电路分析基于实验讲义—Hspice(实验六与实验七).doc

电路分析实验讲义基于LTspice和Hspice信息技术国家级教学示范中心2011.6目录实验一 LTspice和简单电阻电路仿真1、 实验目的1、了解LTspice的使用2、学会使用LTspice测试电阻电路的电压和电流二、实验原理1、电阻分压电路如图1-1所示。 图1-1 电阻分压电路2、电阻分流电路如图1-2所示2、 实验内容1、 LTspice的使用简介1.1 LTspice的打开及其操作窗口在桌面上找到LTspice的快捷图标，双击打开。或者在“开始所有程序LTspice IV”下，单击打开。得到如图所示的LTspice窗口。1.2 LTspice画图功能介绍现在我们来画如图1-1所示电路。首先，新建一个原理图窗口，“FileNew Schematic”或者直接点击工具栏中的图标。再来介绍工具栏中最常用的几个按钮：为“Wire”，为元器件之间添加连（导）线；为“Ground”，给电路接地，在LTspice和Hspice中所有电路都要可靠接地，这点不同于文献1中的相关内容；为“Label Net”，给电路节点作标识为“Resistor”，电阻，为电路添加电阻；为“Capacitor”，电容，为电路添加电容；为“Inductor”，电感，为电路添加电感；为“Diode”，二极管，为电路添加二极管；为“Component”，元件，点击可打开LTspice的元件库，比如我们以后会经常用到的三极管和MOS管，以及上面介绍的电阻、电容和电感都可以在元件库中找到。为“Move”，移动，先用鼠标点击该按钮，再用鼠标选择想要移动的电路，即可实现电路的任意移动；为“Drag”，拖动，拖动时原来连线会一直保持连接状态，注意和“Move”按钮的区别；几个常用的快捷操作方式：“Ctrl+R”:旋转元器件；“Ctrl+E”：镜像，180度旋转；按“Delete”键或使用工具栏的按钮，删除你不想要的的元件；按“Esc”键或者单击鼠标右键，可结束当前操作。其他快捷菜单可仔细查看菜单栏的下拉菜单，不再赘述。了解了上述内容我们就可以画出图1-1的电路了：如图所示。需要强调的是设置元件的参数，如电阻和电压源的数值：移动鼠标到要设置参数的元器件上，当鼠标变为一个手型时单击鼠标右键，在弹出的对话框中填上你的数值即可，如图 所示；默认的电阻是上下结构的，你需要用到上述的旋转功能；电压源在元件库里，你要用到“Component”按钮（在工具栏）。画好的电路图窗口如图所示。接下来我们就要对其进行仿真了，先来设置仿真条件。点击按钮，或者“SimulateRun”将会弹出如图 所示的“Edit Simulation Command”对话框。填写相应项目，即可进行电路仿真。由于我们是对一个直流电路进行仿真，所以选择“DC sweep”选项卡，在“Name of 1st Source to Sweep”后的框中填写“V1”，在这个电路中只有一个电源，其他两个就不用填写了。“Type of Sweep”后的框中有“Linear”、“Octave”、“Decade”和“List”四项设置可供选择，默认为“Linear”，可根据需要进行选择，在这里使用默认项即可。图1-2 LTspice下的图1-1电路的电压仿真四、实验报告实验二 Hspice和LTspice仿真电阻电路一、实验目的1、了解LTspice的使用2、学会使用LTspice测试电阻电路的电压和电流二、实验原理1、三、实验内容四、实验报告实验三 网孔分析法和结点分析法的验证四、实验报告实验四 叠加定理的验证实验五 RC电路的仿真一、实验目的1、了解LTspice的使用2、学会使用LTspice测试电阻电路的电压和电流二、实验原理如图5-1所示电路原处于稳定状态。t=0时开关闭合，求t0的电容电压uC(t)和电流i(t)，并画波形图。 图8-22图5-1 RC电路解：1. 计算初始值uC(0+)开关闭合前，图(a)电路已经稳定，电容相当于开路，电流源电流全部流入4W电阻中，此时电容电压与电阻电压相同 。由于开关转换时电容电流有界，电容电压不能跃变，故 2. 计算稳态值uC()开关闭合后，电路如图(b)所示，经过一段时间，重新达到稳定状态，电容相当于开路，根据用开路代替电容所得到一个电阻电路，运用叠加定理求得 3.计算时间常数t 计算与电容相连接的电阻单口网络的输出电阻，它是三个电阻的并联 时间常数为 代入三要素公式： 得到 求得电容电压后，电阻电流i(t)可以利用欧姆定律求得三、实验内容如图5-1所示的电路图，可由图5-2所示电路测试其电容初始值，测试得到电容的初始值如图5-3所示。图5-2 测试电容电压初始值电路图5-3 测试电容电压初始值结果（LTspice下）测试t0时的电容电压和电流的波形图使用如图5-4的电路得到netlist，在Hspice下进行仿真，并设置电容电压初始值为8V。仿真的电容电压和电流波形结果分别如图5-5和5-6所示。图5-4 测试图5-1的仿真电路图Hspice下的完整仿真程序为：* RC电路.OPTIONS POST=2C1 N001 0 0.1 IC=8V /设置电容的初始电压为8VR2 N001 0 4R3 N002 N001 2V1 N002 0 10.tran 0.001s 1s .end图5-5 电容电压波形图图5-6 电容电流的波形图图5-7 电流的波形图实验六 RL电路的仿真一、实验目的1、熟悉RL电路的结构特点及其应用。2、学会使用Hspice分析电路的响应。二、实验原理1、基本RL电路原理图，如下图图6-1所示。 图6-1 基本RL电路原理图2、在暂态分析的叙述加上电阻由8欧扫描到24欧，输入为一步阶脉冲，其上升时间为1ms,大小为1V。3、SPICE可以对电路进行频率响应分析。三、实验内容如图6-1所示的电路图，可在LTspice软件上画出并点VIEW中的spice netlist ，再通过编写得到完整的Hspice下仿真程序为:*(RL)*.options post.parm rvalue=8Vs 1 0 PWL(0 0 1ms 1)L 2 1 4hR 2 0 rvalue.tran 0.02s 0.5s sweep rvalue 8 24 8.plot tran v(2).end在HSPICE中我们可以得出输出结果如下图6-2所示(电阻呈现及8欧 16欧及24欧对V(2)的响应) 图6-2 接点1的电压图和电阻呈现及8欧 16欧及24欧对V(2)的响应图四、实验报告实验七 RLC串并联电路一、实验目的1、了解RLC的串、并联电路。2、学会求电路的固有频率，加深对LTspice的使用。3、能用LTspice测试电路电阻的电压和电流与电容电压、电感电流的。二、实验原理1、根据电路图建立二阶微分方程，并利用初始条件求出它的固有频率。2、RLC的串联电路原理图。如图7-1所示： 图7-1 RLC串联二阶电路3、RLC的并联电路原理图。如图7-2所示： 图7-2 RLC并联二阶电路4、会有基尔霍夫定理对一般电路分析求解。三、实验内容如图7-3所示；我们可以根据电路写出二阶微分方程。 图7-3 RLC串联二阶电路 列出KVL方程：列出KCL方程和带代入电容、电阻和电感的VCR方程得：（下式的、分别为流过电感及电容的电流）整理得下列二阶齐次微分方程:其特征方程为：由此可求得它的固有频率(方程的根)的公式:如下图7-4所示RLC并联二阶电路图，同理根据电路写出二阶微分方程。图7-4 RLC并联二阶电路图列出KCL方程：。注意：式中自左到右分别为流过电阻、电感、电容及电源的电流。代入电容，电阻及电感的VCR方程整理得一个常系数非齐次线性二阶微分方程 其特征方程为：由此得到固有频率(特征根)公式：我们发现上述两个电路是对偶电路。则根据对偶电路的特点，我们很容易导出RLC并联二阶电路的一般情况下的固有频率的公式（把上公式的电阻换成电导即可）：由于不会写HSPI