北京理工大学电路仿真实验报告

1、 6/6北京理工大学电路仿真实验报告 实验1叠加定理的验证 实验原理： 实验步骤： 1.原理图编辑: 分别调出接地符、电阻R1、R2、R3、R4，直流电压源、直流电流源，电流表电压表，并按上图连接； 2.设置电路参数： 电阻R1=R2=R3=R4=1，直流电压源V1为12V，直流电流源I1为10A。 3实验步骤： 1）点击运行按钮记录电压表电流表的值U1和I1； 2）点击停止按钮记录，将直流电压源的电压值设置为0V，再次点击运行按钮记录电压表电流表的值U2和I2； 3）点击停止按钮记录，将直流电压源的电压值设置为12V，将直流电流源的电流值设置为0A，再次点击运行按钮记录电压表电流表的值U3和

2、I3； 原理分析： 以电流表示数i为例： 设响应i对激励Us、Is的网络函数为H1、H2，则i=H1*Us+H2*Is 由上式可知，由两个激励产生的响应为每一个激励单独作用时产生的响应之和。 则有，I1=I2+I3（1）;同理，U1=U2+U3（2）. 经检验，6.800=2.000+4.800，-1.600=-4.000+2.400，符合式（1）、（2），即叠加原理成立。 实验2并联谐振电路仿真 实验原理： 实验步骤： 1.原理图编辑: 分别调出电阻R1、R2，电容C1，电感L1，信号源V1； 2.设置电路参数： 电阻R1=10，电阻R2=2K，电感L1=2.5mH,电容C1=40uF。信号

3、源V1设置为AC=5v，Voff=0，Freqence=500Hz。 3.分析参数设置： （1）AC分析： 要求：频率范围1HZ100MEGHZ，输出节点为Vout。 步骤：依次选择选择菜单栏里的“simulate-Analyses-AC Analysis”，调出交流分析参数设置对话窗口，起始频率设为1Hz，停止频率设为100MHz，扫描类型为十倍频程，每十倍频程点数设 为10，垂直刻度设为线性，其他保持默认，单击“OK”。然后选择对话框菜单栏的“output”按钮，在左侧的变量中选择“V(out)”,单击“Add”按钮。这样，交流分析参数设置完毕。在交流分析参数都设置好以后，单击对话框中的“

4、simulate”按钮，开始仿真，得到如下真结果： （2）TRAN分析： 要求：分析5个时钟周期的，输出节点为Vout。 步骤：由信号源的f=500Hz，可得其周期为0.002s。依次选择选择菜单栏里的“simulate-Analyses-Transient Analysis”，调出瞬态分析参数设置对话窗口，起始时间设为0s，结束时间设为5*0.002s=0.01s，其他参数保持默认，单击“OK”。然后选择对话框菜单栏的“output”按钮，在左侧的变量中选择“V(out)”,单击“Add”按钮。这样，瞬态分析参数设置完毕。在参数都设置好以后，单击对话框中的“simulate”按钮，开始仿真，

5、仿真结果如下 图所示： 原理分析： 这是并联谐振电路，谐振频率0=LC1,此时阻抗模最小，故电容的响应幅度在=0最大，远离0，响应幅度减小，所以在=0处出现峰值，对应的频率f=0/2=503.5；实际测量值f=501.4，误差允许范围内，符合理论值。 实验3含运算放大器的比例器仿真 1.原理图编辑: 分别调出电阻R1、R2，虚拟运算放大器OPAMP_3T_VIRTUA 调用虚拟仪器函数发生器Function Generator与虚拟示波器Oscilloscope。 2.设置电路参数： 电阻R1=1K，电阻R2=5K。信号源V1设置为Voltage=1v。 函数发生器分别为正弦波信号、方波信号与

6、三角波信号。频率均为1khz，电压值均为1。其中方波信号和三角波信号占空比均为50%。 3.分析示波器测量结果： 单击“运行”按钮，电路开始仿真，双击示波器，可以观察到仿真结果，如下： 实验结果： 原理分析： 对于理想运放器，可以等效以下电路图： 列出节点方程：（G1+G2）u2-G1u1-G2u3=0 由于反相端“虚地”故u2=0 u3=-R2/R1*u1 故u0/us=-5 对应的示波器channel A示数是channel B示数的-5倍；在误差允许的范围内，实验数据符合这一结论。 实验4二阶电路瞬态仿真 实验原理： 实验步骤： 1.原理图编辑: 上图中其中C1的电容值分别取1000u,

7、500u.100u.10u，其他参数值如图所示.，并设置初始值为5V，电感L1=1mH，利用multisim软件使用瞬态分析求出上图中各节点的V(out)节点的时域响应,并能通过数据计算出对应电路谐振频率(零输入响应) 2.参数设置： （1）.参数扫描分析参数设置 依次选择选择菜单栏里的“simulate-Analyses-Parameter Sweep Analysis”，调出参数扫描分析对话窗口，选择扫描参数的器件类型为“capacitor”，扫描变量类型为“list”，分别将0.001,0.0005,0.0001, 1e-005输入选框内。然后选择对话框菜单栏的“output”按钮，在左

8、侧的变量中选择“V(out)”,单击“Add”按钮，这样，参数扫描分析设置完成。 （2）.瞬态分析参数设置 在参数扫描分析对话窗口的“more options”的“analysis to sweep”下拉菜单中选择“transient analysis”，然后单击“edit analysis”，调出瞬态分析扫描对话框，初始条件设为“user-defined”，起始时间设为0，结束时间设为0.01，单击“OK”，参数设置完毕。 在电路分析参数都设置好以后，单击参数扫描分析对话框的“simulate”按钮，开始仿真，仿真结果如下： LC 电路的零输入响应是按正弦方式变化的等幅振荡，由仿真数据计算得

9、对应的谐振频率如下：电容C/uF 100050010010周期 6.4ms 4.4ms 2.0ms 664.83us 频率/Hz 156.25227.275001504.14/(rad/s) 981.751428.003141.59 9450.82原理分析：由角频率表达式LC 1 =可知，电感大小不变时，大小与C 有关，C 越小，越大，周期越小，振动频率越大。 实验5戴维南等效定理的验证 实验原理： Figure 1 实验步骤： 1.原理图编辑: 1)分别调出接地符、电阻R ，直流电压源电流表电压表，并按Figure 1连接运行，并记录电压表和电流表的值； 2)如Figure 2连接，将电压源

10、从电路中移除，并使用虚拟一下数 字万用表测量电路阻抗； Figure2电路等效电阻测量 3)如Figure3连接，将电阻RL从电路中移除，并使用电压表测 量开路电压； Figure3电路开路电压值测量 4)如Figure4连接，验证戴维南定理； Figure4戴维南等效电路图 2.设置电路参数： 电阻、电源参数如上述图中所示。 3实验步骤： 如原理图，分别记录对应电路的电压、电流和电阻值。 原理分析： 计算等效电阻R0： R0=91+(220|330)=233; 计算开路电压U oc： U oc=220/（220+330）*10=4V; 由戴维南等效电路的知识，figure1与figure4是

11、等效的，故470电阻的电流和电压是相同的。 实验6元件模型参数的并联谐振电路 1.原理图编辑，设置参数： 分别调出电阻R、电感L、电容C和信号源V1（注意区分信号源族和电源族中，交流电压源的区别，信号源的AC设置为5），参数如图所示。 2.参数扫描分析设置：simulateParameter Sweep： AC分析设置：扫描范围1Hz100MHz,横坐标扫描模式为Decade,纵坐标为线性。每十倍频程扫描点数为10点，再设置100和1000点并分析所得结果的异同。 观察电容的容值发生变化时，记录电路的幅频响应。 下面依次是每十倍频程扫描点数为10点，100点，1000点的结果： 原理分析： 1

12、.并联谐振电路中，U C =U S,品质因数Q=U C /U S =1保持不变，故幅度峰值保持不变； 2.通频带Q BW =，谐振频率0=LC 1可知C 越大，0越小,BW 越小，即通频带越窄。四条图线（紫，绿，蓝，红）对应的电容C 大小依次是4e-004,4e-005,4e-006,4e-007.符合以上分析过程。四条图线（紫，绿，蓝，红）对应的谐振频率f=0/2，故f 理论值分别是159.2Hz ，503.5Hz ，1592Hz ，5035Hz ；下图是分别用光标测得的f 0，分别为158.6Hz ，502.9Hz ，15945Hz ，50043Hz 。与理论值吻合较好。 3. 3.每十倍

13、频程扫描点数为10点，100点，1000点的图像形状大致 一样，但是扫描点数越大，图像曲线越光滑。 4.AC分析、参数分析的特点 交流分析是在正弦小信号工作条件下的一种频域分析。它计算电路的幅频特性和相频特性，是一种线性分析方法。在进行交流频率分 析时，首先分析电路的直流工作点，并在直流工作点处对各个非线性元件做线性化处理，得到线性化的交流小信号等效电路，并用交流小信号等效电路计算电路输出交流信号的变化。 参数扫描分析是在用户指定每个参数变化值的情况下，对电路的特性进行分析。 实验7电路过渡过程的仿真分析 实验原理： 实验步骤： 1.原理图编辑，设置参数： 分别调出电阻R、电感L、电容C和信号

14、源V1，其中，信号源是 Source库SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES组中调用PULSE_VOLTAGE，参数如下：Initial Value1V，Pulsed Value0V，Delay Time0s，Rise Time0s，Fall Time0s，Pulse Width60s，Period120s。（该电压源用于产生一方波信号） 2.观察电容上的电压波形（使用瞬态分析，分析时间为5倍的方波信号周期），并判断UC(t)的响应属于何种形式(过阻尼/欠阻尼/临界阻尼)？ 3.通过计算的电阻的阻值，使用参数分析方法分别观察出其它三种响应形式（过阻尼/欠阻尼/临界阻尼)。 4.电路分析参

15、数设置及电路仿真 瞬态分析参数设置 依次选择选择菜单栏里的“simulate-Analyses-Transient Analysis”，调出瞬态分析参数设置对话窗口，起始时间设为0，结束时间设为5*120us=0.0006s，其他保持默认。然后选择对话框菜单栏的“output”按钮，在左侧的变量中选择“V(3)”,单击“Add” 按钮，这样，瞬态分析参数设置完成。 在电路分析参数都设置好以后，单击“simulate”按钮，开始仿真，得到如下仿真： 下面分别是R等于10000，2000，50时瞬态分析的结果： 原理分析： 1.由临界阻尼C L R 2d 可得，该电路中临近阻尼状态对应的R d =2000。则当R=5K 时，是过阻尼情形。 2.过阻尼响应形式为：u c （t ）=K 1*exp （s 1t ）+K 2*exp （s 2t ）临界阻尼响应形式为：u c （t ）=（K 1+K 2t ）*exp （st ） 欠阻尼响应形式为：u c （t ）=exp （-t ）*K 1cos(d t)+K 2sin(d t)由表达式可知响应波形不同。 3.瞬态分析、参数分析的特点 （1）.瞬态分析是一种非线性时域分析方法，是在给定输入激励信号时，分析电路输出端的瞬态响应。在进行瞬态