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本科試驗(yàn)報告試驗(yàn)名稱：電路仿真

試驗(yàn)1疊加定理的驗(yàn)證

1.原理圖編輯:

分離調(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AMMETER）注重電流表和電壓表的參考方向），并按上圖銜接；

2.設(shè)置電路參數(shù)：

電阻R1=R2=R3=R4=1Ω，直流電壓源V1為12V，直流電流源I1為10A。

3．試驗(yàn)步驟：

1）、點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕記錄電壓表電流表的值U1和I1；

2）、點(diǎn)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(diǎn)擊運(yùn)行按鈕記錄電壓表電流表的值U2和I2；

3）、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；

4.按照疊加電路分析原理,每一元件的電流或電壓可以看成是每一個自立源單獨(dú)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，正常狀況下應(yīng)有U1=U2+U3,I1=I2+I3;經(jīng)試驗(yàn)仿真：

當(dāng)電壓源和電流源共同作用時，U1=-1.6VI1=6.8A.

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

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

所以有U1=U2+U3=-4+2.4=-1.6VI1=I2+I3=2+4.8=6.8A驗(yàn)證了原理

試驗(yàn)2并聯(lián)諧振電路仿真

2.原理圖編輯:

分離調(diào)出接地符、電阻R1、R2，電容C1，電感L1，信號源V1，按上圖銜接并修改根據(jù)例如修改電路的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號；

3.設(shè)置電路參數(shù)：

電阻R1=10Ω，電阻R2=2KΩ，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：

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，觀看輸出節(jié)點(diǎn)為Vout響應(yīng)。

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

試驗(yàn)結(jié)果：

要求將試驗(yàn)分析的數(shù)據(jù)保存(包括圖形和數(shù)據(jù))，并驗(yàn)證結(jié)果是否正確，最后提交試驗(yàn)報告時需要將試驗(yàn)結(jié)果附在試驗(yàn)報告后。按照并聯(lián)諧振電路原理,諧振季節(jié)點(diǎn)out電壓最大且諧振頻率為w0=1/LC=1000

10，f0=w0/2=503.29Hz諧振季節(jié)點(diǎn)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，諧振季節(jié)點(diǎn)電壓為4.9748V.相頻特性與理論全都。

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)束時光為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::[V(vout)]Y--銅線1::[V(vout)]

10.007854003

1.2589254120.009887619

1.5848931920.012447807

1.9952623150.01567092

2

2.5118864320.019728646

3.162277660.024837142

3.9810717060.031268603

5.0118723360.039365825

6.3095734450.049560604

7.9432823470.062397029

100.078561038

12.589254120.098918117

15.848931920.124561722

19.952623150.156876168

25.11886430.19761965

25

31.62277660.249036512

39.810717060.314013974

50.118723360.396310684

63.095734450.500907228

79.432823470.634575093

1000.80685405

125.89254121.031819265

158.48931921.331400224

199.526231

5

1.74164406251.188643

2

2.32321984316.227766

3.16574476

6

398.10717064.274434884

501.187233

6

4.97484754

630.95734454.314970112

794.32823473.202346557

10002.348723684

1258.9254121.759342888

1584.8931921.344114189

1995.2623151.041249759

2511.8864320.814015182

3162.277660.640100344

3981.0717060.505215181

5011.8723360.399692333

6309.5734450.316680015

7943.2823470.251144179

100000.19928881

12589.254120.158199509

15848.931920.125611629

19952.623150.099751457

25118.864320.079222668

31622.77660.062922422

39810.717060.049977859

50118.723360.039697222

63095.734450.031531821

79432.823470.025046213

1000000.019894713

125892.54120.015802831

158489.31920.012552584

199526.23150.009970847

251188.64320.007920222

316227.7660.006291162

398107.17060.004997245

501187.2330.00396945

61

630957.34450.003153046

794328.23470.002504553

10000000.001989437

1258925.4120.001580266

1584893.19

2

0.001255251995262.31

5

0.00099708

2511886.4320.000792009

3162277.660.000629115

3981071.7060.000499724

5011872.3360.000396945

6309573.4450.000315304

7943282.3470.000250455

100000000.000198944

12589254.120.000158027

15848931.920.000125525

19952623.1

5

9.9708E-0525118864.3

2

7.92022E-0531622776.66.29115E-0539810717.0

6

4.99724E-0550118723.3

6

3.96945E-056309573

4.4

5

3.15304E-05

79432823.4

2.50455E-05

7

1000000001.98944E-05

試驗(yàn)3含運(yùn)算放大器的比例器仿真

1.原理圖編輯:

分離調(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，放置時注重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Oscilloscope。

2.設(shè)置電路參數(shù)：

電阻R1=1KΩ，電阻R2=5KΩ。信號源V1設(shè)置為Voltage=1v。函數(shù)發(fā)生器分離為正弦波信號、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：

試驗(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(yàn)證。

1.999

-9.995

=-5

1.992

-9.960

=-5

2

10

-=-5由電路分析原理，輸出與輸入反向，且放大5倍，與仿真結(jié)果全都。電路分析過程如下圖：

試驗(yàn)4二階電路瞬態(tài)仿真

上圖中其中C1的電容值分離取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(diǎn)的Vout節(jié)點(diǎn)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100050010010

周期6.2414ms4.4245ms2.0059ms665.0827us

諧振頻率159.15Hz225.07Hz503.29Hz1591.55Hz

此仿真屬于LC電路中的正弦振蕩，因?yàn)闆]有電阻，由初始儲能維持，儲能在電場和磁場之間來回轉(zhuǎn)移，電路中的電流和電壓將不斷地轉(zhuǎn)變大小和極性，形成周而復(fù)始的等幅振蕩。

試驗(yàn)5戴維南等效定理的驗(yàn)證

Figure1電路原理圖

1.原理圖編輯:

1)分離調(diào)出接地符、電阻R，直流電壓源電流表電壓表（注重電

流表和電壓表的參考方向），并按Figure1銜接運(yùn)行，并記錄電壓表和電流表的值；

2)如Figure2銜接，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；

Figure2電路等效電阻測量

3)如Figure3銜接，將電阻RL從電路中移除，并使用電壓表測量開

路電壓；

Figure3電路開路電壓值測量

4)如Figure4銜接，驗(yàn)證戴維南定理；

Figure4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．試驗(yàn)步驟：

如原理通編輯步驟，分離測試對應(yīng)電路的電壓、電流和電阻值。

4.試驗(yàn)結(jié)果：

比較Figure1和Figure4中電壓表和電流表的值的異同，并解釋緣由。

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)中全部自立源為零時網(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，且等效電阻和開路電壓的仿真結(jié)果與理論值全都，驗(yàn)證了戴維南等效定理。

試驗(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)置參數(shù)：

分離調(diào)出電阻R、電感L、電容C和信號源V1（注重區(qū)別信號源族（SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES）和電源族（POWER_SOURCES）中，溝通電壓源的區(qū)分，信號源的AC設(shè)置為5），參數(shù)如圖所示（課上已經(jīng)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)）。

2.參數(shù)掃描分析設(shè)置：simulate–>ParameterSweep：

AC分析設(shè)置：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)，學(xué)生們自己設(shè)置100和1000點(diǎn)并分析所得結(jié)果的異同。

3.觀看電容的容值發(fā)生變化時，記錄電路的幅頻響應(yīng)。在試驗(yàn)報告中重點(diǎn)分析

響應(yīng)波形不同的緣由。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)：

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/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，在舉行溝通頻率分析時，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，得到線性化的溝通小信號等效電路，并用溝通小信號等效電路計算電路輸出溝通信號的變化。

參數(shù)掃描分析是在用戶指定每個參數(shù)變化值的狀況下，對電路的特性舉行分析。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(diǎn)時

當(dāng)掃描1000個點(diǎn)時

掃描點(diǎn)數(shù)越多，曲線越平滑，仿真值越貼近理論值。

試驗(yàn)3電路過渡過程的仿真分析

1.原理圖編輯，設(shè)置參數(shù)：

分離調(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_