電路仿真試驗報告

1、本科實驗報告實驗名稱： 電路仿真課程名稱：電路仿真實驗時間：任課教師：實驗地點：實驗教師：實驗類型： 原理驗證 綜合設(shè)計 自主創(chuàng)新學(xué)生姓名：學(xué)號/班級：組號：學(xué) 院：信息與電子學(xué)院同組搭檔：專 業(yè)：成績：實驗 1 疊加定理的驗證1. 原理圖編輯 :分別調(diào)出 接地符 、電阻 R1、R2、R3、R4，直流電壓源、直流電流 源，電流表電壓表（ Group:Indicators, Family:VOLTMETER 或AMMETE）R注意電流表和電壓表的參考方向），并按上圖連接；2. 設(shè)置電路參數(shù)：電阻 R1=R2=R3=R4=1，直流電壓源 V1 為 12V，直流電流源 I1 為10A。3實驗步驟：1

2、）、點擊運行按鈕記錄電壓表電流表的值 U1和 I1 ；2）、點擊停止按鈕記錄，將直流電壓源的電壓值設(shè)置為0V，再次點擊運行按鈕記錄電壓表電流表的值 U2和 I2 ；3）、點擊停止按鈕記錄，將直流電壓源的電壓值設(shè)置為 12V，將 直流電流源的電流值設(shè)置為 0A，再次點擊運行按鈕記錄電壓表電流 表的值 U3和 I3 ；4. 根據(jù)疊加電路分析原理 , 每一元件的電流或電壓可以看成是每 一個獨立源單獨作用于電路時， 在該元件上產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù) 和。所以，正常情況下應(yīng)有 U1=U2+U3,I1=I2+I3; 經(jīng)實驗仿真：當(dāng)電壓源和電流源共同作用時， U1=-1.6V I1=6.8A.當(dāng)電壓源短路即

3、設(shè)為 0V, 電流源作用時， U2=-4V I2=2A當(dāng)電壓源作用，電流源斷路即設(shè)為 0A時， U3=2.4V I3=4.8A所以有 U1=U2+U3=-4+2.4=-1.6V I1=I2+I3=2+4.8=6.8A 驗證了原理實驗 2 并聯(lián)諧振電路仿真2. 原理圖編輯 :分別調(diào)出 接地符 、電阻 R1、R2，電容 C1，電感 L1，信號源 V1， 按上圖連接并修改按照例如修改電路的網(wǎng)絡(luò)標號；3. 設(shè)置電路參數(shù)：電阻 R1=10，電阻 R2=2K ，電感 L1=2.5mH,電容 C1=40uF。信 號源 V1 設(shè)置為 AC=5v，Voff=0 ，F(xiàn)reqence=500Hz。4. 分析參數(shù)設(shè)置

4、：AC分析：頻率范圍 1HZ100MHZ，縱坐標為 10 倍頻程，掃描點數(shù) 為 10，觀察輸出節(jié)點為 Vout 響應(yīng)。TRAN分析： 分析 5個周期輸出節(jié)點為 Vout 的時域響應(yīng)。實驗結(jié)果：要求將實驗分析的數(shù)據(jù)保存 ( 包括圖形和數(shù)據(jù) ) ，并驗證結(jié)果是否 正確，最后提交實驗報告時需要將實驗結(jié)果附在實驗報告后。根據(jù)并聯(lián)諧振電路原理 , 諧振時節(jié)點 out 電壓最大且諧振頻率為 w0=1/ LC = 10 * 1000 ，f0=w0/2 =503.29Hz 諧振時節(jié)點 out 電壓 理論值由分壓公式得 u=2000/(2000+10)*5=4.9751V.當(dāng)頻率低于諧振頻率時， 并聯(lián)電路表現(xiàn)為

5、電感性， 所以相位為 90當(dāng)頻率等于諧振頻率時， 并聯(lián)電路表現(xiàn)為電阻性， 所以相位為 0 當(dāng)頻率高于諧振頻率時， 并聯(lián)電路表現(xiàn)為電容性， 所以相位為 -90 經(jīng)仿真得諧振頻率為 501.1872Hz，諧振時節(jié)點電壓為 4.9748V. 相頻特性與理論一致。由信號源的 f=500Hz，可得其周期為 0.002s, 為分析 5 個周期，所以設(shè)瞬態(tài)分析結(jié)束時間為 0.01s. 得如下仿真結(jié)果：仿真數(shù)據(jù)：(從 excel 導(dǎo)出)X- 銅線Y- 銅線1:V(vout) 1:V(vout)1 0.0078540031.258925412 0.0098876191.584893192 0.012447807

6、1.995262315 0.0156709222.511886432 0.0197286463.16227766 0.0248371423.981071706 0.0312686035.011872336 0.0393658256.309573445 0.0495606047.943282347 0.062397029100.07856103812.58925412 0.09891811715.848931920.12456172219.952623150118864320.19761965531.62277660.24903651239.810717060.3140

7、1397450.118723360.39631068463.095734450.50090722879.432823470.6345750931000.80685405125.89254121.031819265158.48931921.331400224199.52623151.74164406251.1886432 2.32321984 316.227766 3.165744766398.1071706 4.274434884501.1872336 4.97484754630.9573445 4.314970112 794.3282347 3.2023465571000 2.3487236

8、84 1258.925412 1.7593428881584.893192 1.344114189 1995.262315 1.0412497592511.886432 0.8140151823162.277660.6401003443981.0717060.5052151815011.8723360.3996923336309.5734450.3166800157943.2823470.251144179100000.1992888112589.254120.15819950915848.931920.12561162919952.623150.09975145725118.864320.0

9、7922266831622.77660.06292242239810.717060.04997785950118.723360.03969722263095.734450.03153182179432.823470.0250462131000000.019894713125892.54120.015802831158489.31920.012552584199526.23150.009970847251188.64320.007920112316227.7660.006291162398107.1706 0.004997245501187.2336 0.003969451630957.3445

10、0.003153046794328.23470.00250455310000000.0019894371258925.4120.0015802661584893.1920.001255251995262.3150.000997082511886.4320.0007920093162277.660.0006291153981071.7060.0004997245011872.3360.0003969456309573.4450.0003153047943282.3470.000250455100000000.00019894412589254.120.00015802715848931.920.

11、00012552519952623.159.9708E-0525118864.32 7.92009E-05 31622776.6 6.29115E-0539810717.06 4.99724E-05 50118723.36 3.96945E-0563095734.45 3.15304E-05 79432823.47 2.50455E-05100000000 1.98944E-05實驗 3 含運算放大器的比例器仿真1. 原理圖編輯 :分別調(diào)出電阻 R1、R2，虛擬運算放大器 OPAMP_3T_VIRT（UA在ANALOG庫中的 ANALOG_VIRTUA中L，放置時 注意同相和方向引腳的方向）；

12、調(diào)用虛擬儀器函數(shù)發(fā)生器 Function Generator 與虛擬示波器Oscilloscope 。2. 設(shè)置電路參數(shù)：電阻 R1=1K，電阻 R2=5K。信號源 V1設(shè)置為 Voltage=1v 。函數(shù)發(fā)生器分別為正弦波信號、方波信號與三角波信號。頻率均為 1khz ，電壓值均為 1。其中方波信號和三角波信號占空比均為50%。3. 分析示波器測量結(jié)果：實驗結(jié)果 :只記錄數(shù)據(jù) （并考慮 B通道輸入波形和信號發(fā)生器的設(shè)置什么關(guān)系）將測量結(jié)果保存，并利用電路分析理論計算結(jié)果驗證。9.995=-5- 1.9999.960=-5- 1.992-102=-5由電路分析原理，輸出與輸入反向，且放大 5

13、倍，與仿真結(jié)果一致。電路分析過程如下圖：實驗 4 二階電路瞬態(tài)仿真上圖中其中 C1 的電容值分別取 1000u，500u， 100u，10u，其 他參數(shù)值如圖所示。利用 multisim 軟件使用瞬態(tài)分析求出上圖中各 節(jié)點的 Vout 節(jié)點的時域響應(yīng) , 并能通過數(shù)據(jù)計算出對應(yīng)電容取不同 參數(shù)時電路諧振頻率 （零輸入響應(yīng) ）。電容 1000 500 100 10周期 6.2414ms 4.4245ms 2.0059ms 665.0827us諧 振 頻 率 159.15Hz 225.07Hz 503.29Hz1591.55Hz此仿真屬于 LC 電路中的正弦振蕩， 由于沒有電阻， 由初始儲能 維持

14、，儲能在電場和磁場之間往返轉(zhuǎn)移， 電路中的電流和電壓將不斷 地改變大小和極性，形成周而復(fù)始的等幅振蕩。實驗 5 戴維南等效定理的驗證Figure 1 電路原理圖1. 原理圖編輯 :1) 分別調(diào)出 接地符、電阻 R，直流電壓源電流表電壓表(注意電 流表和電壓表的參考方向)，并按 Figure 1 連接運行，并記錄電 壓表和電流表的值；2) 如Figure 2連接， 將電壓源從電路中移除，并使用虛擬一下數(shù)字萬用表測試電路阻抗；Figure 2 電路等效電阻測量3) 如 Figure 3 連接， 將電阻 RL從電路中移除，并使用電壓表測量開路電壓；Figure 3 電路開路電壓值測量4) 如 Fig

15、ure 4 連接， 驗證戴維南定理；Figure 4 戴維南等效電路圖2. 設(shè)置電路參數(shù)：電阻、電源參數(shù)如上述圖中所示。3實驗步驟：如原理通編輯步驟，分別測試對應(yīng)電路的電壓、電流和電阻值。4. 實驗結(jié)果：比較 Figure 1 和 Figure 4 中電壓表和電流表的值的異同，并解釋原因。原電路結(jié)果： （figure1 ）將電壓源移除測得等效阻抗為 223 歐。測開路電壓：戴維南等效電路：由戴維南等效定理可知， 含源單口網(wǎng)絡(luò)無論其結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜， 就其端 口來說，可等效為一個電壓源串聯(lián)電阻支路。 電壓源電壓等于該網(wǎng)絡(luò) 的開路電壓，串聯(lián)電阻等于網(wǎng)絡(luò)中所有獨立源為零時網(wǎng)絡(luò)的等效電 阻。等效電阻理論值

16、： 220/330+91=220*330/（ 220+330）+91=132+91=223開路電壓理論值： 220/（ 220+330） *10=4V 將單口網(wǎng)絡(luò)換為電壓源與等效電阻支路后， Figure 1 和 Figure 4 中 電壓表和電流表的值的相同， 且等效電阻和開路電壓的仿真結(jié)果與理 論值一致，驗證了戴維南等效定理。實驗 2 元件模型參數(shù)的并聯(lián)諧振電路1. 原理圖編輯，設(shè)置參數(shù)：分別調(diào)出電阻 R、電感 L 、電容 C 和信號源 V1 (注意區(qū)分信號源族 (SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES )和電源族( POWER_SOURCES)中，交 流電壓源的區(qū)別，信號源的 AC

17、 設(shè)置為 5)， 參數(shù)如圖所示(課上已經(jīng)重點 強調(diào))。2. 參數(shù)掃描分析設(shè)置： simulate Parameter Sweep：AC 分析設(shè)置：掃描范圍 1Hz100MHz, 橫坐標掃描模式為 Decade,縱坐標為線 性。每十倍頻程掃描點數(shù)為 10點，同學(xué)們自己設(shè)置 100和 1000點并分析所 得結(jié)果的異同。3. 觀察電容的容值發(fā)生變化時，記錄電路的幅頻響應(yīng)。在實驗報告中重點分析 響應(yīng)波形不同的原因。并介紹 AC 分析和參數(shù)分析的特點。4. 掃描點數(shù)為 10 點： 求諧振頻率的公式為 w0=1/ LC ，f0=w0/2 ，所以 C 越小，諧振頻率越大。并聯(lián) GLC 電路通頻帶 BW=G/

18、C, 所以 C 越小，通頻帶越長。與仿真曲線吻合。AC 分析是在正弦小信號工作條件下的一種頻域分析。它可以計算電路的幅 頻特性和相頻特性， 在進行交流頻率分析時， 首先分析電路的直流工作點， 并在 直流工作點處對各個非線性元件做線性化處理， 得到線性化的交流小信號等效電 路，并用交流小信號等效電路計算電路輸出交流信號的變化。參數(shù)掃描分析是在用戶指定每個參數(shù)變化值的情況下， 對電路的特性進行分析。當(dāng) C=4e-007 時，諧振頻率的理論值為 f=5032Hz. 仿真值為 5011.9當(dāng) C=4e-006 時，諧振頻率的理論值為 f=1591.5Hz. 仿真值為 1584.9當(dāng) C=4e-005 時，諧振頻率的理論值為 f=503.29Hz. 仿真值為 501.19當(dāng) C=4e-004 時，諧振頻率的理論值為 f=159.15Hz. 仿真值為 158.49 當(dāng)掃描 100 個點時當(dāng)掃描 1000 個點時 掃描點數(shù)越多，曲線越平滑，仿真值越貼近理論值。實驗 3 電路過渡過程的仿真分析1. 原理圖編輯，設(shè)置參數(shù)：分別調(diào)出電阻 R、電感 L、電容 C、接地符 和信號源 V1，其中，信號源是 Source 庫 SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES 組中調(diào)用 PULSE_VOLTAGE ，參數(shù)如下： Initial Value 0V ，P