电路仿真实验报告 2.docx

1、电路仿真实验报告 2电路仿真实验报告实验一 直流电路工作点分析与直流扫描分析一、实验目得（1）学习使用Pspie软件，熟悉它得工作流程,即绘制电路图、元件类别得选择及其参数得赋值、分析类型得建立及其参数得设置、Probe窗口得设置与分析得运行过程等。（2）学习使用Pspc进行直流工作点得分析与直流扫描得操作步骤。二、原理与说明对于电阻电路，可以用直观法列些电路方程,求解电路中各个电压与电流。pce软件就是采用节点电压法对电路进行分析得。使用Ppce软件进行电路得计算机辅助分析时,首先编辑电路，用Pspc得元件符号库绘制电路图并进行编辑。存盘。然后调用分析模块、选择分析类型,就可以“自动”进行电

2、路分析了。三、实验示例1、利用ice绘制电路图如下2、仿真（1）点击spce/Ne Simuation Pofle,输入名称;（2）在弹出得窗口中Basic Poit就是默认选中,必须进行分析得。点击确定。（3）点击Pspic/u(快捷键11)或工具栏相应按钮。（4）如原理图无错误,则显示spic A/D窗口。（5）在原理图窗口中点击V，工具栏按钮,图形显示各节点电压与各元件电流值如下。四、选做实验1、直流工作点分析,即求各节点电压与各元件电压与电流。2、直流扫描分析，即当电压源得电压在12V之间变化时，求负载电阻R中电流虽电压源得变化曲线。曲线如图:直流扫描分析得输出波形3、数据输出为:V_

3、Vs (V_RI)、00E+0 1、400、00E+00 1、00E002、00+0 1、00+003、00E00 1、70E+004、00E00 1、800E00、000E00 1、9006、0E 、000+7、00E+00 2、10E+008、00E+00 2、200E+09、0E+00 2、300E+1、00E+01 2、4E+001、100E+01 2、00E+01、20+1 、600E+00从图中可得到I与S得函数关系为:IRL=1、4+(1、2/12)US1=、40、S1五、思考与讨论1、根据仿真结果验证基尔霍夫定律根据图1-1,节点:AA,1,R2,R3构成得闭合回路:1*2+*

4、-3*=0,满足基尔霍夫定律。2、由图3可知,负载电流与呈线性关系,=、4(1、2/12)=1、4+0、1,式中1.A表示将置零时其它激励在负载支路产生得响应,0、1表示仅保留,将其它电源置零(电压源短路,电流源开路)时,负载支路得电流响应。3、若想确定节点电压Un随Us变化得函数关系，应如何操作? 应进行直流扫描,扫描电源,观察Un1得电压波形随U1得变化,即可确认其函数关系！4、若想确定电流rl随负载电阻L得变化得波形,如何进行仿真？将RL得阻值设为全局变量vr，进行直流扫描,观察电流波形即可。六、实验心得1、由实验图形与数据可知实验中得到得曲线满足数据变化规律，得到得函数关系式就是正确得

5、。2、通过仿真软件可以很方便得求解电路中得电流电压及其变化规律。 实验二 戴维南定理与诺顿定理得仿真一、实验目得（1）进一步熟悉仿真软件中绘制电路图,初步掌握符号参数、分析类型得设置。学习Probe窗口得简单设置。（2）加深对戴维南定理与诺顿定理得理解。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得串联得支路来代替，该电路得电压等于原网络得开路电压,电阻等于原网络得全部独立电压源置零后得输入电阻。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得并联得支路来代替,该电路得电流等于原网络得短路电流,电导等于原网络得全部独立电

6、源置零后得输入电导。三、实验内容（1）测量有源一端口网络等效入端电阻与对外电路得伏安特性。其中U1=5,1=00,2,R2=，R3=1。（2）根据任务1中测出得开路电压,输入电阻组成等效有源一端口网络,测量其对外电路得伏安特性。（3）根据任务1中测出得短路电流，输入电阻组成等效有源一端口网络,测量其对外电路得伏安特性。四、实验步骤（1）在Cature环境下绘制编辑电路,包括原件、连线、输入参数与设置节点等。分别编辑原电路、戴维南等效电路与诺顿等效电路。（2）为测量原网络得伏安特性,就是可变电阻。为此,Rl得阻值要在“PARAM”中定义一个全局变量var同时把Rl得阻值野设为该变量va。（3）设

7、定分析类型为“DCSweep“,扫描变量为全局变量va，并具体设置线性扫描得起点为IP，终点为I,步长为IG。(4) 系统启动分析后,自动进入Prob窗口。重新设定扫描参数,扫描变量仍为全局变量vr,线性扫描得起点为,终点为10,步长为0。重新启动分析,进入Prob窗口。选择PlAd Plot增加两个坐标轴,选择Plt=X Axs SttnAs arable,设置横轴为V(RL:2)，选择rae=dd 分别在三个轴上加I(L)、I（RLd)与I(RLn）变量。显示结果如图。五、思考与讨1、戴维南定理与诺顿定理得使用条件就是什么?戴维南定理与诺顿定理只适用于线性元件。六、实验结果1、经过计算出等

8、效参数,将原电路等效成戴维南电路与诺顿电路,进行实观察。2、由曲线可分析得知戴维南等效电路与诺顿等效电路得试验曲线与原电路基本相同,由此可以说明戴维南定理与诺顿定理得正确性。实验三 正弦稳态电路分析与交流扫描分析一实验目得(1)学习用Pic进行正弦稳态电路得分析。(2)学习用spic进行稳态电路得交流扫描分析。(3)熟悉含受控源电路得联接方法。二.原理与说明 在电路中已经学过，对于正弦稳态电路，可以用向量法列写电路方程（之路电流法、节点电压法,回路电流法。）,求解电路中各个电压与电流得振幅(有效值)与初相位(初相角)。Pspie软件就是用向量形式得节点电压法对正弦稳态电路进行分析得。三实验示例

9、（1)正弦稳态分析。以图示电路为例,其中正弦电源得角频率为1Kra/s,要求计算两个回路中得电流。a在cature环境下编辑电路,互感用符号“XFRINR表示。参数设置如下:L-VALE,2-VAE为感抗，COUPLE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CSweep。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,设置具体得分析参数。对于图示得电路,设置为:ACSweep T选择为Linar,epParameers设置为-Startreq(起始频率)输入1592,End rq(终止频率）也输入1592,Total t（扫描点数)输入、c.运行软件仿真计算程

10、序,在Probe窗口显示交流扫描分析得结果。d.为了得到数值得结果,可以在两个回路中分别设置电流打印机标识符。如图所示,其中电流打印机标识符得属性设置分别为(R1)与I(C1),设置项有(A,MA，REAL,PAS，IMAG)、即得到仿真得结果输出。、 FREQ M(VPRNT1）IP(_PINT)R（V_PRIT1)I(V_PRIT1） 1、E03 2、268-03 8、987E0 5、145E-06 2、68E-03FRE IM(V_RIN2)IP（V_RIT2)I(V_PRINT2）（V_IN2) 、5E+ 、04E+00 8、987E+0 4、5E-03 2、0E+00四.选做实验(1

11、）以给出得实验例题与实验步骤,用Psp独立得做一遍，给出仿真结果。（2)对正弦稳态电路进行计算机辅助分析,求出各元件得电流，电路如图所示，其中电压源Us100os(1000t)V，电流控制电压源得转移电阻就是2欧姆。实验方法:进行交流扫描,扫描频率为1000/(2*3、4)=159、2H,得到几个电流值得点。（4）电路如图,Us=220cos（14t)。电容就是可调得，其作用就是为了提高电路得功率因数。试分析电容为多大值时,电路得功率因数为、 对电容得值设置全局变量,进行扫描,观测流过电源得电流,当电流最小时所得得电容就就是使功率因数为1时得电容。仿真结果如下：根据仿真结果可以得出,当电容为4

12、、3f时,电流最小为1.673A。五、思考与讨论1、为了提高功率因数，常在感性负载上并联电容器,此时增加了一条电流之路,但电路得总电流却减小了,此时感性元件上得电流与功率却不变。2、提高线路得功率因数只采用并联电容得方法,而不采用串联法就是因为串联会改变感性负载上得电流，增加了电路得总功率。并联得电容不就是越大越好，电容过大反而会使功率因数减小。实验四 一阶动态电路得研究一实验目得（1）掌握Pspice编辑动态电路、设置动态元件得初始条件、掌握周期激励得属性及对动态电路仿真得方法。（2）理解一阶RC电路在方波激励下逐步实现稳态充放电得过程。（3）理解一阶RL电路在正弦激励下,全响应与激励接入角

13、得得关系。二.原理与说明 电路在一点条件下有一定得稳定状态,当条件改变,就要过渡到新得稳定状态。从一种稳定状态转到另一种新得状态往往不能跃变,而就是需要一定得过渡过程得，这个物理得过程就称为电路得过渡过程。电路得过渡过程往往就是短暂得，所以电路得过渡过程中得工作状态成为暂态,因而过渡过程又称为暂态过程。三实验示例 （1）分析图示RC串联电路在方波激励下得全响应。其中方波激励图如图所示,电容得初始电压为2（电容c设为V)。)编辑电路。其中方波电源就是SOUR库中得LS电源。并且修改方波激励得属性。为分辨电容属性,电容选取Analog库中得C-elct(电容Ic设为2V）。）设置分析得类型为Trn

14、sient。其中rin Step设为2m,nlTie设为0s。c）设置输出方式。为了观察电容电压得充放电过程与方波得激励关系,设置两个节点电压标识符以获得激励与电容电压得波形,设置打印电压标识符VPRINT1以获取电容电压数值输出。d）仿真计算及结果分析。经计算得到输出图形。IM V(N00) 、000E00 2、000E+00 、00-3 1、4600 4、00-03 3、65E+0 6、00E-03 2、089E00 、000E- 4、18E+00 1、00E-0 2、3E+0 1、20E-02 4、63E+00 1、40E02 、50E0 1、600-0 4、42E+00 1、00E-0

15、2 2、534E+0 2、00-02 4、4E+0 2、200E-0 2、5+00 2、40E2 4、447E+0 2、00E- 、58+00 2、E-2 4、E+0 3、000E-02 、50E+00 3、200-02 4、49E+0 3、400E-02 2、50E+00 3、600-02 4、450+00 3、800E-02 2、550E0 4、00E-02 4、4500四.选做实验 （1)、参照示例实验,改变R与得元件参数,观察改变时间常数对电容电压波形得影响。 (2)、仿真计算K,C=100uf得RC串联电路,接入峰-峰值为3V周期为2s得方波激励得零状态响应。 (3)仿真计算R1K,

16、=00u得C串联电路,接入峰-峰值为5、周期为得方波激励时得全响应，其中电容电压得初始值为1、R=K, =100uF时接入峰峰值为3V，周期为2s得方波激励得零状态相应。当接入峰-峰值为3V周期为2得方波激励得零状态响应时得到得波形与数据如下: TIE V(N0409) 0、000E00 0、000E00 1、00E+0 2、87E00 2、00E+0 6、50E-0 3、000+00 2、97E+0 4、00E0 6、0E-03 5、000E+00 2、97E+0 6、0E+00 6、603 7、00E+0 2、987E00 8、00E+00 8、791E-0R1K,=00uF时,接入峰峰值

17、为5V，周期为2得方波激励时得全响应。其中电容得电压得初始值为1V。IME V(0009) 0、00E+0 、00E+0 1、00E+ 4、983E+00 、00E+00 1、18E02 3、000E+00 4、98+00 、000E+0 1、18E02 、00E+00 4、8E+00 6、000E+0 1、1E-02 、000E+00 4、978E+0 8、00E+0 1、46E-04比较这两个实验得波形可以发现,全响应与零状态响应得不同之处就在于充电得起点不同,后续得波形都就是相同得。五、思考与讨论在RC串联电路中,电容充电上升到稳定值遇电容衰减到初始值所需要得时间相同,时间常数=R*，R

18、C串联电路中，电容电压上升到稳态值得63、2所需要得时间为一个时间常数，R串联电路中,电容电压衰减到初始电压得36、所需要得时间为一个时间常数。通常认为电路从暂态到达稳定状态所需要得时间为无穷大,但实际计算时通常取时间常数得5倍,即5。实验五 二阶动态电路得仿真分析一、实验目得（1）研究R、串联电路得电路参数与暂态过程得关系。（2）观察二阶电路在过阻尼、临界阻尼与欠阻尼三种情况下得响应波形。利用响应波形,计算二阶电路暂态过程有关得参数。（3）掌握利用计算机仿真与示波器观察电路响应波形得方法。二、实验原理（1）用二阶微分方程描述得动态电路,为二阶电路。图51所示R、L、C串联电路就是典型得二阶电

19、路。其电路方程为：Lc/d2+Cduc/dt+uc=usuc (0+）= uc (0-)=U0duc(0+)t=iL(+)C=iL(0-)/=I0/C图-1电路得零输入响应只与电路得参数有关,对应不同得电路参数,其响应有不同得特点：当R2时，零输入响应中得电压、电流具有非周期得特点,成为过阻尼状态。当R2时,零输入响应中得电压、电流具有衰减振荡得特点,称为欠阻尼状态。此时衰减系数=R/2,0=1就是在R=0情况下得振荡角频率，成为无阻尼振荡电流得固有角频率。在R0时，、L、C串联电路得固有振荡频率将随=/2L得增加而下降。当R2时,有=,=暂态过程介于非周期与振荡之间,称为临界状态,其电压、电

20、流波形如图5-()所示。其本质属于非周期暂态过程。(2) 除了在以上各图所表示得u-t或-t坐标研究动态电流得暂态过程以外，还可以在相平面作同样得研究工作。相平面也就是直角坐标系,其横轴表示被研究得物理量度x，纵轴表示被研究得物理量对时间得变化率dx/t。由电路理论可知，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L。因为iL=iC=Cdc/dt,所以取uc为横坐标,L为纵坐标,构成研究该电流得状态平面。每一个时刻得uc、iL，可用向平面上得某一点表示，这个点称为相迹点。uc、iL随时间变化得每一个状态可用相平面上一系列相迹点表示。一系列相迹点相连得到得曲线,称为状态轨迹(

21、或相轨迹)。图52 、L、C串联电路利用PSpce仿真可以很方便地得到状态轨迹。图-3各图得左边即为几种不同暂态过程得状态轨迹。三、示例实验1、研究、L、C串联电路零输入响应波形。(1） 利用Ppic分析图5-2所示电路。其中电容元件C1得IC(初始状态u(+）)设为V,电感元件I(初始状态iL(+)设为,电阻R1元件lue设为al,设置PRAN得va参数为。在设置仿真参数元件得全局变量时,设置arameee:为val。在Sweep type栏内,选Value list(参数列表)为0、0001,2，40,100,即分别计算以上参数下得个变量波形。R=0、0（2) 再用PSpe在一个坐标下观察

22、u、L1波形,并在屏幕上得到如图54所示得结果。R=20欠阻尼情况R=4 临界阻尼情况(c)=10 过阻尼情况图4 3种情况下得uc,iL,uL波形四、选做实验2、研究方波信号作用下得、L、C串联电路。图-5 方波信号作用下得RLC串联电路（1）利用Ppice分析电路图5-5,元件设置如图所示,这里C1与L1得初始状态均为，设置暂态仿真时间范围就是ms(即方波脉冲得两个周期),参数设置为列表方式，分别选取=-、5,0、1，1，10,4，0，观察在这些参数下得波形。Vl=-0、5Vl=0、al=1Va=0Val=40R00得图形五、思考与讨论RLC串联电路得暂态过程中,电感与电容之间存在能量转换

23、，在能量传递过程中,由于电阻会消耗能量,所以随着R得大小得不同,电路会出现不同得工作状态。当较小(）时，电路处于振荡状态,电感与电容通过电流来实现能量交换,由于电阻总就是消耗能量(此时消耗能量较小),使整个系统得能量不断减少,从而使电容电压得振幅值衰减。当当时,电路处于非振荡状态,由于电阻较大,消耗得能量较多,从而“阻碍”了电容与电感之间能量得传递，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,而就是等幅振荡。实验六 频率特性与谐振得仿真一、实验目得（1）学习使用PSpce软件仿真分析电路得频率特性。（2）掌握用PSpie软件进行电路得谐振研究。

24、（3）了解耦合谐振得特点。二、原理与说明(1) 在正弦稳态电路中,可以用相量发对电路进行分析。电路元件得作业就是用复阻抗(有时也简称阻抗)表示,复阻抗Z不仅与元件参数有关，还与电源得频率有关。因此,电路得输出(电压、电流)不仅与电源得大小（有效值或振幅)有关，还与电源得频率有关,输出(电压、电流）傅氏变换与输入(电压源、电流源)傅氏变换之比称为电路得频率特性。(2) 在正弦稳态电路中,对于含有电感L与电容C得无源一端口网络,若端口电压与端口电流同相位,则称该一端口网络为谐振网络。谐振既可以通过调节电源得频率产生,也可以通过调节电容元件或电感元件得参数产生。电路处于谐振时,局部会得到高于电源电压

25、（或电流)数倍得局部电压(或电流)。(3) 进行频率特性与谐振电路得仿真时,采用“交流扫描分析”,在Pbe中观测波形，测量所需数值。还可以改变电路或元件参数,通过计算机辅助分析,设计出满足性能要求得电路。(4) 对滤波器输入正弦波,令其频率从零逐渐变大，则输出得幅度也将不断变化。把输出降为其最大值得(1/）多对应得频率称为截止频率,用c表示。输出大于最大值得(1/)得频率范围就称为滤波器得通频带(简称通带),也就就是滤波器能保留得信号得频率范围。各类滤波器得通频带定义如图6-1所示。(5)对滤波器电路得分析可以用PSce软件采用“交流扫描分析”,并在Proe中观测波形，测量滤波器得通频带,调节

26、电路参数，以使滤波器满足设计要求。三、示例实验（1) 双型网络如图6-2所示。分析该网络得频率特性。 分析网络得频率特性,须在ASweep得分析类型下进行。编辑电路,输入端为1V得正弦电压源,从输入端获取电压波形。图6-2 双T型网络实验电路 仿真设置:图6-4 双型网络得幅频特性 从图-4可以瞧出,这就是一个带阻滤波器,低频截止频率近似为12Hz,高频截止频率近似为333Hz，带阻宽度11H。四、选做实验(1) 图6-5(a）所示为RL串联电路,测试气幅频特性,确定去通带宽f。若f小于4KHz，试采用耦合谐振得方式改进电路,使其通带宽满足设计要求。(a） 仿真图-5(）,观察其谐振频率与通带

27、宽就是否满足设计要求。(a) RLC串联电路由实验结果发现,通频带过窄,小于40KHZ。(b） 改进电路如图6-（b）所示,其耦合电感参数设置如下L1L=0uH,耦合系数COUPL=0、02、观察其谐振频率与通带宽就是否满足设计要求。（b）耦合谐振电路图6-5谐振电路得实验电路改进得实验电路明显改变了通频带得宽度,电路得选频特性更好。五、思考与讨论(1)同一电阻、电感、电容原件做串联与并联时，电路得性质不同。因为当串联电路呈感性时,并联电路可能呈容性；串联电路呈容性时,并联电路可能呈感性。当串联电路发生串联谐振时,电容与电感相当于短路,而此时对于并联电路来说可能发生并联谐振，并联支路相当于开路

28、。(2)频率对电路得性质有影响。频率不同时,容抗与感抗都会随之而改变,从而可能使原来呈感性得电路转而呈容性,也可能使原来呈容性得电路变为感性。当发生谐振时,还会使电路呈阻性。 实验七 三相电路得研究一 实验目得 通过基本得星形三相交流电得供电系统实验,着重研究三相四线制与三相三线制，并对某一相开路、短路或者负载不平衡进行研究,从而熟悉三相交流电得特性。二原理与说明 1.利用三个频率50Hz、有效值220V、相位各相差12度得正弦信号源代替三相交流电。 .星形三相三线制负载不同时得电压波形变化及相应得理论。 3.星形三相四线制:三相交流源得公共端N与三相负载得公共端相连。 4.当三相电路出现若干故障时,对应电压与电流会发生什么现象去验证理论。三 示例实验1、电路图如下所示，其中电源为三相对称电源,负载分为两种情况:一种情况就是三相对称负载,另一种情况就是不对称三相负载。(注：图中R41，为sice提供一个虚拟零电位)。(a) 在capture中绘制如上所示电路图，V1,V2，设置为Vac=220V,Vam311V,freq5Hz,Vf=0，hase分别为0,12,0、三相负载阻值均为00。(b) 设置Trsient分析得rn t