 
5-7 线性电路叠加性和齐次性验证 124 
一、实验目的 124 
二、原理说明 124 
三、实验设备 125 
四、实验内容 125 
五、实验注意事项 127 
六、实验报告要求 127 
思考题 127 
5-8 有源二端网络等效参数的测定及 
等效定理的验证 127 
一、实验目的 127 
二、原理说明 127 
三、实验设备 129 
四、实验内容 129 
五、实验注意事项 131 
六、实验报告要求 131 
思考题 132 
5-9 功率传输条件的研究 132 
一、实验目的 132 
二、原理说明 132 
三、实验设备 132 
四、实验内容 133 
五、实验注意事项 133 
六、实验报告要求 133 
思考题 133 
5-10 互易定理 134 
一、实验目的 134 
二、原理说明 134 
三、实验设备 135 
四、实验内容 135 
五、实验注意事项 136 
六、实验报告要求 136 
思考题 136 
第6章 一阶与二阶电路的时域分析 137 
6-1 典型电信号的观察与测量 137 
一、实验目的 137 
二、原理说明 137 
三、实验设备 138 
四、实验内容 138 
五、实验注意事项 139 
六、实验报告要求 139 
思考题 139 
6-2 一阶电路暂态过程的研究 139 
一、实验目的 139 
二、原理说明 140 
三、实验设备 141 
四、实验内容 141 
五、实验注意事项 141 
六、实验报告要求 142 
思考题 142 
6-3　二阶电路暂态过程的研究 142 
一、实验目的 142 
二、原理说明 142 
三、实验设备 144 
四、实验内容 144 
五、实验注意事项 145 
六、实验报告要求 145 
思考题 145 
6-4 电路状态轨迹的观测 145 
一、实验目的 145 
二、原理说明 146 
三、实验设备 150 
四、实验内容 150 
五、实验注意事项 151 
六、实验报告要求 151 
思考题 151 
第7章 正弦稳态电路与三相电路 152 
7-1 交流电路等效参数的测量 152 
一、实验目的 152 
二、原理说明 152 
三、实验设备 153 
四、实验内容 153 
五、实验注意事项 154 
六、实验报告要求 155 
思考题 155 
7-2 正弦稳态交流电路的相量研究 155 
一、实验目的 155 
二、原理说明 155 
三、实验设备 156 
四、实验内容 156 
五、实验注意事项 157 
六、实验报告要求 157 
思考题 157 
7-3　正弦稳态交流电路功率因数的 
研究 157 
一、实验目的 157 
二、原理说明 157 
三、实验设备 158 
四、实验内容 158 
五、实验注意事项 159 
六、实验报告要求 159 
思考题 160 
7-4　三相电路电压、电流的测量 160 
一、实验目的 160 
二、原理说明 160 
三、实验设备 160 
四、实验内容 161 
五、实验注意事项 162 
六、实验报告要求 162 
思考题 162 
7-5　三相电路功率的测量 162 
一、实验目的 162 
二、原理说明 162 
三、实验设备 163 
四、实验内容 163 
五、实验注意事项 165 
六、实验报告要求 165 
思考题 165 
7-6　三相交流电路相序测量 165 
一、实验目的 165 
二、原理说明 166 
三、实验设备 166 
四、实验内容 166 
五、实验注意事项 167 
六、实验报告要求 167 
思考题 167 
第8章　电路的频率响应 168 
8-1　RLC元件的阻抗频率特性测定 168 
一、实验目的 168 
二、原理说明 168 
三、实验设备 169 
四、实验内容 169 
五、实验注意事项 171 
六、实验报告要求 171 
思考题 171 
8-2 RC串并联和双T电路选频特性 
测试 171 
一、实验目的 171 
二、原理说明 171 
三、实验设备 173 
四、实验内容 173 
五、实验注意事项 174 
六、实验报告要求 174 
思考题 174 
8-3 RLC串联谐振电路的研究 175 
一、实验目的 175 
二、原理说明 175 
三、实验设备 175 
四、实验内容 175 
五、实验注意事项 176 
六、实验报告要求 176 
思考题 176 
8-4 RLC并联谐振电路的研究 177 
一、实验目的 177 
二、原理说明 177 
三、实验设备 178 
四、实验内容 178 
五、实验注意事项 179 
六、实验报告要求 179 
思考题 180 
第9章 二端口网络 181 
9-1 直流双口网络的研究 181 
一、实验目的 181 
二、原理说明 181 
三、实验设备 182 
四、实验内容 182 
五、实验注意事项 183 
六、实验报告要求 183 
思考题 183 
9-2 负阻抗变换器及其应用 184 
一、实验目的 184 
二、原理说明 184 
三、实验设备 185 
四、实验内容 185 
五、实验注意事项 186 
六、实验报告要求 186 
思考题 186 
9-3 回转器特性测试 186 
一、实验目的 186 
二、原理说明 187 
三、实验设备 187 
四、实验内容 188 
五、实验注意事项 189 
六、实验报告要求 189 
思考题 189 
第3篇　电工技术实验 
第10章 变压器与电动机拖动实验 191 
10-1 互感1

本书是配套电工学（上下册）实验及电路实验的教材，可配套电工学和电路理论课程开设实验课程。整个课程包括概述（实验要求）、测量知识以及仪器仪表的使用、自主智慧型实验新技术以及按照直流电路、暂态电路的时域分析、交流电路、频率特性、二端口网络、电机与电力拖动的内容和电子技术实验内容，*后介绍Multisim仿真软件的使用。

李继芳，女，厦门大学工程技术中心副主任、高级工程师，福建省高校电工学研究会副理事长，第三届中国机械工业教育协会应用型本科电气工程与自动化学科教学委员会委员。长期从事高等学校电子电气学科领域的教学和科研工作，出版多部教材和著作，发表多篇科研和教研论文。