2023年電路仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告

北京理工大拳

BeijingInstituteofTechnology

本科實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)名稱：電路仿真

實(shí)驗(yàn)時(shí)

課程名稱：電路仿真

間：

實(shí)驗(yàn)地

任課教師：

八占、、??

實(shí)驗(yàn)教師：□原理驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)類型：□綜合設(shè)計(jì)

學(xué)生姓名：□自主創(chuàng)新

組

^^7班級(jí):

號(hào)：

學(xué)同組搭

信息與電子學(xué)院

院：檔：

成

專業(yè)：

績(jī)：

信息與電子學(xué)院

實(shí)驗(yàn)1疊加定理的驗(yàn)證

1.原理圖編輯：

分別調(diào)出接地符、電阻RI、R2、R3、R4,直流電壓源、直流電

流源，電流表電壓表(Group：Indicators,Fami1y：VOLT

METER或AMMETER)注意電流表和電壓表的參考方向)，并按上

圖連接；

2.設(shè)立電路參數(shù)：

電阻R1=R2=R3=R4=1Q,直流電壓源VI為12V,直流電流

源II為10A。

3.實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié):

1）、點(diǎn)擊運(yùn)營(yíng)按鈕記錄電壓表電流表的值U1和II;

2）、點(diǎn)擊停止按鈕記錄，將直流電壓源的電壓值設(shè)立為0V,再

次點(diǎn)擊運(yùn)營(yíng)按鈕記錄電壓表電流表的值U2和12;

3）、點(diǎn)擊停止按鈕記錄，將直流電壓源的電壓值設(shè)立為12V,將直

流電流源的電流值設(shè)立為0A,再次點(diǎn)擊運(yùn)營(yíng)按鈕記錄電壓表電流表

的值U3和13;

4.根據(jù)疊加電路分析原理，每一元件的電流或電壓可以當(dāng)作是每

一個(gè)獨(dú)立源單獨(dú)作用于電路時(shí)，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(shí)驗(yàn)仿真：

當(dāng)電壓源和電流源共同作用時(shí)，Ul=-1.6V11=6.8A.

當(dāng)電壓源短路即設(shè)為0V,電流源作用時(shí)，U2=-4VI2=2A

當(dāng)電壓源作用，電流源斷路即設(shè)為0A時(shí)，U3=2.4VI3=4.8A

所以有Ul=U2+U3=-4+2.4=-L6VI1=12+13=2+4.8=6.8A驗(yàn)證

了原理

實(shí)驗(yàn)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RI、R2,電容C1,電感L1,信號(hào)源VI,按上

圖連接并修改按照例如修改電路的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)；

3.設(shè)立電路參數(shù)：

電阻R1=10Q,電阻R2=2KQ,電感L1=2.5mH,電容Cl=40uFo

信號(hào)源VI設(shè)立為AC=5v,Voff=0,Freqence=500Hz。

4.分析參數(shù)設(shè)立：

AC分析:頻率范圍1HZ—100MHZ,縱坐標(biāo)為10倍頻程，掃描點(diǎn)

數(shù)為10,觀測(cè)輸出節(jié)點(diǎn)為Vout響應(yīng)。

TRAN分析：分析5個(gè)周期輸出節(jié)點(diǎn)為Vout的時(shí)域響應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

規(guī)定將實(shí)驗(yàn)分析的數(shù)據(jù)保存（涉及圖形和數(shù)據(jù)），并驗(yàn)證結(jié)果是

否對(duì)的，最后提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)需要將實(shí)驗(yàn)結(jié)果附在實(shí)驗(yàn)報(bào)告后。

根據(jù)并聯(lián)諧振電路原理，諧振時(shí)節(jié)點(diǎn)。ut電壓最大且諧振頻率為

w0=1/VZc=V10*1000,f0=w0/2^=503.29Hz諧振時(shí)節(jié)點(diǎn)

out電壓理論值由分壓公式得u=2023/(2023+10)*5=4.9751V.

當(dāng)頻率低于諧振頻率時(shí)，并聯(lián)電路表現(xiàn)為電感性，所以相位為90°

當(dāng)頻率等于諧振頻率時(shí)，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(shí)，并聯(lián)電路表現(xiàn)為電容性，所以相位為一

90°

經(jīng)仿真得諧振頻率為501.1872Hz,諧振時(shí)節(jié)點(diǎn)電壓為4.9748V.

相頻特性與理論一致。

由信號(hào)源的f=500Hz，可得其周期為0.002s,為分析5個(gè)周期,

所以設(shè)瞬態(tài)分析結(jié)束時(shí)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1:：Y—銅線1：：

[V(vout)][V(vout)]

10.

1.0.

1.0.

1.0.

2.0.

3.162277

0.

66

3.0.

5.0.

6.0.

7.0.

100.

12.589254

0.

12

15.848931920.

19.952623150.

25.1188

0.

6432

31.62277660.

39.810

0.

71706

50.118723

0.

36

63.09573

0.

445

79.432823470.

0.8068540

100

5

125.89254

1.

12

158.48931

1.

92

199.52623151.74164406

251.18864322.32321984

316.22776

3.

6

398.10717064.

501.1874.97484

2336754

630.95734454.

794.32823473.

10002.

1258.92541

1.

2

1584.8931921.

1995.26

1.

2315

2511.88643

0.

2

3162.277660.

3981.0717

0.

06

5011.87

0.

2336

6309.5734450.

7943.2823

0.

0.19928

10000

881

12589.2540.

12

15848.931

0.

92

19952.623150.

2511

0.

8.86432

31622.776

0.

6

39810.717060.

50118.7

0.

2336

63095.73

0.

445

79432.823470.

1000000.

125892.54120.

158489.31920.

199526.231

0.

5

251188.64

0.

32

316227.7660.

398107.17

0.

06

501187.23360.

630957.34450.

794320

8.2347

10000000.

1258925.4Q

12

15840.00125525

893.192

1990.000997

5262.31508

251188

6.432

3162277.660.

3981070

1.706

500.

11872.336

630957

3.445

794328

2.347

100000000.

12589250

4.12

15848931.920.

19952623,19.9708E-05

5

25118867.92023E-05

4.32

3162276.29115E-

76.605

39810714.99724E-

7.0605

50118723.3.96945E

36-05

63093.15304E-0

5734.455

79432823.2.50455

47E-05

1.98944E-0

5

實(shí)驗(yàn)3含運(yùn)算放大器的比例器仿真

1.原理圖編輯：

分別調(diào)出電阻RI、R2,虛擬運(yùn)算放大器OPAMP_3T_

VIRTUA（在ANALOG庫(kù)中的ANALOG_VIRTUAL中，放置時(shí)注意

同相和方向引腳的方向）；

調(diào)用虛擬儀器函數(shù)發(fā)生器FunctionGenerator與虛擬示

波器Oscilloscope0

2.設(shè)立電路參數(shù)：

電阻Rl=1K。，電阻R2=5K。。信號(hào)源VI設(shè)立為V。1tage=1V。

函數(shù)發(fā)生器分別為正弦波信號(hào)、方波信號(hào)與三角波信號(hào)。頻率均

為1khz,電壓值均為1。其中方波信號(hào)和三角波信號(hào)占空比均為

50%o

3.分析示波器測(cè)量結(jié)果:

實(shí)驗(yàn)結(jié)果:只記錄數(shù)據(jù)（并考慮B通道輸入波形和信號(hào)發(fā)生器的設(shè)

立什么關(guān)系）

將測(cè)量結(jié)果保存,并運(yùn)用電路分析理論計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證。

9.995=$

-1.999…

示波維-xsci

9.960

=—5

-1.992

由電路分析原理，輸出與輸入反向,且放大5倍，與仿真結(jié)果一致。

電路分析過(guò)程如下圖：

；所寒於隹所虜（馬-海猛山

..一一總/-M〃。=。-

洋

4。管

..轉(zhuǎn)出與鉆入8..RM大與。左

實(shí)驗(yàn)4二階電路瞬態(tài)仿真

out

C1

500pF

IC=5V

上圖中其中C1的電容值分別取100Ou,500u,100u,10u,

其他參數(shù)值如圖所示。運(yùn)用multisim軟件使用瞬態(tài)分析求出上圖中

各節(jié)點(diǎn)的Vout節(jié)點(diǎn)的時(shí)域響應(yīng)，并能通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算出相應(yīng)電容取不

同參數(shù)時(shí)電路諧振頻率（零輸入響應(yīng)）。

費(fèi)4記祭儀

文件里)M<1)AOs4r*fbtrw.Cw?rUc?MTAQ)H(b

法」xg：，is口也ig.*./.@ae曾③弱。A；,"，.、即c?

利t??特:1,示截exsci|示成?xsa[表0X50|呆讀?xsa；利t.xsa|京tlhcG鉞.xsa|承af-xsc”示*?xsa|京2xsa"，sawtMag|ngrtM?"|"e；ntMagP“ZW：>WC.，

電路4

?設(shè)備參數(shù)掃描:

75301/

5IM65U

V(voutI,cclcatacicai>cc?0.001V(voutl,cclcapacitanc?-0.0005V(vout),cclcapaciceknce-0.0001Vivout),celcapacltatx:e-le-C>05

?.2560a?.2S?0l>6.J56CW6.256O?

1.99H-4.02851.7293-4.2803

H.59S9?14.5M?y14.598印14.$968M

4.99944.99681.99424.9426

-?.2414?-?.24141*-6.2414m-6.2414。

5.0281s9.027426-t.9487n9.2229

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電路4

設(shè)備半數(shù)掃描:

7.53011

5.0465

s

6

6

耍197Dm

>。

-2.4044]

-4.8881

V(vouc|,cclcapacitance=0.001V(vouc),cclcapac11ancea0.0005V(vout),cclcapacitances0.0001V(vouc>,cclcapacitance*le-005

XI4.4560n>4.45634.4560m4.4560m

yl-1.3361q.998s2.2650-757.5819m

X231.52611131.S261U31.5Z61P31.526111

y24.99754.99SO4.97484.7505

dx-4.4245m-4.4245。-4.4245m-4.4245m

Uy6.3336-3.8878?2.70985.5081

dy/dx-1.4315k878.6958W-612.4500-1.2449K

由X

文件包）箕慘年）視用電）Gr.phTr?e?CurxarL*（?iui工R9K?“

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融圈-xsa|越》xsa|融》xsa|越冊(cè)-xsa|融》xsa|建ai-xsa|越冊(cè)-xsa|示成gxsa!示注冊(cè)-xsa；示波g|-xsa|越署-xsa|“EIXjTrygw<pwf”sweep?>

電路4

挈備參數(shù)掃描:

7.53011

5.0465]&

文件包）箕慘年）視用電）Gr.phTr?e?CurxarL*（?iui工R9K?“

港■』x電能git!Q.,.人ea包鋤愈他cA8NRI?。忸

融給-xsa|越?xsaI融圈-xsa|越8rxsc11融BLxsa|越ai-xsa|越冊(cè)-xsa1示波gxsa|越冊(cè)-xsa；示波il-xsa,曲署-xsa|MX|"E#MaMKjTraww<Maiya*sweep（，

電路4

設(shè)備參數(shù)掃描:

7.5301

5.0465

電容1000500100

10

周期6.2414ms4.4245ms2.0059ms

665.0827us

諧振頻率159.15Hz225.07Hz503.29Hz

1591.55Hz

此仿真屬于LC電路中的正弦振蕩，由于沒(méi)有電阻,由初始儲(chǔ)能維

持，儲(chǔ)能在電場(chǎng)和磁場(chǎng)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(shí)驗(yàn)5戴維南等效定理的驗(yàn)證

士

T0.000

Figure錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。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Figure1連接運(yùn)營(yíng)，并記錄電壓表

和電流表的值；

2）如Figure2連接，將電壓源從電路中移除，并使用虛擬一下數(shù)字

萬(wàn)用表測(cè)試電路阻抗；

Figure2電路等效電阻測(cè)量

3）如Figure3連接,將電阻RL從電路中移除，并使用電壓表測(cè)量開(kāi)路電

壓；

Eth

AAAr

330Q

Figure3電路開(kāi)路電壓值測(cè)量

4）如Figure4連接，驗(yàn)證戴維南定理;

Figure4戴維南等效電路圖

2.設(shè)立電路參數(shù)：

電阻、電源參數(shù)如上述圖中所示。

3.實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：

如原理通編輯環(huán)節(jié)，分別測(cè)試相應(yīng)電路的電壓、電流和電阻值。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

比較Figure1和Figure4中電壓表和電流表的值的異同，并解

釋因素。

原電路結(jié)果：（figure］）

將電壓源移除測(cè)得等效阻抗為223歐。

測(cè)開(kāi)路電壓:

R1

-W/Q

330Q91

U1

_LV14.000DC10MOhm

3

—10VR3

220Q

戴維南等效電路:

R1R2

DC10MOhm

由戴維南等效定理可知，含源單口網(wǎng)絡(luò)無(wú)論其結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜，就其端

口來(lái)說(shuō)，可等效為一個(gè)電壓源串聯(lián)電阻支路。電壓源電壓等于該網(wǎng)絡(luò)

的開(kāi)路電壓，串聯(lián)電阻等于網(wǎng)絡(luò)中所有獨(dú)立源為零時(shí)網(wǎng)絡(luò)的等效電

阻。

等效電阻理論值:220//330+91=220*330/(220+330)+91

=132+91=223

開(kāi)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，F(xiàn)igure1和Figure4中

電壓表和電流表的值的相同，且等效電阻和開(kāi)路電壓的仿真結(jié)果與理

論值一致，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

1.原理圖編輯，設(shè)立參數(shù):

\5Vpk

\500Hz

:::::::::::::::::::::::::::::

分別調(diào)出電阻R、電感L、電容C和信號(hào)源VI(注意區(qū)分信號(hào)源族(SIGN

ALVOLTAGESOURCES)和電源族(POWERSOURCES)中,交流電

壓源的區(qū)別，信號(hào)源的AC設(shè)立為5），參數(shù)如圖所示（課上已經(jīng)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)）。

AC.VOLTAGE

Labe!Display'-5iue

Voltage(Pk):

VoltageOffset:

Frequency(F):

TimeDelay:

DampingFactor(1/sec):

Phase:

ACAnalysisMagnitude

ACAnalysisPhase:fo0

DistortionFrequency1Magnitude:

DistortionFrequency1Phase:|b-0

DistortionFrequency2Magnitude:

DistortionFrequency2Phase:

Tolerance:

ReplaceJ|OK||CancelJ|Infb||Help

2.參數(shù)掃描分析設(shè)立：simu1ate->ParameterSweep:

AC分析設(shè)立:掃描范圍1Hz?100MHz,橫坐標(biāo)掃描模式為Decade,縱

坐標(biāo)為線性。每十倍頻程掃描點(diǎn)數(shù)為10點(diǎn)，同學(xué)們自己設(shè)立100和1000

點(diǎn)并分析所得結(jié)果的異同。

3.觀測(cè)電容的容值發(fā)生變化時(shí)，記錄電路的幅頻響應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中重點(diǎn)分析

響應(yīng)波形不同的因素。并介紹AC分析和參數(shù)分析的特點(diǎn)。

4.掃描點(diǎn)數(shù)為10點(diǎn):

大修戛，Ml：￡01，“?c???tLMW!XA<I>K?1>

3」-x電曲口也」J.人跡&?0*，、￡，。6)

P.B35???T>：_________________________________________________________

電路2

設(shè)備參數(shù)掃描:

400000100000040K*10000>tOQCOOM

Frequefxy(Hz)

0m?IS，.3MKO8M

0000400001000094000001000000，NQ0k10000(?100000?40(X)0?1000CM40MOMIOOOOOMicoCOOOM

B、20t_'<Vui?1

求諧振頻率的公式為w0=l/VZc,f0=w0/2萬(wàn)，所以C越小，諧振頻率越

大。

并聯(lián)GLC電路通頻帶BW=G/C,所以C越小,通頻帶越長(zhǎng)。與仿真曲線吻合。

AC分析是在正弦小信號(hào)工作條件下的一種頻域分析。它可以計(jì)算電路的幅

頻特性和相頻特性，在進(jìn)行交流頻率分析時(shí)，一方面分析電路的直流工作點(diǎn)，并

在直流工作點(diǎn)處對(duì)各個(gè)非線性元件做線性化解決，得到線性化的交流小信號(hào)等效

電路，并用交流小信號(hào)等效電路計(jì)算電路輸出交流信號(hào)的變化。

參數(shù)掃描分析是在用戶指定每個(gè)參數(shù)變化值的情況下,對(duì)電路的特性進(jìn)行分

析。

當(dāng)C=4e-007時(shí)，諧振頻率的理論值為f=5032Hz.仿真值為5011.9

"區(qū)x|

I?<TIMBa>OrdTrwCw?wL.t*<4IAlJ>M>

書(shū)」,x4：必日也Q@aattftoAr,-■t>C?

O.i-m>w??f:____________________________________________________

電路2

.設(shè)備理掃描:

10000

(o??--?-4

400?lOOOOd400000100OOM4000?0lOBOOl40000k100000iQOcetx*eoomiooox?OOKM1QK00M10000MM

Frequency(Hz)

eVtoud<cI>?v??K>a?0OOM

ocieapacicance-ie-uuzv(ouc).c?ieapacltonce-<e-004V-celcapacitanee-1e-005V(ouli.celcapacltance-0.000?

1.0000t.oooo

7.83<0?

S.OilVks.oim

3.IO21399.6923A

S.0109kS.0109k

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400XtOtMQO400000?(1Q00CM40000M100000M100G00CM

3V…I

Ir?MV(nO.I

當(dāng)C=4e-006時(shí)，諧振頻率的理論值為f=l591.5Hz.仿真值為1584.9

當(dāng)C=4e-005時(shí)滯振頻率的理論值為+503.29Hz.仿真值為501.19

三我*E及皎

XF*l>MMQpKE(t)G*TfM?CwwrL?CH><X*<J>K?l,

6」」x4US□|tuQqqas?0A*八t>Q愴

電路2

設(shè)備參數(shù)掃描:

60000

50000-

40006

30000-

20000-

10000-

00000-&

?10000.

10000400001