（精选）仿真实验报告

1、上海电力学院本科课程设计电路计算机辅助设计 院系： 电力工程学院 专业年级（班级）： 电力工程与管理2011192班 学生姓名： 学号： 201129 指导教师：杨尔滨、杨欢红 成 绩： 2013年 07 月 06 日教师评语：目录仿真实验一 节点电压法分析直流稳态电路··························1仿真实验二 戴维

2、宁定理的仿真设计································5仿真实验三 叠加定理的验证··············&#

3、183;·······················8仿真实验四 正弦交流电路谐振电路的仿真······················11仿真实验

4、五 两表法测量三相电路的功率····························14仿真实验六 含受控源的RL电路响应的研究················

5、········18仿真实验七 含有耦合互感的电路的仿真实验························21仿真实验八 二阶电路零输入响应的三种状态轨迹··········&#

6、183;·········27仿真实验九 二端口电路的设计与分析······························32实验一 节点电压法分析电路一、电路课程设计目的（1）通过较简易的电路设计初步接触熟

7、悉Multisim11.0。 （2）学会用Multisim11.0获取某电路元件的某个参数。 （3）通过仿真实验加深对节点分析法的理解及应用。二、实验原理及实例 节点分析法是在电路中任意选择一个节点为非独立节点，称此节点为参考点。其它独立节点与参考点之间的电压，称为该节点的节点电压。 节点分析法是以节点电压为求解电路的未知量，利用基尔霍夫电流定律和欧姆定律导出（n 1）个独立节点电压为未知量的方程，联立求解，得出各节点电压。然后进一步求出各待求量。 下图所示是具有三个节点的电路，下面以该图为例说明用节点分析法进行的电路分析方法和求解步骤，导出节点电压方程式的一般形式。 图11首先选择节点为参考

8、节点，则u3 = 0。设节点的电压为u1、节点的电压为u2，各支路电流及参考方向见图中的标示。应用基尔霍夫电流定律，对节点、节点分别列出节点电流方程：节点 节点 用节点电压表示支路电流：代入节点、节点电流方程，得到： 整理后可得：分析上述节点方程，可知： 节点方程中的（G1 + G2）是与节点相连接的各支路的电导之和，称为节点的自电导，用G11表示。 节点方程中的-G2是连接节点和节点之间支路的电导之和，称为节点和节点之间的互电导，用G12表示。G12 = - G2，故G12取负值。 节点方程中的（G2 + G3）是与节点相连接的各支路的电导之和，称为节点的自电导，用G22表示。 节点方程中的

9、-G2是连接节点和节点之间各支路的电导之和，称为节点和节点之间的互电导，用G21表示。且G12 = G21 ，故G21取负值。iS1 + iS2是流向节点的理想电流源电流的代数和，用iS11表示。流入节点的电流取“+”； 流出节点的电流取“ ”。iS3 iS2是流向节点的理想电流源电流的代数和，用iS22表示。iS3、iS2前的符号取向同上，即流入节点的电流取“+”； 流出节点的电流取“ ”。根据以上分析，节点电压方程可写成：这是具有两个独立节点的电路的节点电压方程的一般形式。 也可以将其推广到具有n个节点（独立节点为n 1 个）的电路 。综合以上分析，用节点分析法分析电路的一般步骤为：（1）

10、指定电路中某一节点为参考点，标出各独立节点的电位符号。（2）按照节点电压方程的一般形式，根据实际电路直接列出各节点的节点电压方程。 注意：在节点方程中，自电导为该节点上连接的所有电导之和，自电导总取正值；互电导为连接相邻两个节点的所有电导之和，并取负值；在线性电路中，G12=G21，G23=G32，G31=G13；在节点方程的右边，流入节点的理想电流源的电流取“+”号，流出节点的则取“ ”号。 例：用节点电压法求如下电驴的节点电压 ； 图12解：节点编号如图12所示，一节点4为参考节点，节点2的节点电压为已知量=10V，可以少列一个方程，节点1、3 的KCL方程为：联立求解上述方程组得： =

11、V三、仿真设计步骤：1.根据题目要求设计电路；2.对设计出来的电路原理图进行理论分析和运算；3.对设计的电路用软件进行仿真模拟；4.观察仿真结果，与理论值进行比较；5.对结果进行分析，作出小结。四、仿真实验电路及仿真结果仿真电路图如下所示： 图13约等于3.333，电压值的仿真结果与理论值相等。五、设计总结1、熟练了仿真软件的使用；2、通过仿真实验，加强了对节点电压法的理解和应用；3、仿真分析方法简单方便，并且直观的测出所需数据；4、通过这次简单的的仿真实验，锻炼了动手实践和独立思考的能力。实验二 戴维宁定理的仿真设计一、电路课程设计目的1. 验证戴维宁定理的正确性，加深对该定理的理解。2.

12、掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。3. 熟练应用Multisim软件仿真电路并掌握分析数据。2、 实验原理及实例1. 任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络（或称为含源一端口网络）。2. 戴维宁定理指出：任何一个线性有源二端网络，总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替，此电压源的电动势等于这个有源二端网络的开路电压，其等效内阻等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。3. 有源二端网络等效参数的测量方法（1） 开路电压短路电流法测在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端

13、的开路电压UOC, 然后再将其输出端短路，测其短路电流IS，且内阻为：（2） 串并联法测若含源一端口网络内部无受控源，将内部独立电压源短路，独立电流源开路，所得的无源一端口网络中电阻出现简单的串并联结构，应用串并联公式直接求等效电阻。（3） 外加电源法测若一端口网络内部有受控源，则按等效电阻的定义，将含源一端口网络内所有独立电源变为零，将其独立电压源短路，独立电流源开路，在端口处外加一电源u，产生电流i，则 式中，u并不一定是给出确定的值，只要找出u与i的关系即可。例：求解下列含源一端口网络的戴维宁等效电路。（1） 求开路电压 图21（a） 图21（b）如图（a）所示，端口断开，以b点为参考节

14、点，由节点电压法列点a，c的KCL方程如下：联立，可得：（2） 求短路电流如图（b）所示，端口短路，以b点为参考节点，由节点电压法列节点a，c的KCL方程如下：联立，可得： 戴维南等效电路如下图所示：图22三、仿真设计步骤：1.根据题目要求设计电路；2.对设计出来的电路原理图进行理论分析和运算；3.对设计的电路用软件进行仿真模拟；4.观察仿真结果，与理论值进行比较；5.对结果进行分析，作出小结。4、 仿真实验电路及仿真结果仿真电路图如下所示： 图23 图24仿真实验所得开路电压；均与理论值相等； 五、设计小结（1）通过仿真再一次验证了戴维南定理的准确性，加深了对其的理解，对我们在以后的学习中会

15、更有帮助的。（2）在连接各个电路元件的时候注意其正负，否则会导致数据错误。（3）通过该实验，锻炼了我分析问题、解决问题的能力，让我进一步熟练掌握了用Multisim11.0获取某电路元件的某个参数，并将结果与理论分析课程和实验课程所阐述的原理与概念进行对比，从而加深对电路知识的认识。实验三 叠加定理的验证一、电路课程设计目的 （1）验证线性电路叠加定理的正确性。 （2）学习使用Multisim仿真软件进行电路叠加定理模拟。 （3）加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识理解及应用。二、仿真电路设计原理 叠加原理指出，在有多个独立源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成

16、是由每一个独立源单独作用是在该元件上所产生的电流或电压的代数和。 本次设计的电路图如图所示： 图311）当2V电压源单独作用时： 图32 由上述电路图得： 2) 当电流源独立作用时： 图33 由电路图得： KCL KVL 得 得： 根据叠加定理得三、仿真实验内容与步骤（1）由2V电源单独作用，记录下电压；（2）由1A电源单独作用，记录下电压；（3）两个电源共同作用，记录电压；（4）分析以上记录的数据，且与理论值进行比较，分析数据。叠加定理验证实验原理仿真图如下： 1）当独立电压源作用时： 图342）当独立电流源作用时： 图35 3）当二者共同作用时： 图36 仿真实验符合电路叠加定理，即验证了

17、叠加定理的正确性，而且，仿真实验中得到的值与理论计算值完全相等，可认为误差接近零。四、 实验注意事项 1）在仿真实验中，要注意右上角的开关按钮，在每次改动时，要关闭开关。 2)要正确理解独立的含义。当独立电压源作用时，电流源断路；当独立电流源作用时，电压源短路。并且当含有受控源时，受控源不能独立作用，始终保持在电路中。 3）叠加时，要注意电压或电流的方向，一致取正号，相反取负号。 4）叠加定理只适用于线性电路求电压和电流，不适用于非线性电路。五仿真小结 叠加定理是线性电路重要定理之一，是分析线性电路的基础。但是如果在含有多个独立电源的电路中，容易遗留。并且将电流源短路、电压源断路者不乏少数，所

18、以很少得到应用，但是通过动手测试，将会更好的记住每一步骤。加深对其了解，更加容易运用以后。实验四 正弦交流电路谐振电路的仿真一、 电路课程设计的目的（1）设计仿真电路，加深理解电路发生谐振的条件、特点；（2）验证RLC串联谐振电路的谐振条件；（3）学习使用Multisim仿真软件进行仿真。二、 实验原理说明：如下图31所示的RLC串联电路，发生谐振时，具有以下特点：图41（1） 谐振频率发生谐振时满足，则RLC谐振角频率为：从这个式子可以看出调节L、C的任一参数，只要满足上述关系，就会发生谐振。可见谐振频率仅与L、C有关。（2） 复阻抗 可见当谐振的复阻抗的模最小，。（3）特性阻抗和品质因数Q

19、 仅与电路参数有关。 Q反映电路选择性能好坏的指标，也仅与电路参数有关。（4）弦振电流大小I=，可见谐振时电流最大。例： 图42当频率，电路总电阻则复阻抗值虚部为0，外电阻对外呈现电阻性，发生串联谐振。三、仿真设计步骤：1.根据题目要求设计电路；2.对设计出来的电路原理图进行理论分析和运算；3.对设计的电路用软件进行仿真模拟；4.观察仿真结果，与理论值进行比较；5.对结果进行分析，作出小结。四、仿真实验电路及仿真结果仿真电路图如下所示： 图43 仿真结果如下： 图45 由电源两端电压及电流的波形图可得出结论：在此频率下，电源两端电压及电流的相位差为 ，所以，电路发生串联谐振，与理论结果一致。五

20、、仿真实验小结（1）谐振电路本来不是特别难，但我在这一个实验仿真过程中却 遇到了困难：第一次做谐振电路的仿真实验时，示波器调试结果显示电源两端电压及电流的相位差为 ，在同学帮助下我发现了我的错误：示波器两端接反了，导致方向相反，经过纠正，最终我顺利完成了实验。（2）谐振时，电流最大，改变L、C的值不影响电流的大小。（3）谐振时电压和电流的相位差为零。（4）由于示波器不能分析电流，所以在用示波器分析电流时，我们要用一个电流控制的电压源来替代，或者直接测相关电阻的电压来反映所需电流的波形情况。 实验五 三相电路的仿真实验一、 电路课程设计的目的（1）熟练掌握三相电路的特点以及电源和电压的三角形和星

21、形变化之间的关系；（2）通过模拟实验验证二瓦特计法测量三相电路的有功功率，加深对于三项电路的理解和巩固如何测量三相电路的有功功率;（3）进一步强化学习Multisim仿真软件的使用，锻炼自学能力，实践能力。二、实验原理及实例对称三相电路：由三相交流电源供电的电路。简称三相电路。3个频率相同、振幅相同、相位互差120°的正弦电压源所构成的三相电源供电并且负载也为对称三项负载的电路成为对称三相电路。三相负载连接：星形连接时，线电流等于相电流，线电压是相电压的倍，相位超前相电压；三角形连接时，线电压等于相电压，线电流是相电流的倍，相位滞后相电流。二瓦特计法：在一个三相系统中,任何一相都可以

22、成为另一相的参考点(或基准点)。如果将三相中的某一相作为参考点，就可以用两只瓦特计测量整个三相系统的功率。仿真实验原理电路：如右图，已知的读数为219.915W, 的读数为308.065W,求电路中的有功功率。理论计算过程：由题目及由图可知，作为基准点所在电流，为典型的二瓦特计法测功率，因为：则根据公式：图51三、仿真设计步骤：1.根据要求设计电路；2.对设计出来的电路原理图进行理论分析和运算；3.对设计的电路用软件进行仿真模拟；4.观察仿真结果，与理论值进行比较；5.对结果进行分析，作出小结。四、仿真实验电路及仿真结果1、两表法侧功率的仿真电路图如下所示： 图52如图，功率表1,3为两表法测

23、三相电路电功率，功率表2测对称三相电路中一相的功率；三个功率表的读数分别如下： 图531）量表法测出该电路的有功功率：2）由功率表2的测量结果可得，电路的有功功率：3）实验结果与误差分析：在这次模拟实验中，通过测量三相电路的有功功率，验证了两表法测功率的准确性，从数据上来看，存在着±0.01的误差，但考虑到在数据处理过程中，对P存在着“四舍五入”的化简情况，而且误差在允许范围之内，所以依然可以验证出二瓦特计法侧功率的正确性。2、三角形连接时，验证三角形连接时，线电压等于相电压，线电流是相电流的倍，相位滞后相电流，设计仿真电路图如下： 图54由电路图易得线电压等于相电压，如图用示波器分

24、别测出相电流和线电流，得到如下所示波形： 图55通道A为线电流波形，通道B为相电流波形，由波形图可得，线电流滞后相电流时，线电流达到峰值，为5.088，则时，相电流达到峰值，为2.937，则则三角形连接时，线电压等于相电压，线电流是相电流的倍，相位滞后相电流这一结论得到验证。五、仿真实验小结（1）通过本次试验，我加强了对三相电路的结构以及如何利用功率表测量有功功率的记掌握，而且在实验中了解掌握了功率表接法。（2）这一个简单实验让我对这一款软件更熟悉。（3）如果将仿真实验电路改成星形负载，我们也可以通过将三角形负载转化成星形负载来仿真，其结果应该是一致的。实验六 含受控源的RL电路响应的研究一、

25、 实验目的1、熟悉含受控源的RL电路的特点及分析方式，加深对其的理解和认识；2、学习使用Multisim软件对电路模型进行仿真，仿真分析一阶RL电路的响应及其波形二、 实验原理及实例当电路中含有储能元件，即电感和电容元件，这类元件的电压和电流关系是微分、积分关系而不是代数关系，因此根据基尔霍夫定律和元件特性方程所列写的电路方程，是以电流或电压为变量的微分方程。这类元件称为动态元件，只含一个动态元件的电路称为一阶电路。 三要素法能快速的求出直流一阶电路的响应。对于RL一阶电路： 是换路后电感元件所接的电阻性的有源一端口网络的戴维宁等效电阻。是相应的稳态值，是响应的初始值。 例：如图所示的电路中，

26、已知该电路为零状态响应，求其电感电流及电压并用Multisim软件观察电感电流及电压的波形。 图61理论分析：求换路后电感元件所接的电阻性的有源一端口网络(如右上图所示)的戴维宁等效电阻。 三、 仿真设计步骤：1.根据题目要求设计电路；2.对设计出来的电路原理图进行理论分析和运算；3.对设计的电路用软件进行仿真模拟；4.观察仿真结果，与理论值进行比较；5.对结果进行分析，作出小结。四、 仿真实验结果如图所示，设计仿真电路：图62仿真结果如下波形图所示，仿真波形与计算表达式基本相符。电感电流由零上升至平稳，电感电压在0时刻越变为最大后慢慢衰减至零。 图63五、 仿真实验小结1、熟练了仿真软件的使

27、用；2、通过对含受控源的RL一阶电路的瞬变分析，熟悉了一阶电路的三要素求法；3、通过软件的仿真分析，学会了用Multisim软件分析一阶电路，并学会了用软件的分析方法来分析波形，分析方法简单方便，并且可以观测多组数据，是仿真观察电路波形的很好的工具。4、锻炼了动手实践和独立思考的能力。实验七 含有耦合互感的电路的仿真实验一、电路课程设计目的（1）了解耦合互感电路的特点以及耦合互感电路的计算 ；（2）通过模拟实验验证含有耦合互感的电路的消去，加深对互感消去法的理解和巩固；（3）进一步强化学习Multisim仿真软件的使用，锻炼自学能力，实践能力。2、 实验原理及实例1、 互感系数：M12和M21

28、称为互感系数（简称互感）。运用电磁场的知识可以证明： M12 = M21。统用符号M来表示，单位为H（亨），M恒取正值。2、互感线圈的伏安关系根据： 可得： 耦合电感的电压是自感电压和互感电压相叠加的结果。其中，互感电压的“”由线圈的同（异）名端决定。通常在线圈的端子上标以星号“*”用以表示线圈的绕向。星号的标法是：当两线圈的电流都从星号端流入（流出）线圈时，两线圈的磁通是加强的。即，带有星号的一对端子为耦合电感线圈的同名端。3、耦合电感的并联 图71 图(a)同侧并联（同名端相联） 图(b)异侧并联（异名端相联）： 4、互感消去法 图72例 如图（a）所示具有互感电路的电路中，求：(1)电流

29、；(2)电压； 图(a) 图（b） 图73解：（1）电路中两耦合线圈为异侧连接，消去互感后电路如图（b）所示，此时电路的复阻抗为：（2）由于消去互感后，A、B之间增加了新的节点，所以电压 三、仿真设计步骤：1.根据题目要求设计电路；2.对设计出来的电路原理图进行理论分析和运算；3.对设计的电路用软件进行仿真模拟；4.观察仿真结果，与理论值进行比较；5.对结果进行分析，作出小结。四、仿真实验电路及仿真结果1、通过仿真电路测出仿真电路图如下所示： 图74通道A：通道B：仿真结果如下： 图75（1） 电压的有效值：时，通道A，即AB端电压达到峰值，则（2）电压的相位：由仿真实验结果可得，,则可得2、

30、 通过仿真电路测出仿真电路图如下所示： 图76通道A：通道B：仿真结果如下： 图77（1） 电压的有效值：时，通道A，即干路电流值达到峰值，则（2）电压的相位： 有仿真结果可得：，可得3、实验结果与误差分析：通过仿真实验得出结果与理论值相比，从数据上来看，存在着±0.01的误差，但考虑到在数据处理过程中，存在着“四舍五入”的化简情况，而且误差在允许范围之内，仿真实验得出结果与理论值在误差范围内相等，验证了对电感的消去的正确性。五、设计总结（1） 通过本次实验，加强我对含有耦合电路的结构及原理的掌握，（2） 该仿真实验验证了互感消去法的正确性； （3）这一个实验让我掌握了如何使用示波器

31、测出正弦交流电路的电流电压有效值及相位，让我能越来熟练地使用这一款仿真软件。（4）该实验过程有些繁琐，用示波器测电流、电压时，需要有足够的耐心，只有通过精细地调节才能测出更精确的数据，我不断克服困难，最终顺利完成实验。实验八 二阶电路零输入响应的三种状态轨迹欠阻尼、过阻尼、临界阻尼一、 实验目的1、熟悉二阶电路响应的三种状态轨迹的发生条件及其分析方式，加深对其的理解和认识；2、学习使用Multisim软件对电路模型进行仿真设计，并将结果与理论分析课程和实验课程所阐述的原理与概念进行对比，从而加深对电路知识的认识。二、 实验原理及实例二阶电路是含有两个独立储能元件的电路。电磁过程的基本形式有两种

32、类型：电阻数值较大，、i等电路变量类似一阶电路零输入响应单调下降；电阻值小于某一数值，、i等会发生周期性振荡变化，这是由L和C元件之间的电磁能量交换所引起的，也是一阶电路的暂态过程所没有的。暂态属非振荡类型，称电路是过阻尼的，电路处在临界阻尼，暂态是非振荡的暂态属振荡类型，称电路是欠阻尼的例：如图所示电路：0时刻时，开关由1打到2，L=0.25H,C=0.25F。（1）R=2.5；（2）R=2；（3）R=1。 分别求在上述电阻式电路中的电压和电流i。 图81分析过程如下： (1) R=2.5时，过阻尼状态（2）R=2，临界阻尼状态。 （3）R=1,欠阻尼状态，振荡放电过程 三、 仿真设计步骤：

33、1、根据电路设计题目要求设计电路；2、用visio做出电路原理图并对其进行理论计算分析；3、根据电路模拟图在电路仿真软件上做出仿真模型，通过示波器分析电容电压和电流变化过程，进行电路仿真；4、将测量的结果与理论计算值进行比较，对仿真结果进行分析；5、做出实验小结四、 仿真实验结果如图所示，设计仿真电路 图82 R=2.5时，过阻尼状态波形如下所示： 图83当将R值换成2时，；临界阻尼波形图如下 图84当将R值换成1时，欠阻尼振荡放电波形图如下： 图85图中蓝色为电感电流波形轨迹，红色为电容电压波形轨迹。过阻尼与临界阻尼均为非振荡放电过程，最后都衰减至零，第三个图为欠阻尼震荡过程，在震荡过程中电容周期性的充放电，电感周期性的吸收和放出能量，由于电阻的存在，电磁能量不断消耗，震荡慢慢衰减。从图中可以看出波形周期衰减的趋势。符合理论分析。五、 误差分析及小结 1、由波形可以看出仿真结果与理论结果基本符合，验证了