直流电路基尔霍夫电压定律仿真设计

一直流电路基尔霍夫电压定律仿真设计1、电路课程设计目的（1） 了解基尔霍夫电压定律的原理及使用方法;（2）运用仿真对该定律有一个感性的认识。2、仿真电路设计原理如图所示，已知两直流电压源VI、V2分别为12v、6v，两电阻阻值分别为6Q、6Q，通过理论分析：如上图所示，两个回路分别设回路1和回路2的回路电流为I1、匕,则对回路一列方程可得I(6+6)+1X6=12;(I+1)X6=6解得：1=1A，I=01 2 1 2 1 2从上述的理论分析中可以得到，在满足电路的基本特征后，每个回路都可以列KVL方程来求解其中的未知数，KVL反映任一回路内各支路电压之间的相互制约关系，该定律指出:在集总电路中，任何时亥U，沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零，即u=0.3、电路设计内容与步骤Q选择正确的电压源和电阻值，并将各元件按顺序放在指定位置；⑥选择电压表，并将其放置在需要测量的元件两端，务必保证电压表为AC；@将各个元件依次用导线连接，并将电路进行接地，并运行得出数据。

—LV1—12V_LV2讴6V—LV1—12V_LV2讴6VDC10M图2KVL电路仿真设计图如图2所示，在Multism11.0中对图1的电路进行仿真设计，并测量两负载R、R2的电压分别为6V,则可以验证回路1和回路2满足的KVL方程。4、 电路课程设计注意事项（1） 使用Multism11.0仿真设计时注意选择合适的仿真仪表，我们尽量选择电压表、电流表，而不要用万用表代替，电压表电流表可以在电路中直接显示数值，而万用表还需要打开；（2） 注意仿真仪表的接线是否正确；（3） 每次要通过按下操作界面右上角的“启动/停止开关”接通电源；（4） 在列上述方程式，首先要指定回路的绕行方向，一般选择关联参考方向作为回路的正方向，凡支路电压的参考方向一致者，该电压取“+”，反之取“一”。5、 电路课程设计总结（1） 在电路设计过程中，开始我选择了使用万用表进行测量，这种方法不能在电路中直接显示数值，需要双击后选择电压键后方可进行读数，比较麻烦。而选用单独的电压表和电流表之后就可以直接进行读数，不仅增加了其美观性，更简化了操作步骤。（2） 第一次利用Multism11.0进行仿真设计，该软件的仿真真实度令我对电路仿真产生了浓厚的兴趣。

直流电路叠加定理电路仿真设计.电路课程设计目的(1)了解叠加定理的使用方法及原理;（2）利用叠加定理解决电路的计算等实际问题;(1)了解叠加定理的使用方法及原理;（2）利用叠加定理解决电路的计算等实际问题;通过仿真对叠加定理有一个更加深刻的认识;.仿真电路设计原理其中气、R?其中气、R?、R3的值分别是皿g、皿利用叠加定理求解通过%的电流I的值。图1叠加定理仿真设计实例R2图1叠加定理仿真设计实例R21QI1A理论分析:R2R12QV110v图R2R12QV110v图3电压源单独作用电流源单独作用：电压源置零位（短路），化简后的电路图如图2所示，据并联分流的公式，此时通过R的电流I⑴乙2X1=2ATOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"3 1+2 3电压源单独作用：电流源置零位(开路)，化简后的电路图如图3所示，据串联电路的电压八 1010电流关系可得通过R的电流I⑵= =A3 2+13则当电流源、电压源共同作用时，通过R的电流I=I⑴+1⑵=2+10=4A3 33叠加定理：在线性电路中，任一电压或电流都是电路中各个独立电源单独作用时，在该处产生的电压或电流的叠加。当某一独立源单独作用是，其他的独立源应置零，即独立电压源短路，独立电流源开路，电阻及受控源保留。注意事项：(1)叠加定理仅适用于线性电路。电压、电流叠加时要注意方向。功率不符合叠加定理，因为它与电压电流为非线性关系。各独立源单独作用可以理解为每个独立电源逐个作用一次或各个独立电源分组作用各一次，但必须保证每个独立电源只能参与叠加一次。某个独立电源作用，同时意味着其他电源不起作用，即电压源短路，电流源开路。受控元则保留在各分电路中。.叠加定理电路设计内容与步骤Q选择合适的电压源和电流源及电阻，并将其放置在合适的位置；@选择万用表串联入所要测量的支路的电流，并将万用表的选择项设置为直流电流；@首先将电流源电压源共同作用时电流I，而后测量电流表单独作用时的该支路电流I⑴，此时需将电压源视为短路；最后测量电压源单独作用时该支路电流I⑵，此时电流源视为开路。Q对得到的三个读数进行比较可以得到其中的关系。a.电流源单独作用时，设计如图4所示的仿真电路，此时电压源视为短路，万用表电流档的示数为666.667mA。

图5仿具电路万用表示数图4电流源单独作用仿真电路图5仿具电路万用表示数图6电压源单独作用仿真电路C.电流源和电压源共同作用时图7仿真电路万用表示数设计如图8所示的仿真电路，此时万用表电流档的读数为4A。图6电压源单独作用仿真电路C.电流源和电压源共同作用时图7仿真电路万用表示数设计如图8所示的仿真电路，此时万用表电流档的读数为4A。图8电压源、电流源共同作用仿真电路图9仿真电路万用表示数由以上电路仿真的结果可以得出通过电阻R3的电流i为当电压源和电流源分别单独作用时通过电阻R的电流的叠加。由此可以验证叠加定理。3电路课程设计注意事项使用Multism11.0时注意选择适当的仿真仪表，本次使用的万用表与实验1中使用单独的电压表与电流表可以明显的显示出单独电压表和电流表的优势；注意仿真仪表的接线正确性；每次要通过按下操作界面右上角的“启动/停止开关”接通电源。电压、电流叠加时要注意方向，方向相同取正，相反取负。某个独立电源作用，同时意味着其他电源不起作用，即电压源短路，电流源开路。在仿真设计时务必注意。电路课程设计总结在进行仿真设计过程中，误将电流源置零位设置为短路，是我第一次的仿真设计失败，后及时改正得到正确结论。在叠加定理中存在着叠加定理的一推广定理即叠加定理的齐次性，即在线性电路中当所有的激励都增大或缩小k倍时，其响应也同样的增大或缩小k倍，这在解决一些电路中有很多的应用。三运算放大器电路仿真设计1、电路课程设计目的（1） 了解运算放大器电路仿真设计的原理和方法;（2）利用仿真设计解决运算放大器问题2、仿真电路设计原理如图1所示的运算放大器u=1V，R=R=R=1kQ,R=R=2kQ,求解u1 1 3 4 2 5 0图1运算放大器电路实例u—1Ri理论分析：如图所示，设出a、bu—1Ri(—+—)u-—uR] R2 aR201七 u=04=ub由以上式子代入数据可得：%=4V约等于零，故称两输入端为虚断。Q虚短：在运算放大器的实际应用中，对线性区工作而言，由于u0为有限量，而AF，则u「u=号T0，即两输入端间电压约等于零，两输入端为等电位，故称虚短。分析含理想运算放大器的电阻电路时，一般采用节点法，或根据KCL列写方程，运算放大器的输出端直接连接的节点，一般不列写KCL方程。含理想运算放大器的电阻电路的分析规则：Q含理想运算放大器的电阻电路的分析规则：Q虚断:因RT3，所以流入输入端的电流in3、电路设计内容与步骤如图2所示，对原理图进行仿真设计Q选择运算放大器、电压源、电阻放置在合适位置；⑥将DC电压表连接在所要测量的u端；@将各元件进行连线，此时要注意运算放大器的连线方式，将电路接地并运行的到读数;图2运算放大器电路仿真设计其中％位置显示电压为u0=4V5、电路课程设计总结(1)注意运算放大器的接线方式；使用Multism11.0仿真设计时注意选择合适的仿真仪表，我们尽量选择电压表、电流表，而不要用万用表代替，电压表电流表可以在电路中直接显示数值，而万用表还需要打开；注意仿真仪表的接线是否正确；每次要通过按下操作界面右上角的“启动/停止开关”接通电源；4、电路课程设计注意事项务必注意运算放大器的接线方式，即其“+”“一”接线；含理想运算放大器的电路也要进行接地后，方可运行。四正弦稳态电路谐振仿真设计.电路课程设计目的（1） 了解谐振电路的特点及仿真设计的基本原理；（2） 学会利用Multism11.0对谐振电路进行仿真；.仿真电路设计原理如图1所示，各元件的参数已经标注，通过此例进行计算。图1正弦稳态电路谐振仿真实例逐=1理论分析与计算：当电路发生谐振时，XL=XC或 ①C （谐振条件）1oL= 1由 ①C可以得到02= =106rad/s,①=1000rad/s由①=2兀f,可以得到LCf=1000Hz,此时L、C上的交流电压值为U=100/90。V,,U=100Z-90oV,电源电压2兀 1 1 l1 %全部加在电阻R上，Ur=10Z0oV.电路发生谐振时，电路中电流值最大，电感和电容上的电压远大于外施电压，这种现象称为谐振过电压，因而串联谐振又称电压。在无线电技术中，当输入信号微弱时，可利用电压谐振来获得一个较高的输出电压；而在电力工程中，过高的电压会使电容器和电感线圈的绝缘被击穿而造成电力设备的损坏，因而要避免谐振情况的发生。.谐振电路设计内容与步骤Q选择合适的交流电压源、电阻、电容、电感，并将其放置在合适的位置；⑥将四个电压表分别放置在电阻、电感、电容、电感和电容的两端进行测量，注意将电压表的改为AC，交流电压源的rms为交流电压源的有效值，同时将①=1000rad/s化为频率^输入其中；e将各元件用线连接，并将电路进行接地后运行得到读数。如图2所示，将图1的原理图进行仿真设计并运行得到的数据U=9.980V，U=99.799V，U=99.804V，U。=0.020V—0R1 L1 C1 3将仿真设计的数据与理论数据进行比较可以看出其中存在一定的误差，由于在进行计算时电压的频率f=—,在处理丸时，我将丸的值约等于3.14参与计算，也就导致计算中2兀f=159.15Hz，也就引起一系列的反应导致Ur、Ul、Uc的值均发生变化。U1 U2U4AC10MOhm图U1 U2U4AC10MOhm图2谐振电路仿真设计电路课程设计注意事项使用Multism11.0时注意选择适当的仿真仪表，本次使用的万用表与实验1中使用单独的电压表与电流表可以明显的显示出单独电压表和电流表的优势，注意要将所使用的电压表中的选项由DC更改为AC；注意仿真仪表的接线正确性；每次要通过按下操作界面右上角的“启动/停止开关”接通电源。交流电源上所标注的Vrms为电压的有效值，在更改电源的数值是应注意，另外pk则是代表电压的峰值。电路课程设计总结在Vrms前输入的为电压的值14.14，实则为有效值，第一次输入出错。（2） 未将电压表的DC（直流）更改为AC（交流），导致其中一组数据出现错误。（3） 在进行谐振电路设计时，也可以使用示波器进行演示可以得到电压和电流同相位，也可对谐振的特点进行验证。五三相交流稳态电路仿真设计1.电路课程设计目的（1） 了解三相稳态电路线电压、线电流、相电压、相电流的求法；（2） 掌握利用Multism11.0进行三相交流电路的仿真设计的方法；仿真电路设计原理如图1所示，Ua=Ub=U^=220V,Z=10+j10,求各相的线电压、相电流。图1三相交流电路原理图UU=220(3Z150。CA理论分析与计算：UAB=220^/3/30o,UBC=22Q\f3/-90°,U 220/0。 ,亿=f==15.556/-45°a

aZ10+10j%220/-120。B=艺=10+10j

=15.556/-165°a220/120。10+10j=15.556/75。A图1中U广220/0°V,气二220/-120°V,Uc=220/120。V,根据三相电路的电源星接与负载星接的计算方式可以得到上述的结果。3.三相交流稳态电路电路设计内容与步骤

如图2所示，将图1的原理图进行仿真设计Q选择交流电压源，设置交流电压源220V（rms）,频率为50Hz，角度分别为0。、-120。、120。；@将Z=10+j10，设置为R=10Q,L=32mH，中线电阻设置为10Q。为了便于观察电流与电压的相位关系，选择一个受电流控制的电压源，通过观察电压的变化来间接得到电流的变化。④将3个电压表分别并联接在A相、B相、C相两两之间，将4个电流表串联接入A相、B相、C相、中线中。Q将各元件用线连接，并将示波器的A接口并联在A相Z两端，将示波器的B接口接在A相受控源两端。©将电路接地并运行，得到各电压表及电流表的示数，示波器的电压电流图像特征*380.930V，”=380.953V，气=380.950V，I广心心，［广心1"I广EWA，中线电流I=0.144pA—0ISC122050H220Vrms50H-120U3AC10MOhm220Vrms50Hz120°ISC122050H220Vrms50H-120U3AC10MOhm220Vrms50Hz120°10GU2AC10MOhmAC1e-009Ohm图2三相交流稳态电路仿真设计

由图3可以得到电压电流的周期为T=19.963ms,由图4电压与电流的的相位差为

口T=2.612ms,有时间与弧度的关系可以得到：□］二"解得：口。二47.1。T 2兀 口由此可得I=15.510/47.1oA，同样的可以依据角度的关系得到其余各相的值。AOscilloscope-XSCl在选择电压源时需将三相电源的每一项电源的角度进行设置，即0。、 120。、120。，并将每一个电压表电流表由DC更改为AC；使用Multism11.0仿真设计时注意选择合适的仿真仪表，我们尽量选择电压表、电流表，而不要用万用表代替，电压表电流表可以在电路中直接显示数值，而万用表还需要打开；注意仿真仪表的接线是否正确；每次要通过按下操作界面右上角的“启动/停止开关”接通电源；示波器无法直接对线路中的电流进行波动图像的测量，需要借助一个受控源，也即一个小电阻，将电流转化为电压进行间接测量。注意示波器中电流电压图像的调节，将其图像调节到合适的位置后进行观察，从而得出其电压电流变化关系。5.电路课程设计总结在使用交流电源时未将其角度进行更改；受控源使用错误，导致示波器显示的图像错误；在观察电压电流的曲线变化时，电流处在电压的前面，那是不是就是说电流超前电压？现在还不是很明白。六含受控源电路辅助分析1、 电路课程设计目的了解含受控源电路处理的原理和方法；掌握含受控源电路仿真设计的方法；2、 仿真电路设计原理如图1所示，根据电路图上所标注的数据验证含受控源电路的电压关系。10V1Q含受控源电路仿真实例图110V1Q含受控源电路仿真实例图12u对节点列节点电压方程可以得到：11 102u―+^111 102u―+^20V3u(1+1+2)20V3由上述两式即可得到：u=?V,则受控源两端电压2u受控源是一种电路模型，实际存在的一种器件。受控电压源的特性具有电压源的特