一种便携式实验电路板的制作方法

[0001]
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：

[0002]
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。
[0003]
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。
[0004]
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。


技术实现要素：

[0005]
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。
[0006]
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：
[0007]
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。
[0008]
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。
[0009]
所述负值电阻特性研究模块包括取样电阻r2、取样电阻r3、电阻r2、电阻r4、电位器r3、电位器r5和负阻抗变换器；电阻r2的一个连接端、电位器r3的一个连接端、电阻r4的一个连接端、电位器r5的一个连接端和负阻抗变换器的共地端(9)相连；电位器r5的另一个连接端与取样电阻r3的一个连接端相连；负阻抗变换器的共地端(9)、电阻r2的另一个连接端
(14)、电位器r3的另一个连接端(15)、电阻r4的另一个连接端(16)、取样电阻r3的另一个连接端(13)、取样电阻r2的两个连接端以及负阻抗变换器的正向输入端(11)、反向输入端(12)均位于电路板本体的表面；
[0010]
当负阻抗变换器的共地端(9)和取样电阻r2的一个连接端(8)接入直流电压，取样电阻r2的另一个连接端(10)与负阻抗变换器的正向输入端(11)连接，负阻抗变换器的反向输入端(12)和电阻r4的另一个连接端(16)连接，取样电阻r3的另一个连接端(13)、电阻r2的另一个连接端(14)、电位器r3的另一个连接端(15)悬空，则构成由负阻抗变换器的共地端(9)和负阻抗变换器的正向输入端(11)等效的负值电阻与取样电阻r2串联电路，用于测量负值电阻的电气特性；
[0011]
当负阻抗变换器的共地端(9)和取样电阻r2的一个连接端(8)接入直流电压，取样电阻r2的另一个连接端(10)和负阻抗变换器的正向输入端(11)均与电阻r2的另一个连接端(14)连接，负阻抗变换器的反向输入端(12)和电阻r4的另一个连接端(16)连接，取样电阻r3的另一个连接端(13)、电位器r3的另一个连接端(15)悬空，则构成由负阻抗变换器的共地端(9)和负阻抗变换器的正向端(11)等效的负值电阻与电阻r2并联后再与取样电阻r2串联的电路，用于测量正值电阻和负值电阻并联时的基尔霍夫电路定理；
[0012]
当负阻抗变换器的共地端(9)和取样电阻r2的一个连接端(8)接入直流电压，取样电阻r2的另一个连接端(10)、负阻抗变换器的正向输入端(11)与电位器r3的另一个连接端(15)连接，负阻抗变换器的反向输入端(12)和电阻r4的另一个连接端(16)连接，取样电阻r3的另一个连接端(13)、电阻r2的另一个连接端(14)悬空，构成负阻抗变换器的共地端(9)和负阻抗变换器的正向输入端(11)等效的负值电阻和电位器r3并联后再与取样电阻r2串联的电路，调节电位器r3的阻值，直到测量取样电阻r2的电压值为0，用于观测正值电阻和负值电阻并联时的开路现象；
[0013]
当负阻抗变换器的共地端(9)和取样电阻r2的一个连接端(8)接入直流电压，取样电阻r2的另一个连接端(10)与负阻抗变换器的正向输入端(11)连接，负阻抗变换器的反向输入端(12)和取样电阻r3的另一个连接端(13)连接，电阻r2的另一个连接端(14)、电位器r3的另一个连接端(15)、电阻r4的另一个连接端(16)悬空，则形成直流电压、取样电阻r2和负阻抗变换器在负阻抗变换器的共地端(9)和负阻抗变换器的反向输入端(12)等效的具有负内阻的电压源，调节电位器r5的阻值，测量取样电阻r3的电压，用于测量具有负内阻的电压源的电气特性。
[0014]
所述一阶电路过渡模块包括电阻r6、电位器r7、电容c2和电感l2；电阻r6的一个连接端与电位器r7的一个连接端相连，电容c2的一个连接端与电感l2的一个连接端相连形成一号连接端(18)，一号连接端(18)接地；电阻r6的另一个连接端(17)、电位器r7的另一个连接端(19)、电容c2的另一个连接端(20)、电感l2的另一端接连接端(21)均位于电路板本体的表面；
[0015]
当一号连接端(18)和电阻r6的另一个连接端(17)接入方波电压信号，电位器r7的另一个连接端(19)与电容c2的另一个连接端(20)相连，电感l2的另一端接连接端(21)悬空，构成一阶rc电路，用于观测一阶rc电路的过渡过程；
[0016]
当一号连接端(18)和电阻r6的另一个连接端(17)接入方波电压信号，电位器r7的另一个连接端(19)和电感l2的另一个连接端(21)相连，电容c2的另一个连接端(20)悬空，构
成一阶rl电路，用于观测一阶rl电路的过渡过程。
[0017]
所述戴维南等效参数测量模块包括取样电阻r4、电阻r8、电阻r9、电阻r
10
、电位器r
11
、二号连接端(23)和三号连接端(27)，二号连接端(23)、三号连接端(27)为独立接线端且接地；电阻r8的一个连接端与电阻r9的一个连接端相连形成四号连接端(25)，取样电阻r4的一个连接端与电位器r
11
的一个连接端相连；二号连接端(23)、三号连接端(27)、四号连接端(25)、电阻r8的另一个连接端(22)、电阻r9的另一个连接端(24)、电阻r
10
的两个连接端、电位器r
11
的另一个连接端(31)和取样电阻r4的另一个连接端(30)均位于电路板本体的表面；
[0018]
当二号连接端(23)和电阻r8的另一个连接端(22)接入直流电压，二号连接端(23)和电阻r9的另一个连接端(24)接入直流电压，则二号连接端(23)和四号连接端(25)构成有源二端网络；将四号连接端(25)与取样电阻r4的另一个连接端(30)相连，二号连接端(23)与电位器r
11
的另一个连接端(31)相连，电阻r
10
的两个连接端、三号连接端(27)悬空，通过调节电位器r
11
的电阻值，测量取样电阻r4、取样电阻r4的另一个连接端(30)和电位器r
11
的另一个连接端(31)的电压，即可测得有源二端网络的二号连接端(23)和四号连接端(25)的电气特性；
[0019]
当三号连接端(27)和电阻r
10
的一个连接端(26)接入直流电压信号，则三号连接端(27)和电阻r
10
的另一个连接端(28)构成戴维南等效支路；将电阻r
10
的另一个连接端(28)与取样电阻r4的另一个连接端(30)相连，三号连接端(27)和电位器r
11
的另一个连接端(31)相连，四号连接端(25)、二号连接端(23)、电阻r8的另一个连接端(22)和电阻r9的另一个连接端(24)悬空，通过调节电位器r
11
的电阻值，测量取样电阻r4、取样电阻r4的另一个连接端(30)和电位器r
11
的另一个连接端(31)的电压，可测得戴维南等效支路的电气特性。
[0020]
所述ccvs模块包括取样电阻r5、取样电阻r6、电阻r
13
、电位器r
12
、电位器r
14
和ccvs受控源；电阻r
13
的一个连接端和电位器r
14
的一个连接端均与ccvs受控源的共地端(33)相连，取样电阻r6的一个连接端与电位器r
14
的一个连接端相连，取样电阻r5的一个连接端与电位器r
12
的一个连接端相连；取样电阻r5的另一个连接端(32)、电位器r
12
的另一个连接端(34)、ccvs受控源的共地端(33)、ccvs受控源的电流输入端(35)、ccvs受控源的电压输出端(36)、电阻r
13
的另一个连接端(38)和取样电阻r6的另一个连接端(37)均位于电路板本体的表面；
[0021]
当取样电阻r5的另一个连接端(32)和ccvs受控源的共地端(33)接入直流电压，电位器r
12
的另一个连接端(34)和ccvs受控源的电流输入端(35)相连，ccvs受控源的电压输出端(36)和取样电阻r6的另一个连接端(37)相连，电阻r
13
的另一个连接端(38)悬空，调节电位器r
14
阻值，测量取样电阻r5、r6的电压，用于研究ccvs受控源的电压输出特性；
[0022]
当取样电阻r5的另一个连接端(32)和ccvs受控源的共地端(33)接入直流电压，电位器r
12
的另一个连接端(34)和ccvs受控源的电流输入端(35)相连，ccvs受控源的电压输出端(36)和电阻r
13
的另一个连接端(38)相连，取样电阻r6的另一个连接端(37)悬空，调节输入的直流电压值，测量取样电阻r5和电阻r
13
的电压，用于研究ccvs受控源的电流控制电压的特性。
[0023]
所述vccs模块包括取样电阻r7，电位器r
15
和vccs受控源；vccs受控源的电压输入端负极为五号连接端(40)，五号连接端(40)接地，取样电阻r7的一个连接端与vccs受控源的电流输出端正极(41)相连；vccs受控源的电压输入端正极(39)、vccs受控源的电压输入
端负极、vccs受控源的电流输出端负极(42)、vccs受控源的电流输出端正极(41)、取样电阻r7的另一个连接端(43)、电位器r
15
的两个连接端均位于电路板本体的表面；不使用时，电位器r
15
不与其余元件连接；
[0024]
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r7的另一个连接端(43)和电位器r
15
的一个连接端(44)相连，vccs受控源的电流输出端负极(42)和电位器r
15
的另一个连接端(45)相连，调节电位器r
15
的阻值，测量取样电阻r7的电压，用于研究vccs受控源的电流输出特性；
[0025]
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r7的另一个连接端(43)相连，电位器r
15
的两个连接端悬空，调节输入的直流电压值，测量取样电阻r7的电压，用于研究vccs受控源的电压控制电流的特性。
[0026]
所述二端口与互易定理模块包括四个取样电阻r8、r9、r
10
、r
11
和六个电阻r
16
、r
17
、r
18
、r
19
、r
20
、r
21
；
[0027]
电阻r
16
、r
17
、r
18
三者均有一个连接端短接在一起，电阻r
16
的另一个连接端与取样电阻r8的一个连接端相连，电阻r
17
的另一个连接端与取样电阻r9的一个连接端相连，构成t型结构二端口；电阻r
18
的另一个连接端(47)、取样电阻r8的两个连接端以及取样电阻r9的两个连接端均引出位于电路板本体表面；电阻r
19
的两端分别与取样电阻r
10
的一个连接端以及取样电阻r
11
的一个连接端相连，电阻r
20
的一个连接端和电阻r
21
的一个连接端分别与电阻r
19
的两端相连，电阻r
20
的另一个连接端与电阻r
21
的另一个连接端相连形成六号连接端(50)，构成π型结构二端口；取样电阻r
10
的两个连接端、取样电阻r
11
的两个连接端、六号连接端(50)均引出位于电路板本体表面；
[0028]
当电阻r
18
的另一个连接端(47)和取样电阻r8的另一个连接端(46)接入直流电压，六号连接端(50)、取样电阻r9的另一个连接端(48)、取样电阻r
10
的另一个连接端(49)和取样电阻r
11
的另一个连接端(51)悬空，测量取样电阻r8、电阻r
18
的另一个连接端(47)和取样电阻r9的另一个连接端(48)的电压，可计算t型结构二端口的传输参数t的a、c；
[0029]
当电阻r
18
的另一个连接端(47)和取样电阻r8的另一个连接端(46)接入直流电压，电阻r
18
的另一个连接端(47)和取样电阻r9的另一个连接端(48)相连，六号连接端(50)、取样电阻r
10
的另一个连接端(49)和取样电阻r
11
的另一个连接端(51)悬空，测量取样电阻r8和r9的电压，可计算t型结构二端口传输参数t的b、d；
[0030]
当六号连接端(50)和取样电阻r
10
的另一个连接端(49)接入直流电压，电阻r
18
的另一个连接端(47)、取样电阻r8的另一个连接端(46)、取样电阻r9的另一个连接端(48)和取样电阻r
11
的另一个连接端(51)悬空，测量取样电阻r
10
、六号连接端(50)和取样电阻r
11
的另一个连接端(51)的电压，可计算π型结构二端口传输参数t的a、c；
[0031]
当六号连接端(50)和取样电阻r
10
的另一个连接端(49)接入直流电压，六号连接端(50)和取样电阻r
11
的另一个连接端(51)相连，电阻r
18
的另一个连接端(47)、取样电阻r8的另一个连接端(46)和取样电阻r9的另一个连接端(48)悬空，测量取样电阻r
10
和r
11
的电压，可计算π型结构二端口传输参数t的b、d。
[0032]
所述复平面极点分布与时域响应模块包括三个电阻r
22
、r
23
、r
25
，电位器r
24
、电子开关、电容c3、电感l3、负阻抗变换器和独立的七号连接端(52)；
[0033]
电阻r
22
的一个连接端(58)、电阻r
23
的一个连接端和电位器r
24
的一个连接端与电子开关的输出端相连，电子开关同时与负阻抗变换器的接地端(53)相连；电感l3、电容c3和电阻r
25
依次相连，电阻r
25
与负阻抗变换器的接地端(53)相连；在电阻r
25
与电容c3之间引出十二号连接端(63)，电容c3与电感l3之间引出十一号连接端(62)；七号连接端(52)、电阻r
22
的另一个连接端(54)、电阻r
23
的另一个连接端(55)、电位器r
24
的另一个连接端(56)、电子开关的输入端(57)、十二号连接端(63)、十一号连接端(62)、电感l3的另一个连接端(61)以及负阻抗变换器的正向输入端(59)、反向输入端(60)、接地端(53)均位于电路板本体表面；
[0034]
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
22
的一个连接端(58)和负阻抗变换器的正向输入端(59)相连，负阻抗变换器的反向输入端(60)和十一号连接端(62)相连，电感l3的另一个连接端(61)悬空，七号连接端(52)与电阻r
22
的另一个连接端(54)或电阻r
23
的另一个连接端(55)或电位器r
24
的另一个连接端(56)相连，构成极点位置可调的一阶rc电路，观测十二号连接端(63)与负阻抗变换器的接地端(53)之间的电压波形，能观测到线性增加、指数增加和指数衰减的波形；
[0035]
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
22
的一个连接端(58)和负阻抗变换器的正向输入端(59)相连，负阻抗变换器的反向输入端(60)和电感l3的另一个连接端(61)相连，十一号连接端(62)悬空，七号连接端(52)与电阻r
22
的另一个连接端(54)或电阻r
23
的另一个连接端(55)或电位器r
24
的另一个连接端(56)相连，构成极点位置可调的二阶rlc电路，能观测到等幅震荡、指数增幅震荡和指数衰减震荡的波形。
[0036]
所述动态电路状态轨迹模块包括电位器r
28
、电容c4、电感l4以及两个电阻r
26
、r
27
；电阻r
26
的一端、电阻r
27
的一端和电位器r
28
的一端均与一号接地端(65)相连；电容c4的一个连接端和电感l4的一个连接端相连形成八号连接端(66)；一号接地端(65)、八号连接端(66)、电感l4的另一个连接端(64)，电容c4的另一个连接端(67)、电阻r
26
的另一个连接端(68)、电阻r
27
的另一个连接端(69)和电位器r
28
的另一个连接端(70)均位于电路板本体表面；
[0037]
当电感l4的另一个连接端(64)和一号接地端(65)接入方波电压，电容c4的另一个连接端(67)与电阻r
26
的另一个连接端(68)相连，构成欠阻尼电路；电容c4的另一个连接端(67)与电阻r
27
的另一个连接端(69)相连，构成过阻尼电路；电容c4的另一个连接端(67)与电位器r
28
的另一个连接端(70)相连，构成临界阻尼电路；在这三种电路中观测电容c4的另一个连接端(67)和一号接地端(65)的电压波形，能够研究动态电路状态轨迹。
[0038]
所述无源滤波器模块包括四个电阻r
29
、r
30
、r
31
、r
32
和四个电容c5、c6、c7、c8；电阻r
29
的一个连接端与电阻r
30
的一个连接端相连，电容c5的一端和电容c6的一端分别与电阻r
30
的两端相连，电容c5的另一端和电容c6的另一端相连形成九号连接端(72)，构成无源低通滤波器；电容c7的一个连接端与电容c8的一个连接端相连，电阻r
31
的一端和电阻r
32
的一端分别与电容c8的两端相连，电阻r
31
的另一端和电阻r
32
的另一端相连形成十号连接端(75)，构成无源高通滤波器；九号连接端(72)、电阻r
29
的另一个连接端(71)、电阻r
30
的另一个连接端(73)、十号连接端(75)、电容c7的另一个连接端(74)和电容c8的另一个连接端(76)均位于电路板本体表面；
[0039]
当九号连接端(72)和电阻r
29
的另一个连接端(71)接入正弦交流电压信号，测量九号连接端(72)和电阻r
30
的另一个连接端(73)的输出电压，能测得无源低通滤波器的幅频特性；
[0040]
当十号连接端(75)和电容c7的另一个连接端(74)接入正弦交流电压信号，测量电容c8的另一个连接端(76)和十号连接端(75)的输出电压，能测得无源高通滤波器的幅频特性。
[0041]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0042]
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。
[0043]
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。
[0044]
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
[0045]
图1是本发明的一个电路板本体的模块分布图；
[0046]
图2是本发明的另一个电路板本体的模块分布图；
[0047]
图3是本发明的元件特性测量模块的电路图；
[0048]
图4是本发明的负值电阻特性研究模块的电路图；
[0049]
图5是本发明的一阶电路过渡模块的电路图；
[0050]
图6是本发明的戴维南等效参数测量模块的电路图；
[0051]
图7是本发明的ccvs模块的电路图；
[0052]
图8是本发明的vccs模块的电路图；
[0053]
图9是本发明的二端口与互易定理模块的电路图；
[0054]
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；
[0055]
图11是本发明的动态电路状态轨迹模块的电路图；
[0056]
图12是本发明的无源滤波器模块的电路图；
[0057]
图13是本发明的有源滤波器模块的电路图；
[0058]
图14是本发明的rlc串联电路模块的电路图；
[0059]
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
[0060]
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。
[0061]
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；
[0062]
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。
[0063]
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。
[0064]
如图3所示，所述元件特性测量模块100包括取样电阻r1、电阻r1、电容c1、电感l1和二极管d1；电阻r1的一个连接端、电容c1的一个连接端、电感l1的一个连接端、二极管d1的一个连接端相连形成连接端2，连接端2接地；连接端2、取样电阻r1的两个连接端、电阻r1的另一个连接端4、电容c1的另一个连接端5、电感l1的另一个连接端6、二极管d1的另一个连接端7均位于电路板本体的表面；取样电阻r1可以在电路板本体上引出多个接口，方便多个电路共用；不使用时，取样电阻r1与其余元件不连接；
[0065]
当取样电阻r1的一个连接端1和连接端2接入直流电压，取样电阻r1的另一个连接端3与电阻r1的另一个连接端4相连，电容c1的另一个连接端5、电感l1的另一个连接端6、二极管d1的另一个连接端7悬空，构成取样电阻r1和电阻r1的串联电路，用于测量电阻r1的电气特性；
[0066]
当取样电阻r1的一个连接端1和连接端2接入正弦电压信号，取样电阻r1的另一个连接端3与电容c1的另一个连接端5相连，电阻r1的另一个连接端4、电感l1的另一个连接端6、二极管d1的另一个连接端7悬空，构成取样电阻r1和电容c1串联电路，用于测量电容c1的电气特性；
[0067]
当取样电阻r1的一个连接端1和连接端2接入正弦电压信号，取样电阻r1的另一个连接端3与电感l1的另一个连接端6相连，电阻r1的另一个连接端4、电容c1的另一个连接端
5、二极管d1的另一个连接端7悬空，构成取样电阻r1和电感l1串联电路，用于测量电感l1的电气特性；
[0068]
当取样电阻r1的一个连接端1和连接端2接入正弦电压信号，取样电阻r1的另一个连接端3与二极管d1的另一个连接端7连接，电阻r1的另一个连接端4、电容c1的另一个连接端5、电感l1的另一个连接端6悬空，构成取样电阻r1和二极管d1串联电路，用于测量二极管d1的电气特性。
[0069]
如图4所示，所述负值电阻特性研究模块110包括取样电阻r2、取样电阻r3、电阻r2、电阻r4、电位器r3、电位器r5和负阻抗变换器；电阻r2的一个连接端、电位器r3的一个连接端、电阻r4的一个连接端、电位器r5的一个连接端和负阻抗变换器的共地端9相连；电位器r5的另一个连接端与取样电阻r3的一个连接端相连；负阻抗变换器的共地端9、电阻r2的另一个连接端14、电位器r3的另一个连接端15、电阻r4的另一个连接端16、取样电阻r3的另一个连接端13、取样电阻r2的两个连接端以及负阻抗变换器的正向输入端11、反向输入端12均位于电路板本体的表面；不使用时，取样电阻r2与其余元件不连接；负阻抗变换器的变比为2；
[0070]
当负阻抗变换器的共地端9和取样电阻r2的一个连接端8接入直流电压，取样电阻r2的另一个连接端10与负阻抗变换器的正向输入端11连接，负阻抗变换器的反向输入端12和电阻r4的另一个连接端16连接，取样电阻r3的另一个连接端13、电阻r2的另一个连接端14、电位器r3的另一个连接端15悬空，则构成由负阻抗变换器的共地端9和负阻抗变换器的正向输入端11等效的负值电阻与取样电阻r2串联电路，用于测量负值电阻的电气特性；
[0071]
当负阻抗变换器的共地端9和取样电阻r2的一个连接端8接入直流电压，取样电阻r2的另一个连接端10和负阻抗变换器的正向输入端11均与电阻r2的另一个连接端14连接，负阻抗变换器的反向输入端12和电阻r4的另一个连接端16连接，取样电阻r3的另一个连接端13、电位器r3的另一个连接端15悬空，则构成由负阻抗变换器的共地端9和负阻抗变换器的正向端11等效的负值电阻与电阻r2并联后再与取样电阻r2串联的电路，用于测量正值电阻和负值电阻并联时的基尔霍夫电路定理；
[0072]
当负阻抗变换器的共地端9和取样电阻r2的一个连接端8接入直流电压，取样电阻r2的另一个连接端10、负阻抗变换器的正向输入端11与电位器r3的另一个连接端15连接，负阻抗变换器的反向输入端12和电阻r4的另一个连接端16连接，取样电阻r3的另一个连接端13、电阻r2的另一个连接端14悬空，构成负阻抗变换器的共地端9和负阻抗变换器的正向输入端11等效的负值电阻和电位器r3并联后再与取样电阻r2串联的电路，调节电位器r3的阻值，直到测量取样电阻r2的电压值为0，用于观测正值电阻和负值电阻并联时的开路现象；
[0073]
当负阻抗变换器的共地端9和取样电阻r2的一个连接端8接入直流电压，取样电阻r2的另一个连接端10与负阻抗变换器的正向输入端11连接，负阻抗变换器的反向输入端12和取样电阻r3的另一个连接端13连接，电阻r2的另一个连接端14、电位器r3的另一个连接端15、电阻r4的另一个连接端16悬空，则形成直流电压、取样电阻r2和负阻抗变换器在负阻抗变换器的共地端9和负阻抗变换器的反向输入端12等效的具有负内阻的电压源，调节电位器r5的阻值，测量取样电阻r3的电压，用于测量具有负内阻的电压源的电气特性。
[0074]
如图5所示，所述一阶电路过渡模块120包括电阻r6、电位器r7、电容c2和电感l2；电阻r6的一个连接端与电位器r7的一个连接端相连，电容c2的一个连接端与电感l2的一个连接端相连形成连接端18，连接端18接地；电阻r6的另一个连接端17、电位器r7的另一个连接
端19、电容c2的另一个连接端20、电感l2的另一端接连接端21均位于电路板本体的表面；
[0075]
当连接端18和电阻r6的另一个连接端17接入方波电压信号，电位器r7的另一个连接端19与电容c2的另一个连接端20相连，电感l2的另一端接连接端21悬空，构成一阶rc电路，用于观测一阶rc电路的过渡过程；
[0076]
当连接端18和电阻r6的另一个连接端17接入方波电压信号，电位器r7的另一个连接端19和电感l2的另一个连接端21相连，电容c2的另一个连接端20悬空，构成一阶rl电路，用于观测一阶rl电路的过渡过程。
[0077]
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r4、电阻r8、电阻r9、电阻r
10
、电位器r
11
、连接端23和连接端27，连接端23、连接端27为独立接线端且接地；电阻r8的一个连接端与电阻r9的一个连接端相连形成连接端25，取样电阻r4的一个连接端与电位器r
11
的一个连接端相连；连接端23、连接端27、连接端25、电阻r8的另一个连接端22、电阻r9的另一个连接端24、电阻r
10
的两个连接端、电位器r
11
的另一个连接端31和取样电阻r4的另一个连接端30均位于电路板本体的表面；取样电阻r4两端引出位于电路板本体表面的检测端口；
[0078]
当连接端23和电阻r8的另一个连接端22接入直流电压，连接端23和电阻r9的另一个连接端24接入直流电压，则连接端23和连接端25构成有源二端网络；将连接端25与取样电阻r4的另一个连接端30相连，连接端23与电位器r
11
的另一个连接端31相连，电阻r
10
的两个连接端26和28、连接端27悬空，通过调节电位器r
11
的电阻值，测量取样电阻r4、取样电阻r4的另一个连接端30和电位器r
11
的另一个连接端31的电压，即可测得有源二端网络的连接端23和连接端25的电气特性；
[0079]
当连接端27和电阻r
10
的一个连接端26接入直流电压信号，则连接端27和电阻r
10
的另一个连接端28构成戴维南等效支路；将电阻r
10
的另一个连接端28与取样电阻r4的另一个连接端30相连，连接端27和电位器r
11
的另一个连接端31相连，连接端25、连接端23、电阻r8的另一个连接端22和电阻r9的另一个连接端24悬空，通过调节电位器r
11
的电阻值，测量取样电阻r4、取样电阻r4的另一个连接端30和电位器r
11
的另一个连接端31的电压，可测得戴维南等效支路的电气特性。
[0080]
如图7所示，所述ccvs模块140包括取样电阻r5、取样电阻r6、电阻r
13
、电位器r
12
、电位器r
14
和ccvs受控源；电阻r
13
的一个连接端和电位器r
14
的一个连接端均与ccvs受控源的共地端33相连，取样电阻r6的一个连接端与电位器r
14
的一个连接端相连，取样电阻r5的一个连接端与电位器r
12
的一个连接端相连；取样电阻r5的另一个连接端32、电位器r
12
的另一个连接端34、ccvs受控源的共地端33、ccvs受控源的电流输入端35、ccvs受控源的电压输出端36、电阻r
13
的另一个连接端38和取样电阻r6的另一个连接端37均位于电路板本体的表面；
[0081]
当取样电阻r5的另一个连接端32和ccvs受控源的共地端33接入直流电压，电位器r
12
的另一个连接端34和ccvs受控源的电流输入端35相连，ccvs受控源的电压输出端36和取样电阻r6的另一个连接端37相连，电阻r
13
的另一个连接端38悬空，调节电位器r
14
阻值，测量取样电阻r5、r6的电压，用于研究ccvs受控源的电压输出特性；
[0082]
当取样电阻r5的另一个连接端32和ccvs受控源的共地端33接入直流电压，电位器r
12
的另一个连接端34和ccvs受控源的电流输入端35相连，ccvs受控源的电压输出端36和电
阻r
13
的另一个连接端38相连，取样电阻r6的另一个连接端37悬空，调节输入的直流电压值，测量取样电阻r5和电阻r
13
的电压，用于研究ccvs受控源的电流控制电压的特性。
[0083]
如图8所示，所述vccs模块150包括取样电阻r7，电位器r
15
和vccs受控源；vccs受控源的电压输入端负极为连接端40，连接端40接地，取样电阻r7的一个连接端与vccs受控源的电流输出端正极41相连；vccs受控源的电压输入端正极39、vccs受控源的电压输入端负极、vccs受控源的电流输出端负极42、vccs受控源的电流输出端正极41、取样电阻r7的另一个连接端43、电位器r
15
的两个连接端均位于电路板本体的表面；不使用时，电位器r
15
不与其余元件连接；
[0084]
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r7的另一个连接端43和电位器r
15
的一个连接端44相连，vccs受控源的电流输出端负极42和电位器r
15
的另一个连接端45相连，调节电位器r
15
的阻值，测量取样电阻r7的电压，用于研究vccs受控源的电流输出特性；
[0085]
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r7的另一个连接端43相连，电位器r
15
的两个连接端44和45悬空，调节输入的直流电压值，测量取样电阻r7的电压，用于研究vccs受控源的电压控制电流的特性。
[0086]
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r8、r9、r
10
、r
11
和六个电阻r
16
、r
17
、r
18
、r
19
、r
20
、r
21
；
[0087]
电阻r
16
、r
17
、r
18
均有一个连接端短接，电阻r
16
的另一个连接端与取样电阻r8的一个连接端相连，电阻r
17
的另一个连接端与取样电阻r9的一个连接端相连，构成t型结构二端口；电阻r
18
的另一个连接端47、取样电阻r8的两个连接端以及取样电阻r9的两个连接端均位于电路板本体表面；电阻r
18
的另一端可以引出多个接口；电阻r
19
的两端分别与取样电阻r
10
的一个连接端以及取样电阻r
11
的一个连接端相连，电阻r
20
的一个连接端和电阻r
21
的一个连接端分别与电阻r
19
的两端相连，电阻r
20
的另一个连接端与电阻r
21
的另一个连接端相连形成连接端50，构成π型结构二端口；取样电阻r
10
的两个连接端、取样电阻r
11
的两个连接端、连接端50均位于电路板本体表面；
[0088]
当电阻r
18
的另一个连接端47和取样电阻r8的另一个连接端46接入直流电压，连接端50、取样电阻r9的另一个连接端48、取样电阻r
10
的另一个连接端49和取样电阻r
11
的另一个连接端51悬空，测量取样电阻r8、电阻r
18
的另一个连接端47和取样电阻r9的另一个连接端48的电压，可计算t型结构二端口的传输参数t的a、c；
[0089]
当电阻r
18
的另一个连接端47和取样电阻r8的另一个连接端46接入直流电压，电阻r
18
的另一个连接端47和取样电阻r9的另一个连接端48相连，连接端50、取样电阻r
10
的另一个连接端49和取样电阻r
11
的另一个连接端51悬空，测量取样电阻r8和r9的电压，可计算t型结构二端口传输参数t的b、d；
[0090]
当连接端50和取样电阻r
10
的另一个连接端49接入直流电压，电阻r
18
的另一个连接端47、取样电阻r8的另一个连接端46、取样电阻r9的另一个连接端48和取样电阻r
11
的另一个连接端51悬空，测量取样电阻r
10
、连接端50和取样电阻r
11
的另一个连接端51的电压，可计算π型结构二端口传输参数t的a、c；
[0091]
当连接端50和取样电阻r
10
的另一个连接端49接入直流电压，连接端50和取样电阻
r
11
的另一个连接端51相连，电阻r
18
的另一个连接端47、取样电阻r8的另一个连接端46和取样电阻r9的另一个连接端48悬空，测量取样电阻r
10
和r
11
的电压，可计算π型结构二端口传输参数t的b、d。
[0092]
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
22
、r
23
、r
25
，电位器r
24
、电子开关、电容c3、电感l3、负阻抗变换器和独立的连接端52；负阻抗变换器的变比为2；
[0093]
电阻r
22
的一个连接端58、电阻r
23
的一个连接端和电位器r
24
的一个连接端与电子开关的输出端相连，电子开关同时与负阻抗变换器的接地端53相连；电感l3、电容c3和电阻r
25
依次相连，电阻r
25
与负阻抗变换器的接地端53相连；在电阻r
25
与电容c3之间引出连接端63，电容c3与电感l3之间引出连接端62；连接端52、电阻r
22
的另一个连接端54、电阻r
23
的另一个连接端55、电位器r
24
的另一个连接端56、电子开关的输入端57、连接端63、连接端62、电感l3的另一个连接端61以及负阻抗变换器的正向输入端59、反向输入端60、接地端53均位于电路板本体表面；
[0094]
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
22
的一个连接端58和负阻抗变换器的正向输入端59相连，负阻抗变换器的反向输入端60和连接端62相连，电感l3的另一个连接端61悬空，连接端52与电阻r
22
的另一个连接端54或电阻r
23
的另一个连接端55或电位器r
24
的另一个连接端56相连，构成极点位置可调的一阶rc电路，观测连接端63与负阻抗变换器的接地端53之间的电压波形，可观测到线性增加、指数增加和指数衰减的波形；
[0095]
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
22
的一个连接端58和负阻抗变换器的正向输入端59相连，负阻抗变换器的反向输入端60和电感l3的另一个连接端61相连，连接端62悬空，连接端52与电阻r
22
的另一个连接端54或电阻r
23
的另一个连接端55或电位器r
24
的另一个连接端56相连，构成极点位置可调的二阶rlc电路，可观测到等幅震荡、指数增幅震荡和指数衰减震荡的波形。
[0096]
如图11所示，所述动态电路状态轨迹模块180包括电位器r
28
、电容c4、电感l4以及两个电阻r
26
、r
27
；电阻r
26
的一端、电阻r
27
的一端和电位器r
28
的一端均与接地端65相连；电容c4的一个连接端和电感l4的一个连接端相连形成连接端66；接地端65、连接端66、电感l4的另一个连接端64，电容c4的另一个连接端67、电阻r
26
的另一个连接端68、电阻r
27
的另一个连接端69和电位器r
28
的另一个连接端70均位于电路板本体表面；
[0097]
当电感l4的另一个连接端64和接地端65接入方波电压，电容c4的另一个连接端67与电阻r
26
的另一个连接端68相连，构成欠阻尼电路；电容c4的另一个连接端67与电阻r
27
的另一个连接端69相连，构成过阻尼电路；电容c4的另一个连接端67与电位器r
28
的另一个连接端70相连，构成临界阻尼电路；在这三种电路中观测电容c4的另一个连接端67和接地端65的电压波形，可以研究动态电路状态轨迹。
[0098]
如图12所示，所述无源滤波器模块190包括四个电阻r
29
、r
30
、r
31
、r
32
和四个电容c5、c6、c7、c8；电阻r
29
的一个连接端与电阻r
30
的一个连接端相连，电容c5的一端和电容c6的一端分别与电阻r
30
的两端相连，电容c5的另一端和电容c6的另一端相连形成连接端72，构成无源低通滤波器；电容c7的一个连接端与电容c8的一个连接端相连，电阻r
31
的一端和电阻r
32
的一端分别与电容c8的两端相连，电阻r
31
的另一端和电阻r
32
的另一端相连形成连接端75，构成无源高通滤波器；连接端72、电阻r
29
的另一个连接端71、电阻r
30
的另一个连接端73、连接端75、电容c7的另一个连接端74和电容c8的另一个连接端76均位于电路板本体表面；
[0099]
当连接端72和电阻r
29
的另一个连接端71接入正弦交流电压信号，测量连接端72和电阻r
30
的另一个连接端73的输出电压，可测得无源低通滤波器的幅频特性；
[0100]
当连接端75和电容c7的另一个连接端74接入正弦交流电压信号，测量电容c8的另一个连接端76和连接端75的输出电压，可测得无源高通滤波器的幅频特性。
[0101]
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
33
、r
34
、r
35
、r
36
和四个电容c9、c
10
、c
11
、c
12
；电阻r
33
的一个连接端与电阻r
34
的一个连接端相连，电阻r
34
的另一端分别与一个运放的正向输入端和电容c
10
的一个连接端相连，电容c9的一端与电阻r
34
的和电阻r
33
之间的线路相连，电容c9的另一端与运放的输出端79相连，运放的反向输入端与运放的输出端79相连，构成有源低通滤波器；电容c
11
的一个连接端与电容c
12
的一个连接端相连，电容c
12
的另一端分别与另一个运放的正向输入端和电阻r
36
的一个连接端相连，电阻r
35
的一端与电容c
12
与电容c
11
之间的线路相连，电阻r
35
的另一端与运放的输出端82相连，运放的反向输入端与运放的输出端82相连，构成有源高通滤波器；电阻r
33
的另一个连接端77、电容c
10
的另一个连接端接78、一个运放的输出端79、电容c
11
的另一个连接端80、电阻r
36
的另一个连接端81以及另一个运放的输出端82均位于电路板本体表面；
[0102]
当电阻r
33
的另一个连接端77和电容c
10
的另一个连接端78接入正弦交流电压信号，测量电容c
10
的另一个连接端78和一个运放的输出端79的输出电压，可测得有源低通滤波器的幅频特性；
[0103]
当电容c
11
的另一个连接端80和电阻r
36
的另一个连接端81接入正弦交流电压信号，测量电阻r
36
的另一个连接端81和另一个运放的输出端82的输出电压，可测得有源高通滤波器的幅频特性。
[0104]
如图14所示，所述rlc串联电路模块210包括双向led、电感l5、电容c
13
、电位器r
39
和两个电阻r
37
、r
38
；双向led、电感l5和电容c
13
依次相连，电感l5与电容c
13
之间引出连接端85；电阻r
37
的一个连接端、电阻r
38
的一个连接端和电位器r
39
的一个连接端相连形成连接端84，连接端84接地；连接端84、连接端85、双向led的另一个连接端83、电容c
13
的另一个连接端86、电阻r
37
的另一个连接端87、电阻r
38
的另一个连接端88和电位器r
39
的另一个连接端89均位于电路板本体表面；
[0105]
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
13
的另一个连接端86与电阻r
37
的另一个连接端87或电阻r
38
的另一个连接端88或电位器r
39
的另一个连接端89相连时，可构成谐振频率一致、品质因数不同的三个rlc串联电路，通过测量连接端84和电容c
13
的另一个连接端86的电压，可得到谐振频率一致、品质因数不同的归一化谐振曲线。
[0106]
本发明的工作原理和工作流程是：
[0107]
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。
[0108]
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r5的另一个连接端32和ccvs受控源的共地端33接直流电
压，电位器r
12
的另一个连接端34与ccvs受控源的电流输入端35相连，电阻r
13
的另一个连接端38和取样电阻r6的另一个连接端37悬空，ccvs受控源的电压输出端36和ccvs受控源的共地端33构成受控电压源的两个输出；vccs受控源的电压输入正极39和vccs受控源的电压输入负极40输入直流电压，电位器r
15
的一个连接端44和电位器r
15
的另一个连接端45悬空，取样电阻r7的另一个连接端43和vccs受控源的电流输出负极42之间构成受控电流源的两个输出；受控电压源的两个输出分别与连接端23和电阻r8的另一个连接端22相连，受控电流源的两个输出分别与连接端23和电阻r9的另一个连接端24相连，连接端23和连接端25构成有源二端网络；将连接端25与取样电阻r4的另一个连接端30相连，连接端23与电位器r
11
的另一个连接端31相连，电阻r
10
的两个连接端26和28、连接端27悬空悬空；通过调节电位器r
11
的电阻值，测量取样电阻r4的电压，测量取样电阻r4的另一个连接端30和电位器r
11
的另一个连接端31的电压，可测得有源二端网络的连接端23和连接端25的电气特性。
[0109]
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
29
的另一个连接端71接入正弦交流电压信号，电阻r
30
的另一个连接端73与电容c
11
的另一个连接端80相连，连接端72与电阻r
36
的另一个连接端81相连，测量电阻r
36
的另一个连接端81和另一个运放的输出端82的输出电压，用于研究带通滤波器的幅频特性。
[0110]
本发明未述及之处适用于现有技术。