电路仿真实验报告.docx

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电路仿真实验报告

实验1叠加定理的验证

一、电路图

二、实验步骤

1.原理图编辑:

分别调出接地符、电阻R1、R2、R3、R4，直流电压源、直流电流

源，电流表电压表（注意电流表和电压表的参考方向），并按上图

连接；

2.设置电路参数：

电阻R1=R2=R3=R4=1Ω，直流电压源V1为12V，直流电流源I1为

10A。

3.实验步骤：

1）、点击运行按钮记录电压表电流表的值U1和I1；

2）、点击停止按钮记录，将直流电压源的电压值设置为0V，再次点击运行按钮记录电压表电流表的值U2和I2；

3）、点击停止按钮记录，将直流电压源的电压值设置为12V，将直流电流源的电流值设置为0A，再次点击运行按钮记录电压表电流表的值U3和I3；

根据电路分析原理，解释三者是什么关系？

并在实验报告中验证原理。

三、实验数据：

电压

电流

U/V

I/A

第一组

12V

10A

6.800

-1.600

第二组

0V

10A

2.000

-4.000

第三组

12V

0A

4.800

2.400

四、实验数据处理：

U2+U3=2.000V+4.800V=6.800V=U3

I2+I3=（-4.000A）+2.400A=-1.600A=I1

五、实验结论：

由电路分析叠加原理知：

由线性电路、线性受控源及独立源组成的电路中，每一元件的电流或电压可以看成是每一个独立源单独作用时，在该元件上产生的的电流或电压的代数和。

本次实验中，第一组各数据等于第二组与第三组各对应实验数据之和，与叠加原理吻合，验证了叠加原理的正确性，即每一元件的电流或电压可以看成是每一个独立源单独作用时，在该元件上产生的的电流或电压的代数和。

实验2并联谐振电路仿真

一、电路图：

二、实验步骤：

1.原理图编辑:

分别调出接地符、电阻R1、R2，电容C1，电感L1，信号源V1，并

按上图连接；

2.设置电路参数：

将交流分析量值设置为5V，电压源V1设置为5V，频率设为500Hz，

设置电阻R1=10Ω，电阻R2=2KΩ，电感L1=2.5mH，电容C1=40uF。

并如图所示对电容上方的线名称改为“out”。

3.分析参数设置：

（1）AC分析

①类型设置

仿真→分析→交流分析。

②参数设置

起始频率设为1Hz，停止频率设为100MHz，扫描类型为十倍频程，每十倍频程点数设为10，垂直刻度设为线性，其他保持默认，单击“确定”。

然后选择对话框菜单栏的“输出”按钮，在左侧的“所有变量”中选择“V（out）”（双击）。

③仿真

在交流分析参数都设置好以后，单击对话框中的“仿真”

按钮，开始仿真。

④记录结果

在所得图形上点击右键，将图片复制并粘贴在新建word文

档中。

之后单击“工具”菜单，选择“导出到Excel”选

项，将实验数据以excel的形式保存。

（2）瞬态分析

①类型设置

仿真→分析→瞬态分析。

②参数设置

由信号源f=500Hz，可得周期为0.002s，五个周期即0.01s。

参数设置起始时间设为0s，结束时间设为0.01s，其他参

数保持默认，单击“确定”。

然后选择对话框菜单栏的“输

出”按钮，在左侧的“所有变量”中选择“V（out）”。

③仿真

在瞬态分析参数都设置好以后，单击对话框中的“仿真”

按钮，开始仿真。

④记录结果

在所得图形上点击右键，将图片复制并粘贴在新建word文

档中。

之后单击“工具”菜单，选择“导出到Excel”选项，

将实验数据以excel的形式保存。

4.实验结果：

要求将实验分析的数据保存（包括图形和数据），并验证结果是否

正确，最后提交实验报告时需要将实验结果附在实验报告后。

三、仿真结果：

按上述步骤进行完毕后，得到仿真结果如下图所示：

1.交流分析仿真结果：

2.瞬态分析仿真结果：

四、实验结果分析

将电路化作等效向量模型，计算其阻抗得电路谐振条件：

L=1/C,其谐振频率为

。

本实验中的电路满足谐振条件，并联谐振电路呈电阻性，当f=f0时，电路为纯电阻电路，其阻抗模最小，电路中电流最大，此时，R2两端电压最大。

由仿真结果可知，当f=510.03Hz时，其输出达到最大值，与理论结果相接近，得以验证。

由瞬态分析结果计算可知，时域波形的频率为500Hz，幅值约为7.09，与理论值基本吻合。

综上所述，结果与理论值相符，正确。

实验3含运算放大器的比例器仿真

一、电路图：

二、实验步骤

1.原理图编辑:

分别调出电阻R1、R2，虚拟运算放大器OPAMP_3T_VIRTUA（在ANALOG

库中的ANALOG_VIRTUAL中，放置时注意同相和方向引脚的方向）；

调用虚拟仪器函数发生器FunctionGenerator与虚拟示波器

Oscilloscope。

2.设置电路参数：

电阻R1=1KΩ，电阻R2=5KΩ。

信号源V1设置为Voltage=1v。

函数发生器分别为正弦波信号、方波信号与三角波信号。

频率均为

1khz，电压值均为1。

其中方波信号和三角波信号占空比均为50%。

3.分析示波器测量结果：

实验结果:

只记录数据（并考虑B通道输入波形和信号发生器的设

置什么关系）

将测量结果保存，并利用电路分析理论计算结果验证。

3、仿真结果：

按照上述步骤操作完成之后，可在示波器上观察到如下波形：

四、实验结果分析

对与节点2可列节点方程：

由理想运放特点可知:

u2=0（虚断）

由仿真结果可知，输出信号与输入信号反相，且被放大R2/R1=5倍，与理论一致。

故测量结果得以验证。

实验4二阶电路瞬态仿真

一、电路图：

二、实验步骤

1.初步设置

C1的电容值分别取1000u、500u、100u、10u，并设置初始值为5V，

电感L1=1mH，使用瞬态分析求出上图中各节点的V（out）节点的时

域响应,并能通过数据计算出对应电路谐振频率（零输入响应）。

2.分析电路

（1）参数扫描分析

①类型设置

仿真→分析→参数扫描。

②参数设置

选择扫描参数的器件类型为“电容”，扫描变量类型为“列

表”，分别将0.001,0.0005,0.0001,1e-005输入“值列

表”选框内。

然后选择“输出”，在左侧的“所有变量”中

选择“V（out）”。

③仿真

单击参数扫描分析对话框的“仿真”按钮，开始仿真。

④记录结果

在所得图形上点击右键，将图片复制并粘贴在新建word文档

中。

之后单击“工具”菜单，选择“导出到Excel”选项，

将实验数据以excel的形式保存。

（2）瞬态分析

①类型设置

参数扫描分更多选项待扫描的分析瞬态分析。

②参数设置

单击“编辑分析”，初始条件设为“用户自定义”，起始时间

设为0，结束时间设为0.01，单击“确定”。

③仿真

④记录结果

在所得图形上点击右键，将图片复制并粘贴在新建word文档

中。

之后单击“工具”菜单，选择“导出到Excel”选项，

将实验数据以excel的形式保存。

三、仿真结果：

四、实验结果分析

LC电路的零输入响应是按正弦方式变化的等幅振荡，由仿真数据计算得对应的谐振频率如下：

电容C/uF

1000

500

100

10

周期/ms

6.3

4.7

2.0

0.653

频率/Hz

158.73

212.77

500

1531.09

ω/（rad/s）

997.33

1336.87

3141.59

9620.11

实验5戴维南等效定理的验证

1、电路图

Figure1：

Figure2：

Figure3：

Figure4：

2、实验步骤

1.原理图编辑:

1）分别调出接地符、电阻R，直流电压源电流表电压表（注意电流表

和电压表的参考方向），并按Figure1连接运行，并记录电压表和

电流表的值；

2）如Figure2连接，将电压源从电路中移除，并使用虚拟一下数字

万用表测量电路阻抗

3）如Figure3连接，将电阻RL从电路中移除，并使用电压表测量开

路电压；

4）如Figure4连接，验证戴维南定理；

2.设置电路参数：

电阻、电源参数如上述图中所示。

3实验步骤：

如原理通编辑步骤，分别测试对应电路的电压、电流和电阻值。

4.实验结果：

比较Figure1和Figure4中电压表和电流表的值的异同，并解释

原因。

三、实验数据

Figure1

电压2.713V

电流5.772mA

Figure2

电阻223Ohm

Figure3

开路电压4.000V

Figure4

电压2.713V

电流5.772mA

四、实验数据处理：

电压U1=2.713V=U4

电流I1=5.772mA=I4

五、实验结论：

由电路分析戴维南定理知：

含独立电源的线性电阻单口网络N，就端口特性而言，可以等效为一个电压源和电阻串联的单口网络。

电压源的电压等于单口网络在负载开路时的电压uoc；电阻R0是单口网络内全部独立电源为零值时所得单口网络N0的等效电阻。

本次实验中，Figure2实验测定了戴维南等效电阻R0的值为223Ohm，Figure3实验测定了戴维南开路电压uoc的值为4.000V，在Figure4中，原电路已由等效电阻R0和开路电压uoc代替，端口特性完全吻合，电压及电流的数值匹配，验证了戴维南等效电路的正确性。

实验6元件模型参数的并联谐振电路

一、电路图

二、实验步骤

1.原理图编辑

分别调出电阻R1、R2，电容C1、电感L1、信号源V1，并正确连接。

2.初步设置

设置电阻R1=10Ω，电阻R2=2KΩ，电感L1=2.5mH，电容C1=40uF。

信号源V1设置频率为500Hz，电压峰值设为5V，交流分析量值设

为5V。

3.分析电路

（1）参数扫描分析

①类型设置

仿真分析参数扫描。

②参数设置

选择扫描参数的器件类型为“电容”，扫描变量类型为“列

表”，分别将4e-007,4e-006,4e-005,4e-004输入“值列

表”选框内。

然后选择对话框菜单栏的“输出”按钮，在左

侧的“所有变量”中选择“V（out）”。

③仿真

④记录结果

（2）AC分析

①类型设置

参数扫描分析更多选项待扫描的分析交流分析。

②参数设置

单击“编辑分析”，起始频率设为1Hz，停止频率设为100MHz，

扫描类型为十倍频程，每十倍频程点数设为10，垂直刻度

设为线性，其他保持默认，单击“确定”。

③仿真

④记录结果

⑤重复试验

之后再依次将交流分析扫描对话框中的“每十倍频程点数”

分别改为100和1000，分别得到三种情况下的仿真结果。

4.参数扫描分析设置：

simulate–>ParameterSweep：

AC分析设置：

扫描范围1Hz~100MHz,横坐标扫描模式为Decade,纵坐标为线性。

每十倍频程扫描点数为10点，同学们自己设置100和1000点并分析所得结果的异同。

观察电容的容值发生变化时，记录电路的幅频响应。

在实验报告中重点分析响应波形不同的原因。

并介绍AC分析和参数分析的特点。

三、仿真结果：

按上述步骤进行完毕后，得到仿真结果如下图所示：

①每十倍频程点数为10：

②每十倍频程点数为100：

③每十倍频程点数为1000：

四、实验结果分析

1.影响波形不同的原因

谐振条件：

电容大小满足L=1/C。

L>1/C，电路显电感性，电流滞后于电压；

L<1/C，电路显电容性，电压滞后于电流。

2.AC分析是在正弦小信号工作条件下的一种频域分析。

在进行交流频率分析时，首先分析电路的直流工作点，并在直流工作点处对各个非线性元件做线性化处理，得到线性化的交流小信号等效电路，并用交流小信号等效电路计算电路输出交流信号的变化。

参数扫描分析是在用户指定参数数值变化的情况下，对电路的特性进行分析。

实验7电路过渡过程的仿真分析

一、电路图

二、实验步骤

1.原理图编辑，设置参数：

分别调出电阻R、电感L、电容C、接地符和信号源V1，其中，信

号源是Source库SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES组中调用

PULSE_VOLTAGE，参数如下：

InitialValue1V，PulsedValue0V，

DelayTime0s，RiseTime0s，FallTime0s，PulseWidth60

μs，Period120μs。

（该电压源用于产生方波信号）

2.分析电路

（1）瞬态分析

①类型设置

仿真→分析→瞬态分析

②参数设置

起始时间设为0，结束时间设为5*120us=0.0006s（5个周

期），其他保持默认。

然后选择对话框菜单栏的“输出”按

钮，在左侧的“所有变量”中选择“V（out）”。

③仿真

④记录结果

（2）参数扫描分析

①类型设置

仿真→分析→参数扫描

②参数设置

选择扫描参数的器件类型为“电阻”，名称为“R1”，参数为

“阻抗”，扫描变量类型为“列表”，分别将500,2000,5000

输入“值列表”选框内。

然后选择“更多选项→待扫描的分

析→瞬态分析→编辑分析”，调出瞬态分析扫描对话框，起

始时间设为0，结束时间设为0.0006s，其他保持默认，单

击“确定”。

③仿真

④记录结果

3.观察电容上的电压波形（使用瞬态分析，分析时间为5倍的方波信

号周期），并判断UC（t）的响应属于何种形式（过阻尼/欠阻尼/临界

阻尼）。

4.通过计算的阻尼电阻，使用参数分析方法设置三个电阻值（分别对

应过阻尼/欠阻尼/临界阻尼状态），观察出其它三种响应形式（过

阻尼/欠阻尼/临界阻尼）。

在实验报告中重点分析响应波形不同的

原因（根据计算得到的仿真电路的时域特性来解释）。

并介绍瞬态

分析和参数分析的特点。

三、仿真结果

过阻尼：

临界阻尼：

欠阻尼：

四、实验结果分析

1.波形不同的原因

在电路中，电感电容串联，它们的电流相位相同，两端电压相位相反。

电源在其一个周期内对电容充电，因而电容电压上升，当电路中电流下降为零时，电容储能达到最大，电压也最大；以后电容放电，将能量转移给电感，同时在电阻上消耗一部分。

当电路中电阻较小（小于临界阻尼）时，能量可以在电感电容两部分之间来回转移，并在电阻上不断消耗，直至能量耗尽，被电源再一次充电，进而产生震荡性响应；当电阻增大时，能量在电阻上消耗的部分增多，于是电路的震荡次数减少，甚至一次完整的震荡都无法完成，故形成了临界阻尼与过阻尼状态下的非震荡型波形图。

2.三种分析方法的特点

瞬态分析是一种非线性时域分析方法，是在给定输入激励信号时，分析电路输出端的瞬态响应。

在进行瞬态分析时，首先计算电路的初始状态，然后从初始时刻起，到某个给定的时间范围内，选择合理的时间步长，计算输出端在每个时间点的输出电压，输出电压由一个完整周期中的各个时间点的电压来决定。

参数扫描分析是在用户指定参数数值变化的情况下，对电路的特性进行分析。