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电路计算机仿真分析Pspice上机实验报告班级：电气0903班学号：2009302540083姓名：游佳斌实验一 整流电路工作点分析和直流扫描分析1、 实验示例 图1-1 直流电路分析电路图1、 示例说明：应用Pspice求解上图所示电路各节点电压和各支路电流。2、 操作步骤：（1） 如图1-1绘制电路图并设置原件的参数，再设置扫描类型（本实验Basic Point是默认选中，点击确定）。（2） 点击Pspice/run(或F11)运行仿真，在原理图窗口点击V、I工具按钮，可显示如下图形： 图1-2 仿真结果3、 结果分析根据结果图中的电压、电流关系可以验证基尔霍夫定律。2、 选做实验 图1-3 选做实验电路图1、 操作步骤：（1） 直流工作点同上。（2） 设置直流扫描分析：a. 选择“DC Sweep”（直流扫描）进行扫描，然后设置直流扫描分析参数b. 运行Pspice的仿真计算程序，进行直流扫描分析c. 在PspiceA/D窗口显示出直流扫描波形，此波形即为负载电阻RL的电流随电压源电压变化的波形d. 将IPRINT与RL串联，设置后，在Pspoce/View Output file中就可以得到数值结果。（3） 运行Pspice，进行扫描分析，得到如下坐标图 图1-4 直流扫描的输出波形（4） “IPRINT”（电流打印机）设置“dc=y”，其余项可缺省，单击Pspoce/View Output file 可以得到如下数值结果： V_V1 I(V_PRINT1) 0.000E+00 1.400E+00 1.000E+00 1.500E+00 2.000E+00 1.600E+00 3.000E+00 1.700E+00 4.000E+00 1.800E+00 5.000E+00 1.900E+00 6.000E+00 2.000E+00 7.000E+00 2.100E+00 8.000E+00 2.200E+00 9.000E+00 2.300E+00 1.000E+01 2.400E+00 1.100E+01 2.500E+00 1.200E+01 2.600E+003、 Pspice应用总结1、 Pspice中直流电路工作点的分析是默认的，直接点击V、I按钮即可得到电路的各支路电流电压值。2、 DC Sweep为直流扫描分析，若要得到波形图，只需在测定点上设置探针。其中，“Name”中选择横轴扫描量，“Start Value”为起始值，“End Value”为终止值，“Increment”为扫描步长。3、 通过电流打印机可以输出扫描的电流数据。4、 思考与讨论（1） 根据两图及所得仿真结果验证基尔霍夫定律 答：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。（2） 怎样理解电流IRL随US1变化的函数关系？这个式子中的各项分别表示什么物理意义？答：负载电流Us1呈线性关系，Ir3=1.4+(1.2/12) Us1=1.4+0.1Us1，式中，1.4A表示将Us1置零时其它激励在负载支路产生的响应，0.1Us1表示仅保留Us1，将其它电源置零（电压源短路，电流源开路）时，负载支路的电流响应。（3） 总结如何用Pspice进行直流工作点分析和直流扫描分析。答：Pspice软件的使用：若想得到其它量的函数关系，得到其波形图，只需在所测定点上设置相应的探针，然后在参数设定上进行一点更改。如想要确定负载电阻RL的电流随负载电阻变化的波形，只需将“直流扫描分析参数表”中“Name”中的V1该为RL；若想要确定节点电压Un1随U1的变化，只需在n1这个节点上设置一个电压探针。实验二 戴维南定理和诺顿定理得仿真1、 实验示例 图2-1 戴维南定理和诺顿定理的仿真电路图操作步骤：1. 如图2-1绘制电路图2. 在“PARAM”中定义一个全局变量var，同时把RL的阻值设为该变量var3. 设定分析类型为“DC Sweep”，扫描变量为全局变量var,并具体设置线性扫描的起点、终点和步长。4. 运行分析后，系统自动进入Probe窗口。增加一坐标轴，激活显示电流的坐标轴，操作使其显示电流的最大值和电压的最大值。 图2-2 电流和电压坐标值5. 回到Capture界面，按测得的等效参数修改电路参数。 图2-3 修改后的电路图6. 重新设定扫描参数后重新启动分析，进入Probe窗口。增加两个坐标轴，设置横轴为V(RL:2)，分别在三个轴上加I(RL)、I(RLd)和I(RLn)，显示结果：2、 Pspice应用总结1、可以通过设置全局变量（如var设为电阻值），通过全局变量的变化进行扫描分析。2、在Probe窗口可以通过Plot=Add plot to window增加一坐标轴，选择Trace=Add分别在两轴上加增加变量，从而获取相关量的关系。三、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扫描分析1、 实验示例 图3-1 正弦稳态电路分析电路图操作步骤：1. 如上图编辑电路2. 设置仿真，打开分析类型对话框，然后再打开“交流扫描分析参数表”对话框，设置具体的分析参数3. 运行仿真计算程序，显示交流扫描分析的结果4. 为了得到数值的结果，在两个回路中分别设置电路打印机标识符FREQ IM(V_PRINT3)IP(V_PRINT3)IR(V_PRINT3)II(V_PRINT3) 1.592E+03 2.268E-03 8.987E+01 5.145E-06 2.268E-03 FREQ IM(V_PRINT4)IR(V_PRINT4)II(V_PRINT4) 1.592E+03 2.004E+00 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。2、 选作实验 图3-2 选做实验1电路图各元件电流坐标图： 图3-3 选做实验2电路图有实验结果可知：当电容约为14.3uF是功率因数为1.（此时电流最小）2、 Pspice应用总结使用AC sweep可以对电路进行交流扫描分析，需要设置起始、终止频率和扫描步长，从而可以得到在不同频率点的电路参数。3、 思考与讨论（）为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流时增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？答：在感性负载上并联电容器后，电路的总电流可能增大也可能减小，具体的变化要看电容的大小，电容较小时总电流将增大，电容较大时电流将减小。此时感性元件上的电流和功率不变。（）提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法而不是串联法？所并的电容器是否越大越好？答：并联电容的容性无功功率补偿了负载电感中的感性无功功率，理论上可以用串联电容的方法来提高功率因数，但这样会改变电动机的工作状态，故不用串联电容法来提高功率因数。所并的电容并不是越来越好，太大可能导致过补偿。实验四 一阶动态电路的研究1、 实验示例 图4-1 RC串联电路在方波激励下的响应 仿真结果：使用Vprint观察电容电压： TIME V(N00165) 0.000E+00 2.000E+00 2.000E-03 1.146E+00 4.000E-03 3.645E+00 6.000E-03 2.089E+00 8.000E-03 4.185E+00 1.000E-02 2.399E+00 1.200E-02 4.363E+00 1.400E-02 2.500E+00 1.600E-02 4.421E+00 1.800E-02 2.534E+00 2.000E-02 4.440E+00 2.200E-02 2.545E+00 2.400E-02 4.447E+00 2.600E-02 2.548E+00 2.800E-02 4.449E+00 3.000E-02 2.550E+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。2、 选做实验（1） 如下图所示，改变电容值为0.5uF电阻值为1k。改变时间常数为5ms，观察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，接上峰-峰值为3V、周期为2S的方波激励的零状态响应。 图4-2 Output file： TIME V(N00165) 0.000E+00 0.000E+00 2.000E+00 3.000E+00 4.000E+00 3.000E+00 6.000E+00 3.000E+00 8.000E+00 3.000E+00 1.000E+01 3.000E+00（3） 仿真计算R=1K,C=100uf的RC串联电路，接上峰-峰值为5V、周期为2s的方波激励时的全响应。电容电压的初始值为1V。 Output file： TIME V(N00165) 0.000E+00 1.000E+00 2.000E+00 5.000E+00 4.000E+00 5.000E+00 6.000E+00 5.000E+00 8.000E+00 5.000E+00 1.000E+01 5.000E+003、 Pspice应用总结Transient Analysis为瞬态分析，可在给定激励信号的情况下，分析电路输出的时间响应，也可在没有激励信号，而有储能元件的情况下，求振荡波形。四、思考与讨论（1）在RC串联电路中，电容充电上升到稳态值的多少所需要的时间为一个时间常数。答：RC串联电路中，电容电压上升到稳态值的63.2%所需要的时间为一个时间常数。（2）在RC串联电路中，电容放电衰减到初始电压的多少所需要的时间为一个时间常数。答：RC串联电路中，电容电压衰减到初始电压的36.8所需要的时间为一个时间常数。（3）通常认为电路从暂态到达稳定状态所需要多少时间？答：通常认为电路从暂态到稳态所需时间是5。实验五 二阶动态电路的仿真分析1、 实验示例根据公式R2，L=0.8m,C=2u，得R40，可知R1=40是临界非振荡充电过程的条件。R40时，电路处于过阻尼状态。结果： （a）R=0.00001 无阻尼情况 （b）R=20 欠阻尼情况 （c）R=40 临界阻尼情况 （d）R=100 过阻尼 2、 选作实验 图5-2 方波信号作用下的RLC串联电路 （a）R=-0.5 （b）R=0.1 （c）R=1 （d）R=10 （e）R=40 （f）R=200分析：当R很小时，电路振荡明显，当R=40时正好是临界非振荡状态，继续增大R，电路响应就不振荡了。3、 Pspice应用总结用Parameter name可以设置参数文件的全局变量，通过value list 可以设置变量的不同取值，从而得到全局变量取不同的值时的不同波形。4、 思考与讨论（1）R、L、C串联电路的暂态过程为什么会出现三种不同的工作状态?试从能量转换的角度对其作出解释。答：RLC串联电路的暂态过程中，电感和电容之间存在能量转换，在能量传递过程中，由于电阻会消耗能量，所以随着R的大小的不同，电路会出现不同的工作状态：A、当R较小（）时，电路处于振荡状态，电感和电容通过电流来实现能量交换，由于电阻总是消耗能量（此时消耗能量较小），使整个系统的能量不断减少，从而使电容电压的振幅值衰减；B、当时，电路处于非振荡状态，由于电阻较大，消耗的能量太多，从而阻碍了电容和电感之间能量的传递，也导致了震荡过程的消失，故称之为“过阻尼”；C、当时，电路处于临界状态，电容和电感的能量没有互相传递的过程，也即是介于震荡与过阻尼的状态之间的交界状态。实验六 频率特性和谐振的仿真 1、 实验示例 仿真结果： 分析：从图中可以看出，这是一个带阻滤波器，低频截止频率近似为182HZ，高频截止频率近似3393HZ，带阻宽度3211HZ。2、 选作实验 分析：当频率为1.001MHZ时幅值达到最大，观察图像可知其通频宽带小于40KHZ。故采用磁耦合改进电路：L1=100uH，L2=100uH，耦合系数0.022输出幅频特性曲线：分析：由图可知，输出信号得到了过滤，988.673KHZ到1013.100KHZ为其通频带。3、 Pspice应用总结通过交流分析，在Probe中观测波形，测量所需的数据，进而改变元件参数，通过计算机辅助分析，设计出满足要求的电路。4、 思考与讨论（1）同一电阻、电感、电容原件做串联和并联时，电路的性质相同吗？为什么？答：同一电阻、电感、电容原件做串联和并联时，电路的性质不同。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，电容和电感相当于短路，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。（2）频率对电路的性质有影响吗？为什么？答：频率对电路的性质有影响。频率不同时，容抗和感抗都会随之而改变，从而可能使原来呈感性的电路转而呈容性，也可能使原来呈容性的电路变为感性。当发生谐振时，还会使电路呈阻性。实验七 三相电路的研究1、 实验示例输出波形：改变R=50k：R=10kR=5kR=1kR1=100k、R2=40K、R3=10k增加中线：R1=10kR1=5k、R2=10k、R3=50k。结论：增加中先后，改变R1、R2、R3的阻值不会改变波形。即负载的端电压不受负载的影响。2、 选做实验（1） 中线正常，一相短路（2） 中线正常，一相断路（3） 无中线，一相短路（4） 无中线，一相断路（5） 自行设计的其他运行方式有中线，一相断路、一相短路 分析：三相输电时，中线可以有效防止电路的不正常工作状态对电路的影响，即电路某一相短路或者短路时，电路的输出电压不会改变。3、 Pspice应用总结在模拟电路时，可以用串联大电阻等效断路，用串联小电阻等效短路。4、 思考与讨论（1）三相三线制电路中负载变化时电压的变化情况，负载与电压的对应关系。答：三相三线制电路中，负载电压随相应的负载变化而变化，而且变化规律相反，即一路负载变大，这路电压减小，