直流電路分析程序

當計算機讀入電路數(shù)據(jù)后，選擇屏幕上顯示的菜單可以實現(xiàn)下面的分析計算功能。

1.列出電路的支路電流方程，結點或改進結點方程,網(wǎng)孔電流或回路電流方程。

2.計算電路各結點電壓，支路電壓，支路電流和各支路吸收功率。

3.計算電路中任兩個結點間所形成單口網(wǎng)絡的戴維寧和諾頓等效電路，以及單口向可變電阻負載提供的最大功率。第1頁/共25頁第一頁，共26頁。4.計算電路兩對結點間所構成雙口網(wǎng)絡的參數(shù)和包含獨立電源雙口的等效電路。

5.用疊加定理計算電路中各結點電壓，支路電壓和支路電流。

6.用三要素法計算含一個動態(tài)元件的直流一階電路各結點電壓,各支路電壓和電流,并可畫波形圖。

7.給定電路的任一結點電壓，任一支路電壓,支路電流或吸收功率，計算電路任一元件的參數(shù)值。第2頁/共25頁第二頁，共26頁。8.改變電路中某一條支路的類型,連接關系和元件數(shù)值。

9.從用戶指定的文件中讀入新的電路數(shù)據(jù)。

10.從鍵盤輸入新的電路數(shù)據(jù)。

11.將現(xiàn)有電路數(shù)據(jù)存入指定的文件中加以保存。

12.執(zhí)行一條DOS命令后返回本程序。下面舉例說明如何利用通用電路分析程序DCAP來建立電路方程并求解。第3頁/共25頁第三頁，共26頁。例3－1用結點分析法求圖3-2(a)電路的各結點電壓。5V1-3V2=3-5V1+6V2=0解:畫出基準結點，其余兩個結點用1、2編號。用觀察法可以寫出結點方程圖3-2手算求解可以得到結點電壓為V1=1.2V,V2=1V。第4頁/共25頁第四頁，共26頁。

如果用DCAP程序來分析本電路,除了用整數(shù)0、1、2對各結點編號(基準結點編號為0)外，還需要用正整數(shù)1、2、3、4、5對各支路依次編號，并選定各支路電壓電流的關聯(lián)參考方向,寫出圖(b)所示的電路數(shù)據(jù)文件。

當計算機正確讀入這些電路數(shù)據(jù)后,選擇主菜單上建立結點方程的菜單,屏幕上顯示出與手算相同的結點方程及其解答，如下所示：

*****結點方程******

5.00V1－3.00V2=3.00

－5.00V1+6.00V2=.000

-----結點電壓-----

V1=1.200V2=1.000第5頁/共25頁第五頁，共26頁。例3－2用結點分析法計算圖3-3(a)電路各結點電壓。圖3-3解:圖3－3(a)電路的數(shù)據(jù)如圖(b)所示。運行DCAP程序,讀入這些數(shù)據(jù)后,選擇建立結點電壓方程的菜單，屏幕上可以顯示出計算機建立的改進結點方程和求解出的三個結點電壓和一個電流,如下所示：第6頁/共25頁第六頁，共26頁。*****改進結點方程*****

2.00V1-1.00V2+.000V3+1.00I8=6.00-1.00V1+2.00V2-.500V3+.000I8=.000.000V1-2.50V2+1.50V3-1.00I8=.0001.0

V1-.500V2-.500V3+.000I8=.00-----結點電壓和支路電流-----

V1=6.000V2=4.800V3=7.200I8=-1.200圖3-3第7頁/共25頁第七頁，共26頁。

由于電路中有一個受控電壓源,計算機自動增加一個電流I8來建立方程,由于變量的增加,因此要補充一個受控電壓源電壓的約束方程

V1－V3=0.5(V2－V3)

它就是上面方程組中的最后一個方程。這種由結點電壓和電壓源電流作為變量的結點方程,稱為改進的結點方程。它擴大了結點電壓方程的適用范圍,為許多工程上實用的電路分析與設計程序所采用。第8頁/共25頁第八頁，共26頁。例3－3用網(wǎng)孔分析法求圖3－4(a)電路的網(wǎng)孔電流。圖3-4

用DCAP程序來分析這個電路時,仍然需要選定一個基準結點(編號為0)。再根據(jù)各結點編號，各支路編號和電壓電流的關聯(lián)參考方向,以及各元件參數(shù),寫出圖(b)所示數(shù)據(jù)文件。第9頁/共25頁第九頁，共26頁。

當計算機正確讀入這些電路數(shù)據(jù),選擇建立網(wǎng)孔或回路方程后,再選擇13567為樹支(即248為連支),可以得到以下計算結果。

***回路或網(wǎng)孔電流方程***

6.00I2-2.00I4-2.00I8=16.0-6.00I2+8.00I4+.000I8=-16.01.00I2-1.00I4-1.00I8=.000-----回路電流或網(wǎng)孔電流-----I2=4.000I4=1.000I8=3.000第10頁/共25頁第十頁，共26頁。

其方程與手算結果完全相同,

求解得到的網(wǎng)孔電流為I2=4A,I4=1A

和I8=3A。圖3-4第11頁/共25頁第十一頁，共26頁。例3－4求圖3－5(a)電路的各支路電壓電流和功率。解：運行DCAP程序，讀入如圖(b)所示電路數(shù)據(jù)，選擇計

算電壓電流和功率的菜單，可以得到以下計算結果。圖3-5第12頁/共25頁第十二頁，共26頁。編號類型數(shù)值支路電壓支路電流支路功率

1V9.000U1=9.000I1=-11.00P1=-99.002R1.000U2=17.00I2=17.00P2=289.03R2.000U3=-8.000I3=-4.000P3=32.004R4.000U4=-24.00I4=-6.000P4=144.05I21.00U5=-41.00I5=21.00P5=-861.06CV-3.000U6=33.00I6=15.00P6=495.0

值得注意的是圖(b)所示的電路數(shù)據(jù)中，電流控制電壓源的轉移電阻r=-3，這是因為其控制電流ix的參考方向與電壓源電流i1的參考方向相反的緣故。若錯誤的采用r=+3

來進行計算，這相當于改變電流控制電壓源極性，會得到完全不同的結果，如下所示：第13頁/共25頁第十三頁，共26頁。

編號類型數(shù)值支路電壓支路電流支路功率1V9.000U1=9.000I1=-77.00P1=-693.02R1.000U2=17.00I2=17.00P2=289.03R2.000U3=-8.000I3=-4.000P3=32.004R4.000U4=240.0I4=60.00P4=1.4400E+045I21.00U5=223.0I5=21.00P5=4683.6CV

3.000U6=-231.0I6=81.00P6=-1.8711E+04

各支路功率之和P=.0000

從以上兩組數(shù)據(jù)可以看出元件連接方式或元件參數(shù)改變時，對電路特性會產生重大的影響。第14頁/共25頁第十四頁，共26頁。例3-5求圖3－6(a)電路的結點電壓，并分析用內阻分別為

1k,10k和100k的電壓表測量結點2的電壓時，

對各結點電壓所帶來的影響。圖3-6第15頁/共25頁第十五頁，共26頁。解：電路數(shù)據(jù)如圖(b)所示，其中第8條支路是一條開路，

它表示電壓表未接入或電壓表的內阻為∞的情況。運

行DCAP程序，讀入如圖(b)所示電路數(shù)據(jù)，選擇計算

電壓電流和功率的菜單，可以得到以下結點電壓。

結點電壓

V1=10.00V2=5.000V3=5.000V4=5.000圖3-6第16頁/共25頁第十六頁，共26頁。

因為內阻為1k電壓表相當于1k的電阻，我們可以用改變圖(b)電路數(shù)據(jù)的方法或在程序運行時選擇改變支路參數(shù)的菜單，將第8條支路改為1k的電阻，此時所計算得到的結點電壓如下：

結點電壓

V1=10.00V2=2.778V3=5.000V4=4.444

圖3-6第17頁/共25頁第十七頁，共26頁。電壓表電阻值∞100kΩ10kΩ1kΩ結點電壓值V25V4.960V4.630V2.778V結點電壓值V45V4.990V4.907V4.444V

從以上計算結果可見，電壓表接入后，對結點電壓V1和V3沒有影響(其原因請讀者自行解釋)，對結點電壓V2的影響遠比對結點電壓V4的影響大。再將第八條電阻支路的參數(shù)改變?yōu)?0k和100k，求得相應的結點電壓后，將全部計算結果整理如下：第18頁/共25頁第十八頁，共26頁。

從由上數(shù)據(jù)可見，電壓表的接入將改變電路中某些電壓的數(shù)值，其內阻越小，影響越大。下面舉例說明在給定支路電壓電流和功率條件下，可以利用DCAP程序來求電路元件參數(shù)。電壓表電阻值∞100kΩ10kΩ1kΩ結點電壓值V25V4.960V4.630V2.778V結點電壓值V45V4.990V4.907V4.444V第19頁/共25頁第十九頁，共26頁。例3-6欲使圖3－7(a)電路中10Ω電阻吸收1.5W的功率，

求各元件參數(shù)應如何變化。

解：運行DCAP程序，正確讀入圖(b)所示電路數(shù)據(jù)，選擇

已知電壓電流計算元件參數(shù)的菜單，可以得到以下計

算結果圖3-7第20頁/共25頁第二十頁，共26頁。你選擇的輸出變量值P5=1.50

求出的元件數(shù)值如下:

編號類型數(shù)值1數(shù)值2P51V9.682491.500012R5.455511.500003R16.59801.500004R6.655941.500005R6.000011.50000

計算結果表明，當電壓源電壓由10V改為9.68249V，或5Ω電阻改為5.45551Ω，或20Ω電阻改為16.5980Ω，或6Ω電阻改為6.65594Ω，或10Ω電阻改為6.00001Ω時，均可以使10Ω電阻吸收1.5W功率。第21頁/共25頁第二十一頁，共26頁。

例3-7欲使圖3－8(a)電路中的電流i6=3A，求電壓源的電

壓以及電流源的電流值。圖3-8第22頁/共25頁第二十二頁，共26頁。