基于simulink的电路仿真实验设计

-基于Simulink的电路仿真实验设计【摘要】：本文主要研究的是基于Simulink的电路仿真实验设计，阐述了Simulink的仿真功能、电路仿真实验设计的思路、以及Simulink对电路仿真的意义，设计了电源电阻电路、串联振荡电路、并联振荡电路、RC电路、三相桥式整流电路这五个电路，演示了设计实验的操作过程，仿真出了设计实验的实验现象，证明了基于Simulink的电路仿真实验设计的优势。【关键词】：电路；Simulnk；实验设计-i-Abstract:ThispapermainlyresearchedthedesignofexperimentalcircuitsimulationbasedonSimulink,expoundedthefunctionofSimulinksimulation,theideasofdesigningcircuitsimulationexperiment,andthemeaningofthecircuitsimulation,designedthefivecircuits,suchasthepowercircuit,theseriesoscillatorycircuit,theseriesparalleloscillatorycircuit,RCcircuit,three-phasebridgerectifiercircuit,operatestheprocessofthedesignedexperiments,simulatedtheexperimentalphenomenaoftheexperiments,andprovedtheadvantagesofthedesignofexperimentalcircuitsimulationbasedonSimulink.Keywords:Circuit；Simulink；Theexperimentaldesign-ii-目录引言.2第1章Simulink仿真技术介绍.3第1.1节简介.3第1.2节Simulink的应用.3第1.3节Simulink模块库.7第2章电路仿真实验设计.9第2.1节电路仿真设计方向.9第2.2节电路仿真设计思路与步骤.9第3章电路仿真实验实例设计.11第3.1节电源电阻电路.11第3.2节并联谐振电路.12第3.3节串联谐振电路.14第3.4节RC电路.16第3.5节三相桥式整流电路.17第4章电路仿真实验实例测试.20第4.1节电源电阻电路.20第4.2节并联谐振电路.21第4.3节串联谐振电路.23第4.4节RC电路.25第4.5节三相桥式整流电路.28结论.31参考文献.33致谢.34第0页引言MATLAB语言由于其语法的简洁性，代码接近于自然数学描述方式，以及具有丰富的专业函数库等诸多优点，越来越成为科学研究、数值计算、建模仿真，以及学术交流的实施标准。Simulink作为MATLAB语言上的一个可视化建模仿真平台，起源于对自动控制系统的仿真需求，它采用方框图形建模的形式，更加贴近于工程习惯。随着MATLAB/Simulink通信、信号处理专业函数库和专业工具箱的成熟，它们逐渐为广大通信技术领域的专家学者和工程师所熟悉，在通信理论研究、算法设计、系统设计、建模仿真和性能分析验证等方面的应用也更加广泛。Simulink可视化仿真工具能够以非常直观的方框图形象地对通信系统进行建模，并以“实时”和动画的方式来将模型仿真结果（如波形、频谱、数据曲线等）显示出来，更便于对通信系统的物理概念和运行过程的直观理解，所以近年来在通信工程中得到了广大师生的重视和广泛应用，在理论教学、课程实践环节以及理论和技术前沿中发挥了重要作用。电路作为一门基础的课程，相关专业的学生学会电路分析，会对以后的专业课程的学习打下一个良好的基础，而我们学生要学好这门课程，不仅需要具备扎实的理论知识，还需要足够多的实验训练。诚然，我们在实验室可以做相关的电路实验，但我们发现，实验室的器材是有限的，甚至还有很多器材已经损坏，这对我们学生来说操作十分不便。这时，Simulink的到来，可以方便我们学生更好地学习与实验，当然，理论结果与实际操作毕竟有些出入，但我们可以通过Simulink来对电路进行仿真，更好地观察电路现象及元器件的功能特性。电路的设计，用Simulink中虚拟模块进行电路制图，也可以让学生在实验设计这方面有很大地提升，通过直接修改元器件的参数，来观察电路现象的变化，与实验操作比起来，也是一个大大的简化过程，不仅略去不断地替换元器件的冗长过程，而且也减少了元器件的损坏，既节省了时间，又减少了成本。第1页第1章第1.1节简介1990年，MathWorks软件公司为MATLAB提供了新的控制系统模型化图形输入与仿真工具，并命名为SIMULAB，该工具很快就在控制工程界获得了广泛认可，使得仿真软件进入了模型化图形组态阶段。1992年正式将该软件更名为Simulink。Simulink的出现给控制系统分析与设计带来了福音。它有两个主要功能：Simu（仿真）和Link（连接），即该软件可以利用鼠标在模型窗口上绘制出所需要的控制系统模型，然后利用Simulink提供的功能来对系统进行仿真和分析。Simulink是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于：它与用户交互接口是基于Windows模型化图形输入的，从而使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建而非语言的编程上。所谓模型化图形输入是指Simulink提供了一些按功能分类的基本系统模块，用户只需要知道这些模型的输入、输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模块（以.mdl文件进行存取），进而进行仿真与分析。第1.2节Simulink的应用1.2.1.Simulink仿真操作启动软件MATLAB后，用鼠标单击MATLAB主窗口的按钮来打开SimulinkLibraryBrowser窗口，如图1-1所示。在这个窗口里，我们会看到有许多模块库，我们在进行构造控制系统或是电路仿真制作都是从这个窗口里选择模块。第2页图1-1SimulinkLibraryBrowser窗口Simulink启动后，我们可以点击File里新建一个编辑窗口，或是直接点击如图1-1中所示的白色空白页的按钮，便可以打开如图1-2所示的Simulink的仿真编辑窗口，在这个窗口里，我们就可以将模块库中的模块拖入，进行系统连接或是将电路元器件拖入这个窗口，进行电路连接。图1-2Simulink的仿真编辑窗口第3页电路图制作完成后，我们就可以点击如图1-3所示编辑窗口上Simulation中start，或是直接点击开始运行的按钮便可以对电路或控制系统进行仿真了。图1-3仿真编辑窗口1.2.2.Simulink功能(1)、交互式仿真工具Simulink的开放性非常高，主要是将模型通过框图形式表示出来，或者将已有的模型添加组合到一起，又或者将自己创建的模块添加到模型当中。Simulink也具有很高的交互性，我们可以随意修改模块的参数，而且也可以直接使用MATLAB的分析工具，通过分析得到的结果能进行可视化显示，Simulink的一个意图就是让我们在使用Simulink的同时可以感受到建模与仿真的乐趣。同时Simulink提供了大量的模块，我们可以快速地建立动态系统模型，只需要用鼠标，就能够建立很复杂的仿真模型，不会对对模型中的连接数量和规模有限制。(2)、图形化动力系统建模工具利用Simulink工具包可以不受线性系统模型的限制，能够建立更加真实的非线性系统，如在系统中考虑摩擦力、空气阻力、齿轮滑动等。它将计算机变成一个系统建模与分析的实验室，特别是对于那些无法做实验的系统。Simulink提供了非常全面的模块库及工具箱，使得模型的建立十分方便。对于模型的建立，可以采用从上到下或者从下到上的顺序，也可以按照信号流程的方式。后面一种建模方法思路清晰，对模块的相互作用和组织形式一目了然。在建立好模型之后和运行仿真之前，必须对模型进行参数设置。仿真所需要的模型第4页参数设置可以通过MATLAB命令或者Simulink菜单进行。这两种方式各有千秋，前者适合批处理多个仿真，而后者则直观方便。模块参数的设置方法是双击相应模块，在弹出对话框中进行参数设置。仿真完成后，可以使用Scope或XYGraph等模块来显示结果。除能够将数据导出到MATLAB的工作空间之外，还可以将MATLAB工作空间中的数据导入到Simulink模型中。(3)、Simulink的扩展功能Simulink是一个开放式结构体系，允许用户自己开发各种功能的模块，无限制地添加到Simulink环境中，以满足不同任务的要求。可以通过以下方式来增强Simulink的模块功能。1）采用MATLAB的M文件、Fortran以及C代码生成自定义模块。2）利用Simulink本身来建立子系统，封装自定义的模块。3）将Simulink与开发好的S-函数无间隙连接起来，完成复杂功能。4）将原有的Fortran和C代码连接起来。5）第三方开发的工具箱。6）其他工程软件（如Adams、Femlab和Labview等）与MATLAB的衔接接口，Simulink可以非常方便地使用这些软件中的信息，同时也可以被这些软件调用。(4)、Simulink专用模块库与相关产品为丰富Simulink建模系统，MathWorks公司开发或收购了许多有特殊功能的模块程序包。利用这些功能强大的程序包，使用户能够非常方便地建立模型或者完成系统分析，生成建立的Simulink模型实时代码。常用的Simulink模块（Blockset）如下。1）CDMAReferenceBlockset（CDMA通信系统设计与分析）2）CommunicationBlockset（通信系统工具箱）3）Dials&GaugesBlockset（交互式图形和控制面板设计工具箱）4）DSPBlockset（数字信号处理工具箱）5）Fixed-PointBlockset（定点运算控制系统工具箱）6）MotorlaDSPDevelopersKit（MotorlaDSP开发工具）7）NeuralNetworkBlockset（神经网络）8）NonlinearControlDesignBlockset（非线性控制设计工具箱）9）RealTimeWorkshop（实时系统）10）SimMechanics（机构仿真）11）SimPowerSystems（电力电动工具箱）第5页12）Stateflow（流程控制）13）TIDSPDevelopersKit（TIDSP开发工具）、1.3、Simulink模块库从上述的图1-1所示的界面左侧可以看到，整个Simulink模块库是由各个用途不同的模块组成的，故该界面又称为模块库浏览器。这里我们主要说明两个模块库，这两个模块库是我们用于电路仿真最常用到的模块库了。一个是标准Simulink模块库，另一个是SimPowerSystems模块库。1.3.1.标准Simulink模块库可以看出，在标准Simulink模块库中，有常用的模块库（CommonlyUsedBlocks）、连续模块库（Continuous）、非连续模块库（DisContinuous）、离散模块库（Discrete）、数学运算模块库（MathOperations）、端口和子系统模块库（Portsmouth&Subsystems）、信号属性（SignalAttributes）、接收器模块（Sinks）、输入源模块库（Sources）、用户自定义函数模块库（User-DefinedFunctions）等几个部分。我们对电路进行仿真时需要数据显示及波形变化时，便需要用到这里的接收器模块。1.3.2.SimPowerSystems模块库在常用的Simulink模块中还有一个SimPowerSystems（电力电动工具箱），如图1-4所示。它由ElectricalSources（电源）、Elements（元器件）、ExtraLibrary（特别的元件）、Machines（电机）、Measurements（测量仪器）、PhasorElements（相量元器件）、PowerElectronics（电力电子）组成。这里我们的电路仿真实验操作主要就是依靠这个模块库里的模块进行电路制图以及仿真，里面可以提供电源，电容，电阻，电感，三相电源，桥式电路，电流表，电压表等等。第6页图1-4SimPowerSystems（电力电动工具箱）第7页第2章电路仿真实验设计第2.1节电路仿真设计方向在我们的电路分析课程中，我们会学到很多关于电路分析的方法，对于我们学生来说，通过这样的方法来计算一个简单电路是轻而易举的，而计算一个复杂的电路则显得有些吃力。计算量复杂不说，分析起来也容易出错，实践操作则花费更多的时间。利用电路仿真技术则可以节省这些时间，减少不必要的麻烦。这里为了方便教学，让学生更容易理解操作，我则针对我们所学习的电路来进行电路仿真设计，通过观察电路中测量仪器的数值及图像来更形象地反映电路特性。第2.2节电路仿真设计思路与步骤2.2.1.电路仿真实验设计思路我们在对一个电路进行分析的时候，应用Simulink对电路进行仿真对我们来说方便了许多，在我们实际操作过程中，我们可能会遇到很多问题，一旦操作不当，实验仪器便会损坏，这样使得实验成本加大，实验更加繁琐，而应用模拟仿真会更大地程度方便分析与操作。对于电路仿真的思路如下：（a）对电路进行原理性的分析,了解电路的功能,弄清楚电路能得到的最佳的仿真结果是怎样的。（b）根据分析来构建模型,利用不同的参数对电路进行模拟仿真,观察仿真的结果,看是否达到预期的要求,若不满足，则修改参数，如此反复,直至得到满意的仿真结果。（c）根据仿真模型的参数确定电路的参数,并通过实验验证仿真的结果是否正确,电路性能是否符合要求,如果符合要求,则电路的优化工作可以结束,如果不相符合,则应检查模型构建是否合理,是否有外界干扰等等,找出原因,以便解决。2.2.2.电路仿真实验设计流程图根据上述设计思路，则基于Simulink的电路仿真实验流程图如图2-1所示。第8页图2-1电路仿真实验流程图第9页第3章电路仿真实例设计、3.1、电源电阻电路3.1.1.实验目的验证基尔霍夫电流定律和电压定律。3.1.2.实验器材直流电源，电阻，电流表，电压表3.1.3.实验原理基尔霍夫定律是描述电路网络中电流关系和电压关系的定律。基尔霍夫电流定律（KCL）：在总的电路中，对任一节点，在任何时刻，流进（或流出）该节点的所有支路电流的代数和为零，即：I=0上式表明基尔霍夫电流定律规定了节点上支路电流的约束关系，而与支路上元件的性质无关，对于任意电路都适用。基尔霍夫电压定律（KVL）：在总的电路中，对任一回路，在任何时刻，沿着该回路的所有支路电压的代数和为零，即：U=0上式表明任一闭合回路中各支路电压所必须遵守的规律，它是电压与路径无关性的反映。同样，这一结论只与电路结构有关，与支路中元件的性质无关，对于任意电路都适用。3.1.4.实验内容(1)、验证KCL如图3-1，是用Simulink绘制的一个电阻串并联的电源电路，电源为直流电源U设置为300V，电阻R设置为20，电阻R1设置为10，电阻R2为30，测出各支路中电流表、电压表的值（设电流流进为正，流出为负）。测完值之后，将数据记录下来，保持电路不变，再修改各支路中的电阻的阻值，修改之后再对电路进行仿真，记录数据。表3-1支路电流第一次记录第二次记录验证I=0I/AI1/AI2/A第10页(2)、验证KVL在第一次仿真时，选左右两网孔为验证回路，测出各段电路电压U、U1、U2，将数据记录在表格中。在第二次仿真时，修改电阻参数，再测出各段电路电压U、U1、U2，将数据记录下来。表3-2各段电路电压第一次记录第二次记录验证U=0U/VU1/VU2/V3.1.5.实验电路Continuouspowerguiv+-VoltageMeasurement2v+-VoltageMeasurement1v+-VoltageMeasurementR2R1RDisplay5Display4Display3Display2Display1DisplayDCVoltageSourcei+-CurrentMeasurement2i+-CurrentMeasurement1i+-CurrentMeasurement图3-1简单电阻电路第3.2节并联谐振电路3.2.1.实验目的观察谐振现象，学习找到并联谐振频率的方法，掌握并联谐振的条件，谐振时的电流以及电压的特点。第11页3.2.2.实验器材交流电压源，电阻，电感，电容，电流表，电压表，示波器3.2.3.实验原理并联谐振回路是指电感、电容与外加正弦电压U相互并联的振荡电路。图3-2并联谐振电路原理图电路参数发生谐振是有条件的，参数不合适不会发生谐振，在电路参数一定时，改变电源频率是否能达到谐振，要由下列条件：当时，可发生谐振；21RLC当时，不会发生谐振。2根据电路阻抗公式：1()1()RRjwLjCwLZjC当Z为实数时，回路发生并联谐振，即：时，发生谐振，此时电1LRwC路中阻抗为谐振电阻，且并联谐振时，L支路上与C支路上电流的有效值：LCI=，电阻R上的电压最小，根据这个特性，可以判断电路是否发生了谐振。3.2.4.实验内容如图3-3所示，使用Simulink绘制的电路图，电路是由一个交流电源与一个电阻和并联后的电容与电感串联起来的回路，其中交流电源是峰值为3V的正弦信号，电阻R为100，电容C为0.1uF，假设电感未知，电感L为1012mH，根据数据计算出谐振频率的约值。根据理论约值，改变电源的频率，测量电阻两端电压，观察谐振现象，找出电路的谐振频率，将数据记录下来。注意，变化电源频率时要保持电源幅度不变。第12页表3-3源频率f/kHzRU/VI/mA3.2.5.实验电路Continuouspowerguiv+-VoltageMeasurement1v+-VoltageMeasurementScope2Scope1ScopeRLCBranchi+-CurrentMeasurementACVoltageSource图3-3仿真电路原理图第3.3节串联谐振电路3.3.1.实验目的通过观察谐振现象，学习找到谐振频率的方法，掌握串联谐振的条件，串联谐振时的电流、电压的特点。3.3.2.实验器材交流电压源，电阻，电感，电容，电流表，电压表，示波器3.3.3.实验原理串联振荡电路是由电感L、电容C、电阻R与外加电压源组成的振荡电路。第13页图3-4串联谐振电路原理图根据电路的阻抗公式：11()ZRjwLRjwLCC当阻抗Z为实数，即：时，则电路为串联谐振，阻抗为谐振电阻R，此时电路中电流有效值达到最大，即为：22UI=1()RRwLC同时，电阻R两端的电压的有效值也达到了最大，根据这个特性，可以判断电路是否发生了谐振。电路的谐振频率：01=2LCf01w=3.3.4.实验内容如图3-5所示，是一个RLC串联电路，其中交流电压源是一个峰值为15V的正弦信号，电阻R为100，电容C为0.1uH，假设电感未知，电感L为1012mH，根据数据，推算出谐振频率的约值。根据谐振频率的约值，改变电源中的频率，测出电阻两端的电压，观察电路的谐振现象，找出电路的谐振频率，将数据记录下来。注意，改变电源频率时，保持电源幅值不变。表3-4源频率f/kHzRU/VI/A3.3.5.实验电路第14页Continuouspowerguiv+-VoltageMeasurement1v+-VoltageMeasurementScope2Scope1ScopeRLCBranch1LCBranchi+-CurrentMeasurementACVoltageSource图3-5RLC串联电路第3.4节RC电路3.4.1.实验目的通过观察RC电路的充、放电过程，掌握电容在电路中是如何充、放电，并学习计算时间常数的方法。3.4.2.实验器材电源、电阻、电容、电流表、电压表、示波器、开关3.4.3.实验原理零状态响应：在电路中所有储能元件初始值为零，仅有激励作用的响应，是零状态响应，对于图3-6所示的电路，当t=0时，开关位置由B拨向位置A，电源经过电阻R向电容C进行充电，电容的电压和电流随时间变化的公式：()1)tcutUse0tiR其中为时间常数。图3-6RC电路原理图零输入响应：电路在激励为零的情况下，由储能元件的初始状态引起的响应，是零第15页输入响应。对于图3-6所示的电路，当开关在A位置稳定后，再转换到位置B，这时电容C已有初始值，并开始经过电阻R放电，电容的电压和电流随时间的变化公式：()0tccute)tiR0全响应：在激励和储能元件初始状态共同作用下引起的电路响应称为全响应，可认为是零输入响应与零状态响应之和。3.4.4.实验内容如图3-7所示的电路图，输入电源为直流电源100V，两个电阻R1=R2=10kHz，电容C为0.1uF，设置初始值50V。首先将直流电源一端的开关闭合，用示波器分别观察电阻两端电压，电容两端电压以及通过电容的电流的波形且记录下来，并计算时间常数。再将电源一端的开关断开，把另一个开关闭合，再进行仿真，用示波器分别观察电阻两端电压，电容两端电压以及通过电容的电流的波形且记录下来，并计算时间常数。3.4.5.实验电路Continuouspowerguiv+-VoltageMeasurement2v+-VoltageMeasurement1v+-VoltageMeasurementScope3Scope2Scope1ScopeR2R1i+-CurrentMeasurementCc12Breaker1c12Breaker100V图3-7RC电路第3.5节三相桥式整流电路3.5.1.实验目的通过在不同的控制角的条件下，观察电路的输出电压的现象，确定三相桥式整流电第16页流工作在整流状态的条件。3.5.2.实验器材交流电压源，电阻，触发脉冲发生器，电压表，晶闸管，示波器3.5.3.实验原理整流电路的任务是将交流电变为直流电，而桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。二极管具有单向导电性，是构成整流电路的重要元件。根据图3-8所示的原理图，在三相桥式全控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是。由于三相桥式整流电路是两组三相半波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的两倍。很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半，经过变压器变换的交流电压通过整流电路形成脉动直流电压。图3-8单相桥式整流电路原理图3.5.4.实验内容如图3-9所示电路中，电源是一个交流电源，其电源与变压器、桥电路以及负载电阻串联形成一个回路，其中交流电源的相电压为380V，频率为50Hz，电阻R为20，改变控制角，观察不同控制角的情况下输出波形并记录下来（=0、30、60、90、120、150）。3.5.5.实验电路第17页Continuouspowerguiv+-VoltageMeasurement3v+-VoltageMeasurement2v+-VoltageMeasurement1v+-VoltageMeasurementgABC+-UniversalBridgealpha_degABBCCABlockpulsesSynchronized6-PulseGeneratorScopeR0Constant130ConstantCBA图3-9单相桥式整流电路第18页第4章电路仿真实验实例测试第4.1节电源电阻电路4.1.1.电路仿真过程依据电路点击运行按钮进行电路仿真，得到如图所示结果。Continuouspowerguiv+-VoltageMeasurement2v+-VoltageMeasurement1v+-VoltageMeasurementR2R1R2.727Display581.82Display48.182Display381.82Display210.91Display1218.2DisplayDCVoltageSourcei+-CurrentMeasurement2i+-CurrentMeasurement1i+-CurrentMeasurement图4-1简单电阻电路仿真再根据实验内容，修改电阻参数。这里我们修改三个电阻的参数，R=10，R1=25，R2=25，再进行仿真（电流流进记为正，电流流出记为负）。将得出的结果填入表格。表4-1总电路中各支路电流支路电流第一次记录第二次记录验证I=0I/A10.9113.33I1/A-8.182-6.667I2/A-2.727-6.66710.918.182+2.72713.336.667+6.667第19页表4-2总电路中各支路电阻两端电压各段电路电压第一次记录第二次记录验证U=0U/V218.2133.3U1/V81.82166.7U2/V81.82166.7左边回路：U+U1=300V218.2+81.82300133.3+166.7300右边回路：U1=U24.1.2.电路仿真分析从仿真的结果来看，依据表4-1以及4-2的数据，尽管电路中各电阻阻值发生变化，节点电流I+I1+I2=0，左边回路U+U1=300V以及右边回路U1=U2都是恒成立的，这就很好地验证了基尔霍夫定律。在电路中我们可以直接修改电阻参数，或是修改电源参数，这与实际实验操作相比，可以简化我们实验操作的过程，实验数据的记录是同时并且迅速的，可以节省实验器材以及实验时间。第4.2节并联谐振电路4.2.1.电路仿真过程绘制完电路图，并按照实验内容设置参数后，通过谐振频率公式：01=2LCf进行估值，将数据代入计算，谐振频率5034Hz左右。改变电源的频率，设置电源频率分别为5000Hz、5010Hz、5015Hz、5020Hz、5025Hz、5030kHz、5035Hz、5040Hz、5045Hz、5050kHz，分别测出这些频率下的电阻两端电压，将数据记录下来。可直接点击仿真运行按钮进行电路的仿真。在运行过程中，点击电路中的示波器便可以观察到示波器中的实验现象。表4-3源频率f/kHz5.0005.0105.0155.0205.0255.0305.0355.0405.0455.050第20页RU/V0.30.20.150.10.080.0500.050.070.1I/mA321.510.80.500.50.71图4-2谐振时电阻两端电压仿真结果图4-3谐振时电流表仿真结果第21页图4-4谐振时电容两端电压表仿真结果4.2.2.电路仿真分析从图3-2的电路图中可以看出，这是一个电感电容并联电路，根据阻抗公式：11()LjwLCZRRjwjC满足谐振时，=，即阻抗无穷大，此时LC并联电路相当于断开，电路中电流为0，为最小，谐振频率为5035Hz，此时电容两端的电压达到最大。这里我们可以一边修改数据，一边观察现象，从而确定电路是否发生谐振。同时我们也可以对电容，电感参数直接进行修改，来改变振荡频率。我们在实验室进行实验时，若修改参数则需要更改元器件，再对电路重新进行连接，一旦参数有误，反而会造成元器件的损伤，影响实验的结果。第4.3节串联谐振电路4.3.1.电路仿真过程根据已绘制的电路，设置好参数后，通过谐振频率公式：01=2LCf进行估值，将数据代入计算，谐振频率5000Hz左右。改变电源的频率，设置电源频率分别为4800Hz、4850Hz、4900Hz、4950Hz、5000Hz、5050Hz、5100Hz、5150Hz、5200Hz、5250Hz，分别测出这些频率下的电阻两端电压，将数据记录下来。点击运行按钮进行电路仿真。第22页表4-4源频率f/kHz4.8004.8504.9004.9505.0005.0505.1005.1505.2005.250RU/V1414.214.514.71514.914.714.614.414.1I/A0.140.1420.1450.1470.150.1490.1470.1460.1440.141图4-5谐振时电流表仿真结果图4-6谐振时电阻两端电压表仿真结果第23页图4-7谐振时电容两端电压仿真结果4.3.2.电路仿真分析从设计的电路可以看出，这是一个RLC串联电路，根据阻抗公式：11()ZRjwLRjwLCC代入数据计算，当电路中阻抗相当于电阻，电阻两端电压有效值达到最大为15V，此时发生谐振。在模拟仿真时，我们可以通过即时修改元器件参数而观察到不同的现象，而不用担心因电路的不合理而致使元器件的损坏，因为当电路不合理时仿真软件会立即提示电路中有误部分，根据提示我们也会做出适当的修改，但在我们实际操作的时候，电路一旦有误，我们也不能立即查出哪里有问题，电路仿真就避免了这个问题。第4.4节RC电路4.4.1.电路仿真过程绘制完电路后，按照实验内容的要求，设置元件参数，进行仿真。充电过程：第24页图4-8充电时电阻两端电压图4-9充电时电容两端电压图4-10充电时通过电容的电流第25页时间常数：6310.10RCs放电过程：图4-11放电时电阻两端电压图4-12放电时电容两端电压第26页图4-13放电时通过电容的电流时间常数：6310.10RCs4.4.2.电路仿真分析从原理公式可以发现，RC电路的暂态过程是很难准确绘制的，通过模拟仿真，我们可以从示波器中看到准确的波形图，因模拟电路中的元件都是理想的元件，与理论值非常地接近，而在实际操作中，实际元器件与理想元器件有些误差，得到的结果并不是最理想的结果。第4.5节三相桥式整流电路4.5.1.电路仿真过程绘制完电路后，按照实验内容设置参数，并对控制角进行改变，分别测出在0，30，60，90，120，150时的输出电压。时：图4-14输出的波形第27页30时：图4-15输出的波形60时：图4-16输出的波形90时：第28页图4-17输出的波形120时：图4-18输出的波形150时：第29页图4-19输出的波形4.5.2.电路仿真分析从仿真的结果我们可以看出，当0120时，电路是工作在整流状态下的，超过120后，就不是整流状态了。在实际电路实验中，这样复杂的电路操作是有一定的难度的，而且实验需要的元器件也不一定齐全，但仿真软件里有充足的元器件可供选择，而且我们可以快捷地依照电路原理图进行电路连接，设置参数也很方便，可以通过修改参数来满足我们的实验要求，从而确定电路是否达到我们想要的效果。第30页结论电路实验是一个非常广泛的概念，我们学生需要做的电路实验也有千千万万个不同的实验，这里我只简单地选了五个电路，由浅入深，用Simulink对电路进行绘制及仿真。我们在对任何一个电路进行实验仿真前，都应该对电路有一个充分地理解，依靠我们所学的欧姆定律，基尔霍夫定律，戴维南定理，诺顿定理，叠加定理等等，来对简单电路进行分析，同时，我们还必须充分理解电路中元器件的特性，如在这样的电路中电感电容有什么样的性质，在那样的电路中电感电容又有什么样的性质，这对我们分析不同的电路是非常重要的。如果我们并不能理解这样的特性，那我们也无法对电路进行设计与分析。当我们对电路有了一个很好地理解后，我们设计出来的电路则就需要验证了。首先我们需要对电路进行实验仿真。仿真则是在理想状态下，对电路进行的模拟实验测试。这对我们学习电路是非常有必要了解的。我们学生除了要拥有理论知识的理解，同时为了测试电路是否可行，对其模拟仿真是电路实验过程中非常重要的一个环节。在我们大学生涯中，我们学习过不同的仿真软件，如Protel，Multisim，orCAD，Simulink等等。我们最经常用到的要数Multisim和orCAD了。但是，我们不能忽略了Simulink的仿真作用。在我们的课程当中，Simulink最经常用到的是控制系统的仿真，对于电路，我们却没怎么接触过。不过Simulink进行电路仿真模拟实验,实验过程非常接近实际操作的效果，这对我们做实验也是非常有用的。各元器件选择范围广,参数修改方便,电路调试快速简捷。Simulink提供了各种丰富的调试测量工具,是一个全开放性的仿真实验和课件制作平台,为我们提供了一个综合性电子技术虚拟实验室。通过Simulink对电路进行仿真实验，学生可以对电路进行设计,不但可以提高