电路仿真试验报告

1、本科实验报告实验名称： 电路仿真课程名称：电路仿真实验时间：任课教师：实验地点：实验教师：实验类型： 原理验证 综合设计 自主创新学生姓名：学号/班级：组号：学 院：信息与电子学院同组搭档：专 业：成绩：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 R1、R2、R3、R4，直流电压源、直流电流 源，电流表电压表（ Group:Indicators, Family:VOLTMETER 或AMMETE）R注意电流表和电压表的参考方向），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

2、）、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 I3 ；4. 根据叠加电路分析原理 , 每一元件的电流或电压可以看成是每 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， U1=-1.6V I1=6.8A.当电压源短路即

3、设为 0V, 电流源作用时， U2=-4V I2=2A当电压源作用，电流源断路即设为 0A时， U3=2.4V I3=4.8A所以有 U1=U2+U3=-4+2.4=-1.6V I1=I2+I3=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 R1、R2，电容 C1，电感 L1，信号源 V1， 按上图连接并修改按照例如修改电路的网络标号；3. 设置电路参数：电阻 R1=10，电阻 R2=2K ，电感 L1=2.5mH,电容 C1=40uF。信 号源 V1 设置为 AC=5v，Voff=0 ，Freqence=500Hz。4. 分析参数设置

4、：AC分析：频率范围 1HZ100MHZ，纵坐标为 10 倍频程，扫描点数 为 10，观察输出节点为 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：要求将实验分析的数据保存 ( 包括图形和数据 ) ，并验证结果是否 正确，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 out 电压最大且谐振频率为 w0=1/ LC = 10 * 1000 ，f0=w0/2 =503.29Hz 谐振时节点 out 电压 理论值由分压公式得 u=2000/(2000+10)*5=4.9751V.当频率低于谐振频率时， 并联电路表现为

5、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 -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Y- 铜线1:V(vout) 1:V(vout)1 0.0078540031.258925412 0.0098876191.584893192 0.012447807

6、1.995262315 0.0156709222.511886432 0.0197286463.16227766 0.0248371423.981071706 0.0312686035.011872336 0.0393658256.309573445 0.0495606047.943282347 0.062397029100.07856103812.58925412 0.09891811715.848931920.12456172219.952623150118864320.19761965531.62277660.24903651239.810717060.3140

7、1397450.118723360.39631068463.095734450.50090722879.432823470.6345750931000.80685405125.89254121.031819265158.48931921.331400224199.52623151.74164406251.1886432 2.32321984 316.227766 3.165744766398.1071706 4.274434884501.1872336 4.97484754630.9573445 4.314970112 794.3282347 3.2023465571000 2.3487236

8、84 1258.925412 1.7593428881584.893192 1.344114189 1995.262315 1.0412497592511.886432 0.8140151823162.277660.6401003443981.0717060.5052151815011.8723360.3996923336309.5734450.3166800157943.2823470.251144179100000.1992888112589.254120.15819950915848.931920.12561162919952.623150.09975145725118.864320.0

9、7922266831622.77660.06292242239810.717060.04997785950118.723360.03969722263095.734450.03153182179432.823470.0250462131000000.019894713125892.54120.015802831158489.31920.012552584199526.23150.009970847251188.64320.007920112316227.7660.006291162398107.1706 0.004997245501187.2336 0.003969451630957.3445

10、0.003153046794328.23470.00250455310000000.0019894371258925.4120.0015802661584893.1920.001255251995262.3150.000997082511886.4320.0007920093162277.660.0006291153981071.7060.0004997245011872.3360.0003969456309573.4450.0003153047943282.3470.000250455100000000.00019894412589254.120.00015802715848931.920.

11、00012552519952623.159.9708E-0525118864.32 7.92009E-05 31622776.6 6.29115E-0539810717.06 4.99724E-05 50118723.36 3.96945E-0563095734.45 3.15304E-05 79432823.47 2.50455E-05100000000 1.98944E-05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_VIRT（UA在ANALOG库中的 ANALOG_VIRTUA中L，放置时 注意同相和方向引脚的方向）；

12、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：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置什么关系）将测量结果保存，并利用电路分析理论计算结果验证。9.995=-5- 1.9999.960=-5- 1.992-102=-5由电路分析原理，输出与输入反向，且放大 5

13、倍，与仿真结果一致。电路分析过程如下图：实验 4 二阶电路瞬态仿真上图中其中 C1 的电容值分别取 1000u，500u， 100u，10u，其 他参数值如图所示。利用 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对应电容取不同 参数时电路谐振频率 （零输入响应 ）。电容 1000 500 100 10周期 6.2414ms 4.4245ms 2.0059ms 665.0827us谐 振 频 率 159.15Hz 225.07Hz 503.29Hz1591.55Hz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

14、，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Figure 1 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 Figure 1 连接运行，并记录电 压表和电流表的值；2) 如Figure 2连接， 将电压源从电路中移除，并使用虚拟一下数字万用表测试电路阻抗；Figure 2 电路等效电阻测量3) 如 Figure 3 连接， 将电阻 RL从电路中移除，并使用电压表测量开路电压；Figure 3 电路开路电压值测量4) 如 Fig

15、ure 4 连接， 验证戴维南定理；Figure 4 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：如原理通编辑步骤，分别测试对应电路的电压、电流和电阻值。4. 实验结果：比较 Figure 1 和 Figure 4 中电压表和电流表的值的异同，并解释原因。原电路结果： （figure1 ）将电压源移除测得等效阻抗为 223 欧。测开路电压：戴维南等效电路：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

16、： 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， Figure 1 和 Figure 4 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 (SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES )和电源族( POWER_SOURCES)中，交 流电压源的区别，信号源的 AC

17、 设置为 5)， 参数如图所示(课上已经重点 强调)。2. 参数扫描分析设置： simulate Parameter 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，同学们自己设置 100和 1000点并分析所 得结果的异同。3. 观察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 响应波形不同的原因。并介绍 AC 分析和参数分析的特点。4. 扫描点数为 10 点： 求谐振频率的公式为 w0=1/ LC ，f0=w0/2 ，所以 C 越小，谐振频率越大。并联 GLC 电路通频带 BW=G/

18、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， 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。当 C=4e-007 时，谐振频率的理论值为 f=5032Hz. 仿真值为 5011.9当 C=4e-006 时，谐振频率的理论值为 f=1591.5Hz. 仿真值为 1584.9当 C=4e-005 时，谐振频率的理论值为 f=503.29Hz. 仿真值为 501.19当 C=4e-004 时，谐振频率的理论值为 f=159.15Hz. 仿真值为 158.49 当扫描 100 个点时当扫描 1000 个点时 扫描点数越多，曲线越平滑，仿真值越贴近理论值。实验 3 电路过渡过程的仿真分析1. 原理图编辑，设置参数：分别调出电阻 R、电感 L、电容 C、接地符 和信号源 V1，其中，信号源是 Source 库 SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES 组中调用 PULSE_VOLTAGE ，参数如下： Initial Value 0V ，P