2023年电路仿真实验报告

北京理工大拳

BeijingInstituteofTechnology

本科实验报告

实验名称：电路仿真

实验时

课程名称：电路仿真

间：

实验地

任课教师：

八占、、•・

实验教师：□原理验证

实验类型：□综合设计

学生姓名：□自主创新

组

^^7班级:

号：

学同组搭

信息与电子学院

院：档：

成

专业：

绩：

信息与电子学院

实验1叠加定理的验证

1.原理图编辑：

分别调出接地符、电阻RI、R2、R3、R4,直流电压源、直流电

流源，电流表电压表(Group：Indicators,Fami1y：VOLT

METER或AMMETER)注意电流表和电压表的参考方向)，并按上

图连接；

2.设立电路参数：

电阻R1=R2=R3=R4=1Q,直流电压源VI为12V,直流电流

源II为10A。

3.实验环节:

1）、点击运营按钮记录电压表电流表的值U1和II;

2）、点击停止按钮记录，将直流电压源的电压值设立为0V,再

次点击运营按钮记录电压表电流表的值U2和12;

3）、点击停止按钮记录，将直流电压源的电压值设立为12V,将直

流电流源的电流值设立为0A,再次点击运营按钮记录电压表电流表

的值U3和13;

4.根据叠加电路分析原理，每一元件的电流或电压可以当作是每

一个独立源单独作用于电路时，在该元件上产生的电流或电压的代数

和。

所以，正常情况下应有U1=U2+U3,I1=I2+I3;经实验仿真：

当电压源和电流源共同作用时，Ul=-1.6V11=6.8A.

当电压源短路即设为0V,电流源作用时，U2=-4VI2=2A

当电压源作用，电流源断路即设为0A时，U3=2.4VI3=4.8A

所以有Ul=U2+U3=-4+2.4=-L6VI1=12+13=2+4.8=6.8A验证

了原理

实验2并联谐振电路仿真

2.原理图编辑：

分别调出接地符、电阻RI、R2,电容C1,电感L1,信号源VI,按上

图连接并修改按照例如修改电路的网络标号；

3.设立电路参数：

电阻R1=10Q,电阻R2=2KQ,电感L1=2.5mH,电容Cl=40uFo

信号源VI设立为AC=5v,Voff=0,Freqence=500Hz。

4.分析参数设立：

AC分析:频率范围1HZ—100MHZ,纵坐标为10倍频程，扫描点

数为10,观测输出节点为Vout响应。

TRAN分析：分析5个周期输出节点为Vout的时域响应。

实验结果：

规定将实验分析的数据保存（涉及图形和数据），并验证结果是

否对的，最后提交实验报告时需要将实验结果附在实验报告后。

根据并联谐振电路原理，谐振时节点。ut电压最大且谐振频率为

w0=1/VZc=V10*1000,f0=w0/2^=503.29Hz谐振时节点

out电压理论值由分压公式得u=2023/(2023+10)*5=4.9751V.

当频率低于谐振频率时，并联电路表现为电感性，所以相位为90°

当频率等于谐振频率时，并联电路表现为电阻性，所以相位为0°

当频率高于谐振频率时，并联电路表现为电容性，所以相位为一

90°

经仿真得谐振频率为501.1872Hz,谐振时节点电压为4.9748V.

相频特性与理论一致。

由信号源的f=500Hz，可得其周期为0.002s,为分析5个周期,

所以设瞬态分析结束时间为0.01s.得如下仿真结果：

仿真数据：（从excel导出）

X—铜线1:：Y—铜线1：：

[V(vout)][V(vout)]

10.

1.0.

1.0.

1.0.

2.0.

3.162277

0.

66

3.0.

5.0.

6.0.

7.0.

100.

12.589254

0.

12

15.848931920.

19.952623150.

25.1188

0.

6432

31.62277660.

39.810

0.

71706

50.118723

0.

36

63.09573

0.

445

79.432823470.

0.8068540

100

5

125.89254

1.

12

158.48931

1.

92

199.52623151.74164406

251.18864322.32321984

316.22776

3.

6

398.10717064.

501.1874.97484

2336754

630.95734454.

794.32823473.

10002.

1258.92541

1.

2

1584.8931921.

1995.26

1.

2315

2511.88643

0.

2

3162.277660.

3981.0717

0.

06

5011.87

0.

2336

6309.5734450.

7943.2823

0.

0.19928

10000

881

12589.2540.

12

15848.931

0.

92

19952.623150.

2511

0.

8.86432

31622.776

0.

6

39810.717060.

50118.7

0.

2336

63095.73

0.

445

79432.823470.

1000000.

125892.54120.

158489.31920.

199526.231

0.

5

251188.64

0.

32

316227.7660.

398107.17

0.

06

501187.23360.

630957.34450.

794320

8.2347

10000000.

1258925.4Q

12

15840.00125525

893.192

1990.000997

5262.31508

251188

6.432

3162277.660.

3981070

1.706

500.

11872.336

630957

3.445

794328

2.347

100000000.

12589250

4.12

15848931.920.

19952623,19.9708E-05

5

25118867.92023E-05

4.32

3162276.29115E-

76.605

39810714.99724E-

7.0605

50118723.3.96945E

36-05

63093.15304E-0

5734.455

79432823.2.50455

47E-05

1.98944E-0

5

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RI、R2,虚拟运算放大器OPAMP_3T_

VIRTUA（在ANALOG库中的ANALOG_VIRTUAL中，放置时注意

同相和方向引脚的方向）；

调用虚拟仪器函数发生器FunctionGenerator与虚拟示

波器Oscilloscope0

2.设立电路参数：

电阻Rl=1K。，电阻R2=5K。。信号源VI设立为V。1tage=1V。

函数发生器分别为正弦波信号、方波信号与三角波信号。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%o

3.分析示波器测量结果:

实验结果:只记录数据（并考虑B通道输入波形和信号发生器的设

立什么关系）

将测量结果保存,并运用电路分析理论计算结果验证。

9.995=$

-1.999…

示波维-xsci

9.960

=—5

-1.992

由电路分析原理，输出与输入反向,且放大5倍，与仿真结果一致。

电路分析过程如下图：

；所寒於隹所虏（马-海猛山

..一一总/-M〃。=。-

洋

4。管

..转出与钻入8..RM大与。左

实验4二阶电路瞬态仿真

out

C1

500pF

IC=5V

上图中其中C1的电容值分别取100Ou,500u,100u,10u,

其他参数值如图所示。运用multisim软件使用瞬态分析求出上图中

各节点的Vout节点的时域响应，并能通过数据计算出相应电容取不

同参数时电路谐振频率（零输入响应）。

费4记祭仪

文件里)M<1)AOs4r*fbtrw.Cw«rUc«MTAQ)H(b

法」xg：，is口也ig.*./.@ae曾③弱。A；,"，.、即c©

利t・•特:1,示截exsci|示成»xsa[表0X50|呆读»xsa；利t.xsa|京tlhcG钺.xsa|承af-xsc”示*»xsa|京2xsa"，sawtMag|ngrtM«"|"e；ntMagP“ZW：>WC.，

电路4

«设备参数扫描:

75301/

5IM65U

V(voutI,cclcatacicai>cc«0.001V(voutl,cclcapacitanc«-0.0005V(vout),cclcapaciceknce-0.0001Vivout),celcapacltatx:e-le-C>05

«.2560a«.2S«0l>6.J56CW6.256O»

1.99H-4.02851.7293-4.2803

H.59S9»14.5M«y14.598印14.$968M

4.99944.99681.99424.9426

-«.2414»-«.24141*-6.2414m-6.2414。

5.0281s9.027426-t.9487n9.2229

-805--：.4464k-42.4S02-l.<l777k

文仲戊）K18■｛）视519Gr.phTr*c«CursorL（（«u4工JI9K<1,

片」x电图口面阳卫•人国ae匈物包cAA外力e@

越哥XSQ|越爵XSClI越爵X5QI越熟X5Q|融暮：<5<：1]^»»X5a|融8hXSa|融»XSCl|越$炽[j越$淑1|示波$X5ajTrw*nt融叱|Try»ertAna^rtK|TrM>aer<AnaM>$PsM"Swetp«>

电路4

设备半数扫描:

7.53011

5.0465

s

6

6

耍197Dm

>。

-2.4044]

-4.8881

V(vouc|,cclcapacitance=0.001V(vouc),cclcapac11ancea0.0005V(vout),cclcapacitances0.0001V(vouc>,cclcapacitance*le-005

XI4.4560n>4.45634.4560m4.4560m

yl-1.3361q.998s2.2650-757.5819m

X231.52611131.S261U31.5Z61P31.526111

y24.99754.99SO4.97484.7505

dx-4.4245m-4.4245。-4.4245m-4.4245m

Uy6.3336-3.8878»2.70985.5081

dy/dx-1.4315k878.6958W-612.4500-1.2449K

由X

文件包）箕惨年）视用电）Gr.phTr»e«CurxarL*（«iui工R9K»“

陟/>%图git!Q.'.人ea包锄愈他cA野》大R）•。忸

融圈-xsa|越》xsa|融》xsa|越册-xsa|融》xsa|建ai-xsa|越册-xsa|示成gxsa!示注册-xsa；示波g|-xsa|越署-xsa|“EIXjTrygw<pwf”sweep«>

电路4

挈备参数扫描:

7.53011

5.0465]&

文件包）箕惨年）视用电）Gr.phTr»e«CurxarL*（«iui工R9K»“

港■』x电能git!Q.,.人ea包锄愈他cA8NRI•。忸

融给-xsa|越»xsaI融圈-xsa|越8rxsc11融BLxsa|越ai-xsa|越册-xsa1示波gxsa|越册-xsa；示波il-xsa,曲署-xsa|MX|"E#MaMKjTraww<Maiya*sweep（，

电路4

设备参数扫描:

7.5301

5.0465

电容1000500100

10

周期6.2414ms4.4245ms2.0059ms

665.0827us

谐振频率159.15Hz225.07Hz503.29Hz

1591.55Hz

此仿真属于LC电路中的正弦振荡，由于没有电阻,由初始储能维

持，储能在电场和磁场之间往返转移，电路中的电流和电压将不断地

改变大小和极性，形成周而复始的等幅振荡。

实验5戴维南等效定理的验证

士

T0.000

Figure错误!未定义书签。电路原理图

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（注意电流

表和电压表的参考方向），并按Figure1连接运营，并记录电压表

和电流表的值；

2）如Figure2连接，将电压源从电路中移除，并使用虚拟一下数字

万用表测试电路阻抗；

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；

Eth

AAAr

330Q

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.设立电路参数：

电阻、电源参数如上述图中所示。

3.实验环节：

如原理通编辑环节，分别测试相应电路的电压、电流和电阻值。

4.实验结果：

比较Figure1和Figure4中电压表和电流表的值的异同，并解

释因素。

原电路结果：（figure］）

将电压源移除测得等效阻抗为223欧。

测开路电压:

R1

-W/Q

330Q91

U1

_LV14.000DC10MOhm

3

—10VR3

220Q

戴维南等效电路:

R1R2

DC10MOhm

由戴维南等效定理可知，含源单口网络无论其结构如何复杂，就其端

口来说，可等效为一个电压源串联电阻支路。电压源电压等于该网络

的开路电压，串联电阻等于网络中所有独立源为零时网络的等效电

阻。

等效电阻理论值:220//330+91=220*330/(220+330)+91

=132+91=223

开路电压理论值:220/(220+330)*10=4V

将单口网络换为电压源与等效电阻支路后，Figure1和Figure4中

电压表和电流表的值的相同，且等效电阻和开路电压的仿真结果与理

论值一致，验证了戴维南等效定理。

实验2元件模型参数的并联谐振电路

1.原理图编辑，设立参数:

\5Vpk

\500Hz

:::::::::::::::::::::::::::::

分别调出电阻R、电感L、电容C和信号源VI(注意区分信号源族(SIGN

ALVOLTAGESOURCES)和电源族(POWERSOURCES)中,交流电

压源的区别，信号源的AC设立为5），参数如图所示（课上已经重点强调）。

AC.VOLTAGE

Labe!Display'-5iue

Voltage(Pk):

VoltageOffset:

Frequency(F):

TimeDelay:

DampingFactor(1/sec):

Phase:

ACAnalysisMagnitude

ACAnalysisPhase:fo0

DistortionFrequency1Magnitude:

DistortionFrequency1Phase:|b-0

DistortionFrequency2Magnitude:

DistortionFrequency2Phase:

Tolerance:

ReplaceJ|OK||CancelJ|Infb||Help

2.参数扫描分析设立：simu1ate->ParameterSweep:

AC分析设立:扫描范围1Hz〜100MHz,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，同学们自己设立100和1000

点并分析所得结果的异同。

3.观测电容的容值发生变化时，记录电路的幅频响应。在实验报告中重点分析

响应波形不同的因素。并介绍AC分析和参数分析的特点。

4.扫描点数为10点:

大修戛，Ml：£01，“・c«»«tLMW!XA<I>K«1>

3」-x电曲口也」J.人迹&©0*，、£，。6)

P.B35»»»T>：_________________________________________________________

电路2

设备参数扫描:

400000100000040K*10000>tOQCOOM

Frequefxy(Hz)

0m«IS，.3MKO8M

0000400001000094000001000000，NQ0k10000(»100000»40(X)0»1000CM40MOMIOOOOOMicoCOOOM

B、20t_'<Vui«1

求谐振频率的公式为w0=l/VZc,f0=w0/2万，所以C越小，谐振频率越

大。

并联GLC电路通频带BW=G/C,所以C越小,通频带越长。与仿真曲线吻合。

AC分析是在正弦小信号工作条件下的一种频域分析。它可以计算电路的幅

频特性和相频特性，在进行交流频率分析时，一方面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解决，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。

当C=4e-007时，谐振频率的理论值为f=5032Hz.仿真值为5011.9

"区x|

I«<TIMBa>OrdTrwCw«wL.t*<4IAlJ>M>

书」,x4：必日也Q@aattftoAr,-■t>C©

O.i-m>w»«f:____________________________________________________

电路2

.设备理扫描:

10000

(o«»--•-4

400»lOOOOd400000100OOM4000«0lOBOOl40000k100000iQOcetx*eoomiooox«OOKM1QK00M10000MM

Frequency(Hz)

eVtoud<cI>«v«»K>a»0OOM

ocieapacicance-ie-uuzv(ouc).c«ieapacltonce-<e-004V-celcapacitanee-1e-005V(ouli.celcapacltance-0.000«

1.0000t.oooo

7.83<0»

S.OilVks.oim

3.IO21399.6923A

S.0109kS.0109k

l.X»«2

457.<5«Ov?8.19t«p

400XtOtMQO400000«(1Q00CM40000M100000M100G00CM

3V…I

Ir»MV(nO.I

当C=4e-006时，谐振频率的理论值为f=l591.5Hz.仿真值为1584.9

当C=4e-005时滞振频率的理论值为+503.29Hz.仿真值为501.19

三我*E及皎

XF*l>MMQpKE(t)G*TfM»CwwrL«CH><X*<J>K«l,

6」」x4US□|tuQqqas®0A*八t>Q怆

电路2

设备参数扫描:

60000

50000-

40006

30000-

20000-

10000-

00000-&

•10000.

10000400001