復(fù)雜直流電路與電路暫態(tài)的仿真分析

1、武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院教學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 課程名稱(chēng) 電路與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn) 成績(jī) 教師簽名 實(shí)驗(yàn)名稱(chēng) 復(fù)雜直流電路與電路暫態(tài)的仿 真分析 實(shí)驗(yàn)序號(hào) 2 實(shí)驗(yàn)日期 2012.11. 25 姓名 學(xué)號(hào) 專(zhuān)業(yè) 年級(jí)-班 一年級(jí) 一班 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皩?shí)驗(yàn)內(nèi)容 （本次實(shí)驗(yàn)所涉及并要求掌握的知識(shí)；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；必要的原理分析） 小題分： 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1. 熟悉基本定理、定律； 2. 掌握電壓法和電流法； 3. 了解電阻的 Y/ 等效變換，電源的 Y/U 等效變換。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 1. 測(cè)量復(fù)雜直流電路中各元件上的電壓； 2. 測(cè)量復(fù)雜直流電路中各元件上的電流； 3. 測(cè)量復(fù)雜直流電路中各電源單獨(dú)作用下各元件的電壓與電流； 4

2、. 測(cè)量復(fù)雜直流電路的等效電阻； 5. 測(cè)量復(fù)雜直流電路的等效電源； 6. 測(cè)量復(fù)雜直流電路的節(jié)點(diǎn)電壓； 7. 測(cè)量復(fù)雜直流電路的支路電流； 8. 測(cè)量 RC 電路的電壓波形； 9. 測(cè)量 RL 電路的電壓波形。 原理分析： 1. 基爾霍夫電流定律：在任一瞬時(shí)，流向某一結(jié)點(diǎn)的電流之和恒等于由該結(jié)點(diǎn)流出的 電流之和； 2. 基爾霍夫電壓定律：在任一瞬間，沿電路中的任一回路繞行一周，在該回路上電動(dòng) 勢(shì)之和恒等于各電阻上的電壓降之和； 3. 疊加原理：在線(xiàn)性電路中，有多個(gè)電源同時(shí)作用時(shí)，任一支路的電流或電壓都是電路 中每個(gè)獨(dú)立電源單獨(dú)作用時(shí)在該支路中所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和； 4. 戴維寧定理：任

3、何一個(gè)線(xiàn)性有源二端網(wǎng)絡(luò)，總可以用一個(gè)理想電壓源和一個(gè)等效電阻 串聯(lián)來(lái)代替； 5. 等效電阻： 幾個(gè)連接起來(lái)的電阻所起的作用，可以用一個(gè)電阻來(lái)代替，這個(gè)電阻 就是那些電阻的等效電阻； 6. RC 電路動(dòng)態(tài)響應(yīng)：開(kāi)關(guān)閉合、斷開(kāi)，電容會(huì)相應(yīng)充電、放電； 7. RL 電路動(dòng)態(tài)響應(yīng)：開(kāi)關(guān)閉合、斷開(kāi)，電感會(huì)儲(chǔ)藏、釋放電磁能。 二、實(shí)驗(yàn)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)步驟 （本次實(shí)驗(yàn)所使用的器件、儀器設(shè)備等的情況；具體的實(shí)驗(yàn)步驟） 小題分： 實(shí)驗(yàn)環(huán)境： 1. 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)： Multisim ； 2. 虛擬儀器：萬(wàn)用表、示波器、信號(hào)源等； 3. 虛擬器件：電源、電阻、電容、電感、開(kāi)關(guān)等。 實(shí)驗(yàn)步驟： 一、基爾霍夫電壓定律 1. 畫(huà)好

4、電路圖； 2. 取 E1=12V 、E2=10V 、R1=1k、R2=2k、R3 分別取 1、2、3、4、5k； 3. 按電路圖連接完畢； 4. 更換 R3 阻值，分別測(cè)量 R1、R2、E1、E2兩端電壓； 5. 記錄數(shù)據(jù)； 6. 分析數(shù)據(jù)，計(jì)算 UE1UR1UR2UE2 是否等于零。 二、基爾霍夫電流定律 1. 畫(huà)好電路圖； 2. 取 E1=12V 、E2=10V 、R1=1k、R2=2k、R3 分別取 1、2、3、4、5k； 3. 按電路圖連接完畢； 4. 更換 R3阻值，分別測(cè)量通過(guò) R1、R2、R3 的電流； 5. 記錄數(shù)據(jù)； 6. 分析數(shù)據(jù)，計(jì)算 IR2+IR3=IR1 是否成立。

5、三、電源疊加原理 1. 畫(huà)好電路圖； 2. 取 E1=12V 、E2=10V 、R1=1k、R2=2k、R3 分別取 1、2、3、4、5k； 3. 按電路圖連接完畢； 4. 先使 E1單獨(dú)作用，更換 R3阻值，測(cè)量 R3兩端電壓 UE1 及通過(guò)它的電流 IE1； 5. 再使 E2單獨(dú)作用，更換 R3阻值，測(cè)量 R3兩端電壓及 UE2 通過(guò)它的電流 IE2； 6. 讓 E1、E2 同時(shí)作用，更換 R3阻值，測(cè)量 R3 兩端電壓 UR3及通過(guò)它的電流 IR3； 7. 記錄數(shù)據(jù)； 8. 分析數(shù)據(jù)，計(jì)算 UE1+UE2=U R3、 I E1+I E2=I R3 是否成立。 四、等效電阻 1. 畫(huà)好電路

6、圖； 2. 取 E1=12V ，E2=10V ，R1=R5=0.5， R2=1k， R4=2k， R3分別取 1、2、3、4、5k ， R6=2、 3、4、5、6k， R7=3、4、5、6、7k； 3. 按電路圖連接完畢，計(jì)算等效阻值RL 的值； 4. 測(cè)原電路電壓與等效電阻兩端電壓作對(duì)比。 五、等效電源 1. 畫(huà)好電路圖； 2. 根據(jù)要求屈指相應(yīng)數(shù)值的元件，連接元件； 3. 計(jì)算等效電阻； 4. 測(cè)量等效電阻出斷路電壓、短路電流； 5. 根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算等效電源內(nèi)阻。 六、RC 直流電路暫態(tài)分析 1.畫(huà)好電路圖； 2.選取所需元件連接電路圖； 3.測(cè)量電容 C 兩端電壓在開(kāi)關(guān)閉合、斷開(kāi)瞬間的

7、變化； 4.在示波器中觀(guān)察該變化。 七、 RL 直流電路暫態(tài)分析 1.畫(huà)好電路圖； 2.選取所需元件連接電路圖； 3.測(cè)量電感 L 兩端電壓在開(kāi)關(guān)閉合、斷開(kāi)瞬間的變化； 4.在示波器中觀(guān)察該變化。 三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程分析 （詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生的故障和問(wèn)題， 進(jìn)行故障分析， 說(shuō)明故障排除的 過(guò)程及方法。根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)，記錄、整理相應(yīng)的數(shù)據(jù)表格、繪制曲線(xiàn)、波形 等） 小題分： 測(cè)量復(fù)雜直流電路中各元件上的電壓（驗(yàn)證 KVL ） R3( k) 1 2 3 4 5 UR1(V) 5.2 3.5 2.727 2.286 2 UR2(V) 3.2 1.5 0.727 0.286 0 UE1(V) 12 12

8、12 12 12 UE2(V) 10 10 10 10 10 根據(jù)數(shù)據(jù)，有無(wú)論 R3 取何值，都有 UE1 UR1UR2UE2=0. 測(cè)量復(fù)雜直流電路中各元件上的電流（ KCL ） R3 （ k） 1 2 3 4 5 IR3（mA） 6.801 4.249 3.091 2.428 2 IR1（mA） 5.2 3.499 2.727 2.286 2 IR2（mA） 1.6 0.751 0.364 0.140 0 根據(jù)數(shù)據(jù)，有無(wú)論 R3 取何值，都有 IR2+IR3=IR1。 復(fù)雜直流電路中各電源 E1 單獨(dú)作用下各元件的電壓與電流 R3（k） 1 2 3 4 5 U E1（V） 4.8 6 6.

9、545 6.858 7.059 IE1（mA） 4.8 3 2.182 1.714 1.412 復(fù)雜直流電路中各電源 E2 單獨(dú)作用下各元件的電壓與電流 R3(k) 1 2 3 4 5 U E2（V） 2 2.5 2.727 2.857 2.941 IE2（ mA ） 2 1.25 0.909 0.714 0.588 復(fù)雜直流電路中各電源 E1和 E2 一同作用下各元件的電壓與電流 R3 開(kāi)路電壓 UR3(V) 11.333 R3 短路電流 IR3（mA） 17 R3 （ k） 1 2 3 4 5 URL（V） 6.8 8.501 9.273 9.715 10 IRL （mA） 6.8 4.2

10、49 3.091 2.428 2 分析數(shù)據(jù)得，不論 R3 為何值，都有 UE1+U E2=UR3、IE1+IE2=IR3。 戴維寧定理的驗(yàn)證 所以，等效電源電動(dòng)勢(shì)為 U 0=11.333V 等效電阻 R0=U0/IR3=666.65 復(fù)雜直流電路中的等效電阻 R3（ k） 1 2 3 4 5 R6（ k） 2 3 4 5 6 R7（ k） 3 4 5 6 7 RL（k） 2.2 3.714 5.222 6.727 8.230 URL（V） 8.696 9.608 10.094 10.31 10.484 IRL（mA ） 3.954 2.586 1.924 1.533 1.274 URL（V）

11、8.696 9.608 10.094 10.31 10.484 I RL （ mA ） 3.954 2.588 1.924 1.533 1.274 復(fù)雜直流電路中的等效電源 1 2 3 4 5 2 3 6 4 5 3 6 4 5 7 -12 -6 0 6 12 0 2 6 12 4 2.2 E1（V） E2（V） RC 動(dòng)態(tài)電路 R3（ k） R6（k） R7（k） RL（k） 3.714 5.222 6.727 8.230 IRL（mA ） -2.791 -0.761 0.226 0.812 1.348 IRL（ mA） -2.791 -0.761 0.226 0.812 1.348 RL 動(dòng)態(tài)電路 四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié) （對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，完成思考題目，總結(jié)實(shí)驗(yàn)的新的體會(huì)，并提出實(shí)驗(yàn) 的改進(jìn)意見(jiàn)） 小