本科實驗報告 實驗名稱:

　 電路仿真

　課程名稱: 電路仿真 實驗時間:

　任課教師:

　實驗地點:

　實驗教師：

　實驗類型: □ 原理驗證 □ 綜合設(shè)計 □ 自主創(chuàng)新

　學(xué)生姓名：

　學(xué)號/班級：

　組

　號 :

　學(xué)

　院: 信息與電子學(xué)院 同組搭檔:

　專

　業(yè):

　成

　績 :

　實驗 1 疊加定理 得驗證

　R11ΩV112 V I110 A R21ΩR31ΩR41ΩU1DC

　1e-009Ohm 0.000A+-U2DC

　10MOhm0.000V+- 1. 原理圖編輯：

　分別調(diào)出接地符、電阻 R1、R2、R3、R４，直流電壓源、直流電流源,電流表電壓表（Groｕp:Ｉndiｃａt(yī)ors, Ｆaｍｉly：VOＬTMＥTＥR 或 AＭMETEＲ)注意電流表與電壓表得參考方向),并按上圖連接;

　2、 設(shè)置電路參數(shù): 電阻 R1=R2＝R3=R4=1Ω,直流電壓源 V1 為 12V，直流電流源 I1 為10Ａ。

　３．實驗步驟: 1）、點擊運行按鈕記錄電壓表電流表得值 U1 與 I1; 2)、點擊停止按鈕記錄，將直流電壓源得電壓值設(shè)置為０Ｖ，再次點擊運行按鈕記錄電壓表電流表得值 U2 與 I2; 3）、點擊停止按鈕記錄,將直流電壓源得電壓值設(shè)置為 12V，將直

　流電流源得電流值設(shè)置為 0A,再次點擊運行按鈕記錄電壓表電流表得值 U3 與 I3; 4、根據(jù)疊加電路分析原理,每一元件得電流或電壓可以瞧成就是每一個獨立源單獨作用于電路時,在該元件上產(chǎn)生得電流或電壓得代數(shù)與. 所以,正常情況下應(yīng)有Ｕ1=U２+U3，I1=I２+I３；

　經(jīng)實驗仿真: 當(dāng)電壓源與電流源共同作用時,U1=—1、6V

　I1＝6、8A、 R11ΩR21ΩR31ΩR41ΩV112 V U1DC

　10MOhm-1.600V+-U2DC

　1e-009Ohm 6.800A+-I110 A

　 當(dāng)電壓源短路即設(shè)為 0V，電流源作用時,U２=-4V

　I2=2A

　 R11ΩR21ΩR31ΩR41ΩV10 V U1DC

　10MOhm-4.000V+-U2DC

　1e-009Ohm 2.000A+-I110 A

　當(dāng)電壓源作用，電流源斷路即設(shè)為 0A 時，U3=２、4Ｖ I３=4、8A

　R11ΩR21ΩR31ΩR41ΩV112 V U1DC

　10MOhm2.400 V+ -U2DC

　1e-009Ohm 4.800A+-I10 A

　所以有Ｕ1=U２+Ｕ3=—4＋2、4=—１、6V

　I1＝I2+I3=2+4、8＝6、8A 驗證了原理 實驗２ 并聯(lián)諧振電路仿真

　V15 Vpk 500 Hz 0° R110ΩL12.5mHC140µFR22kΩin out0 2. 原理圖編輯：

　分別調(diào)出接地符、電阻Ｒ1、R２,電容 C1,電感Ｌ1,信號源Ｖ1,按上圖連接并修改按照例如修改電路得網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號; 3. 設(shè)置電路參數(shù): 電阻 R1＝10Ω,電阻Ｒ２=2ＫΩ,電感Ｌ1=2、5ｍH,電容 C１=40uF。信號源 V1 設(shè)置為 AC=５ｖ，Voff=0,Ｆrｅｑeｎce=50０Hｚ． 4. 分析參數(shù)設(shè)置: AC 分析:頻率范圍１ＨZ—100MＨZ，縱坐標(biāo)為１0 倍頻程，掃描點數(shù)為 10,觀察輸出節(jié)點為 Vouｔ響應(yīng)。

　TRAN 分析: 分析 5 個周期輸出節(jié)點為 Vout 得時域響應(yīng)。

　實驗結(jié)果: 要求將實驗分析得數(shù)據(jù)保存 （包括圖形與數(shù)據(jù)),并驗證結(jié)果就是否正確，最后提交實驗報告時需要將實驗結(jié)果附在實驗報告后。

　根據(jù)并聯(lián)諧振電路原理,諧振時節(jié)點 ouｔ電壓最大且諧振頻率為

　w0＝1/＝ ,f0=w0/2=5０３、29Hz 諧振時節(jié)點 out 電壓理論值由分壓公式得 u=2000／(20００+１0)*5=4、97５1V、 當(dāng)頻率低于諧振頻率時，并聯(lián)電路表現(xiàn)為電感性，所以相位為 90° 當(dāng)頻率等于諧振頻率時,并聯(lián)電路表現(xiàn)為電阻性，所以相位為 0°

　 當(dāng)頻率高于諧振頻率時,并聯(lián)電路表現(xiàn)為電容性,所以相位為—9０°

　經(jīng)仿真得諧振頻率為 5０1、１872Hz,諧振時節(jié)點電壓為 4、9748V、 相頻特性與理論一致。

　由信號源得 f＝500Ｈz,可得其周期為 0、002s，為分析５個周期，

　所以設(shè)瞬態(tài)分析結(jié)束時間為 0、01s、得如下仿真結(jié)果：

　仿真數(shù)據(jù):(從 excel 導(dǎo)出）

　X——銅線 １：:［Ｖ(vouｔ)] Y--銅線 1：：[Ｖ（vout）] １ 0、00785400３ 1、2５89２5４12 ０、00９88761９ １、5８４89３1９2 ０、0１24４7807 １、9９52６２３15 0、01567０92２ 2、5118８６40、019728６４

　３2 6 3、１６22７７６6 0、024837142 ３、9８1071706 0、031268６03 5、０11８７２33６ 0、０393６5８25 ６、3０9573４45 ０、0495606０4 7、９４32８234７ 0、０62397029 10 0、０785610３８ １2、５89254１2 0、０９８９１8117 15、84893１9２ 0、124５6１7２2 1９、95２6２31５ 0、156８7６１６8 2５、11８8６４32 0、197619655 ３1、６２27766 0、249０36512 39、81071７０6 0、31４０13９74 50、1１8７233６ 0、396３1068４ 6３、095734４５ ０、5０0９0７22８

　79、４３282３4７ ０、634５750９3 １00 ０、8068５40５ 125、892５４１2 １、031819265 158、48931９2 1、33１40022４ 19９、5２６23１5 1、741644０6 251、18864３2 2、32３21９８４ ３1６、22７766 ３、１６5７447６６ 3９８、1071706 ４、２74434884 5 5 ０1 1 、 1872 ３36

　4 4 、9 9 ７４84754

　630、9573445 ４、31497011２ 7９４、３282347 3、20２3４6５57 １000 2、34872３684 １258、92５４12 １、７５９3４28８8 1584、８9319２ 1、３441141８９ 19９5、2623１5 1、041249759

　2511、886432 ０、8１4０１５18２ 3１62、2７76６ 0、６40100３44 3981、07170６ 0、5０5215181 50１1、872336 0、3９96923３3 630９、5734４5 0、３16６80０１5 ７943、２823４7 0、251144１７9 10000 0、19928881 12５89、2541２ 0、158199509 15８48、931９２ 0、１25611６2９ 19952、６2315 0、0９９75１45７ ２5118、86432 0、０7９22２６68 31６２２、７7６6 ０、0629224２2 39810、71706 0、049977859 50118、7２336 0、03９6９722２ 6３095、7３44５ 0、0３153１82１ 7９432、82３０、0250462

　４7 １3 1０000０ ０、０19８9471３ 12589２、5412 ０、０15802831 158４89、31９2 0、0１2552584 19９５26、2３15 0、０0９９７0８47 251188、64３2 ０、00792０11２ 316２27、766 0、0０6291１62 ３981０7、１706 ０、0０４9９７2４5 501187、2336 0、０0３9６945１ 63０95７、34４5 ０、0０31５304６ 794328、2347 0、0025０4553

　0、001９894３7 12５89２5、4１2 0、０01５８0266 158４8９３、1９2 0、00125525 199５2６2、3１５ 0、0０099708 2511８８6、 ０、0007920

　432 ０9 ３162２７7、６6 0、００06２9１15 39８1071、706 0、000４9972４ 50118７2、３3６ 0、０0０3９6９45 63０9５73、4４５ 0、00031530４ 7９43２82、347 0、000２5０４55

　0、００01９8944 1２589254、12 0、000１5８0２7 1５８48９３１、９２ ０、０00１2５5２5 １995２623、1５ 9、９708Ｅ－05 2511８864、3２ 7、9２0０９E—０5 31622７７6、６ ６、29115Ｅ-0５ 39810７17、06 4、99724E—05 501１８723、36 3、969４5E—0５ ６309５734、４5 3、15304E—０5

　７9432823、47 2、5０455Ｅ—0５ 10000０000 1、９８944E-０5

　 實驗 3

　含運算放大器得比例器仿真

　1、原理圖編輯: 分別調(diào)出電阻 R１、Ｒ2,虛擬運算放大器 OPAＭＰ_3T＿VIRTＵA(在 ANAＬOＧ庫中得ＡNALＯG_VIRTUAL 中，放置時注意同相與方向引腳得方向）; 調(diào)用虛擬儀器函數(shù)發(fā)生器Ｆuncｔiｏn Generａt(yī)or 與虛擬示波器Ｏscillｏsｃopｅ。

　2、設(shè)置電路參數(shù): 電阻 R1=1ＫΩ，電阻 R2=5KΩ。信號源Ｖ１設(shè)置為 Voltａｇe=1v。

　函數(shù)發(fā)生器分別為正弦波信號、方波信號與三角波信號．頻率均為１khz,電壓值均為 1.其中方波信號與三角波信號占空比均為

　50%. 3、分析示波器測量結(jié)果: 實驗結(jié)果:只記錄數(shù)據(jù)（并考慮 B 通道輸入波形與信號發(fā)生器得設(shè)置什么關(guān)系）

　將測量結(jié)果保存,并利用電路分析理論計算結(jié)果驗證． =—5 =－５

　=-５

　由電路分析原理，輸出與輸入反向,且放大5倍,與仿真結(jié)果一致．電路分析過程如下圖：

　實驗 4 二階電路瞬態(tài)仿真

　 上圖中其中Ｃ１得電容值分別取 1000u,5０0u，100u，10u,其她參數(shù)值如圖所示．利用 muｌtisiｍ軟件使用瞬態(tài)分析求出上圖中各節(jié)點得Ｖout 節(jié)點得時域響應(yīng),并能通過數(shù)據(jù)計算出對應(yīng)電容取不同參數(shù)時電路諧振頻率(零輸入響應(yīng))。

　 電容

　100０

　500

　 １００

　 10 周期

　6、2414ms

　 4、4245ms

　2、０05９mｓ

　 6６5、０8２7us 諧振頻率 159、15Ｈz

　 2２5、0７Ｈz

　50３、29Hｚ

　 15９1、５5Hｚ 此仿真屬于 LＣ電路中得正弦振蕩,由于沒有電阻，由初始儲能維持，儲能在電場與磁場之間往返轉(zhuǎn)移,電路中得電流與電壓將不斷地改變大小與極性,形成周而復(fù)始得等幅振蕩。

　實驗 5

　戴維南 等效 定理 得驗證 330Ω10V 0.000A+-0.000V+-91Ω220Ω470ΩRL Figure 錯誤 錯誤! 不能識別的開關(guān)參數(shù)。電路原理圖

　1. 原理圖編輯: 1) 分別調(diào)出接地符、電阻Ｒ，直流電壓源電流表電壓表(注意電流表與電壓表得參考方向）,并按 Ｆigure １ 連接運行，并記錄電壓表與電流表得值;

　2) 如 Fｉgｕre 2 連接, 將電壓源從電路中移除,并使用虛擬一下數(shù)字萬用表測試電路阻抗; 330Ω 91Ω220ΩRth Fｉgｕrｅ 2 電路等效電阻測量 3) 如 Fiｇｕｒe 3 連接, 將電阻ＲL 從電路中移除,并使用電壓表測量開路電壓;

　330Ω10V 91Ω220ΩEth0.000V+- Fiｇure 3 電路開路電壓值測量 4) 如 Fiｇure 4 連接, 驗證戴維南定理； 223ΩRth4V 0.000A+-0.000V+-470ΩRL Ｆiｇｕｒｅ 4 戴維南等效電路圖

　2、 設(shè)置電路參數(shù): 電阻、電源參數(shù)如上述圖中所示。

　３。實驗步驟: 如原理通編輯步驟,分別測試對應(yīng)電路得電壓、電流與電阻值. 4、 實驗結(jié)果：

　比較 Figure １與 Figuｒｅ 4 中電壓表與電流表得值得異同，并解釋原因. 原電路結(jié)果：

　(fiｇｕre1）

　將電壓源移除測得等效阻抗為 223 歐。

　測開路電壓:

　戴維南等效電路：

　 由戴維南等效定理可知,含源單口網(wǎng)絡(luò)無論其結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜,就其端口來說，可等效為一個電壓源串聯(lián)電阻支路.電壓源電壓等于該網(wǎng)絡(luò)得開路電壓，串聯(lián)電阻等于網(wǎng)絡(luò)中所有獨立源為零時網(wǎng)絡(luò)得等效電阻。

　等效電阻理論值：220/／3３０+９1=2２0*330/(2２0+33０）+91＝132+91=２2３ 開路電壓理論值：220/（2２0+330)*10＝４V 將單口網(wǎng)絡(luò)換為電壓源與等效電阻支路后,Fｉgurｅ 1與Fｉgure ４中電壓表與電流表得值得相同,且等效電阻與開路電壓得仿真結(jié)果與理論值一致，驗證了戴維南等效定理。

　驗 實驗 2 元件模型參數(shù)得并聯(lián)諧振電路 1. 原理圖編輯,設(shè)置參數(shù):

　 分別調(diào)出電阻 R、電感 L、電容 C 與信號源 V1（注意區(qū)分信號源族（ＳＩGNAL＿VＯLTAGE_SOＵRＣEＳ)與電源族(POWEＲ_ＳOURCＥS）中，交流電壓源得區(qū)別,信號源得AC設(shè)置為５)，參數(shù)如圖所示（課上已經(jīng)重點強調(diào))。

　2. 參數(shù)掃描分析設(shè)置:sｉmulate –〉Pａrameｔer Ｓｗｅep：

　 AC 分析設(shè)置：掃描范圍１Hｚ~1００MＨz,橫坐標(biāo)掃描模式為 Deｃade,縱坐標(biāo)為線性。每十倍頻程掃描點數(shù)為 1０點，同學(xué)們自己設(shè)置 100 與 100０點并分析所得結(jié)果得異同．

　3. 觀察電容得容值發(fā)生變化時，記錄電路得幅頻響應(yīng)。在實驗報告中重點分析響應(yīng)波形不同得原因。并介紹 AC 分析與參數(shù)分析得特點。

　4. 掃描點數(shù)為 10 點:

　求諧振頻率得公式為 w0=1/，f0=ｗ0/2 , 所以 C 越小，諧振頻率越大。

　并聯(lián) GLＣ電路通頻帶 BW＝G/C，所以 C 越小,通頻帶越長。與仿真曲線吻合.

　 ＡＣ分析就是在正弦小信號工作條件下得一種頻域分析.它可以計算電路得幅頻特性與相頻特性,在進行交流頻率分析時,首先分析電路得直流工作點,并在直流工作點處對各個非線性元件做線性化處理,得到線性化得交流小信號等效電路,并用交流小信號等效電路計算電路輸出交流信號得變化。

　參數(shù)掃描分析就是在用戶指定每個參數(shù)變化值得情況下，對電路得特性進行分析。

　當(dāng) C=４e-０07 時,諧振頻率得理論值為 f=5032Hz、 仿真值為５01１、9

　 當(dāng) C=4ｅ-00６時,諧振頻率得理論值為 f=1591、5Hz、 仿真值為 1584、9

　當(dāng)Ｃ=４e-０05 時,諧振頻率得理論值為 f=５0３、29Hz、 仿真值為 50１、19

　 當(dāng) C=４e—004 時，諧振頻率得理論值為 f=１59、15Hz、

　仿真值為 158、４９

　 當(dāng)掃描 100 個點時

　當(dāng)掃描 10０0 個點時

　 掃描點數(shù)越多,曲線越平滑，仿真值越貼近理論值。

　驗 實驗 3

　電路過渡過程得仿真分析

　V10 V 1 V 60usec 120usec R15kΩL11mHC11nF1out30 1. 原理圖編輯,設(shè)置參數(shù)：

　分別調(diào)出電阻 R、電感Ｌ、電容 C、接地符與信號源 V1，其中,信號源就是Source 庫 SIGNAL_ＶOＬＴAGＥ_SOURCES 組中調(diào)用 PULSE_ＶOＬTAＧＥ,參數(shù)如下:Ｉnitiａl Vａlue 0V,Pｕlsed Value 1V,Delaｙ Tｉｍｅ ０s,Rise Tｉme 0ｓ,Faｌl Time 0s,Pulse Ｗｉdth 60μs,Ｐeriod １20μs．（該電壓源用于產(chǎn)生方波信號) 2. 觀察電容上得電壓波形(使用瞬態(tài)分析,分析時間為 5 倍得方波信號周期),并判斷 U out (t)得響應(yīng)屬于何種形式(過阻尼/欠阻尼／臨界阻尼)？ 3. 通過計算得阻尼電阻,使用參數(shù)分析方法設(shè)置三個電阻值(分別對應(yīng)過阻尼/欠阻尼/臨界阻尼狀態(tài)),觀察出其它三種響應(yīng)形式(過阻尼/欠阻尼/臨界阻尼)。在實驗報告中重點分析響應(yīng)波形不同得原因（根據(jù)計算得到得仿真電路得時域特性來解釋)。并介紹瞬態(tài)分析與參數(shù)掃描分析得特點.參數(shù)掃描設(shè)置如下所示：

　 臨界阻尼為２＊＝２000。當(dāng) R〉20０0 時,過阻尼,響應(yīng)就是非振蕩得,當(dāng) R=2０００時,臨界阻尼,響應(yīng)就是非振蕩得，當(dāng) R〈２０00 時,欠阻尼，響應(yīng)為按指數(shù)規(guī)律衰減得衰減振蕩。

　電阻較大時,損耗也大,在儲能得轉(zhuǎn)移過程中,電阻消耗能量較大，當(dāng)磁場儲能再度釋放時已不能再供給電場存儲,當(dāng)電阻較小時，電容可能再度充電，形成不斷放充電得局面,形成振蕩性得響應(yīng)。

　 瞬態(tài)分析與參數(shù)掃描分析得特點：

　瞬態(tài)分析用于分析電路得時域響應(yīng)，分析得結(jié)果就是電路中指定變量與時間得函數(shù)關(guān)系．瞬態(tài)分析可以同時顯示電路中所有結(jié)點得電壓波形。

　參數(shù)掃描分析就是在用戶指定每個參數(shù)變化值得情況下，對電路得特性進行分析。

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