一种便携式实验电路板

技术领域

本发明属于教学用具技术领域，具体是一种便携式实验电路板。

背景技术

电路实验课程是电类专业培养方案中一门重要的实践课程，目前电路实验课程主要基于分立器件、基于通用实验台或基于虚拟仪器这三种形式实现。

基于分立器件的实验形式有利于帮助学生建立对各种元器件和测量设备的直观认识，但体积大、集成度低，不易开设新的实验。基于通用实验台的实验形式，其元器件和测量设备的集成度高，但是大部分元器件位于面板背面或实验箱内，不易观察，削弱了学生对各种元器件和测量设备的直观认识。而且基于分立器件和基于通用实验台的实验形式都需要在实验室内完成，教学灵活性比较差，不利于携带，不方便老师在课堂上的教学演示。基于虚拟仪器的实验形式在集成度和实验灵活性上都有了大幅提升，不受实验场合的限制，而且容易开发新的实验，但是现有的基于虚拟仪器的实验主要通过面包板和虚拟系统实现，使用时需要将元器件一个个安装在面包板上，导致需要配置的元器件较多，而且元器件散乱，不易携带和收纳。

因此，本申请提出一种灵活性好、可视性高以及可以进一步创新开发新电路的实验电路板。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种便携式实验电路板；该电路板能够让教师在课堂演示、学生可以随时实践创新，实现提升电路实验教学的灵活性和创新性。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种便携式实验电路板，包括电路板本体，其特征在于，电路板本体上设有与外部虚拟系统连接的接口；电路板本体设有元件特性测量模块、负值电阻特性研究模块、一阶电路过渡模块、戴维南等效参数测量模块、CCVS模块、VCCS模块、二端口与互易定理模块、复平面极点分布与时域响应模块、动态电路状态轨迹模块、无源滤波器模块、有源滤波器模块和RLC串联电路模块。

元件特性测量模块、负值电阻特性研究模块、戴维南等效参数测量模块、CCVS模块和VCCS模块用于研究直流电路；一阶电路过渡模块和动态电路状态轨迹模块用于研究动态电路；二端口与互易定理模块用于研究二端口；复平面极点分布与时域响应模块、无源滤波器模块、有源滤波器模块和RLC串联电路模块用于研究交流电路频域和复频域。

所述负值电阻特性研究模块包括取样电阻r

当负阻抗变换器的共地端(9)和取样电阻r

当负阻抗变换器的共地端(9)和取样电阻r

当负阻抗变换器的共地端(9)和取样电阻r

当负阻抗变换器的共地端(9)和取样电阻r

所述一阶电路过渡模块包括电阻R

当一号连接端(18)和电阻R

当一号连接端(18)和电阻R

所述戴维南等效参数测量模块包括取样电阻r

当二号连接端(23)和电阻R

当三号连接端(27)和电阻R

所述CCVS模块包括取样电阻r

当取样电阻r

当取样电阻r

所述VCCS模块包括取样电阻r

当VCCS受控源的电压输入端正极(39)和VCCS受控源的电压输入端负极接入直流电压，取样电阻r

当VCCS受控源的电压输入端正极(39)和VCCS受控源的电压输入端负极接入直流电压，VCCS受控源的电流输出端负极(42)和取样电阻r

所述二端口与互易定理模块包括四个取样电阻r

电阻R

当电阻R

当电阻R

当六号连接端(50)和取样电阻r

当六号连接端(50)和取样电阻r

所述复平面极点分布与时域响应模块包括三个电阻R

电阻R

当七号连接端(52)和负阻抗变换器的接地端(53)接入直流电压，负阻抗变换器的接地端(53)和电子开关的输入端(57)接入方波电压信号，电阻R

当七号连接端(52)和负阻抗变换器的接地端(53)接入直流电压，负阻抗变换器的接地端(53)和电子开关的输入端(57)接入方波电压信号，电阻R

所述动态电路状态轨迹模块包括电位器R

当电感L

所述无源滤波器模块包括四个电阻R

当九号连接端(72)和电阻R

当十号连接端(75)和电容C

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明设置有多个模块，各个模块的元器件和功能采用分立式，稳定性高。各个模块的电路及可以独立使用，使用时只需要根据实验指导书了解各个模块的电路设置，增加对电路的认识，也可以根据需要将各个模型中的元器件自由组合、重复利用、进行二次开发。教师可以在课堂演示、学生可以随时进行实践创新，实现了提升电路实验教学的灵活性和创新性，有利于锻炼学生的动手实践能力。各个模块的电路结构简单，能够更加直接有效的实现功能。

2、本发明是一种便携式实验电路板，能够解决传统实验教学模式只能在实验室完成实验、学生对实验器材要求增加的问题。本申请在电路板上预留了接口，只需要将电路板接入虚拟仪器(虚拟仪器需要内置仿真软件，仿真软件内设有虚拟电源、示波器等基本仪器)中，即可用虚拟仪器的信号源和测量仪表进行测量，接线数量少、线路清晰、检查和排除故障容易，省去了安装元器件的过程，避免了元器件不易携带和收纳的问题。教师可用于在课堂上演示，学生也可以不局限于在实验室完成实验，提高了实验课程的灵活性和效率。

3、本申请的便携式实验电路板可以放在书包里，随时携带，只要需要一台电脑，学生就可以在图书馆、自习室等任何地方动手实践，使得学生学习完理论知识就能立刻学以致用，进行相关实验，有效激发了学生的学习兴趣，锻炼了学生的创新性思维，提高了学生的电路设计能力和团队协作能力；另一方面通过解决实验中出现的问题和解释实验结果，加深了学生对基本概念的理解，提升了电路理论课程和实验课程的教学效果。

附图说明

图1是本发明的一个电路板本体的模块分布图；

图2是本发明的另一个电路板本体的模块分布图；

图3是本发明的元件特性测量模块的电路图；

图4是本发明的负值电阻特性研究模块的电路图；

图5是本发明的一阶电路过渡模块的电路图；

图6是本发明的戴维南等效参数测量模块的电路图；

图7是本发明的CCVS模块的电路图；

图8是本发明的VCCS模块的电路图；

图9是本发明的二端口与互易定理模块的电路图；

图10是本发明的复平面极点分布与时域响应模块的电路图；

图11是本发明的动态电路状态轨迹模块的电路图；

图12是本发明的无源滤波器模块的电路图；

图13是本发明的有源滤波器模块的电路图；

图14是本发明的RLC串联电路模块的电路图；

图中，100-元件特性测量模块；110-负值电阻特性研究模块；120-一阶电路过渡模块；130-戴维南等效参数测量模块；140-CCVS模块；150-VCCS模块；160-二端口与互易定理模块；170-复平面极点分布与时域响应模块；180-动态电路状态轨迹模块；190-无源滤波器模块；200-有源滤波器模块；210-RLC串联电路模块；1～89为连接端。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明的技术方案进行详细说明，并不用于限定本申请的保护范围。

本发明为一种便携式实验电路板(简称电路板，参见图1-14)，包括电路板本体，电路板本体的底部设有金手指，通过金手指与外部虚拟系统连接；端角处设有磁吸结构，方便电路板本体的固定；电路板本体设有元件特性测量模块100、负值电阻特性研究模块110、一阶电路过渡模块120、戴维南等效参数测量模块130、CCVS模块140、VCCS模块150、二端口与互易定理模块160、复平面极点分布与时域响应模块170、动态电路状态轨迹模块180、无源滤波器模块190、有源滤波器模块200和RLC串联电路模块210，各个模块既可以独立工作也可以根据实际需要将不同模块的元件进行组合形成相应的电路；

元件特性测量模块100、负值电阻特性研究模块110、戴维南等效参数测量模块130、CCVS模块140和VCCS模块150用于研究直流电路；一阶电路过渡模块120和动态电路状态轨迹模块180用于研究动态电路；二端口与互易定理模块160用于研究二端口；复平面极点分布与时域响应模块170、无源滤波器模块190、有源滤波器模块200和RLC串联电路模块210用于研究交流电路频域和复频域。

本实施例的电路板本体包括两个电路子板，每个电路子板的尺寸均为128mm*187mm。

如图3所示，所述元件特性测量模块100包括取样电阻r

当取样电阻r

当取样电阻r

当取样电阻r

当取样电阻r

如图4所示，所述负值电阻特性研究模块110包括取样电阻r

当负阻抗变换器的共地端9和取样电阻r

当负阻抗变换器的共地端9和取样电阻r

当负阻抗变换器的共地端9和取样电阻r

当负阻抗变换器的共地端9和取样电阻r

如图5所示，所述一阶电路过渡模块120包括电阻R

当连接端18和电阻R

当连接端18和电阻R

如图6所示，所述戴维南等效参数测量模块130包括取样电阻r

当连接端23和电阻R

当连接端27和电阻R

如图7所示，所述CCVS模块140包括取样电阻r

当取样电阻r

当取样电阻r

如图8所示，所述VCCS模块150包括取样电阻r

当VCCS受控源的电压输入端正极39和VCCS受控源的电压输入端负极接入直流电压，取样电阻r

当VCCS受控源的电压输入端正极39和VCCS受控源的电压输入端负极接入直流电压，VCCS受控源的电流输出端负极42和取样电阻r

如图9所示，所述二端口与互易定理模块160包括四个取样电阻r

电阻R

当电阻R

当电阻R

当连接端50和取样电阻r

当连接端50和取样电阻r

如图10所示，所述复平面极点分布与时域响应模块170包括三个电阻R

电阻R

当连接端52和负阻抗变换器的接地端53接入直流电压，负阻抗变换器的接地端53和电子开关的输入端57接入方波电压信号，电阻R

当连接端52和负阻抗变换器的接地端53接入直流电压，负阻抗变换器的接地端53和电子开关的输入端57接入方波电压信号，电阻R

如图11所示，所述动态电路状态轨迹模块180包括电位器R

当电感L

如图12所示，所述无源滤波器模块190包括四个电阻R

当连接端72和电阻R

当连接端75和电容C

如图13所示，所述有源滤波器模块200包括两个运放、四个电阻R

当电阻R

当电容C

如图14所示，所述RLC串联电路模块210包括双向LED、电感L

当连接端84和双向LED的另一个连接端83接入正弦交流信号，电容C

本发明的工作原理和工作流程是：

本发明的各个模块既可以独立工作也可以根据需求将不同模块的元件进行组合形成相应的电路。

例如将戴维南等效参数测量模块、CCVS模块和VCCS模块进行组合，完成戴维南定理的进阶实验，具体是：取样电阻r

例如将无源滤波器模块的无源低通滤波器部分和有源滤波器模块的有源高通滤波器部分组合，构成带通滤波器；具体是：当连接端72和电阻R

本发明未述及之处适用于现有技术。