0Drkhgc08级电路计算机仿真分析.docx
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0Drkhgc08级电路计算机仿真分析
七夕，古今诗人惯咏星月与悲情。
吾生虽晚，世态炎凉却已看透矣。
情也成空，且作“挥手袖底风”罢。
是夜，窗外风雨如晦，吾独坐陋室，听一曲《尘缘》，合成诗韵一首，觉放诸古今，亦独有风韵也。
乃书于纸上。
毕而卧。
凄然入梦。
乙酉年七月初七。
-----啸之记。
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电路计算机仿真分析实验报告
姓名：
班级：
08级2班学号：
实验一直流电路工作点分析和直流扫描分析
一实验目的
（1）学习使用Pspice软件，熟悉他的工作流程，即绘制电路图、元件类别的选择及其参数的赋值、分析类型的建立及其参数的设定、Probe窗口的设置和分析的运行过程等。
（2）学习用Pspice进行直流工作点分析和直流扫描分析的操作步骤。
二实验内容
（一）应用Pspice求解图示电路各节点电压和各支路电流
（1）操作过程①启动Orcadcapture,新建工程Ploj1，选项框选择AnalogorMixedA/D。
类型选择为createablankprojiect。
②在原理图界面上点击Place/Parts或右键快捷键。
③首先增加常用库，点击AddLibrary，或将常用库添加进来。
④一定元件到适当位置，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如图。
⑤双击元器件或相应的参数修改名称和值。
⑥在需要观察的位置放置探针。
⑦保留原理图。
R21k
2A0AdcR11kR33k0Adc
4A
0
（2）仿真①点击Pspice/NewSimulationProfile，输入名称。
②在弹出窗口中BasicPoint是默认的，点击确定。
③点击Pspice/run。
④在原理图中点击V，I工具栏按钮，图形显示各节点电压和各元件电流值。
（3）实验结果
4.000V
R24.000W2.000A14.000AR116.00W12.000AR312.00W3
6.000V
Idc1-8.000W2A2.000A
Idc2-24.00W4A4.000A
0V
0
三选做实验
IPRINTIs2
1AR22R14Is13A1A12VR43Vs1Vs4Is32ARL1
I
Vs2
10V
Is5
7V
Is4
Vs3
2A
5V
0
分析下图直流工作点和直流扫描分析（１）操作过程①直流工作点分析同上。
②直流扫描：
ａ单击Pspice/NewSimulationProfile，打开分析类型对话框，以建立分析类型。
选择“直流扫描”。
设置参数。
ｂ设置打印机参数ｃ运行仿真。
（２）实验结果①直流工作点分析
Is23.200W1.000A1AR223.12W3.400A2
IPRINT0W22.40V2.600A
Vs2-34.00W32.40V3.400A10V22.40V
25.60V3.400AR146.24W4Is1-25.60W1A1.000A12V
12.00VVs13.400A40.80W
Is5-67.20W3.000A3A
0V
R420.28W2.600A3
7.800V
Vs418.20W2.600A7V
Is3-15.20W2A2.000A
2.600ARL6.760W1
19.80VIs4-29.60W2.000A2AVs313.00W2.600A5V
14.80V
0
直流扫描分析
2.8A
2.4A
2.0A
1.6A
1.2A0V-I（RL）
2V
4V
6VV_Vs1
8V
10V
12V
V_Vs10.000E+005.000E-011.000E+001.500E+002.000E+002.500E+003.000E+003.500E+004.000E+004.500E+005.000E+005.500E+006.000E+00
I（V_PRINT1）1.400E+001.450E+001.500E+001.550E+001.600E+001.650E+001.700E+001.750E+001.800E+001.850E+001.900E+001.950E+002.000E+00
6.500E+007.000E+007.500E+008.000E+008.500E+009.000E+009.500E+001.000E+011.050E+011.100E+011.150E+011.200E+01
2.050E+002.100E+002.150E+002.200E+002.250E+002.300E+002.350E+002.400E+002.450E+002.500E+002.550E+002.600E+00
三实验结果分析１、由仿真结果验证基尔霍夫定律对于电路１，设４Ｖ和６Ｖ所对应的结点分别为１和２。
对于中间的一个回路有：
4*1+1*2-3*2=0，即基尔霍夫电压定律成立。
对于结点１有：
2+2-4=0，即基尔霍夫电流定律成立。
同理可证电路２的基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律也成立。
2、对于公式（1-1），我们可以看到：
IRL与US1成线性关系，US1越大，IRL越大。
US1=0时，IRL=1.4A。
各物理量的意义：
US1——电压源的电压；IRL——负载电阻流过的电流。
式中数据1.4表示US1=0时IRL的大小，0.1表示电流IRL与电压US1成线性关系的斜率的大小，即当US1变化为1V时，IRL就变化0.1K。
实验二戴维南定理和诺顿定理仿真
一实验目的
（1）进一步熟悉Pspice仿真软件绘制电路图，初步掌握符号参数、分析类型设置。
学习Probe窗口的简单设置。
（2）加深对戴维南定理和诺顿定理的理解。
二原理及说明戴维南定理指出，任一线性有源一端口网络，对外来电路来说，可以用一个电压源和一个电阻串联的之路来替代，该电压源的电压网络的全部独立电源置零后的输入电阻。
等于电压源的开路电压，电阻等于原
诺顿定理指出，任一线性有源一端口网络，对外来电路来说，可以用一个电流源和一个电阻并联的之路来替代，该电流源的电流等于原网络的短路电流络的全部独立电源置零后的输入电导（）。
，其电导等于原网
三实验内容
（1）测量有源一端口网络等效入端电阻
和对外电路的伏安特性。
（2）根据任务
（1）中测得开路电压、输入电阻，组成等效有源一端口网络，测量其对外电路特性。
（3）根据任务
（1）中测得短路电流、输入电阻，组成等效有源一端口网络，测量其对外电路特性。
四实验步骤
（1）在Capture环境下绘制和编制电路，包括取元件、连线、输入参数和设置节点等。
分别编辑原电路、戴维南电路和诺顿电路，检查无误后存盘。
R1100R250RL{var}R3150V14V5VV23.5455V3R027.273RLd{var}Is130mAG027.273RLn{var}
PARAMETERS:
0
var=1K
0
0
（2）Rl的阻值在“PARAM”中定义一个全局变量var。
（3）设定分析类型为“DCSweep”扫描变量为全局变量var，，并设置现行扫描起点为1P、终点为1G和步长为1MEG。
（4）启动运行后，系统自动进入Probe窗口。
选择Plot=>AddPlottoWindows增加坐标轴，分别在两轴上加IRl）V（和（Rl：
的变量。
2）选择Trace=>Cursor=>Display和Trace=>Cursor=>Max显示电流和电压的最大值。
回到界面，按测得参数修改电路。
R027.273
RLd{var}
Is130mA
G027.273
RLn{var}
V33.5455
0
0
从新设定参数后，扫描全局变量仍为var，线性扫描的起点为1，终点为10k，步长为100。
从新启动分析，进入Probe窗口。
增加合适坐标轴显示结果如下。
0A
-100mA
-200mAI（RL）0A
-100mA
-200mAI（RLd）0A
-100mASEL>>-200mA0VI（RLn）V（RL:
2）
0.4V
0.8V
1.2V
1.6V
2.0V
2.4V
2.8V
3.2V
3.6V
三、结论由输出特性曲线可以看出，这三条伏安特性曲线是完全一样的，从而验证了戴维南定理和诺顿定理的正确性。
四、思考与讨论戴维南定理和诺顿定理使用的条件为：
不含受控源的线性网络
实验三正弦稳态电路分析和交流分析扫描
一、实验目的⑴学习用Pspice进行正弦稳态电路的分析。
⑵学习用Pspice进行正弦稳态电路的交流扫描分析。
⑶熟悉含受控源电路的联接方式。
二、
原理与说明对于正弦稳态电路，可以用相量法列写电路方程，求解电路中各个电压和电流的振幅和初相位。
Pspice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、实验示例正弦稳态分析。
以下图为例，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。
IPRINTR110
IPRINT
TX1V110Vac0VdcC110u
0
a.在capture环境下编辑电路，互感是用符号“XFRM_LINER”表示的。
参数设计如下：
L1_VALUE,L2_VALUE为自感，COUPLING为耦合系数。
k=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。
对于上图例子，设置为：
“ACSweepType”选择“Linear”“StartFreq”（起始频率）输入“1592”（10000/2）“EndFreq”（终止频率）也输入“1592”“TotalPts.”（扫描点数）输入“1”c.运行Pspice仿真计算程序，在Probe窗口显示交流扫描分析的结果。
FREQIM（V_PRINT1）IP（V_PRINT1）IR（V_PRINT1）II（V_PRINT1）1.592E+032.268E-038.987E+015.145E-062.268E-03FREQIM（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,初相角约等于90度。
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识符。
可以清楚地看出，电源回路中电流振幅近似等于0，负载回路中的电流振幅等于2A。
四、选做实验⑵给出的实验立体和实验步骤，用Pspice独立做一遍，给出仿真结果。
⑵对正弦稳态电路进行计算机辅助分析，求出各元件的电流。
电路如下图，其中电压源Us=100cos（1000t）V，电流控制电压源的转移电阻为2Ω。
R32H1H
+-
R42
R53
R11R22
2L11mHC11000uF
V2100Vac0Vdc
1
0
仿真结果：
60A
40A
20A
0A80HzI（V1）
I（R1）
-I（R2）
I（R4）
I（R3）
-I（L1）
-I（R5）
159Hz-I（C1）Frequency
239Hz
⑶路如图三，Us=220
cos（314t）V，电容是可调的，其作用是为了提高电路的功率
因数λ。
试分析电容为多大值时，电路的功率因数λ=1。
PARAMETERS:
R6100V3VOFF=0VAMPL=311FREQ=50C2{var}
2L20.2H
1
0
仿真结果：
1.9A
1.8A
1.7A
1.6A
1.5A0I（V3）var2u4u6u8u10u12u14u16u18u20u
五、实验结果分析1、可以清楚地看出，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。
2、因为当功率因数为1时，电源输出电流最小。
从图4可以看出，电源输出电流最小约为1.578A,此时电容约为14.2uF。
3、各元件的电流可以从图2读出：
I（R1）=44.6A，I（R2）=27.2A，I（R3）=14.1A，I（R4）=22.5A，I（R5）=5.1A，I（L1）=22.4A，I（C1）=20.2A。
实验四一阶动态电路的研究
一实验目的
（1）掌握Pspice编辑动态电路、设置动态远见的初始条件。
掌握周期激励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。
二示例实验符以获取激励和电容电压的波形，设置打印电压标示符以获取电容电压数值输出。
1.编辑电路。
其中方波电源是source库中的VPULSE电源。
电容选取Analog库中的C-elect（Ic设为2V）2.设置分析类型为Transient。
其中MaximumSetp设为2ms,Runto40ms3.设置输出方式。
为观察电容电压的充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典雅的波形，设置打印电压表师傅以获取电容电压数值输出。
R71.8k
V
V1=0V2=7TD=2msTR=0.001usTF=0.001usPW=2msPER=4ms
V4
C3
V
2uf
0
仿真计算及结果分析。
经仿真计算得到图形输出如下图：
8.0V
6.0V
4.0V
2.0V
0V0sV（V4:
+）
5msV（R7:
2）
10ms
15ms
20msTime
25ms
30ms
35ms
40ms
增加Vprint到电路上观察电容电压的数值输出：
TIMEV（N02549）0.000E+000.000E+002.000E-032.446E-064.000E-032.988E+006.000E-031.713E+008.000E-033.970E+001.000E-022.275E+001.200E-024.292E+001.400E-022.460E+001.600E-024.398E+001.800E-022.521E+002.000E-024.433E+002.200E-022.540E+002.400E-024.444E+002.600E-022.547E+002.800E-024.448E+003.000E-022.549E+003.200E-024.449E+003.400E-022.550E+003.600E-024.450E+003.800E-022.550E+004.000E-024.450E+00分析：
电容在连续充放电，开始电容放电，达到最小值，当第一个方脉冲开始以后，经历一个逐渐的“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”详细情况。
最后电容电压输出波形稳定在最大值4.450V，最小值为2.550V。
三选做实验1.参照示例实验，改变R和C的元件参数，观察改变时间常数对电容电压波形的影响。
2.仿真计算R=1k，C=100uf的RC串联电路，接入峰—峰值为3V，周期为2s的方波激励的零状态响应。
R11k
V1=1.5V2=-1.5TD=1msTR=0.001usTF=0.001usPW=1sPER=2s
V1
C2100uf
0
仿真结果：
2.0V
1.0V
0V
-1.0V
-2.0V0sV（C2:
+）
2sV（V1:
+）
4s
6s
8s
10sTime
12s
14s
16s
18s
20s
TIMEV（N00231）0.000E+003.000E-061.000E+00-1.475E+002.000E+001.477E+003.000E+00-1.477E+004.000E+001.477E+005.000E+00-1.477E+006.000E+001.477E+007.000E+00-1.477E+008.000E+001.477E+009.000E+00-1.477E+001.000E+011.477E+001.100E+01-1.477E+001.200E+011.477E+001.300E+01-1.477E+001.400E+011.477E+001.500E+01-1.477E+001.600E+011.477E+001.700E+01-1.477E+001.800E+011.477E+001.900E+01-1.477E+002.000E+011.500E+00分析：
R、C值的变化使得时间常数发生变化，影响电容的充放电过程，所以输出波形发生较大变化。
3.仿真计算R=1k，C=100uf的RC串联电路，接入峰—峰值为5V，周期为2s的方波激励的全响应。
其中电容电压的初始值为1V。
R11k
V1=2.5V2=-2.5TD=1msTR=0.001usTF=0.001usPW=1sPER=2s
V1
C2100uf
0
4.0V
2.0V
0V
-2.0V
-4.0V0sV（C2:
+）
2sV（V1:
+）
4s
6s
8s
10sTime
12s
14s
16s
18s
20s
TIME0.000E+001.000E+002.000E+003.000E+004.000E+005.000E+006.000E+007.000E+008.000E+009.000E+001.000E+011.100E+011.200E+011.300E+011.400E+011.500E+011.600E+011.700E+01
V（N00231）1.000E+00-2.407E+002.465E+00-2.462E+002.462E+00-2.462E+002.462E+00-2.462E+002.462E+00-2.462E+002.462E+00-2.462E+002.462E+00-2.462E+002.462E+00-2.462E+002.462E+00-2.462E+00
1.800E+012.462E+001.900E+01-2.462E+002.000E+012.500E+00分析：
全响应，电容起始电压为1V，此后电容处于充电状态，充电达到饱和电容电压的衰减很小又很快开始充电。
四、实验结果分析1、波形由方脉冲尖顶波变为弧行脉冲，电容冲放电过程由近似的直线变成明显的与电压成非线形关系。
2、随着时间常数的增大，电容一次充电和放电的时间间隔明显增大，如图2和图4，从0增加到0.5s。
3、从图4和图6的电容电压波形可以看出，改变R和C的元件参数，改变时间常数对电容电压波形会产生影响。
u（τ）=0.368US，此时所对应的时4、在RC串联电路中，对于零输入响应：
当t=τ时，C
间就等于τ，对于零状态响应，可用其响应波形增长倒0.632US所对应的时间测得。
实验五二阶动态电路的仿真分析
一实验目的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的有关的参数。
3.掌握用计算机仿真与示波器观察电路响应波形的方法。
二示例实验研究R.L.C串联电路零输入响应波形。
1.电路如下图，其中电容元件CI的IC设为10V，电感元件IC设为0，电阻元件R1Value设为{val}，设置PARAM的val参数为1Ω。
在设置仿真参数文件的全局变量时，设置Parametername:
:
为val。
在Sweeptype栏内，选Valuelist为0.00001，20，40，100，即分别计算计算以上参数下的各变量波形。
PARAMETERS:
R1{var}
V
2L1
V
C12u1
0.8m
I
0
2.用PSpice在一个坐标下观察uc.il,ul1波形：
（1）R＝0.00001ohm，很小，基本不振荡情况
10
5
0
-5
-100sV（C1:
2）
0.1msV（L1:
2）
0.2msI（L1）
0.3ms
0.4ms
0.5msTime
0.6ms
0.7ms
0.8ms
0.9ms
1.0ms
（2）R＝20ohm,欠阻尼情况
5
0
-5
-100sV（C1:
2）
0.1msV（L1:
2）
0.2msI（L1）
0.3ms
0.4ms
0.5msTime
0.6ms
0.7ms
0.8ms
0.9ms
1.0ms
（3）R＝40ohm,临界阻尼情况
5
0
-5
-100sV（C1:
2）
0.1msV（L1:
2）
0.2msI（L1）
0.3ms
0.4ms
0.5msTime
0.6ms
0.7ms
0.8ms
0.9ms
1.0ms
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