北理工電路仿真實(shí)驗(yàn)

1、北京雙工人堂本科實(shí)驗(yàn)報告實(shí)驗(yàn)名稱：電路仿真實(shí)驗(yàn)課程名稱：電路仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)時間：任課教師：實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)教師：實(shí)驗(yàn)類型：?原理驗(yàn)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:侑息與電子學(xué)院W*WV 0* riMfCkfeUlWN f VLMTWNiCf實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)1.疊加定理的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)步驟：(1)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。注意電流表和電壓表的參考方向)。所有的電阻均設(shè)為1 ，直流電壓洞1為12V,直流電流源I1為10A。(2)點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕記錄電壓表電流表的值U1和I1 ;(3)點(diǎn)擊停止按鈕記錄，將直流

2、電壓源的電壓值設(shè)置為0V,再次點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕記錄電壓表電流表的值 U2和I2;(4)點(diǎn)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(diǎn)擊運(yùn)行按鈕記錄電壓表電流表的值U3和I3;實(shí)驗(yàn)結(jié)果：按順序分別為兩電源同時激勵，電流源單獨(dú)激勵，電壓源單獨(dú)激勵：由線性電阻、線性受控源及獨(dú)立源組成的電路中，每一元件的電流或電壓可以看成是每一 個獨(dú)立源單獨(dú)作用于電路時，在該元件上產(chǎn)生惡電流或電壓的代數(shù)和，這就是疊加原理。本次 的電路仿真實(shí)驗(yàn)充分驗(yàn)證了疊加原理的正確性。如圖所示，第一幅圖片上的電壓表和電流表的 數(shù)值分別等于二三幅圖片上電壓表和電流表的代數(shù)和。結(jié)果驗(yàn)證：電流表：6

3、.800A=2.000A+4.800A電壓表：-1.600V=-4.000V+2.400V滿足理論分析的結(jié)果，驗(yàn)證了疊加定理。實(shí)驗(yàn)2.并聯(lián)諧振電路仿真實(shí)驗(yàn)步驟：R2,電容C1,電感L1,信號源V1,按原理圖連接并1 .分別調(diào)出接地符、電阻 R1、 修改按照例如修改電路的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號。2 .然后調(diào)整電路元件參數(shù)：電阻 R1=10 Q,電阻R2=2KQ,電感L1=2.5mH,電容C1=40uF。信號源 V1 設(shè)置為 AC=5v , Voff=0 , Freqence=500Hz。3 .分析參數(shù)設(shè)置：AC分析：頻率范圍1HZ100MHZ,縱坐標(biāo)為10倍頻程，掃描點(diǎn)數(shù)為10,觀察輸出節(jié)點(diǎn)為Vout響應(yīng)。T

4、RAN分析：分析5個周期輸出節(jié)點(diǎn)為 Vout的時域響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：按照順序分別為實(shí)驗(yàn)原理圖，AC分析圖像與瞬態(tài)分析圖像：U燦一中迎一分析：RLC并聯(lián)諧振角頻率3是”=麓，同時可以算出1當(dāng)3c二版時滿足諧振發(fā)生條件。則該諧振頻率為二蘇百。由RLC并聯(lián)諧振電路的特點(diǎn)可以知道在諧振時該電路呈電阻性，阻抗的模最大，導(dǎo)納的 模最小。證明該電路在電壓一定時，諧振時該并聯(lián)部分中流過電容和電感的電流達(dá)到了最大值 且并聯(lián)部分的電壓與外施電流同相。結(jié)果分析：1 _此電路的諧振頻率一 2底一 503.29HZ 500H7.,而且此電路電源的頻率也恰好為 500HZ ,所以可知此該電路處在諧振狀態(tài)下。由AC分析的兩張

5、圖可知當(dāng)頻率為 500Hz時，電壓最大，且兩端的電壓與電流同相和預(yù)測 結(jié)果符合的很好。再看由瞬態(tài)分析結(jié)果，也可以看出當(dāng)頻率為500Hz時，電路處于諧振狀態(tài)下。并且此時電壓值達(dá)到了 5V,在有一個電阻串聯(lián)綜上所述，在誤差允許的范圍內(nèi)，可以證明電路在此時刻發(fā)生了諧振。實(shí)驗(yàn)3.含運(yùn)算放大器的比例器仿真 實(shí)驗(yàn)步驟：1 .分別調(diào)出電阻R1、R2,虛擬運(yùn)算放大器OPAMP_3T_VIRTUA (在 ANALOG 庫中的ANALOG_VIRTUAL 中，放置時注意同相和方向引腳的方向)。2 .在軟件界面右側(cè)調(diào)用虛擬儀器函數(shù)發(fā)生器Function Generator與虛擬示波器 Oscilloscope。然后

6、設(shè)置電阻 R1=1KQ,電阻 R2=5KQ。3 .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%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果。所記錄數(shù)據(jù)在后文的分析中顯示。分析：此電路為一反相比例放大器電路，且反向比例放大器的輸入/輸出關(guān)系是，其中的以為示波器a通道所測得的電壓， 小為示波器B通道所測得的電 壓。當(dāng)頻率發(fā)生器峰值設(shè)為 1V時，因?yàn)樾盘栞敵霾唤?jīng)過公共端，所以電壓幅值是設(shè)置值的2倍，峰-峰值是設(shè)置值的四倍。所以 B通道的波形幅值應(yīng)為2V。結(jié)果分析：(1)當(dāng)輸入信號波形為正弦波時，使示波器兩光標(biāo)處于A通道波形相鄰波峰上，此時兩光標(biāo)在B通道波形

7、上恰好處于兩相鄰波谷。暫停電路并記錄此時刻通道A和通道B的電壓現(xiàn)在有一組數(shù)據(jù)：TimeChannel AChannel B86.767ms9.939V-1.988V85.767ms9.939V-1.988V由圖形及數(shù)據(jù)得，兩通道波形頻率相同但反相。A通道波形電壓幅值為B通道電壓幅值的1=-439伸7=-5,在誤差允許的范圍內(nèi)，滿足理論分析結(jié)果。(2)當(dāng)輸入信號波形為三角波時，使示波器兩光標(biāo)處于A通道波形相鄰波峰上，此時兩光標(biāo)在B通道波形上恰好處于兩相鄰波谷。暫停電路并記錄此時刻通道A和通道B的電壓現(xiàn)在有一組數(shù)據(jù)：TimeChannel AChannel B28.000ms9.999V-2.00

8、0V29.000ms9.999V-2.000V由圖形及數(shù)據(jù)得，兩通道波形頻率相同但反相。A通道波形電壓幅值為B通道電壓幅值的小片-4,9995=-5,在誤差允許的范圍內(nèi)，滿足理論分析結(jié)果。(3)當(dāng)輸入信號波形為方波時，使示波器兩光標(biāo)處于A通道波形相鄰波峰上，此時兩光標(biāo)在B通道波形上恰好處于兩相鄰波谷。暫停電路并記錄此時刻通道A和通道B的電壓值?，F(xiàn)在有一組數(shù)據(jù)：TimeChannel AChannelB10.496ms-10.000V2.000V9.492ms-10.000V2.000V由圖形及數(shù)據(jù)得，兩通道波形頻率相同但反相。A通道波形電壓幅值為B通道電壓幅值10,000 L的一旃-二-5,仍

9、然滿足理論分析結(jié)果。實(shí)驗(yàn)4.二階電路瞬態(tài)仿真實(shí)驗(yàn)步驟：1 .調(diào)出一個電容初始電壓設(shè)置為5V。再調(diào)出一個電感，設(shè)置為 1mH。2 .分析參數(shù)設(shè)置：打開參數(shù)掃描設(shè)置，掃描參數(shù)選擇器件參數(shù)，器件類型選擇Capacitor,名稱為C1 ,參數(shù)為 capacitance,掃描變差類型選擇列表，值列表輸入：0.001, 0.0005,0.0001,0.00001,待掃描的分析選擇瞬態(tài)分析，在編輯分析中初始條件選擇用戶自定 義，結(jié)束時間輸入0.02g為使仿真更加精確，調(diào)整最大時間步長由1e-005s - 1-007SO輸出選擇V(out)。點(diǎn)擊仿真，查看結(jié)果并調(diào)出光標(biāo)保存數(shù)據(jù)。3 .保存實(shí)驗(yàn)結(jié)果并分析。實(shí)驗(yàn)

10、結(jié)果：瞬態(tài)分析圖瞬態(tài)分析?5參數(shù)掃描分析圖mice PHEEOlfH Swp2SM0-5 DGOD： 3MX2SOMUrniSDOXhi分析：首先進(jìn)行理論計算：W1tt 、“上l - r f = 577 = 159L55 Hlz當(dāng)C1=10(iF時，諧振頻率為：21r占卜M;tv 1tt 、“上l - r f= z. x 50311129Hzi當(dāng)C1=100 pF時，諧振頻率為： 加 2碼;回1f = - 77 S OH117當(dāng)C1=500 1時，諧振頻率為： 一即一而%而 ；W1f Hu 1 5Q 1 H7當(dāng)C1=1000科時，諧振頻率為： 加一加乒 ,62 83時由結(jié)果分析：當(dāng)C1=10

11、時，使光標(biāo)位于兩相鄰波峰處，得相鄰兩波峰之間的時間間隔為1 _此可得諧振頻率為：f=融而=159L596MZ ；當(dāng)C1=100 口時，使光標(biāo)位于兩相鄰波峰處，得相鄰兩波峰之間的時間間隔為1sr MF1.9869?時由此可得諧振頻率為：K旃而二 5032J7R當(dāng)C1=500 口時，使光標(biāo)位于兩相鄰波峰處，得相鄰兩波峰之間的時間間隔為4.4429M由此可得諧振頻率為：二而西 g口田乜.當(dāng)C1=1000 口時，使光標(biāo)位于兩相鄰波峰處，得相鄰兩波峰之間的時間間隔為G283L時由此可得諧振頻率為：上證兩募二159,157”在誤差允許的范圍內(nèi)，四種情況下均滿足理論分析結(jié)果。實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)1.戴維南等效定理的驗(yàn)

12、證實(shí)驗(yàn)步驟：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），調(diào)整元件以及電源的值，并按電路原理圖連接運(yùn)行，記錄電壓表和電流表的值。2 .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并記錄。3 .將電阻RL從電路中移除，并使用電壓表測量開路電壓并記錄。4 .將電路按照戴維南等效電路連接，記錄電流表電壓表示數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果:R2A/A91QR1AAV330 Q5.772mU2DC 1e-0090hm_LV1二 10 VR3 2200RL 470。DC WMOhm*RIVA-330 ft測得電阻值為R32300XMLL1WlUIOhm理論分析：正如戴維

13、南定理所述：含電源和線性電阻、受控源的單口網(wǎng)絡(luò)，不論其結(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。電壓源的電壓等于該網(wǎng)絡(luò)N的開路電壓小，串聯(lián)電阻1%等于該網(wǎng)絡(luò)中所有獨(dú)立源為零值時所得網(wǎng)絡(luò)口的等效電阻口滴。該實(shí)驗(yàn)中開路, Li = 4V電壓可,等效電阻&1b = 22311,由此我們可以得到該電路的戴維南等效電路圖如最后幅所示，其端口設(shè)備的所有值均與之前相同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：戴維南等效電路端口端與原電路產(chǎn)生了同樣的響應(yīng)，成功驗(yàn)證了戴維南等效定理。實(shí)驗(yàn)2.元件模型參數(shù)的并聯(lián)諧振電路實(shí)驗(yàn)步驟：1、調(diào)出兩個電阻一個電感一個 電容以及一個 SIGNAL VOLTAGE SOURCE 中 的

14、AC_VOLTAGE 。設(shè)置兩電阻為10和2k心 電容2.5mH。電壓源峰值5V, 500Hz,交流分析量值為5V。2、分析參數(shù)設(shè)置：打開參數(shù)掃描設(shè)置，掃描參數(shù)選擇器件參數(shù)，器件類型選擇Capacitor,名稱為 C1,參數(shù)為capacitance掃描變差類型選擇列表，值列表輸入：4e-007,4e-006,4e-005,4e-004,待掃描的分析選擇交流分析，掃描范圍1Hz100MHz,橫坐標(biāo)掃描模式為 Decade,每十倍頻程掃描點(diǎn)數(shù)分別為10、100、1000點(diǎn)?？v坐標(biāo)為線性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：題tuna 1面口皿1他埠Td.l 1WXII m DilIDDamik 1 DDm4DDD0M IB

15、MDZM1口加加，._=心Ath上 mKia，皿 IMi4ufl；13M=中皿i 皿麗iMUuimI4M0110和100點(diǎn)時圖上圖只貼出當(dāng)每十倍頻程掃描點(diǎn)數(shù)為1000點(diǎn)時的仿真圖像。當(dāng)掃描點(diǎn)數(shù)為像與1000點(diǎn)的圖像形狀大致一樣，但是掃描點(diǎn)數(shù)越大，圖像曲線越光滑。分析：, 7 I - fi_ J I此次并聯(lián)諧振實(shí)驗(yàn)中所用到電容的電容值分別為4x10 F、4K 1 F、4x101和W14 x 10，1Fo根據(jù)諧振關(guān)系我們可以求得各個不同電容下的諧振頻率= 麗，分別為5032.92HZ、1591.55HZ、503.29HZ和159.15HZ。由于我們掃描的是電容兩端的電壓值，所以 在圖上不會出現(xiàn)超高

16、電流的情況，也就是說不論電容值為多少，諧振時只會出現(xiàn)電容兩端的電 壓達(dá)到最大（即電源電壓值），因?yàn)榇藭r電路的電流和電壓的相位差為零，電阻上的電壓值為 可以達(dá)到電源電壓，從而使電容和電感兩端的電壓值也最大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：當(dāng)C = 4xi0 F時，測得諧振頻率f= 5035.0611%當(dāng)C = 4 m1,F時測得諧振頻率f= 1592.2U9HZ;當(dāng)C = 4m10%時，測得諧振頻率f= 503.501HZ； 4當(dāng)C = 4xlO F時，測得諧振頻率f= 159.221HZ；以上的測量結(jié)果均表明在誤差允許的范圍內(nèi)測量值與理論值吻合。AC分析、參數(shù)分析的特點(diǎn) ：交流分析是在正弦小信號工作條件下的一種

17、頻域分析。它計算電路的幅頻特性和相頻特 性，是一種線性分析方法。其是一種線性頻域分析。程序首先計算電路的直流工作點(diǎn)，以確定 電路中非線性器件的線性化模型參數(shù)，然后在用戶指定的頻率范圍內(nèi)，對此線性化電路進(jìn)行頻 率掃描分析，在進(jìn)行交流頻率分析時，首先分析電路的直流工作點(diǎn)，并在直流工作點(diǎn)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)掃描分析是在規(guī)定范圍內(nèi)改變指定元器件參數(shù)，對電路的指定節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直流工作點(diǎn)分 析，瞬態(tài)分析和交流頻率特性等分析。其能夠在一幅圖上顯示出不同的特性下的曲線。實(shí)驗(yàn)3.電路過渡過程的仿真分析實(shí)驗(yàn)步驟：1、

18、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：InitialValuelV ,PulsedValueOV, DelayTimeOs, RiseTimeOs, FallTimeOs, Pulse Width 60 科 s,Period20 科 sQ該電壓 源用于產(chǎn)生方波信號）。電路其他元件調(diào)整為 R1=5k Q, L1=1mH,C1=1nF 。2、觀察電容上的電壓波形（使用瞬態(tài)分析，分析時間為600科s）瞬態(tài)分析設(shè)置：初始條件選擇用戶自定義，結(jié)束時間選擇0.0006$3、通過計算的阻尼電阻，使用參數(shù)分析方法設(shè)置三個電阻值（分別對應(yīng)過阻尼/欠阻尼/臨界阻尼狀態(tài)），觀察出其它三種響應(yīng)形式（過阻尼/欠阻尼/臨界阻尼）。參數(shù)分析設(shè)置：掃描參數(shù)選擇器件參數(shù)，器件類型選擇Resistor,選擇R1,參數(shù)選擇resistance掃描變差類型選擇列表，值列表輸入1000,2000,5000,待掃描的分析選擇瞬態(tài)分析，點(diǎn)擊編輯分析，將初始條件選為用戶自定義，結(jié)束時間選擇0.00063實(shí)驗(yàn)結(jié)果:T5斗打Nf1口幻而印2fc4HlpTW俎現(xiàn)