Multisim 2001在电子电路设计中的应用_06Multisim在电路分析中的应用

1、第6章 Multisim在电路分析中的应用 第6章 Multisim在电路分析中的应用 6.1 戴维南等效电路的计算戴维南等效电路的计算6.2 叠加定理叠加定理6.3 电容充放电电容充放电6.4 暂态响应暂态响应6.5 互易定理互易定理6.6 串联谐振电路串联谐振电路6.7 微分和积分电路微分和积分电路习题习题 第6章 Multisim在电路分析中的应用 6.1 戴维南等效电路的计算戴维南等效电路的计算 在电路分析中，戴维南定理是一个非常重要的内容，利用其求解电路也是一个难点。但在Multisim中用万用表分别测量电路的端口电压和端口短路电流，就可以轻松求出线性电路的戴维南等效电路。我们以图6

2、-1所示电路为例，利用戴维南定理求解戴维南等效电路，同时，熟悉在Multisim中选取元件、连接电路、表头测量的基本操作过程。 第6章 Multisim在电路分析中的应用 V112 VR13 kohmR26 kohmR32 kohmAB图6-1 戴维南定理应用电路图 第6章 Multisim在电路分析中的应用 基本操作： (1) 首先从元件库中选取电压源和电阻，创建图6-1所示电路。 (2) 启动Place菜单中的Place Junction 命令，再启动Place 菜单中的 Place Text 命令，在需添加端点的位置上点击鼠标，输入文字A、B。从右边仪表库中选出数字万用表(Multime

3、ter)，并接至端点A、B：表头“+”与A连接，“-”与B连接，如图6-2所示。双击XMM1，在面板上选择“V”和“DC”。启动仿真开关，万用表读数为8.0 V，此为A、B两端开路电压值。 第6章 Multisim在电路分析中的应用 (3) 仍将万用表接至A、B两端，在面板上选择“A”和“DC”，启动仿真开关，万用表读数为2 mA，此为A、B两端短路电流的值。 (4) 根据戴维南定理，戴维南等效电阻等于电路的端口开路电压和端口短路电流的比值。故该电路的戴维南等效电阻R=8 / 2 = 4 kohm。 (5) 据此可画出戴维南等效电路，如图6-3所示。 第6章 Multisim在电路分析中的应用

4、 V112 VR13 kohmR26 kohmR32 kohmABXMM1图6-2 测量开路电压和短路电流 第6章 Multisim在电路分析中的应用 Uoc8 VRo4 kohmAB 图6-3 戴维南等效电路 第6章 Multisim在电路分析中的应用 6.2 叠叠 加加 定定 理理 叠加定理是电路中一个很重要的定理，可利用Multisim来验证此定理。 以图6-4所示电路为例，利用叠加定理求解电压源、电流源共同作用下R2两端的电压。基本操作：(1) 从元件库中选取电流源、电压源以及电阻R1和R2，再从元件库中选取电压表并选择适当的参数，创建图6-4所示电路。 第6章 Multisim在电路

5、分析中的应用 图6-4 叠加定理应用图V112 VR12 ohmI11 AR21 ohmU第6章 Multisim在电路分析中的应用 (2) 测量电流源开路时R2两端的电压。双击电流源图标，将电流源设置为开路。此时，启动仿真开关，电压表读数为4 V，测量等效电路如图6-5所示。(3) 测量电压源短路时R2两端的电压。双击电压源图标，将电压源设置为短路。此时，启动仿真开关，电压表读数为0.667 V，测量等效电路如图6-6所示。 第6章 Multisim在电路分析中的应用 V212 VR12 ohm 4.000 VR21 ohmU图6-5 电压源单独作用图 第6章 Multisim在电路分析中的

6、应用 I11 AR12 ohm 0.667 VR21 ohmU图 6-6 电流源单独作用图 第6章 Multisim在电路分析中的应用 (4) 测量电压源、电流源两个电源共同作用时R2两端的电压。启动仿真开关，电压表读数4.667 V，测量等效电路如图6-4所示。可以看出，图6-4中R2两端电压(电压源、电流源同时作用)等于图6-5(只有12 V电压源单独作用)中的R2两端电压和图6-6(只有1 A电流源单独作用)中的R2两端电压之和。这正验证了叠加定理。 第6章 Multisim在电路分析中的应用 6.3 电电容容充充放放电电 基本操作： (1) 从元件库中选取电阻、电压源和电键，从仪器库选

7、取示波器，连接为图6-7所示电路。在该电路中，用电键来控制充放电路的转换。电键由Space健控制。按一下Space键，电键从一边连接到另一边。 (2) 当J1打在右边时，电容通过R2放电；当J1打在左边时，电源V1通过R1对电容C1充电。 (3) 双击示波器图标，运行仿真开关，再反复按下空格键，使电键J1反复打开和闭合，就会在示波器的屏幕上观测到图6-8所示的输出波形，这就是电容的充放电曲线。 第6章 Multisim在电路分析中的应用 V112 VC110 uFJ1Key = SpaceaR11 kohmR22 kohmABTGXSC1图6-7 电容充放电原理图 第6章 Multisim在电

8、路分析中的应用 图6-8 电容电压波形图 第6章 Multisim在电路分析中的应用 6.4 暂暂 态态 响响 应应 过渡过程持续的时间长短、发生的快慢与电路中的元件参数有关。本节将利用虚拟示波器来观察参数改变前后的波形变化。图6-9所示电路为一个RC电路，电路中有两个电压源V1和V2，电键J1用于控制哪个电压源接入电路。当V1接入电路时，电容C1充电；当V2接入电路时，电容C1反向充电。电容器充放电是一个暂态过程，按指数规律变化，暂态过程持续的时间由时间常数=RC来决定，式中，R和C分别为电容器充放电回路中的电阻和电容。 第6章 Multisim在电路分析中的应用 J1Key = Space

9、A BTGXSC1C110 uFR11 kohmR32 kohmV112 VV212 VR21 kohm图6-9 暂态响应电路图 第6章 Multisim在电路分析中的应用 基本操作： (1) 从元件库中选取所需元件，并选择适当参数，连接成图6-9所示电路。从仪器库中选取示波器并接在C1的两端。运行仿真开关，反复按下空格键，使电键J1反复打开和闭合，在示波器上可观察到图6-10所示的波形。 第6章 Multisim在电路分析中的应用 图6-10 电容电压波形图 第6章 Multisim在电路分析中的应用 (2) 暂停电路运行，改变C1的大小，使C1=1 uF。保持示波器面板其他选项不变，再运行

10、仿真开关。反复按下空格键，使电键J1反复打开和闭合，在示波器上可观察到如图6-11所示的波形。比较图6-10和图6-11，可以看到：电容减小后，暂态过程所经历的时间变短了，波形上升沿和下降沿变陡了。 第6章 Multisim在电路分析中的应用 图6-11 改变电容参数后的电压波形图 第6章 Multisim在电路分析中的应用 6.5 互互 易易 定定 理理 互易定理对于简化求解过程和进一步深入分析电路都有较大的作用。在Multisim中，可设计电路来验证此定理。 图6-12所示电路为一个简单的电阻网络，含有电压源V1和电流表。由互易定理可知，交换电压源和电流表的位置，电流表读数不变。 第6章

11、Multisim在电路分析中的应用 V112 VR13 ohm 0.800 AR33 ohmR26 ohm图6-12 互易前电路图 第6章 Multisim在电路分析中的应用 基本操作： (1) 从元件库中选取所需元件并选择适当参数，创建图6-12所示电路。在R2支路串联电流表，电流表读数为0.800A。 (2) 交换电压源和电流表的位置，如图6-13所示，保持其他元件位置不变，电流表读数为0.800 A。由此可见，电压源与电流表位置互换前后，电流表读数不变。这正好验证了互易定理。 第6章 Multisim在电路分析中的应用 图6-13 互易后电路图V112 VR26 ohmR33 ohmR1

12、3 ohm 0.800 A第6章 Multisim在电路分析中的应用 6.6 串联谐振电路串联谐振电路 谐振是正弦电路中可能发生的一种电路现象。在实际的应用中，对它进行频率分析并不是很直观、准确。但在Multisim中，利用虚拟波特图仪可以很容易地测出电路在谐振时的频率特性。 图6-14所示电路是由电阻、电容和电感组成的串联谐振电路。XBP1为波特图仪，用来测量频率特性。 第6章 Multisim在电路分析中的应用 V110 V7.07 V_rms1590 Hz0 DegC11.0 uFL110 mHR110 ohmXBP1outin图6-14 串联谐振电路图 第6章 Multisim在电路分

13、析中的应用 基本操作： (1) 创建图6-14所示电路，运行仿真开关，双击波特图仪图标，这时在波特图仪的显示屏上显示出图6-15所示的幅频特性曲线。 第6章 Multisim在电路分析中的应用 图6-15 幅频特性曲线 第6章 Multisim在电路分析中的应用 (2) 由图6-15所示幅频特性曲线可以看出，谐振频率0=1.479 kHz。用光标拖动波特图仪面板上的红色指针，可读出任意频率时的幅值。如果点击波特图仪面板上的Phase，则可以看到图6-14所示电路的相频特性。 第6章 Multisim在电路分析中的应用 6.7 微分和积分电路微分和积分电路 微分和积分电路是工程上常用的电路。在电

14、路分析中，微分和积分电路可以由电容与电阻元件或电感与电阻元件组成。在Multisim中，可利用虚拟示波器方便地观察微分和积分电路的输入输出波形。 本节以RC微分电路为例，如图6-16所示。 第6章 Multisim在电路分析中的应用 A BTGXSC1R11 kohmC110 nFXFG1图6-16 微分电路图 第6章 Multisim在电路分析中的应用 基本操作： (1) 创建图6-16所示电路，需要注意的是，输入源是一个函数发生器。双击函数发生器图标，弹出函数发生器面板，如图6-17所示。面板参数设置如下：Waveforms栏选择三角波输入；Signal Options栏选择Frequen

15、cy：1 kHz，Duty Cycle：50%，Amplitude：10 V，Offet：0。 (2) 运行仿真开关，在示波器屏幕上会出现图6-18所示的波形，三角波(蓝色)是输入波形，方波(红色)是输出波形。由图6-18可以清晰地看出，输入和输出之间呈现的是微分关系。移动指针1和指针2，可以测出输入、输出波形的幅值和周期等参数。 第6章 Multisim在电路分析中的应用 图6-17 函数发生器面板 第6章 Multisim在电路分析中的应用 图6-18 微分波形图 第6章 Multisim在电路分析中的应用 习习 题题 1. 仿真图6-19所示电路，利用戴维南等效电路求U。 V124VI1

16、2 AR14 kohmR26 kohmR33 kohmR42 kohmU图6-19 戴维南应用实践一 第6章 Multisim在电路分析中的应用 2. 仿真图6-20所示电路，利用戴维南等效电路求IAB。 V15 VI16 AV27 VR13 kohmR22 kohmR34 kohmR41 kohmBA图6-20 戴维南应用实践二 第6章 Multisim在电路分析中的应用 3利用叠加定理求图6-21所示电路中的U。 V154 VI16 AR19 kohmR218 kohmU图6-21 叠加定理应用练习 第6章 Multisim在电路分析中的应用 4利用示波器观察图6-22所示电路的电容的充放电情况。 V110 VR12 ohmR23 ohmR37 ohmC10.1 FJ1Key = Space图6-22 电容充放电练习 第6章 Multisim在电路分析中的应用 5已知图6-23所示电路在t0时已达稳态，t=0时开关断开。改变L1大小，观察改变前后UL(t)的波形变