Batyrr08级电路计算机仿真分析

|生活 |一个人总要走陌生的路，看陌生的风景，听陌生的歌，然后在某个不经意的瞬间，你会发现，原本费尽心机想要忘记的事情真的就这么忘记了. |-郭敬明本文由 xl369015813 贡献doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。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 启动 Orcad capture,新建工程 Ploj1，选项框选择 Analog or Mixed A/D。类型选择 为 create a blank projiect。 在原理图界面上点击 Place/Parts 或右键快捷键。 首先增加常用库，点击 Add Library，或将常用库添加进来。 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。 双击元器件或相应的参数修改名称和值。 在需要观察的位置放置探针。 保留原理图。R2 1k2A 0Adc R1 1k R3 3k 0Adc4A0（2）仿真 点击 Pspice/New Simulation Profile，输入名称。 在弹出窗口中 Basic Point 是默认的，点击确定。 点击 Pspice/run。 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4.000VR2 4.000W 2.000A 1 4.000A R1 16.00W 1 2.000A R3 12.00W 36.000VIdc1 -8.000W 2A 2.000AIdc2 -24.00W 4A 4.000A0V0三 选做实验IPRINT Is21A R2 2 R1 4 Is1 3A 1A 12V R4 3 Vs1 Vs4 Is3 2A RL 1IVs210VIs57VIs4Vs32A5V0分析下图直流工作点和直流扫描分析 （）操作过程 直流工作点分析同上。 直流扫描： 单击 Pspice/New Simulation Profile，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。 设置打印机参数 运行仿真。 （）实验结果 直流工作点分析Is2 3.200W 1.000A 1A R2 23.12W 3.400A 2IPRINT 0W 22.40V 2.600AVs2 -34.00W 32.40V 3.400A 10V 22.40V25.60V 3.400A R1 46.24W 4 Is1 -25.60W 1A 1.000A 12V12.00V Vs1 3.400A 40.80WIs5 -67.20W 3.000A 3A0VR4 20.28W 2.600A 37.800VVs4 18.20W 2.600A 7VIs3 -15.20W 2A 2.000A2.600A RL 6.760W 119.80V Is4 -29.60W 2.000A 2A Vs3 13.00W 2.600A 5V14.80V0直流扫描分析2.8A2.4A2.0A1.6A1.2A 0V -I(RL)2V4V6V V_Vs18V10V12VV_Vs1 0.000E+00 5.000E-01 1.000E+00 1.500E+00 2.000E+00 2.500E+00 3.000E+00 3.500E+00 4.000E+00 4.500E+00 5.000E+00 5.500E+00 6.000E+00I(V_PRINT1) 1.400E+00 1.450E+00 1.500E+00 1.550E+00 1.600E+00 1.650E+00 1.700E+00 1.750E+00 1.800E+00 1.850E+00 1.900E+00 1.950E+00 2.000E+006.500E+00 7.000E+00 7.500E+00 8.000E+00 8.500E+00 9.000E+00 9.500E+00 1.000E+01 1.050E+01 1.100E+01 1.150E+01 1.200E+012.050E+00 2.100E+00 2.150E+00 2.200E+00 2.250E+00 2.300E+00 2.350E+00 2.400E+00 2.450E+00 2.500E+00 2.550E+00 2.600E+00三 实验结果分析 、由仿真结果验证基尔霍夫定律 对于电路，设和所对应的结点分别为和。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。对于结点有：2+2-4=0，即基尔霍夫电流定律 成立。同理可证电路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。R1 100 R2 50 RL v ar R3 150 V1 4V 5V V2 3.5455 V3 R0 27.273 RLd v ar Is 130mA G0 27.273 RLn v arP ARAM E T E RS :0v ar = 1K00（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 “DC Sweep” 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=Add Plot to Windows 增加坐标轴， 分别在两轴上加 I Rl） 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。R0 27.273RLd v arIs 130mAG0 27.273RLn v arV3 3.545500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 10 k，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-200mA I(RL) 0A-100mA-200mA I(RLd) 0A-100mA SEL -200mA 0V I(RLn) V(RL:2)0.4V0.8V1.2V1.6V2.0V2.4V2.8V3.2V3.6V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 学习用 Pspice 进行正弦稳态电路的分析。 学习用 Pspice 进行正弦稳态电路的交流扫描分析。 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。IPRINT R1 10IPRINTTX1 V1 10Vac 0Vdc C1 10u0a. 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： “AC Sweep Type”选择“Linear” “Start Freq” （起始频率）输入“1592” （10000/2 ） “End Freq” （终止频率）也输入“1592” “Total Pts.” （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。 FREQ IM(V_PRINT1) IP(V_PRINT1) IR(V_PRINT1) II(V_PRINT1) 1.592E+03 2.268E-03 8.987E+01 5.145E-06 2.268E-03 FREQ IM(V_PRINT2) IP(V_PRINT2) IR(V_PRINT2) II(V_PRINT2) 1.592E+03 2.004E+00 8.987E+01 4.546E-03 2.004E+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 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。 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=100 cos（1000t）V，电流控制电压源的转移电阻为 2。R3 2 H1 H+ -R4 2R5 3R1 1 R2 22 L1 1mH C1 1000uFV2 100Vac 0Vdc10仿真结果：60A40A20A0A 80Hz I(V1)I(R1)-I(R2)I(R4)I(R3)-I(L1)-I(R5)159Hz -I(C1) Frequency239Hz路如图三，Us=220cos（314t）V，电容是可调的，其作用是为了提高电路的功率因数 。试分析电容为多大值时，电路的功率因数 =1。P ARA M E T E RS :R6 100 V3 VOFF = 0 VAMPL = 311 FREQ = 50 C2 v ar2 L2 0.2H10仿真结果：1.9A1.8A1.7A1.6A1.5A 0 I(V3) var 2u 4u 6u 8u 10u 12u 14u 16u 18u 20u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 Maximum Setp 设为 2ms,Run to 40ms 3.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。R7 1.8kVV1 = 0 V2 = 7 TD = 2ms TR = 0.001us TF = 0.001us PW = 2ms PER = 4msV4C3V2uf0仿真计算及结果分析。经仿真计算得到图形输出如下图：8.0V6.0V4.0V2.0V0V 0s V(V4:+)5ms V(R7:2)10ms15ms20ms Time25ms30ms35ms40ms增加 Vprint 到电路上观察电容电压的数值输出： TIME V(N02549) 0.000E+00 0.000E+00 2.000E-03 2.446E-06 4.000E-03 2.988E+00 6.000E-03 1.713E+00 8.000E-03 3.970E+00 1.000E-02 2.275E+00 1.200E-02 4.292E+00 1.400E-02 2.460E+00 1.600E-02 4.398E+00 1.800E-02 2.521E+00 2.000E-02 4.433E+00 2.200E-02 2.540E+00 2.400E-02 4.444E+00 2.600E-02 2.547E+00 2.800E-02 4.448E+00 3.000E-02 2.549E+00 3.200E-02 4.449E+00 3.400E-02 2.550E+00 3.600E-02 4.450E+00 3.800E-02 2.550E+00 4.000E-02 4.450E+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。R1 1kV1 = 1.5 V2 = -1.5 TD = 1ms TR = 0.001us TF = 0.001us PW = 1s PER = 2sV1C2 100uf0仿真结果：2.0V1.0V0V-1.0V-2.0V 0s V(C2:+)2s V(V1:+)4s6s8s10s Time12s14s16s18s20sTIME V(N00231) 0.000E+00 3.000E-06 1.000E+00 -1.475E+00 2.000E+00 1.477E+00 3.000E+00 -1.477E+00 4.000E+00 1.477E+00 5.000E+00 -1.477E+00 6.000E+00 1.477E+00 7.000E+00 -1.477E+00 8.000E+00 1.477E+00 9.000E+00 -1.477E+00 1.000E+01 1.477E+00 1.100E+01 -1.477E+00 1.200E+01 1.477E+00 1.300E+01 -1.477E+00 1.400E+01 1.477E+00 1.500E+01 -1.477E+00 1.600E+01 1.477E+00 1.700E+01 -1.477E+00 1.800E+01 1.477E+00 1.900E+01 -1.477E+00 2.000E+01 1.500E+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。R1 1kV1 = 2.5 V2 = -2.5 TD = 1ms TR = 0.001us TF = 0.001us PW = 1s PER = 2sV1C2 100uf04.0V2.0V0V-2.0V-4.0V 0s V(C2:+)2s V(V1:+)4s6s8s10s Time12s14s16s18s20sTIME 0.000E+00 1.000E+00 2.000E+00 3.000E+00 4.000E+00 5.000E+00 6.000E+00 7.000E+00 8.000E+00 9.000E+00 1.000E+01 1.100E+01 1.200E+01 1.300E+01 1.400E+01 1.500E+01 1.600E+01 1.700E+01V(N00231) 1.000E+00 -2.407E+00 2.465E+00 -2.462E+00 2.462E+00 -2.462E+00 2.462E+00 -2.462E+00 2.462E+00 -2.462E+00 2.462E+00 -2.462E+00 2.462E+00 -2.462E+00 2.462E+00 -2.462E+00 2.462E+00 -2.462E+001.800E+01 2.462E+00 1.900E+01 -2.462E+00 2.000E+01 2.500E+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 ( ) = 0.368U S ，此时所对应的时 4、在 RC 串联电路中，对于零输入响应：当 t = 时， C间就等于 ，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 R1 Value 设 为val， 设置 PARAM 的 val 参数为 1。 在设置仿真参数文件的全局变量时