電工電子學實踐教程（簡體書）

《電工電子學實踐教程》是"十二五”國家級規劃教材《電工電子學》（浙江大學葉挺秀、張伯堯主編，高等教育出版社出版）的配套實驗教學用書。本書內容涉及電路、模擬電子技術、數字電子技術、變壓器、電動機及其繼電接觸控制、可編程序控制器等，共選編實驗30個，其中綜合性實驗6個。根據專業及學時的不同，可對實驗內容進行不同的組合，以滿足不同專業、不同學時對電工電子學實驗教學的需要。

孫暉，男，浙江大學教授，國家級電子實驗教學示範中心副主任，從事電子基礎課程一線教學二十餘年，主持和參與了多項科研、教研項目，出版多部教材，教學、科研和寫作經驗豐富。

前 言

本書是工科非電類專業學生學習電工電子系列課程的實驗教材。本書內容充分考慮了電工電子學實驗的基本要求，使學生得到電工電子學的基本技能訓練，編寫力求理論聯繫實際，培養學生分析問題和解決問題的能力。
在教學內容上，本書採用分層次方法設計實驗，設計了26個基礎實驗，內容涵蓋電工電子學理論的各方面。同時還設計了6個綜合性實驗，均組合了若干個不同的知識點，實驗內容面向電工電子學理論在不同領域的應用。
在教學方法上，本書吸收了浙江大學電工電子國家級實驗教學示範中心近年來優秀的實驗教學成果，注重學生課外預習和綜合實踐。在課外預習上，注重仿真軟件和便攜式實驗平臺的使用：通過對實驗線路進行仿真，與理論分析、實際實驗結果相比較，更能深化對相關理論的理解；便攜式實驗平臺集成了示波器、函數信號發生器、電壓表等常用的儀器設備，學生可通過使用便攜式實驗平臺在課外隨時隨地開展實驗操作。在本書部分實驗項目的預習要求中，增加了學生使用便攜式實驗平臺驗證實際電路的內容。實際電路來自於簡化的實驗室實驗電路，預習能促進學生順利在實驗室完成實驗，進一步加深對相關理論的理解，以及拓寬便攜式實驗設備的應用範圍。
考慮到不同學校的需求，除設計較多的基礎實驗和綜合性實驗外，在教材內容的編排上，突出靈活性和服務性。實驗室設備的說明上傳至出版社網站，並不斷更新。對每個實驗準備了足夠多的預習要求，內容包括理論分析、仿真處理、利用便攜式實驗平臺進行實驗驗證等各項內容，教師可根據實際需求進行取捨。為適應科技發展，本書引進了Basys3教學開發板進行數字電子技術實驗，同時也保留了採用傳統中小規模器件實施組合和時序邏輯電路的分析和設計。此外，Basys3作為綜合性實驗的基本實驗平臺，學生可充分利用Basys3集成的豐富資源，或通過附帶的Pmod接口擴充各類功能，與外部電路相結合，完成某一實際工程應用。
本書配套齊全的教學輔助資料，包括：微課視頻、A+D Lab實驗操作視頻、電子課件、參考教學設計、程序代碼、習題參考答案、實驗參考結果、實驗設備說明等。
本書第1章，第2章2.1節、2.2節、2.8節、2.9節，第5章5.10節、5.11節、5.13節、5.14節，第6章6.1節～6.5節由孫暉執筆。第2章2.3節～2.5節、2.7節、2.10節，第3章，第5章5.8節～5.9節、5.16節、5.17節、5.22節由張冶沁執筆，5.7節由張冶沁、孫暉共同執筆。第1章1.4節初稿、第5章5.23節～5.26節、第6章6.6節由潘麗萍執筆。第5章5.18節～5.21節由姜國均執筆。第2章2.6節、第5章5.1節、5.2節、5.4～5.6節由應群民執筆。第5章5.3節由熊素銘執筆，第2章2.11節、第4章、5.12節、5.15節由熊素銘和孫暉共同執筆。有關便攜式實驗平臺的實驗內容由孫暉執筆。第5章5.23節～5.26節、第6章6.6節由潘麗萍統稿，其餘章節由孫暉統稿。全書由孫暉主編。
趙江萍做了基於便攜式實驗平臺的相關實驗內容的驗證和修訂工作，沈遠做了第4章和基於Basys3教學開發板的相關實驗內容的驗證和修訂工作。
本書由浙江大學蔣黔麟教授主審，蔣教授在審稿中極為嚴謹，提出了很多寶貴的意見，使編者受益匪淺，在此深表謝意。
本書的撰寫得到了教育部在線教育研究中心智慧教學平臺（雨課堂）智慧實驗項目負責人李甫成先生的大力支持和幫助，在此深表謝意。
本書得到了浙江大學電工電子國家級實驗教學示範中心領導和同仁的支持，也得到了電子工業出版社的大力支持，在此深表感謝。
限於編者的水平和時間，書中不妥和錯誤之處，懇請批評指正。

編 者
2018年7月于浙江大學求是園

目 錄


第1章 電工電子學實驗基礎知識 1
1.1 學習目的和實驗任務 1
1.2 課程基本要求 1
1.3 課程學習方法與步驟 2
1.3.1 實驗前預習 2
1.3.2 實驗操作 2
1.3.3 實驗報告的書寫 3
1.3.4 排除故障的基本方法 5
1.4 安全用電 5
1.5 常用電子元器件認識 6
1.5.1 電阻器 6
1.5.2 電容器 9
1.5.3 電感器 11
第2章 常用儀器儀錶與實驗系統 13
2.1 概述 13
2.2 直流電源 13
2.3 萬用表 13
2.4 示波器 14
2.5 函數信號發生器 14
2.6 電工電子綜合實驗台 15
2.7 模擬電子技術實驗箱 15
2.8 數字電子技術實驗箱 15
2.9 可編程控制器 15
2.10 A+D Lab理工實驗套件 16
2.10.1 A+D Lab理工實驗
套件概述 16
2.10.2 “雷實驗”軟件及硬件儀器的配套軟件
界面 17
2.10.3 應用實例 22
2.11 Basys3數字電路教學
開發板套件 28
2.11.1Basys3概述 28
2.11.2 主要硬件構成 28
第3章 Multisim仿真基礎 33
3.1 概述 33
3.2 Multisim的基本界面 33
3.2.1 菜單欄 34
3.2.2 工具欄 35
3.2.3 常用虛擬儀器介紹 37
3.3 Multisim的基本操作 42
3.3.1 電路板總體設計流程 42
3.3.2 建立電路 43
3.3.3 電路仿真 53
3.4 Multisim仿真實例 62
3.4.1 二極管伏安特性曲線
測量 62
3.4.2 三相交流電路 62
3.4.3 單管放大電路 66
第4章 Verilog HDL基礎及Vivado
設計工具使用 71
4.1 數字電路EDA技術 71
4.1.1 EDA技術概述 71
4.1.2 FPGA 71
4.1.3 硬件描述語言 72
4.1.4 FPGA開發工具 72
4.2 Verilog HDL程序結構與
關鍵字 72
4.3 模塊 73
4.3.1 模塊結構 73
4.3.2 模塊的描述方式 76
4.3.3 模塊測試 77
4.4 Verilog HDL語法 78
4.4.1 標識符 78
4.4.2 注釋 78
4.4.3 常量與變量 79
4.4.4 運算符與表達式 81
4.4.5 非阻塞賦值與阻塞
賦值 86
4.4.6 條件語句與循環
語句 87
4.5 Vivado設計套件簡介 90
4.5.1 Vivado設計套件
概述 90
4.5.2 Vivado設計流程 90
4.5.3 Vivado窗口界面 91
4.5.4 Vivado軟件設計
實例 94
第5章 基礎實驗 108
5.1 基礎實驗1 基本電量測量及
常用儀器儀錶的使用 108
5.2 基礎實驗2 電路元件伏安
特性測量 111
5.3 基礎實驗3 疊加定理和等效
電源定理驗證 114
5.4 基礎實驗4 單相交流電路
特性及功率因數提高 117
5.5 基礎實驗5 三相交流電路 120
5.6 基礎實驗6 電路頻率
特性的研究 124
5.7 基礎實驗7 一階RC電路的
瞬態分析 128
5.8 基礎實驗8 單管電壓放大
電路 132
5.9 基礎實驗9 放大電路靜態
工作點穩定性研究 136
5.10 基礎實驗10 門電路和組合
邏輯電路 139
5.11 基礎實驗11 觸發器和時序
邏輯電路 145
5.12 基礎實驗12 計數、譯碼和
顯示 148
5.13 基礎實驗13 門電路和組合
邏輯電路―基於Basys3 153
5.14 基礎實驗14 觸發器和時序
邏輯電路―基於Basys3 157
5.15 基礎實驗15 計數、譯碼和
顯示―基於Basys3 162
5.16 基礎實驗16 集成運算
放大器應用（I）
―模擬信號運算電路 166
5.17 基礎實驗17 集成運算
放大器應用（II）
―比較器、波形發生及
脈寬調製 169
5.18 基礎實驗18 低頻功率
放大電路 173
5.19 基礎實驗19 波形振盪
電路 176
5.20 基礎實驗20 集成定時器及
其應用 180
5.21 基礎實驗21 有源濾波器 185
5.22 基礎實驗22 直流穩壓
電源 189
5.23 基礎實驗23 三相異步電動機
的啟動及運動控制（I） 193
5.24 基礎實驗24 三相異步電動機
的啟動及運動控制（II） 197
5.25 基礎實驗25 可編程控制器
基本編程（Ⅰ） 201
5.26 基礎實驗26 可編程控制器
基本編程（Ⅱ） 213
第6章 綜合實驗 216
6.1 綜合實驗1 溫度監測系統 216
6.2 綜合實驗2 薄膜壓力傳感器
信號獲取與應用 221
6.3 綜合實驗3 音響放大器 227
6.4 綜合實驗4 直流電機轉速
控制、測量和顯示系統 234
6.5 綜合實驗5 電動氣壓止血帶
設計 238
6.6 綜合實驗6 三層立體停
車庫的PLC控制 243
參考文獻 250