电路仿真实验报告.docx

1、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=1，直流电压源V1为12V，直流电流源 I1为10A。3实验步骤：1

2、）、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=-1.6V I1=6.8A. 当电压源短路即设为0V,电流源作用时，U2=-4V I

3、2=2A当电压源作用，电流源断路即设为0A时，U3=2.4V I3=4.8A所以有U1=U2+U3=-4+2.4=-1.6V I1=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=10，电阻R2=2K，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1HZ100MHZ，纵坐标为10倍频程，扫描点数为10，观察输出节点为

4、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501.1

5、872Hz，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)10.0078540030.0098876191031.622776663.09573445100125.8925412158.4893192199.5262315251.1886432316.227766398.1071706501.1872336630.9573445794.328234710001258.925412158

6、4.8931921995.2623152511.8864323162.277663981.0717065011.8723366309.5734457943.2823471000012589.2541215848.9319219952.6231525118.8643231622.776639810.7170650118.7233663095.7344579432.82347100000125892.5412158489.3192199526.23150.009970847251188.64320.007920112316227.7660.006291162398107.17060.0049972

7、45501187.23360.003969451630957.34450.003153046794328.23470.00250455310000000.0019894371258925.4120.0015802661584893.1920.001255251995262.3150.000997082511886.4320.0007920093162277.660.0006291153981071.7060.0004997245011872.3360.0003969456309573.4450.0003153047943282.3470.0002504550.0001989440.000158

8、0270.0001255259.9708E-057.92009E-056.29115E-054.99724E-053.96945E-053.15304E-052.50455E-051.98944E-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Function Generator与虚拟示波器Oscilloscope。2.设置电路参数：电阻R1=1K，电阻R2=5K。信号源V1设置为Voltage=1v。函数发生

9、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

10、入响应)。电容 1000 500 100 10周期 6.2414ms 4.4245ms 2.0059ms 665.0827us谐振频率159.15Hz 225.07Hz 503.29Hz 1591.55Hz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Figure 1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Figure 1连接运行，并记录电压表和电流表的值； 2) 如Figure

11、 2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；Figure 2电路等效电阻测量3) 如Figure 3连接，将电阻RL从电路中移除，并使用电压表测量开路电压；Figure 3电路开路电压值测量4) 如Figure 4连接，验证戴维南定理；Figure 4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Figure 1和Figure 4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：

12、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，Figure 1和Figure 4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

13、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 Parameter Sweep：AC分析设置：扫描范围1Hz100MHz,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w

14、0=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

15、. 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：Initial Value 0V，Pulsed Value 1V，Delay Time 0s，R

16、ise Time 0s，Fall Time 0s，Pulse Width 60s，Period 120s。（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R2000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R2000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。