电路计算机仿真分析文档格式.docx
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对于二端元件参考方向定义为正端子指向负端子。
三、实验过程
1、示例说明：
应用Pspice求解下图所示电路各节点电压和各支路电流。
2、操作步骤
（1）启动Orcadcapture,新建工程Proj1,选项框选择AnalogorMixedA/D.类型选择为createablankproject。
（2）在原理图界面上点击Place/Part或右侧快捷键。
（3）首先增加常用库，点击AddLibrary,将常用库添加进来。
本例需要添加Analog（包含电阻、电容等无源器件）。
在相应的库中选取电阻R，电流源IDC。
点去Place/Ground选取0/Source以放置零节点（每个电路必须有一个零节点）。
（4）移动元器件到适当位置，右键单击器件进行适当旋转，点击Place/Wire或快捷键将电路连接起来（如下页图所示）。
（5）双击原器件或相应参数修改名称和值。
（6）在需要观察到位置放置探针。
（7）保存原理图。
EndMode
结束取用命令
MirrorHorizontall
将该元件左右翻滚（同H键）
MirrorVertically
将该元件上下翻滚（同V键）
Rotate
将该元件逆时针旋转90度（同R键）
EditProperties
开启该元件的属性编辑对话框
ZoomIn
放大视窗比例
ZoomOut
缩小视窗比例
GOTo…
跳到指定位置
3、仿真
（1）点击Pspice/NewSimulationProfile，输名称（例如输DC1）；
（2）在弹出的窗口中BasicPoint是默认选中，必须进行分析的。
点击确定。
（3）点击Pspice/Run（快捷键F11）或工具栏相应按钮。
（4）如原理图无错误，则显示PspiceA/D窗口。
在本例中未设置其它分析，窗口无显示内容，关闭该窗口。
（5）在原理图窗口中点击V,I工具栏按钮，图形显示各节点电压和各元件电流值如下：
四选做实验
选做实验图
以图所示的直流电路为例，要求对这个电路进行以下两方面的分析：
1、直流工作点分析，即求各节点电压和各元件电压和电流：
2、直流扫描分析：
a.单击Pspice/EditSimulationProfile,打开分析类型对话框，建立分析类型。
对直流电路的扫描分析要选择“DCSweep….”。
选中后，打开下一级对话框“直流扫描分析参数表”，并设置为：
“SweepVar.Type”选择“VoltageSource”;
“SweepType”选择“Linear”;
“Name”选择“Vs1”;
“StartValue”输“0”，“EndValue”输“12”,”Increment”输“0.5”。
b.运行Pspice的仿真计算程序，进行直流扫描分析。
c.对于图中电路，电压源US1的电压设置在0到12V之间变化，显示的波形就是负载电阻RL的电流IRL随USL变化的波形：
d.为了得到数值结果，可以从“Special”库取“IPRINT”，把它串联到测量点上。
例如图中电路，可把“IPRINT”与“RL”串联。
这时“dc=1”，其余可以缺省。
当在“直流扫描分析参数表”中设置的分析参数“Incement”为“1”时，运行仿真。
在Capture窗口单击pspice/viewoutputfile，数据输出为：
V_Vs1I（V_PRINT1）
ｅ．IRL与US1的函数关系为：
IRL=1.4+（1.2/12）US1=1.4+0.1US1
一、思考与讨论及实验结果分析
（1）根据两图及所得仿真结果验证基尔霍夫定律
答：
由示例仿真结果知
第一组方程：
Idc1+IR2=2.000A+2.000A=4.000A=IR1,Idc2=4.000A=IR2+IR3；
第二组方程：
Vidc1+VR1=4+（-4）=0,VR1+VR2+VR3=4+2-6=0,Vidc2+VR3=6-6=0;
由以上两组方程知道，各支点流进电流等于流出电流，各回路电压压降和为0，故结果验证了基尔霍夫定律。
（2）怎样理解电流IRL随US1变化的函数关系？
这个式子中的各项分别表示什么物理意义？
答：
IRL与US1的函数关系为：
IRL=1.4+（1.2/12）US1=1.4+0.1US1。
式子中IRL表示流过电阻IRL的电流，US1表示电源电压。
（3）对图中的电路，若想确定节点电压Un1随US1变化的函数关系，如何使用Pspice软件？
直流扫描分析。
单击Pspice/EditSimulationProfile,打开分析类型对话框，建立分析类型。
运行Pspice的仿真计算程序，进行直流扫描分析。
对于图中电路，电压源US1的电压设置在0到12V之间变化，显示的波形就是负载电阻RL的电流IRL随USL变化的波形。
在Capture窗口单击pspice/viewoutputfile，然后输出数据。
（4）对上述电路，若想确定负载电阻RL的电流IRL随负载电阻RL变化（设RL变化范围为0.1到100）的波形，又该如何使用Pspice软件进行仿真分析？
“SweepVar.Type”选择“Modelparametent”;
“Name”选择“IRL”;
“StartValue”输“0.1”，“EndValue”输“12”,”Increment”输“0.5”。
（5）总结如何用Pspice进行直流工作点分析和直流扫描分析。
直流工作点分析，即求各节点电压和各元件电压和电流。
直流扫描分析：
实验二戴维南定理和诺顿定理的仿真
一、实验目的：
（1）进一步熟悉Pspice仿真软件中绘制电路图，初步掌握符号参数、分析类型的设置。
学习Probe窗口的设置。
（2）加深对戴维南定理与诺顿定理的理解
二、原理与说明：
戴维南定理指出，任一线性有源一端口网络，对外电路来说，可以用一个电压源与电阻串联的支路来代替，该电压源的电压US等于原网络的开路电压UOC，电阻RO等于网络的全部独立电源置零后的输入电阻REQ。
诺顿定理指出，任一线性有源一端口网络，对外电路来说，可以用一个电流源与电导并联的支路来代替，该电流源的电流Is等于原网络的短路电流ISC，其电导GO等于原网络的全部独立电源置零后的输入电导Geq（Geq=1/Req）。
三、实验内容：
（1）测量有源一端口网络等效入端电阻Req和对外电路的伏安特性。
其U1=5V，R1=100，U2=4V，R2=50，R3=150。
（2）根据任务中测出的开路电压Uoc、电阻Req，组成等效有源一端口网络，测量其对外电路的伏安特性。
（3）根据任务1中测出的短路电流ISC、电阻Req,组成等效有一端口网络，测量其对外电路的伏安特性。
四、实验步骤：
8、在Capture下绘制和编辑电路，包括取元件、连线、输参数和设置节点等。
分别编辑原电路、戴维南等效电路和诺顿等效电路（等效参数待定），检查无误后存盘。
9、为测量原网络的伏安特性，RL是可变电阻。
为此，RL的阻值要在“PARAM”中定义一个全局变量var。
注意：
PARAM设置方法是从special库中去PARAM放置在电路图上，双击该器件在属性栏左上角的AddNewColumn/Row，输名称var，值1K。
如要显示该名称和值在电路图上，在数据栏上右键单击，修改display属性。
10、为测电路的开路电压UOC及短路电流ISC，设定分析类行为“DCsweep”，扫描变量为全局变量var，并具体设置线性扫描的起点、终点和步长。
因需要测短路点，故扫描的起点电阻要尽量小，但不能是0。
而要测开路电压，扫描的终点电阻要尽量大。
现行扫描的起点为1P，终点为1G，步长为1MEG。
此时不需要中间数据，为了缩短分析时间，步长可以设置大一些。
11、启动分析后，系统自动进了Probe窗口。
选择Plot=Addplottowindow增加一坐标轴，选择Trace=Add…分别在两轴上加I和V变量。
激活显示电流的坐标轴。
选择Trace=cursor=display显示电流的坐标值列表，选择Trace=cursor=max显示电流的最大值。
同样可以显示电压的最大值。
测得I（RL）最大值ISC=130ma，V（RL：
2）最大值3.5455V。
则电阻Req=3.5455/0.13=27.273。
回到capture界面，按测得的等效参数修改电路参数。
重新设定扫描参数，扫描变量仍为var，现行扫描的起点为1，终点为10K，步长为100.重新启动后，来到Probe窗口。
选择plot=Addplot增加两个坐标轴，选择Plot=Xaxissetting=axisvariable，设置横轴V（RL：
2），选择Trace=add分别在三个轴上加I（RL）、I（RLd）、I（RLn）变量。
选择Trace=cursor=display显示坐标值列表，点击I（RL）、I（RLd）、I（RLn）前面的小方格，数值列表中将显示相应坐标中的坐标值。
用鼠标拖动十字交叉线，可以显示不同电压时的相应电流值。
比较三条伏安特性曲线，验证戴维南定理和诺顿定理。
五、实验分析思考与讨论
（1）戴维南定理和诺顿定理的使用条件是什么？
戴维南定理和诺顿定理要求是一个线性有源一端口网络。
（2）绘制原电路和等效电路的伏安特性曲线，比较三条曲线的特性。
实验三正弦稳态电路分析和交流扫描分析
（1）学习用pspice进行正弦稳态电路的分析
（2）学习用Pspice进行正弦稳态电路的交流扫描分析
（3）熟悉含受控源电路的链接方式
二、原理与说明
对于正弦稳态电路，可以用向量法列写电路方程，求解电路中各个电压和电流的振幅（有效值）和初相位（初相角）。
Pspice软件是用相量形式的节点电压法对正弦稳态电路进行分析的。
三、实验示例
（1）正弦稳态分析。
其中正弦电源的角频率为10Krad/s，要求计算两个回路中的电流。
a.在capure环境下编辑电路，互感是用符号“XFRM_LINER”表示的。
参数设置如下：
L1_VALUE，L2_VALUE为自感，COUPLING为耦合系数。
b.设置仿真，打开分析类型对话框，对于正弦电路分析要选择“ACsweep”。
单击该按钮后，可以打开下一级对话框“交流扫描分析参数表”，设置具体的分析参数。
对于图中的例子，设置为：
“Startfreq.”输“1592”；
“endfreq.”输“1592”；
“totalpts.”输“1”。
c.运行pspice的仿真计算程序，在probe窗口显示交流扫描分析的结果。
d.为了得到数值的结果，可以在两个回路中分别设置电流打印机标示符。
其中，电流打印机标示符的属性设置分别为I（R1）和I（C1），设置项有（AC、MAG、PHASE、REAL、IMAG）。
仿真计算的输出结果为
FREQIM（V_PRINT1）IP（V_PRINT1）IR（V_PRINT1）II（V_PRINT1）
1.592E+032.268E-038.987E+015.145E-062.268E-03
FREQIM（V_PRINT2）IP（V_PRINT2）IR（V_PRINT2）II（V_PRINT2）
1.592E+032.004E+008.987E+014.546E-032.004E+00
分析：
可以清楚的看出，电源回路中的电流振幅近似等于0，负载回路中的电流振幅等于2A。
四、选做实验
（1）以给出的实验例题和实验步骤，用pspice独立做一遍，给出仿真结果。
（2）对正弦稳态电路进行计算机辅助分析，求出个元件的电流。
选做实验
（1）：
选做
（2）
五、思考与讨论
（1）为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流时增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？
总电流增大；
感性元件上的电流和功率都增大。
（2）提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法而不是串联法？
所并的电容器是否越大越好？
如果用串联法，则对提高线路功率因数效果不好；
所并的电容器不是越大越好。
（3）总结如何用PSPICE进行正弦稳态电路的交流扫描分析
在capure环境下编辑电路，互感是用符号“XFRM_LINER”表示的。
设置仿真，打开分析类型对话框，对于正弦电路分析要选择“ACsweep”。
运行pspice的仿真计算程序，在probe窗口显示交流扫描分析的结果。
为了得到数值的结果，可以在两个回路中分别设置电流打印机标示符。
实验四一阶动态电路的研究
（1）掌握pspice编辑动态电路、设置动态元件的初始条件、掌握周期吉利的属性及对动态电路仿真的方法。
（2）理解一阶RC电路在方波激励下逐步实现稳态充放电的过程
（3）理解一阶RL电路在正弦激励下，全响应与激励接入角的关系
电路在一定条件下有一定的稳定状态，当条件改变，就要过渡到新的稳定状态。
从一种稳定状态转到另一种新的稳定状态往往不能越变，而是需要一定的过渡过程，这个物理过程就称为电路的过渡过程。
电路的过渡过程往往为时短暂，所以电路在过渡过程中的工作状态成为暂态，因而过渡过程又称为暂态过程。
（1）分析同种RC串联电路在方波激励下的全响应
a.编辑电路。
其中方波电源是Source库中的VPULSE电源。
VPULSE的属性的意义列于表中。
为分辨电容极性，电容选取Analog库中的C_elect（电容Ic设为2V）。
方波激励的属性意义
V1=0方波低电平
V2-7方波高电平
TD=2ms第一方波上升时间
TR=0.0001us方波上升沿时间
TF=0.0001us方波下降沿时间
PW=2ms方波高电平宽度
PER=4ms方波周期
b.设置分析类型为Transient。
其中maximumstep设为2ms,Runto40ms>
c.设置输出方式。
为了观察电容电压的冲放电过程与方波激励的关系，设置两个节点电压标示符以获取激励和电容电压的波形，设置打印电压标示符一获取电容电压数值输出。
d.仿真计算及结果分析。
经仿真计算得到图形输出：
从波形可见，电容的工作过程是连续在充放电过程，开始电容放电，达到最小值，但第一个方脉冲开始以后，经历一个逐渐“爬坡过程”，最后输出成稳定的状态，产生一个近似的三角波。
从电容电压的数值输出可以精确看到这个“爬坡过程”的详细情况。
最后电容电压输出波形稳定在最大值为4.450，最小值2.550。
增加VPRINT到电路上观察电容电压的数值输出：
最后电容电压输出波形稳定在最大值为4.5V，最小值为2.55V。
（1）仿真计算R=1K，C=100uF的RC串联电路，接上峰-峰值为3V、周期为2S的方波激励的零状态响应。
过程略
（2）仿真计算R=1K,C=100uf的RC串联电路，接上峰-峰值为5V、周期为2s的方波激励时的全响应。
电容电压的初始值为1V。
五．思考与讨论：
1.在RC串联电路中，根据理论计算，电容充电上升到稳态值的63.2%时需要时间为一个时间常数ζ。
2.RC串联中，电容电压衰减到初始电压的36.8％所需要的时间为一个时间常数
。
3.从理论上讲，电路的动态过程需要经历无限长时间才能结束，也就是说当t=∞时，电感放电才能衰减到零，达到新的稳态。
但实际上，当时间T=5s时，UL=U0e-5=0.007U0。
此时电感电压已接近于零，电感的放电过程已基本结束。
所以工程上一般认为从暂态到稳定状态的的时间为4s-5s。
实验五二阶动态电路的仿真分析
（1）研究R、L、C串联电路的电路参数与其暂态过程的关系。
（2）观察二阶电路在过阻尼、临界阻尼和欠阻尼三种情况下的响应波形。
利用响应波形，计算二阶电路暂态过程有关的参数。
（3）掌握利用计算机仿真与示波器观察电路响应波形的方法。
二、实验原理
对于R、L、C串联电路，两个状态变量分别为电容电压Uc、电感电流IL。
取Uc为横坐标，IL为纵坐标，构成研究该电路的状态平面。
每一个时刻的Uc、IL，可以用相平面上的一点表示，这个点为相迹点。
Uc、IL随时间变化的每一个状态可以用平面上一系列相迹点表示。
这样得到的曲线为状态曲线。
利用PSPICE仿真可以方便的得到状态曲线。
三、示例实验
（1）研究R、L、C串联电路零输进响应波形。
利用Pspice分析图示电路。
（2）再用PSPICE在一个坐标下观察UC、IL、UL1波形，并输出结果。
四、选做实验
研究方波信号作用下的R、L、C串联电路
利用pspice分析电路图，元件如图所示，设置暂态仿真时间范围0到8ms（即方波脉冲的两个周期），参数设置为列表方式，分别选取Val=-0.5，0.1，1，10，40，200，观察UC在这些参数下的波形。
波形图：
根据公式R＝2
，L=0.8m,C=2u，得R＝40，可知R1=40
是临界非振荡充电过程的条件。
当R=-0.5（负电组）时，可看到Uc逐渐变大，与电阻为正值时情况相反；
R<
40时，每一个方波的整周期内，Uc处于振荡状态；
R>
40时，电路处于过阻尼状态。
四、思考题与讨论：
RLC串联电路的暂态过程中，电感和电容之间存在能量转换，在能量传递过程中，由于电阻会消耗能量，所以随着R的大小的不同，电路会出现不同的工作状态。
当R较小时，电路处于振荡状态，电感和电容通过电流来实现能量交换，由于电阻总是消耗能量（此时消耗能量较小），使整个系统的能量不断减少，从而使电容电压的振幅值衰减。
当R较大时，电路处于非振荡状态，由于电阻较大，消耗的能量较多，从而“阻碍”了电容和电感之间能量的传递，故称之为“过阻尼”。
当
时，电路处于临界状态，由于此时能量没有消耗，故此时电容电压幅值不会衰减，而是等幅振荡。
实验六频率特性和谐振的仿真
（1）学习使用Pspice软件仿真分析电路的频率特性。
（2）掌握用Pspice软件进行电路的谐振研究。
（3）了解耦合谐振的特点。
（1）在正弦稳态电路中，可以用相量法对电路进行分析。
（2）在正弦稳态电路中，对于含有电感L和电容C的无源一端口网络，若端口电压和端口电流通相位，则称该一端口网络为谐振网络。
谐振时局部会得到高于电源电压数倍的局部电压。
电流同电压。
（3）进行频率特性和谐振电路的仿真时，采用“交流扫描分析”，在Probe中观测波形，测量所需要的值。
（4）滤波器输进正弦波，其频率从零逐渐变大，则输出的幅度也将不断变化。
（5）对滤波电路的分析可以用“交流扫描分析”，并在probe窗口中观测波形、测量滤波器的通频带、调节电路参数，以使滤波器满足设计要求。
双T型网络，分析其网络的频率特性，需要在ACsweep的分析类型下进行。
编辑电路，输进端为1V的正弦电压源，从输出端获取电压波形。
从图中可以看出，这是一个带阻滤波器，低频截止频率近似为182HZ，高频截止频率近似3393HZ，带阻宽度3211HZ。
分析网络的频率特性，须在ACSweep的分析类型下进行。
编辑电路，输入端为1V的正弦电压源，从输出端获取电压波形，如图6-2所示。
从上图可以看出，这是一个带阻滤波器，低频截至频率近似为182HZ，高频截至频率近似为3393HZ
，带阻宽度3211HZ。
四．选做实验
1．图6-3（a）所示为RLC串联电路，测试其幅频特性，确定其通带宽△f0若△f小于40KHZ，试采用耦合谐振的方式改进电路，使其通带宽满足设计要求。
（a）仿真图6-3（a），观察其谐振频率和通带宽是否满足设计要求，
由图可以看也该带阻滤波器的低频截止频率近似为988.01kHZ，高频截止频率近似为1013.4kHZ，故其带阻宽度为25.4kHZ<
40kHZ。
故不满足设计要求，须采用耦合谐振的方式改进电路，
（b）改进电路如图6-3（b）所示，其耦合电感参数设置如下L1=L2=100uH,耦合系数COUPLE=0.022。
观察其谐振频率和通带宽是否满足设计要求。
由图可以看也该带阻滤波器的低频截止频率近似为985.46kHZ，高频截止频率近似为1014.6kHZ，故其带阻宽度为29.24kHZ<
40kHZ故满足实验设计要求。
四、思考与讨论
（1）同一电阻、电感、电容
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