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文檔簡介
第5章
電路基礎(chǔ)Multisim仿真實驗
5.1直流電路仿真實驗
5.2正弦交流電路仿真實驗
5.3移相電路仿真實驗
5.4三相交流電路仿真實驗
5.5動態(tài)電路仿真實驗
5.6諧振電路仿真實驗
5.7非正弦周期電流電路仿真實驗
5.1直流電路仿真實驗
5.1.1驗證歐姆定律
1.實驗要求與目的
(1)驗證歐姆定律的正確性,熟練掌握電壓U、電流I和電阻R之間的關(guān)系。
(2)研究電壓表和電流表內(nèi)阻對測量的影響。
2.實驗原理
歐姆定律的表達式:
采用不斷地改變直流電路的相關(guān)參數(shù)的方法,監(jiān)測電路中電壓和電流的變化,從而歸納出其規(guī)律,驗證歐姆定律的正確性。
3.實驗電路
改變電阻時歐姆定律的實驗電路如圖5-1所示,改變電壓時歐姆定律的實驗電路如圖5-2所示。
圖5-1改變電阻時歐姆定律實驗電路
圖5-2改變電壓時歐姆定律實驗電路
4.實驗步驟
(1)按圖5-1連接電路,電位器的電阻R1為10Ω,通過鍵盤“a”或“shift+a”改變箭頭指向部分電阻占總電阻的比例,0%對應(yīng)0Ω
,100%對應(yīng)10Ω
。依次改變電阻的值,打開仿真開關(guān),將測量結(jié)果填入表5-1中。
表5-1改變電阻時的測量結(jié)果
(2)按圖5-2連接電路,調(diào)節(jié)電位器可以改變電阻R2兩端的電壓,依次改變電壓的值,打開仿真開關(guān),將測量結(jié)果填入表5-2中。
表5-2改變電壓時的測量結(jié)果
在以上兩個測量電路中,圖5-1采用的是電壓表外接的測量方法,實際測量的電壓值是電阻和電流表串聯(lián)后兩端的電壓。電壓表的讀數(shù)除了電阻兩端的電壓,還包含了電流表兩端的電壓。圖5-2采用的是電壓表內(nèi)接的測量方法,實際測量的電流值是電阻和電壓表并聯(lián)后的電流,電流表的讀數(shù)除了有電阻元件的電流外,還包括了流過電壓表的電流。顯然,無論采用哪種電路都會引起測量的誤差。由于Multisim提供的電流表的默認(rèn)內(nèi)阻為1×10-9
Ω,電壓表的內(nèi)阻為1GΩ
,所以仿真的誤差很小。但在實際測量中電壓表的內(nèi)阻不是足夠大,電流表的內(nèi)阻也不是足夠小,因此在實際測量中會引起一定的誤差。
(3)采用圖5-3所示的電壓表外接測量方法分別測量1?、10Ω
、100Ω
、1kΩ
、10kΩ電阻的電壓和電流。雙擊電壓表和電流表,打開其屬性框,將電壓表內(nèi)阻設(shè)定為200kΩ
,電流表的內(nèi)阻設(shè)定為0.1Ω
。測量的結(jié)果填入表5-3中。
圖5-3電壓表外接測量電路
表5-3電壓表外接法改變電阻時的測量結(jié)果
(4)采用圖5-4所示的電壓表內(nèi)接測量方法分別測量1Ω
、10Ω
、100Ω
、1kΩ
、10kΩ電阻的電壓和電流。將電壓表內(nèi)阻設(shè)定為200kΩ
,電流表的內(nèi)阻設(shè)定為0.1Ω
。測量的結(jié)果填入表5-4中。
圖5-4電壓表內(nèi)接測量電路
表5-4電壓表內(nèi)接法改變電阻時的測量結(jié)果
5.?dāng)?shù)據(jù)分析與結(jié)論
分析表5-2所列的測量數(shù)據(jù),調(diào)節(jié)電位器,電壓改變,電流也隨之改變,但U、I、R三者之間完全符合歐姆定律的規(guī)律,即
分析表5-3和表5-4所列的測量結(jié)果,電壓表和電流表的內(nèi)阻對測試結(jié)果有影響。為了減小測量誤差,當(dāng)被測電阻比較大時應(yīng)采用電壓表外接法測量,當(dāng)被測電阻比較小時,應(yīng)采用電壓表內(nèi)接法測量。
5.1.2求戴維南及諾頓等效電路
1.實驗要求與目的
(1)求線性含源二端網(wǎng)絡(luò)的戴維南等效電路或諾頓等效電路。
(2)掌握戴維南定理及諾頓定理。
2.實驗原理
根據(jù)戴維南定理和諾頓定理,任何一個線性含源二端網(wǎng)絡(luò)都可以等效為一個理想電壓源與一個電阻串聯(lián)的實際電壓源形式或一個理想電流源與一個電阻并聯(lián)的實際電流源形式。這個理想電壓源的值等于二端網(wǎng)絡(luò)端口處的開路電壓,這個理想電流源的值等于二端網(wǎng)絡(luò)兩端口短路時的電流,這個電阻的值是將含源二端網(wǎng)絡(luò)中的獨立源全部置0后兩端口間的等效電阻。根據(jù)兩種實際電源之間的互換規(guī)律,這個電阻實際上也等于開路電壓與短路電流的比值。
3.實驗電路
含源二端線性網(wǎng)絡(luò)如圖5-5所示。
圖5-5含源二端線性網(wǎng)絡(luò)
4.實驗步驟
(1)在電路窗口中編輯圖5-5,節(jié)點a、b的端點通過啟動Place菜單中的PlaceJunction命令獲得;a、b文字標(biāo)識在啟動Place菜單中的PlaceText后,在確定位置輸入所需的文字即可。
(2)從儀器欄中取出萬用表,并設(shè)置到直流,電壓擋位,連接到a、b兩端點,測量開路電壓,測得開路電壓Uab=7.820V,如圖5-6所示。
圖5-6開路電壓的測量電路及測量結(jié)果
圖5-7短路電流測量結(jié)果
(3)將萬用表設(shè)置到直流電流擋位,測量短路電流,測得的短路電流Is=78.909mA,如圖5-7所示。
(4)求二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻。
方法一:通過測得的開路電壓和短路電流,可求得該二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻。
方法二:將二端網(wǎng)絡(luò)中所有獨立源置0,即電壓源用短路代替,電流源用開路代替,直接用萬用表的歐姆擋測量a、b兩端點之間的電阻。測得R0=99.099≈99.1Ω
,如圖5-8所示。圖5-8等效電阻的測量電路和測量結(jié)果
(5)畫出等效電路。戴維南等效電路如圖5-9(a)所示,諾頓等效電路如圖5-9(b)所示。
圖5-9戴維南等效電路和諾頓等效電路
5.等效電路驗證
可以在原二端網(wǎng)絡(luò)和等效電路的端口處加同一電阻,對該電阻上的電壓電流進行測量,若完全相同,則說明原二端網(wǎng)絡(luò)可以用戴維南等效電路或諾頓等效電路來代替。
5.1.3復(fù)雜直流電路的求解
1.實驗要求與目的
學(xué)會使用Multisim軟件分析復(fù)雜電路。
2.實驗原理
Multisim提供了直流工作點的分析方法,可以對一個復(fù)雜的直流電路快速地分析出節(jié)點電壓等。
3.實驗電路
復(fù)雜電路如圖5-10所示。
圖5-10復(fù)雜電路
4.實驗步驟
(1)在電路窗口按圖5-10構(gòu)建一個復(fù)雜電路。
(2)顯示各節(jié)點編號。啟動菜單Options/Preferences,打開參數(shù)設(shè)置框,在Circuit頁將Shownodenames選中,電路就會自動顯示節(jié)點的編號。
(3)直接分析出各節(jié)點電壓。啟動Simulate/Analyses/DCOperatingPoint...命令,在打開的直流工作點參數(shù)設(shè)置對話框中選取要分析的節(jié)點號,這里將全部變量設(shè)置為分析變量。仿真分析后的結(jié)果如圖5-11所示。
圖5-11仿真分析結(jié)果
5.?dāng)?shù)據(jù)分析與結(jié)論
由圖5-11可知:φ1=24V,φ2=8.96705V,φ3=31.0653V,φ4=9.77902V,φ5=-8.27572V,φ6=-2.22098V。若求流過R2的電流,則
采用Multisim提供的直流工作點分析方法可以快速得到各節(jié)點電壓和電壓源支路的電流,從而可以很方便地求得其他支路的電流。
5.2正弦交流電路仿真實驗
5.2.1RLC串聯(lián)電路
1.實驗要求與目的
(1)測量各元件兩端的電壓、電路中的電流及電路功率,掌握它們之間的關(guān)系。
(2)熟悉RLC串聯(lián)電路的特性。
2.實驗原理
RLC串聯(lián)電路有效值之間的關(guān)系為
有功功率與視在功率之間的關(guān)系為
3.實驗電路
RLC串聯(lián)電路如圖5-12所示。
圖5-12RLC串聯(lián)電路
4.實驗步驟
(1)測量各元件兩端的電壓。按圖5-12連接電路,將萬用表全部調(diào)到交流電壓擋,打開仿真開關(guān),測得結(jié)果如圖5-13所示。
圖5-13萬用表測量結(jié)果
(2)測量電路中的電流和功率。按圖5-14連接好功率表和萬用表,將萬用表調(diào)到交流電流擋,打開仿真開關(guān),測得的結(jié)果如圖5-15所示。
圖5-14測量電路的功率和電流
圖5-15測量結(jié)果
(3)將交流電源的頻率改為100Hz,其他參數(shù)不變,對以上數(shù)據(jù)重新測量一次。將結(jié)果填入表5-5中。
表5-5RLC串聯(lián)電路測量結(jié)果
5.?dāng)?shù)據(jù)分析及結(jié)論
(1)當(dāng)頻率改變時,電路中的各響應(yīng)都會隨之變化,說明電路的響應(yīng)是頻率的函數(shù)。
(2)當(dāng)f=50Hz時:
當(dāng)f=100Hz時:
所以,電壓有效值之間的關(guān)系為
當(dāng)f=50Hz時:
又因為:
當(dāng)f=100Hz時:
P?=?42.933W又因為:
P?=?3.456?W
所以,有功功率和視在功率之間的關(guān)系為
5.2.2電感性負(fù)載和電容并聯(lián)電路
1.實驗要求與目的
(1)測量電感性負(fù)載與電容并聯(lián)電路的電流、功率因數(shù)和功率。
(2)研究提高電感性負(fù)載功率因數(shù)的方法。
2.實驗原理
在電感性負(fù)載和電容并聯(lián)電路中,由于電容支路的電流與電感支路電流的無功分量的相位是相反的,可以相互抵消,因此可以提高電路的功率因數(shù)。
3.實驗電路
電感性負(fù)載和電容并聯(lián)電路如圖5-16所示。
圖5-16電感性負(fù)載和電容并聯(lián)電路
4.實驗步驟
(1)按圖5-16連接電路,可變電容C1暫不要連接,測量電路中的電流、功率及功率因數(shù),將數(shù)據(jù)記錄在表5-6中。
(2)在電感性負(fù)載的兩端并聯(lián)一個1mF的可變電容,按a或shift+a改變電容的大小,同時監(jiān)測電路中的電流、功率及功率因數(shù),將數(shù)據(jù)記錄在表5-6中。
5.?dāng)?shù)據(jù)分析及結(jié)論
分析表5-6中的數(shù)據(jù),隨著并聯(lián)電容的增加,電路中的平均功率基本不變,電路中的總電流先減少后增加,功率因數(shù)先增加后減小,這說明在感性負(fù)載的兩端并聯(lián)一個電容確實能提高電路的功率因數(shù)。但并聯(lián)的這個電容要合適,太小可能達不到要求,太大則可能過補償。
表5-6測
量
結(jié)
果
5.3移相電路仿真實驗
1.實驗要求與目的
(1)連接各種基本移相電路,掌握各種移相電路的電路形式。
(2)測量各種基本移相電路的輸入、輸出波形,掌握電路的移相規(guī)律和元件參數(shù)對移相的影響。
2.實驗原理
電路中電容上的電壓滯后電流的變化,電感上的電壓超前電流的變化,利用電容和電感的特性,在電路中引入移相。下面通過測試實際電路的輸入、輸出波形來掌握移相電路的電路形式和移相規(guī)律。通過改變某些元件的參數(shù)來了解元件參數(shù)對移相的影響。
3.實驗電路
移相電路如圖5-17~圖5-21所示。
4.實驗步驟
(1)按實驗電路圖5-17(a)連接電路,為了便于觀察輸入、輸出波形,連接到輸出信號的導(dǎo)線顏色改為紅色。打開示波器,記錄輸入、輸出波形,如圖5-17(b)所示。
(2)改變電路中元件的參數(shù),觀察移相情況。
(3)分別按實驗電路圖5-18(a)~圖5-21(a)連接電路,重復(fù)步驟(1)、(2),輸入、輸出波形分別如圖5-18(b)~圖5-21(b)所示。
圖5-17RC移相電路1圖5-18RC移相電路2圖5-19RL移相電路1圖5-21RLC移相電路
5.波形分析與結(jié)論
各電路的波形分別對應(yīng)圖5-17(b)~圖5~21(b)所示。
圖5-17所示RC移相電路,輸出波形超前輸入波形,相位超前。
圖5-18所示RC移相電路,輸出波形滯后輸入波形,相位滯后。
圖5-19所示RL移相電路,輸出波形滯后輸入波形,相位滯后。
圖5-20所示RL移相電路,輸入波形超前輸入波形,相位超前。
圖5-21所示RLC移相電路,調(diào)節(jié)電容C的大小,相位可超前也可滯后,可調(diào)移相電路。
5.4三相交流電路仿真實驗
1.實驗要求與目的
(1)測量三相交流電源的相序,掌握判斷相序的方法。
(2)觀察三相負(fù)載變化對三相電路的影響,掌握三相交流電路的特性。
2.實驗原理
(1)當(dāng)負(fù)載Y形連接并有中線時,不論三相負(fù)載對稱與否,三相負(fù)載的電壓都是對稱的,且線電壓是相電壓的倍,線電流等于對應(yīng)的相電流。當(dāng)負(fù)載對稱時,中線電流為零;當(dāng)負(fù)載不對稱時,中線電流不再為零。
(2)當(dāng)負(fù)載Y形連接但沒有中線時,若三相負(fù)載對稱,則三相負(fù)載電壓是對稱的;若負(fù)載不對稱,則三相負(fù)載電壓不再對稱。
(3)當(dāng)負(fù)載△形連接時,每相負(fù)載上的電壓是對應(yīng)的線電壓,當(dāng)三相負(fù)載對稱時,線電流是相電流的倍;當(dāng)三相負(fù)載不對稱時,三相負(fù)載電流不再對稱。
3.實驗步驟
(1)建立三相電源子電路。選擇三個正弦交流電源,頻率設(shè)置為50Hz,有效值設(shè)置為220V,相位設(shè)置分別為0°、120°、240°
,按圖5-22連接電路。(注意:由于軟件本身的原因,參數(shù)設(shè)置中初相為正,但仿真電源波形時初相為負(fù),因此實際電源的初相應(yīng)為設(shè)置值的負(fù)值,圖5-22中三電源的初相分別為0°、-120°、-240°)。選中全部電路,選擇菜單Place/ReplacebySubcircuit命令,彈出子電路命名對話框,輸入3Ph或其他名字,點擊OK即可得到圖5-23所示的子電路。
圖5-22三相電源
圖5-23三相電源子電路
(2)確定三相電源相序。在實際應(yīng)用中,常規(guī)的測相序的方法是用一個電容與兩個燈泡組成圖5-23所示的測試電路進行測定。如果電容所接的相為A相,則燈泡較亮的是B相,較暗的是C相。相序是A→B→C。
仿真過程中,燈泡會一閃一閃地亮,電壓較高的燈泡上下都有光線出現(xiàn),電壓較低時僅一邊有光線。從圖5-24中可以看出,判斷相序的仿真效果與實際操作的結(jié)果是一致的。
圖5-24三相電源相序測試電路
(3)觀察三相負(fù)載變化對三相電路的影響。三相電路的負(fù)載連接方式分為Y形(又稱為星形)和△形(即三角形)兩種。圖5-25所示是以三只150W(220V)的燈泡為負(fù)載的Y形連接的電路,其中Fu1、Fu2和Fu3是三只1A的保險絲。通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)置,進行以下各項的測量或觀察。注意:圖中電壓表、電流表應(yīng)設(shè)置成AC模式,所顯示的讀數(shù)為有效值。
>有中線時電路的電流和電壓。
>無中線時電路的電流和電壓。
>有中線時,將其中的一相負(fù)載斷開,測量電路的電流與電壓。
>無中線時,將其中的一相負(fù)載斷開,觀察電路出現(xiàn)的現(xiàn)象。
>有中線時,將其中的負(fù)載短路,測量電路的電流與電壓。
>無中線時,將其中的一相短路,觀察電路出現(xiàn)的現(xiàn)象。
>有中線時,將其中的一相負(fù)載再并聯(lián)上一只同樣的燈泡,觀察電路出現(xiàn)的現(xiàn)象。
>無中線時,將其中的一相負(fù)載再并聯(lián)上一只同樣的燈泡,觀察電路出現(xiàn)的現(xiàn)象。
圖5-25Y形連接的三相電路
表5-7三相負(fù)載仿真實驗記錄數(shù)據(jù)
4.三相交流電路功率的測量
測量三相交流電路的功率可以用三相功率表測量,也可以用三只瓦特表分別測出三相負(fù)載的功率后相加而得,這在電工上稱為“三瓦法”。還有一種方法在電工上也是常用的,即“兩瓦法”,其接法如圖5-26所示,這里取三相電動機為負(fù)載,兩表讀數(shù)之和等于三相負(fù)載的總功率。在編輯原理圖時,在元件箱中取出的3PHMOTOR(三相電動機)作為負(fù)載。如果要改變?nèi)嚯妱訖C負(fù)載功率的大小,需要修改其模型參數(shù)。方法是:雙擊原理圖上的
3PHMOTOR,在其屬性對話框中點擊“EditModel”按鈕,出現(xiàn)對話框。將其中的R1、R2和R3所取的2改成想要取的值(這里取150),點擊ChangePartModel按鈕即可。運行仿真開關(guān),兩瓦特表顯示的數(shù)值如圖5-27所示。
圖5-26功率測量電路
圖5-27功率表讀數(shù)
三相交流電路的總功率為
P
=483.435+484.553=967.988W
從功率表我們還可以讀出電動機的功率因數(shù)為0.87。
5.5動態(tài)電路仿真實驗
5.5.1一階動態(tài)電路
1.實驗要求與目的
(1)構(gòu)建RC一階動態(tài)電路。
(2)觀察動態(tài)電路的變化過程。
2.實驗原理
含有儲能元件C(電容)和L(電感)的電路稱為動態(tài)電路,這種電路當(dāng)電路結(jié)構(gòu)或元件參數(shù)發(fā)生改變時,要進入過渡狀態(tài),即電路中的電流、電壓會存在一個變化過程,而后才漸趨穩(wěn)定值。
3.實驗與步驟
(1)建立電容充放電電路,觀察電容的充電過程和放電過程。實驗電路如圖5-28所示。
按照上圖編輯好電路圖后,運行仿真開關(guān),再反復(fù)按空格鍵,使得開關(guān)J1反復(fù)打開和閉合,同時打開示波器,觀察電容的充放電過程。圖5-29所示為示波器顯示的電容充放電曲線。
圖5-28RC一階電路
圖5-29電容充放電曲線
(2)構(gòu)建積分電路,觀察電路的輸入、輸出波形。
積分電路即實現(xiàn)輸出信號為輸入信號的積分。如將輸入方波信號V1加至RC串聯(lián)電路,輸出信號取自電容兩端電壓,且滿足輸入方波信號的脈寬遠(yuǎn)小于RC的時間常數(shù),則構(gòu)成積分電路。實驗電路如圖5-30所示。
電路時間常數(shù)RC=2ms,方波信號的周期T=1ms,打開仿真開關(guān),通過示波器觀察到的輸入、輸出波形如圖5-31所示。輸入的是方波信號,輸出的是三角波信號,實現(xiàn)了輸出是輸入的積分。
圖5-30積分電路
圖5-31積分電路仿真波形
(3)構(gòu)建微分電路,觀察電路的輸入、輸出波形。
微分電路即實現(xiàn)輸出信號為輸入信號的微分。如將輸入方波信號V1加至RC串聯(lián)電路,輸出信號取自電阻兩端電壓,且滿足輸入方波信號的脈寬遠(yuǎn)大于RC的時間常數(shù),則構(gòu)成微分電路。實驗電路如圖5-32所示。
電路時間常數(shù)RC=20μs,方波信號的周期T=1ms,打開仿真開關(guān),通過示波器觀察到的輸入、輸出波形如圖5-33所示。輸入的是方波信號,輸出的是尖脈沖信號,實現(xiàn)了輸出是輸入的微分。
圖5-32微分電路
圖5-33微分電路仿真波形
5.5.2二階動態(tài)電路
1.實驗要求與目的
(1)構(gòu)建RLC二階動態(tài)電路。
(2)觀察電路的動態(tài)過程。
3.實驗電路
實驗電路如圖5-34所示。
圖5-34RLC串聯(lián)電路
4.實驗步驟
(1)取R=1.8kΩ,L=2mH,C=3nF,將R、L、C串聯(lián)起來后,加上頻率為12.5kHz,幅度為2V的方波激勵,用示波器觀察輸入信號波形和電容上的電壓波形。觀察到的結(jié)果如圖5-35所示,這是一個過阻尼情況。
圖5-35過阻尼情況輸入、輸出波形
(2)將R的值改為200Ω,方波激勵信號的頻率改為5kHz,用示波器觀察輸入信號波形和電容上的電壓波形。觀察到的結(jié)果如圖5-36所示,這是一個欠阻尼情況。
圖5-36欠阻尼情況輸入、輸出波形
5.6諧振電路仿真實驗
5.6.1串聯(lián)諧振電路
1.實驗要求與目的
(1)構(gòu)建串聯(lián)諧振電路。
(2)研究電路的頻率特性。
(3)掌握串聯(lián)諧振的特點。
2.實驗原理
R、L、C串聯(lián)電路的阻抗為
當(dāng)X=0時,電路處于諧振狀態(tài),此時,由此得到電路的諧振頻率為
諧振阻抗,諧振時電路的阻抗最小,電路中的電流最大,且電流與總電壓是同相的。
3.實驗電路
串聯(lián)諧振電路如圖5-37所示。
圖5-37串聯(lián)諧振電路
4.實驗步驟
(1)按圖5-37連接串聯(lián)諧振電路,設(shè)置各元件參數(shù)。
(2)用波特圖儀觀測電路的頻率特性曲線。
打開仿真開關(guān)及波特圖儀面板,按圖5-38所示設(shè)置面板上的各項內(nèi)容。波特圖儀顯示的曲線如圖5-38所示。
圖5-38波特圖儀顯示的幅頻曲線
(3)用交流分析法分析串聯(lián)諧振電路的頻率特性。
選擇分析菜單中的ACAnalysis...選項,在FrequencyParameters頁中將StartFrequency設(shè)置為1Hz,StopFrequency設(shè)置為1MHz。選擇節(jié)點3為分析節(jié)點,點擊Simulate按鈕得到電路的頻率特性曲線,如圖5-39所示。
圖5-39串聯(lián)電路頻率特性曲線
5.實驗結(jié)果分析
串聯(lián)電路諧振頻率為
實驗測量結(jié)果與理論計算結(jié)果基本一致。
5.6.2并聯(lián)諧振電路
1.實驗要求與目的
(1)構(gòu)建并聯(lián)諧振電路。
(2)研究電路的頻率特性。
(3)掌握并聯(lián)諧振的特點。
2.實驗原理
C和R、L并聯(lián)電路的導(dǎo)納為:
在諧振時,電路中電壓和電流同相,此時電路為純電阻,電路中的電納為零,即復(fù)導(dǎo)納的虛部為零,即
當(dāng)滿足時,由此得到電路的諧振頻率為
3.實驗電路
并聯(lián)諧振電路如圖5-40所示。C1和R1、L1支路構(gòu)成并聯(lián)電路,R2是取樣電阻,R2兩端的電壓與電流源的電流值成正比。
4.實驗步驟
(1)按圖5-40連接并聯(lián)諧振電路,設(shè)置各元件參數(shù)。
(2)用波特圖儀觀測電路的頻率特性曲線。
圖5-40并聯(lián)諧振電路
為了用波特圖儀觀測電路的頻率特性曲線,電路中加入了一個取樣電阻R2,以便將交流電流源的值轉(zhuǎn)換成電壓值連接到波特圖儀的輸入端。打開仿真開關(guān)及波特圖儀面板,按圖5-41所示設(shè)置面板上的各項內(nèi)容。波特圖儀顯示的曲線如圖5-41所示。移動數(shù)軸至曲線的峰值處,可讀得電路的諧振頻率為5.012kHz。
圖5-41波特圖儀顯示的幅頻曲線
(3)用交流分析法分析并聯(lián)諧振電路的頻率特性。
選擇分析菜單中的ACAnalysis...選項,在FrequencyParameters頁中將StartFrequency設(shè)置為1Hz,StopFrequency設(shè)置為1MHz。選擇節(jié)點2為分析節(jié)點,點擊Simulate按鈕得到電路的頻率特性曲線,如圖5-42所示。
圖5-42并聯(lián)電路頻率特性曲線
5.實驗結(jié)果分析
并聯(lián)電路諧振頻率為
實驗測量結(jié)果與理論計算結(jié)果基本一致。
5.7非正弦周期電流電路仿真實驗
5.7.1非正弦周期信號的諧波分析
1.實驗要求與目的
(1)分析非正弦周期信號的諧波組成。
(2)掌握非正弦周期信號傅里葉分析的方法。
2.實驗原理
從高等數(shù)學(xué)中知道,凡是滿足狄里赫利條件的周期信號都可以分解為傅里葉級數(shù)。設(shè)給定的周期信號f(t)的周期為T,角頻率w=2p/T
,則f(t)的傅里葉級數(shù)的展開式為
3.實驗電路
周期信號諧波分析電路如圖5-43所示。
圖5-43周期信號諧波分析電路
4.實驗步驟
(1)分析矩形波信號的諧波組成。
打開信號發(fā)生器面板進行參數(shù)設(shè)置,如圖5-44(a)所示,打開仿真開關(guān),用示波器觀察到信號的時域波形如圖5-44(b)所示。
圖5-44信號發(fā)生器面板設(shè)置和信號時域波形
啟動分析菜單中的FourierAnalysis...選項,在彈出的對話框中按圖5-45進行設(shè)置,選擇節(jié)點1為傅里葉分析節(jié)點,得到信號的頻譜圖,如圖5-46所示。
圖5-45FourierAnalysis對話框設(shè)置
圖5-46矩形信號頻譜圖
從頻譜圖分析矩形信號,主要包括1kHz、3kHz、5kHz等各奇次諧波,基波(1kHz頻率成分)的幅
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