电路仿真实验报告.docx
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电路仿真实验报告
本科实验报告
实验名称：
电路仿真
课程名称：
电路仿真
实验时间：
任课教师：
实验地点：
实验教师：
实验类型：
□原理验证
□综合设计
□自主创新
学生姓名：
学号/班级：
组号：
学院：
信息与电子学院
同组搭档：
专业：
成绩：
实验1叠加定理的验证
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（Group:
Indicators,Family:
VOLTMETER或AMMETER）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；
4.根据叠加电路分析原理,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于电路时，在该元件上产生的电流或电压的代数和。
所以，正常情况下应有U1=U2+U3,I1=I2+I3;经实验仿真：
当电压源和电流源共同作用时，U1=-1.6VI1=6.8A.
当电压源短路即设为0V,电流源作用时，U2=-4VI2=2A
当电压源作用，电流源断路即设为0A时，U3=2.4VI3=4.8A
所以有U1=U2+U3=-4+2.4=-1.6VI1=I2+I3=2+4.8=6.8A验证了原理
实验2并联谐振电路仿真
2.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，按上图连接并修改按照例如修改电路的网络标号；
3.设置电路参数：
电阻R1=10Ω，电阻R2=2KΩ，电感L1=2.5mH,电容C1=40uF。
信号源V1设置为AC=5v，Voff=0，Freqence=500Hz。
4.分析参数设置：
AC分析：
频率范围1HZ—100MHZ，纵坐标为10倍频程，扫描点数为10，观察输出节点为Vout响应。
TRAN分析：
分析5个周期输出节点为Vout的时域响应。
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。
根据并联谐振电路原理,谐振时节点out电压最大且谐振频率为w0=1/
=
，f0=w0/2
=503.29Hz谐振时节点out电压理论值由分压公式得u=2000/（2000+10）*5=4.9751V.
当频率低于谐振频率时，并联电路表现为电感性，所以相位为90°
当频率等于谐振频率时，并联电路表现为电阻性，所以相位为0°
当频率高于谐振频率时，并联电路表现为电容性，所以相位为-90°
经仿真得谐振频率为501.1872Hz，谐振时节点电压为4.9748V.
相频特性与理论一致。
由信号源的f=500Hz，可得其周期为0.002s,为分析5个周期，所以设瞬态分析结束时间为0.01s.得如下仿真结果：
仿真数据：
（从excel导出）
X--铜线1:
:
[V（vout）]
Y--铜线1:
:
[V（vout）]
1
0.007854003
1.258925412
0.009887619
1.584893192
0.012447807
1.995262315
0.015670922
2.511886432
0.019728646
3.16227766
0.024837142
3.981071706
0.031268603
5.011872336
0.039365825
6.309573445
0.049560604
7.943282347
0.062397029
10
0.078561038
12.58925412
0.098918117
15.84893192
0.124561722
19.95262315
0.156876168
25.11886432
0.197619655
31.6227766
0.249036512
39.81071706
0.314013974
50.11872336
0.396310684
63.09573445
0.500907228
79.43282347
0.634575093
100
0.80685405
125.8925412
1.031819265
158.4893192
1.331400224
199.5262315
1.74164406
251.1886432
2.32321984
316.227766
3.165744766
398.1071706
4.274434884
501.1872336
4.97484754
630.9573445
4.314970112
794.3282347
3.202346557
1000
2.348723684
1258.925412
1.759342888
1584.893192
1.344114189
1995.262315
1.041249759
2511.886432
0.814015182
3162.27766
0.640100344
3981.071706
0.505215181
5011.872336
0.399692333
6309.573445
0.316680015
7943.282347
0.251144179
10000
0.19928881
12589.25412
0.158199509
15848.93192
0.125611629
19952.62315
0.099751457
25118.86432
0.079222668
31622.7766
0.062922422
39810.71706
0.049977859
50118.72336
0.039697222
63095.73445
0.031531821
79432.82347
0.025046213
100000
0.019894713
125892.5412
0.015802831
158489.3192
0.012552584
199526.2315
0.009970847
251188.6432
0.007920112
316227.766
0.006291162
398107.1706
0.004997245
501187.2336
0.003969451
630957.3445
0.003153046
794328.2347
0.002504553
1000000
0.001989437
1258925.412
0.001580266
1584893.192
0.00125525
1995262.315
0.00099708
2511886.432
0.000792009
3162277.66
0.000629115
3981071.706
0.000499724
5011872.336
0.000396945
6309573.445
0.000315304
7943282.347
0.000250455
10000000
0.000198944
12589254.12
0.000158027
15848931.92
0.000125525
19952623.15
9.9708E-05
25118864.32
7.92009E-05
31622776.6
6.29115E-05
39810717.06
4.99724E-05
50118723.36
3.96945E-05
63095734.45
3.15304E-05
79432823.47
2.50455E-05
100000000
1.98944E-05
实验3含运算放大器的比例器仿真
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。
=-5
=-5
=-5
由电路分析原理，输出与输入反向，且放大5倍，与仿真结果一致。
电路分析过程如下图：
实验4二阶电路瞬态仿真
上图中其中C1的电容值分别取1000u，500u，100u，10u，其他参数值如图所示。
利用multisim软件使用瞬态分析求出上图中各节点的Vout节点的时域响应,并能通过数据计算出对应电容取不同参数时电路谐振频率（零输入响应）。
电容100050010010
周期6.2414ms4.4245ms2.0059ms665.0827us
谐振频率159.15Hz225.07Hz503.29Hz1591.55Hz
此仿真属于LC电路中的正弦振荡，由于没有电阻，由初始储能维持，储能在电场和磁场之间往返转移，电路中的电流和电压将不断地改变大小和极性，形成周而复始的等幅振荡。
实验5戴维南等效定理的验证
Figure1电路原理图
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试电路阻抗；
Figure2电路等效电阻测量
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；
Figure3电路开路电压值测量
4）如Figure4连接，验证戴维南定理；
Figure4戴维南等效电路图
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。
原电路结果：
（figure1）
将电压源移除测得等效阻抗为223欧。
测开路电压：
戴维南等效电路：
由戴维南等效定理可知，含源单口网络无论其结构如何复杂，就其端口来说，可等效为一个电压源串联电阻支路。
电压源电压等于该网络的开路电压，串联电阻等于网络中所有独立源为零时网络的等效电阻。
等效电阻理论值：
220//330+91=220*330/（220+330）+91=132+91=223
开路电压理论值：
220/（220+330）*10=4V
将单口网络换为电压源与等效电阻支路后，Figure1和Figure4中电压表和电流表的值的相同，且等效电阻和开路电压的仿真结果与理论值一致，验证了戴维南等效定理。
实验2元件模型参数的并联谐振电路
1.原理图编辑，设置参数：
分别调出电阻R、电感L、电容C和信号源V1（注意区分信号源族（SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES）和电源族（POWER_SOURCES）中，交流电压源的区别，信号源的AC设置为5），参数如图所示（课上已经重点强调）。
2.参数扫描分析设置：
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。
3.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。
4.扫描点数为10点：
求谐振频率的公式为w0=1/
，f0=w0/2
，所以C越小，谐振频率越大。
并联GLC电路通频带BW=G/C,所以C越小，通频带越长。
与仿真曲线吻合。
AC分析是在正弦小信号工作条件下的一种频域分析。
它可以计算电路的幅频特性和相频特性，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每个参数变化值的情况下，对电路的特性进行分析。
当C=4e-007时，谐振频率的理论值为f=5032Hz.仿真值为5011.9
当C=4e-006时，谐振频率的理论值为f=1591.5Hz.仿真值为1584.9
当C=4e-005时，谐振频率的理论值为f=503.29Hz.仿真值为501.19
当C=4e-004时，谐振频率的理论值为f=159.15Hz.仿真值为158.49
当扫描100个点时
当扫描1000个点时
扫描点数越多，曲线越平滑，仿真值越贴近理论值。
实验3电路过渡过程的仿真分析
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：
InitialValue0V，PulsedValue1V，DelayTime0s，RiseTime0s，FallTime0s，PulseWidth60μs，Period120μs。
（该电压源用于产生方波信号）
2.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Uout（t）的响应属于何种形式（过阻尼/欠阻尼/临界阻尼）？
3.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扫描分析的特点。
参数扫描设置如下所示：
临界阻尼为2*
=2000。
当R>2000时，过阻尼，响应是非振荡的，当R=2000时，临界阻尼，响应是非振荡的，当R<2000时，欠阻尼，响应为按指数规律衰减的衰减振荡。
电阻较大时，损耗也大，在储能的转移过程中，电阻消耗能量较大，当磁场储能再度释放时已不能再供给电场存储，当电阻较小时，电容可能再度充电，形成不断放充电的局面，形成振荡性的响应。
瞬态分析和参数扫描分析的特点：
瞬态分析用于分析电路的时域响应，分析的结果是电路中指定变量与时间的函数关系。
瞬态分析可以同时显示电路中所有结点的电压波形。
参数扫描分析是在用户指定每个参数变化值的情况下，对电路的特性进行分析。
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