§3-5直流电路分析程序DCAP.ppt

该程序可以分析由直流电压源、直流电流源、电阻、电感、电容、开路、短路、受控源、理想变压器和理想运算放大器等电路元件以及单口网络和双口网络构成的线性时不变电路。电路的有关数据可以从键盘输入或者从数据文件中读入。,35 直流电路分析程序DCAP,供DCAP程序使用的电路数据文件的格式如下: 第一行: 注释行, 可以输入有关电路编号、类型、用途等数据。 第二行: 输入一个表示电路支路数目的一个正整数。 第三行：以后输入b条支路的数据，每一行按元件类型，支路编号，开始结点，终止结点，控制支路，元件参数1，元件参数2的次序输入一条支路的有关数据。元件类型用一个或两个大写英文字母表示。元件参数用实数表示, 均采用主单位，电压用伏特，电流用安培，电阻用欧姆，电导用西门子。其它几个数据用整数表示， 每个数据之间用一个以上的空格相隔。,当计算机读入电路数据后，选择屏幕上显示的菜单可以实现下面的分析计算功能。 1.列出电路的支路电流方程，结点或改进结点方程, 网孔电流或回路电流方程。 2.计算电路各结点电压，支路电压，支路电流和各支路吸收功率。 3.计算电路中任两个结点间所形成单口网络的戴维宁和诺顿等效电路，以及单口向可变电阻负载提供的最大功率。,4.计算电路两对结点间所构成双口网络的参数和包含独立电源双口的等效电路。 5.用叠加定理计算电路中各结点电压，支路电压和支路电流。 6.用三要素法计算含一个动态元件的直流一阶电路各结点电压, 各支路电压和电流, 并可画波形图。 7.给定电路的任一结点电压，任一支路电压, 支路电流或吸收功率，计算电路任一元件的参数值。,8.改变电路中某一条支路的类型, 连接关系和元件数值。 9.从用户指定的文件中读入新的电路数据。 10.从键盘输入新的电路数据。 11.将现有电路数据存入指定的文件中加以保存。 12.执行一条 DOS命令后返回本程序。 下面举例说明如何利用通用电路分析程序DCAP来建立电路方程并求解。,例31 用结点分析法求图3-2(a)电路的各结点电压。,5 V1 -3 V2 = 3 -5 V1 + 6 V2 = 0,解: 画出基准结点，其余两个结点用1、2编号。 用观察法可以写出结点方程,图3-2,手算求解可以得到结点电压为 V1 =1.2V , V2 =1V。,如果用DCAP程序来分析本电路, 除了用整数0、1、2对各结点编号(基准结点编号为0)外，还需要用正整数1、2、3、4、5对各支路依次编号，并选定各支路电压电流的关联参考方向, 写出图(b)所示的电路数据文件。,当计算机正确读入这些电路数据后, 选择主菜单上建立结点方程的菜单, 屏幕上显示出与手算相同的结点方程及其解答，如下所示：,* 结 点 方 程 * 5.00 V1 3.00 V2 = 3.00 5.00 V1 +6.00 V2 = .000 - 结 点 电 压 - V 1= 1.200 V 2= 1.000,例32 用结点分析法计算图3-3(a)电路各结点电压。,图3-3,解: 图33(a)电路的数据如图(b)所示。运行DCAP程序, 读入这 些数据后, 选择建立结点电压方程的菜单，屏幕上可以显示 出计算机建立的改进结点方程和求解出的三个结点电压和一 个电流, 如下所示：,* 改 进 结 点 方 程 * 2.00 V1 -1.00 V2 +.000 V3 +1.00 I8 = 6.00 -1.00 V1 +2.00 V2 -.500 V3 +.000 I8 = .000 .000 V1 -2.50 V2 +1.50 V3 -1.00 I8 = .000 1.0 V1 -.500 V2 -.500 V3 +.000 I8 = .00 - 结 点 电 压 和 支 路 电 流 - V 1= 6.000 V 2= 4.800 V 3= 7.200 I 8= -1.200,图3-3,由于电路中有一个受控电压源, 计算机自动增加一个电流I8来建立方程, 由于变量的增加, 因此要补充一个受控电压源电压的约束方程 V1V3 = 0.5(V2V3) 它就是上面方程组中的最后一个方程。这种由结点电压和电压源电流作为变量的结点方程, 称为改进的结点方程。它扩大了结点电压方程的适用范围, 为许多工程上实用的电路分析与设计程序所采用。,例33 用网孔分析法求图34(a)电路的网孔电流。,图3-4,用DCAP程序来分析这个电路时, 仍然需要选定一个基准结点(编号为0)。再根据各结点编号，各支路编号和电压电流的关联参考方向, 以及各元件参数, 写出图(b)所示数据文件。,当计算机正确读入这些电路数据, 选择建立网孔或回路方程后, 再选择1 3 5 6 7为树支(即 2 4 8 为连支), 可以得到以下计算结果。,* 回 路 或 网 孔 电 流 方 程 * 6.00 I2 -2.00 I4 -2.00 I8 = 16.0 -6.00 I2 +8.00 I4 +.000 I8 = -16.0 1.00 I2 -1.00 I4 -1.00 I8 = .000 - 回 路 电 流 或 网 孔 电 流 - I 2= 4.000 I 4= 1.000 I 8= 3.000,其方程与手算结果完全相同,求解得到的网孔电流为I2=4A, I4=1A 和I8=3A。,图3-4,例34 求图35(a)电路的各支路电压电流和功率。,解：运行DCAP程序，读入如图(b)所示电路数据，选择计 算电压电流和功率的菜单，可以得到以下计算结果。,图3-5,编号 类型 数值 支路电压 支路电流 支路功率 1 V 9.000 U 1= 9.000 I 1= -11.00 P 1= -99.00 2 R 1.000 U 2= 17.00 I 2= 17.00 P 2= 289.0 3 R 2.000 U 3= -8.000 I 3= -4.000 P 3= 32.00 4 R 4.000 U 4= -24.00 I 4= -6.000 P 4= 144.0 5 I 21.00 U 5= -41.00 I 5= 21.00 P 5= -861.0 6 CV -3.000 U 6= 33.00 I 6= 15.00 P 6= 495.0,值得注意的是图(b)所示的电路数据中，电流控制电压源的转移电阻r=-3，这是因为其控制电流ix的参考方向与电压源电流i1的参考方向相反的缘故。若错误的采用r=+3 来进行计算，这相当于改变电流控制电压源极性，会得到完全不同的结果，如下所示：,编号 类型 数值 支路电压 支路电流 支路功率 1 V 9.000 U1= 9.000 I1= -77.00 P1= -693.0 2 R 1.000 U2= 17.00 I2= 17.00 P2= 289.0 3 R 2.000 U3= -8.000 I3= -4.000 P3= 32.00 4 R 4.000 U4= 240.0 I4= 60.00 P4= 1.4400E+04 5 I 21.00 U5= 223.0 I5= 21.00 P5= 4683. 6 CV 3.000 U6= -231.0 I6= 81.00 P6= -1.8711E+04 各支路功率之和 P = .0000,从以上两组数据可以看出元件连接方式或元件参数改变时，对电路特性会产生重大的影响。,例3-5 求图36(a)电路的结点电压，并分析用内阻分别为 1k,10k和100k的电压表测量结点2的电压时， 对各结点电压所带来的影响。,图3-6,解：电路数据如图(b)所示，其中第8条支路是一条开路， 它表示电压表未接入或电压表的内阻为的情况。运 行DCAP程序，读入如图(b)所示电路数据，选择计算 电压电流和功率的菜单，可以得到以下结点电压。,结 点 电 压 V 1= 10.00 V 2= 5.000 V 3= 5.000 V 4= 5.000,图3-6,因为内阻为1k电压表相当于1k的电阻，我们可以用改变图(b)电路数据的方法或在程序运行时选择改变支路参数的菜单，将第8条支路改为1k的电阻，此时所计算得到的结点电压如下：,结 点 电 压 V 1= 10.00 V 2= 2.778 V 3= 5.000 V 4= 4.444,图3-6,从以上计算结果可见，电压表接入后，对结点电压V1和V3没有影响(其原因请读者自行解释)，对结点电压V2的影响远比对结点电压V4的影响大。再将第八条电阻支路的参数改变为10k和100k，求得相应的结点电压后，将全部计算结果整理如下：,从由上数据可见，电压表的接入将改变电路中某些电压的数值，其内阻越小，影响越大。 下面举例说明在给定支路电压电流和功率条件下，可以利用DCAP程序来求电路元件参数。,例3-6 欲使图37(a)电路中10电阻吸收1.5W的功率， 求各元件参数应如何变化。,解：运行DCAP程序，正确读入图(b)所示电路数据，选择 已知电压电流计算元件参数的菜单，可以得到以下计 算结果,图3-7,你 选 择 的 输 出 变 量 值 P 5= 1.50 求 出 的 元 件 数 值 如 下 : 编号 类型 数值 1 数值 2 P 5 1 V 9.68249 1.50001 2 R 5.45551 1.50000 3 R 16.5980 1.50000 4 R 6.65594 1.50000 5 R 6.00001 1.50000,计算结果表明，当电压源电压由10V改为9.68249V，或5电阻改为5.45551，或20电阻改为16.5980，或6电阻改为6.65594，或10电阻改为6.00001时，均可以使10电阻吸收1.5W功率。,例3-7 欲使图38(a)电路中的电流i6=3A，求电压源的电 压以及电流源的电流值。,图3-8,你 选 择 的 输