电路计算机电路仿真分析实验报告

1、 电路计算机仿真分析实验报告 学院： 电气工程学院 班级： xx级电气xx班 学号： xxxxxxxxxxxxx姓名： xxx20xx年xx月xx日预备实验Orcad Pspice的基本操作一、实验目的熟悉Orcad Pspice的操作和分析过程二、实验内容、了解pspice的启动，电路图的绘制；、修改元器件的标号和参数；、设置分析功能；、仿真前的准备工作；、仿真过程；、了解库、库元件；、了解分析设置的方法。实验一 直流电路工作点分析和直流一、实验目的、学习使用PSPICE软件，熟悉它的工作流程，即绘制电路图、元件类别的选择及其参数的赋值、分析类型的建立及其参数的设置、robe窗口的设置和分析

2、的运行过程等。、学习用PSPICE进行直流工作点分析和直流扫描分析的操作步骤。二、实验原理对于电阻电路，可以用直观法（支路电流法、节点电压法、回路电流法）列写电路方程，求解电路中各个电压和电流。PSPICE软件是采用节点电压法对电路进行分析的。使用PSPICE软件进行电路的计算机辅助分析时，首先在capture环境下编辑电路，用PSPICE的元件符号库绘制电路图并进行编辑、存盘。然后调用分析模块、选择分析类型，就可以自动进行电路分析了。需要强调的是，PSPICE软件是采用节点电压法“自动”列写节点电压方程的。因此，在绘制电路图时，一定要有参考节点（即接地点）。三、实验操作步骤、电路 图1（）建

3、立电路、启动Orcad Capture，新建工程Proj1，选项框选择Analog or Mixed A/D。类型选择为create a blank project。、在原理图界面上点击lace/Part或右侧快捷键。、首先增加常用库，点击Add Library，将常用库添加进来。本例需添加Analog(包含电阻、电容等无源器件)，Source（包含电压源、电流源等电源器件），special（包含虚拟打印机等器件）。在相应的库中选取电阻，电流源IDC。点取Place/GND选取Source以放置节点（每个电路必须有一个零节点）。、移动元器件到适当位置，右键单击器件进行适当旋转，点击Place/

4、Wire或快捷键将电路连接起来如图所示。、双击元器件或相应参数修改名称和值。、在需要观察的位置放置探针。、保存原理图。（）仿真、点击Pspice/New Simulation Profile，输入名称；、在弹出的窗口中Basic Point是默认选中，必须进行分析的。点击确定。、点击Pspice/Run（快捷键F11）或工具栏相应按钮。、如原理图无错误，则显示Pspice A/D窗口。在本例中未设置其它分析，窗口无显示内容，关闭该窗口。、在原理图窗口中点击，工具栏按扭，图形显示各节点电压和各元件电流值如图所示。、电路2（选做实验）图（）建立电路按与(1)相同的操作步骤如图所示电路建立电路。（）

5、仿真步骤同(2)。仿真结果如图所示。（）直流扫描分析、单击Pspice/Edit Simulation Profile，打开分析类型对话框，以建立分析类型。对直流电路的扫描分析要选择DC Sweep。选中后，打开下一级对话框直流扫描分析参数表，并设置为：Sweep Var.Type选择Voltage Source；Sweep Type选择Linear；Name选择VS1；Start Value输入0，End Value输入12，Increment输入0.5。、运行Pspice的仿真计算程序，进行直流扫描分析。、对于图电路，电压源U1的电压已设置在12之间变化，显示的波形就是负载电阻RL的电流I

6、RL随V1变化的波形，见图。图3、为了得到数值的结果，从“Special”库取“Iprint”（电流打印机），把它串联到测量点上。将“Iprint”的属性设置为“dc=I(RL)”，其余项缺省。当在“直流扫描分析参数”中设置的分析参数“Increment”为“”时，运行仿真。在Capture窗口单击Pspice/View Output File，可得数据输出。所得数据如下所示V_Vs1 I(V_PRINT2) 0.000E+00 5.954E+00 1.000E+00 5.955E+00 2.000E+00 5.956E+00 3.000E+00 5.957E+00 4.000E+00 5.9

7、58E+00 5.000E+00 5.959E+00 6.000E+00 5.960E+00 7.000E+00 5.961E+00 8.000E+00 5.962E+00 9.000E+00 5.963E+00 1.000E+01 5.964E+00 1.100E+01 5.965E+00 1.200E+01 5.966E+00 、从图可以得到IRL 与V1的函数关系为IRL1.4+(1.2/12) V1=1.4+0.1 V1 （公式1-1） 四、实验结果分析、由仿真结果验证基尔霍夫定律对于电路，设和所对应的结点分别为和。对于中间的一个回路有：4*1+1*2-3*2=0，即基尔霍夫电压定律成

8、立。对于结点有：2+2-4=0，即基尔霍夫电流定律成立。实验二戴维南定理和诺顿定理的仿真一、实验目的：（）进一步熟悉Pspice仿真软件中绘制电路图，初步掌握符号参数、分析类型的设置。学习Probe窗口的简单设置。（）加深对戴维南定理和诺顿定理的理解。二、实验原理戴维南定理指出，任一线性有源一端口网络，对外电路来说，可以用一个电压源与电阻串联的支路来代替，该电压源的电压Us等于原网络的开路电压Uoc，电阻Ro等于原网络的全部独立电源置零后的输入电阻Req。三、实验内容、测量有源一端口网络等效入端电阻Req和对外电路的伏安特性。、根据任务中测出的开路电压Uoc、输入电阻Req，组成等效的有源一端

9、口网络，测量其对外电路的伏安特性。、根据任务中测出的短路电流Isc、输入电阻Req，组成等效的有源一端口网络，测量其对外电路的伏安特性。四、实验步骤、在Capture环境下绘制和编辑电路，电路如图所示。图1、为测量原网络的伏安特性，图中的RL是可变电阻。为此，RL的阻值要在“PARAM”中定义一个全局变量var，同时把RL的阻值也设为该变量var。、为测电路的开路电压Uoc及短路电流Isc，设定为分析类型为“DC Sweep ”，扫描变量为全局变量var，并具体设置线性扫描的起点为1P，终点为1G，步长为1MEG。、启动分析后，系统自动进入Probe窗口。增加一坐标轴，分别在两轴上加I(RL)

10、和V(RL:2)。扫描结果如图所示。图2分别激活显示电流和电压的坐标轴，显示电流和电压的最大值。测得最大值即短路电流Isc=130mA，V(RL:2)最大值即Uoc为3.5455V。则入端电阻Req=3.5455/0.13=27.273。、回到Capture界面，按测得的等效参数修改电路参数图所示。图3、重新设定扫描参数，扫描变量仍为全局变量var，线性扫描的起点为1P，终点为10K，步长为10K。重新启动分析，进入Probe窗口。增加两面三刀个坐标轴，设置横轴为V(RL:2)，并分别在三个纵轴上加I(RL)、I(RLd)和I(RLn)变量。显示结果如图所示。图4显示坐标值列表，点击I(RL)

11、、I(RLd)和I(RLn)前面的小方块，数值列表中将显示相应坐标中的坐标值。用鼠标拖动十字交叉线，可显示不同电压时的相应电流值。五、实验结果分析根据仿真结果（如图所示）可知，图中的三个电路对于负载电阻来说，其伏安特性是基本一致的，从图可以看出，三个图的短路电流均约为130mA、开路电压均约为3.5455V及斜率均约为-27.273。即三个电路的外特性相同，对外是等效的。由此可知戴维南定理和诺顿定理的正确性。实验三 正弦稳态电路分析和交流扫描分析一、实验目的 学习用PSPICE进行正旋稳态电路的分析和正旋稳态电路的交流扫描分析。二、实验原理对于正弦稳态电路，可以用相量法列写电路方程（支路电流法

12、、节点电压法、回路电流法），求解电路中各个电压和电流的振幅（有效值）和初相位（初相角）。PSPICE软件是用相量形式的节点电压法对正弦稳态电路进行分析的。三、实验操作过程 （1）正弦稳态分析。实验电路图为图1。图1A、在capture环境下编辑电路，电源采用vac,LI-VALUE,L2-VALUE位感抗，COUPLE位耦合系数。 B、设置仿真，AC sweep type选择 Linear, sweep parameters设置为START FREQ输入 1592 ，END FREQ也是1592，total pts输入1。 C、运行，在PROBE窗口显示交流扫描分析结果。在两个回路中分别设置电

13、流打印机标志符，得到数值的结果。FREQ IM(V_PRINT1)IP(V_PRINT1)IR(V_PRINT1)II(V_PRINT1) 1.592E+03 2.268E-03 8.987E+01 5.145E-06 2.268E-03FREQ IM(V_PRINT2)IP(V_PRINT2)IR(V_PRINT2)II(V_PRINT2) 1.592E+03 2.004E+00 8.987E+01 4.546E-03 2.004E+00（2）选做实验、电路如图，对正旋稳态电源进行计算机辅助分析，求出各元件的电流。 图2、仿真，得到结果如图3所示图3C、电路如图4，电容可调，试着分析电容多大

14、时，电路功率因数为1。图4D、仿真分析得实验结果如图5所示四、实验结果分析（1） 根据所给出的实验步骤，用 PSPICE做例题后，得到了数值的结果，由此结果可看出电源回路中的 电流振幅近似等于0，负载回路中的电流振幅等于2A，与课本上结论一样。（2） 对图2做计算机分析，求出各元件的电流如图3所示，对仿真结果进行判断：例，由图知，I(R1)=44A,I(R2)=6.4A,I(R3)=14A,I(R4)=22A,则对由这四个电阻构成的结点做KCL分析得，44约=6.4+14+22,所以仿真结果大致正确。（3）对图4进行仿真，因已知当功率因数为1时，电源输出电流最小，所以以电容值为变量，电源输出电

15、流为因变量，得实验结果如图5所示，则观察曲线可知，当C=14.27uf时，电源输出电流大致为最小。实验四 一阶动态电路的研究一、实验目的1、掌握PSPICE编辑动态电路、设置动态元件的初始条件、掌握周期激励的属性及对动态电路仿真的方法。2、理解一阶RC电路在方波激励下逐步实现稳态充放电的过程。3、理解一阶RL电路在正弦激励下，全响应与激励接入角的关系。二、原理与说明电路在一定条件下有一定的稳定状态，当条件改变，就要过渡到新的稳定状态。从一种稳定状态到另一种新的稳定状态往往不能跃变，而是需要一定的过渡过程的，这个物理过程就称为电路的过渡过程。电路的过渡过程往往为时短暂，所以电路在过渡过程中的工作

16、状态成为暂态，因而过程又称为暂态过程。三、实验操作过程1、电路图如图1所示，电容初始电压为2V。图1（1）方波电源是SOURCE库中的VPULSE电源。为分辨电容极性，电容选取ANALOG中的C_ELECT，电容Ic设为2V。方波激励的设置为：V1=0，V2=7，TD=2ms,TR=0.001us,TF=0.001us,PW=2ms,PER=4ms。（2）设置分析类型为TRANSIENT。其中MAXIMUM STEP设为2ms,Run to设为40ms。（3）设置输出方式。设两个节点电压标识符以获取激励和电容电压的波形，设置打印电压标识符以获取电容电压数值输出。（4）仿真计算及结果分析。经仿真

17、得到图形输出如下图2所示：图2TIME V(N00337) 0.000E+00 2.000E+00 2.000E-03 1.146E+00 4.000E-03 3.645E+00 6.000E-03 2.089E+00 8.000E-03 4.185E+00 1.000E-02 2.399E+00 1.200E-02 4.363E+00 1.400E-02 2.500E+00 1.600E-02 4.421E+00 1.800E-02 2.534E+00 2.000E-02 4.440E+00 2.200E-02 2.545E+00 2.400E-02 4.447E+00 2.600E-02

18、2.548E+00 2.800E-02 4.449E+00 3.000E-02 2.550E+00 3.200E-02 4.449E+00 3.400E-02 2.550E+00 3.600E-02 4.450E+00 3.800E-02 2.550E+00 4.000E-02 4.450E+00 最后电容电压输出波形稳定在最大值为4.45V，最小值2.55V。2、如下图所示，改变电容值为0.2uF。改变时间常数为原来的0.1倍，观察时间常数对电容电压波形的影响。图3经仿真分析得到以下结果：图4TIME V(N00337) 0.000E+00 0.000E+00 2.000E-03 1.476

19、E-05 4.000E-03 5.935E-02 6.000E-03 1.175E-01 8.000E-03 1.746E-01 1.000E-02 2.305E-01 1.200E-02 2.854E-01 1.400E-02 3.391E-01 1.600E-02 3.918E-01 1.800E-02 4.435E-01 2.000E-02 4.941E-01 2.200E-02 5.437E-01 2.400E-02 5.924E-01 2.600E-02 6.400E-01 2.800E-02 6.868E-01 3.000E-02 7.326E-01 3.200E-02 7.775

20、E-01 3.400E-02 8.215E-01 3.600E-02 8.646E-01 7.968E+00 1.913E-04 7.970E+00 1.875E-04 7.972E+00 1.838E-04 7.974E+00 1.801E-04 7.976E+00 1.766E-04 7.978E+00 1.731E-04 7.980E+00 1.696E-04 7.982E+00 1.663E-04 7.984E+00 1.630E-04 7.986E+00 1.598E-04 7.988E+00 1.566E-04 7.990E+00 1.535E-04 7.992E+00 1.505

21、E-04 7.994E+00 1.475E-04 7.996E+00 1.446E-04 7.998E+00 1.417E-04 8.000E+00 1.389E-04改变电容值为20uF，时间常数变为原来的10倍图5得到仿真结果如下所示：图63、R=1k,C=100uF。接入峰值为3V、周期为2s的方波激励。 图7 图84、R=1k,C=100uF。接入峰值为3V、周期为2s的方波激励。图9图10 四、实验结果分析（1） 通过实验，发现电容电压波形受R,C元件参数及时间常数的影响。其中时间常数对波形的影响从图上看：1，波形由方脉冲尖顶波变为弧行脉冲，电容冲放电过程由近似的直线变成明显的与电压

22、成非线形关系。2，随着时间常数的增大，电容一次充电和放电的时间间隔明显增大，如图2和图4，从0增加到0.5s。（2） 由示例实验及实验3，4知道，不同参数的RC串联电路，由不同方波激励的仿真影响时，所得到的电容电压与激励的波形是不同的，即它们的冲放电过程是有差别的。当然，激励的大小不同，所得到的电容电压的最值也不同。 （3） 对电容电压的零状态响应及全状态响应：零状态响应时，电容电压的初始值为0，全状态响应时，电容电压的初始值不为0，具有一定的数值。（4） 对图8来说，电容充电大约上升到稳态值的45.67%时所需时间为一个时间常数t=0.1s,对放电也需大约衰减到稳态值的45.67%。（5）

23、通过做实验，复习了电路的暂态分析理论，巩固了电路的相关知识实验五 二阶动态电路的仿真分析 一 、实验目的 （1）、研究RLC串联电路的 电路参数与其暂态过程的关系；（2）、观察二阶电路在过阻尼，临界阻尼和欠阻尼二种情况下的响应波形。并利用波形计算有关参数；（3）、掌握利用计算机仿真与示波器观察电路相应波形的方法。二、实验原理用二阶微分方程描述的动态电路，为二阶电路。三种状态：过阻尼、欠阻尼、临界阻尼。三、实验操作过程1、研究RLC串联电路零输入响应波形 利用 PSPICE分析图1所示电路。其中电容C1中的IC设为10V，电感元件中的IC为0，电阻R1的value设为val，设置PARAM的va

24、l参数为1欧。在设置仿真参数文件的全局变量时，设置Parameter name :为val.选Value list 为0.00001，20，40，100。仿真分析得以下结果: R=0.00001 欠阻尼情况 R=20欠阻尼情况R=40 临界阻尼情况R=100 过阻尼情况2、选做实验研究方波信号作用下的R,L,C串联电路。利用PSPICE分析电路图5.5，元件设置如图，这里的 C1和L1的初始状态均为0，设置暂态仿真时间范围时0-8ms,分别选取val=-0.5欧，0.1，1，10，40，200欧，观察Uc在这些参数下的波形。仿真分析得到以下结果：R1=0.5R1=0.1R1=1R1=10R1=

25、40R1=200四、实验分析1在RLC串联电路中,因R取值不同,电路的零输入响应出现欠阻尼,临界阻尼,和过阻尼三种情况。选做实验中不同R值对应的不同的暂态过程，也反映了不同的能量转换过程。2在选做实验中，计算的R1=40 时为临界阻尼状态，R40时是欠阻尼，R40时是过阻尼，故会出现不同波形差异。3通过本次实验，使我对二阶电路零输入响应和零状态响应有了进一步的了解，对出现的各不同波形的原因理解更深。实验六 频率特性和谐振的仿真一、实验目的1、 学习pspice软件仿真分析电路的频率特性2、 掌握用pspice软件进行电路的谐振研究。3、 了解耦合谐振的特点二、实验原理在正弦稳态电路中，对于含有

26、电感L和电容C的无源一端口网络，若端口网络和端口电压同相位，则称该网络为谐振网络。谐振既可以通过调节电源的频率产生，也可以通过调节电容元件或电感元件的参数产生。电路处于谐振时，局部会得到高于电源电压数倍的局部电压。三、实验操作过程1、双T型网络如图1所示。分析该网络的频率特性。图1仿真分析得到以下结果：图2如图，这是一个带阻滤波器，低频截止频率近似为182HZ，高频率截止频率近似为3393HZ，带阻宽度3211HZ。2、选做实验（1）图3所示为RLC串联电路，测试其幅频特性，确定其通带宽f。图3仿真分析得以下结果：图4(2) 改进电路，如图6所示，其耦合电感参数设置如下L1=L2=100uH，

27、耦合系数=0.022,观察其谐振频率。图6四实验分析在选做实验中,RLC串联电路的通带宽小于40 KHZ,故要改进该电路,得到磁耦合谐振电路.仿真得到的结果符合设计要求。实验七 三相电路的研究一、实验目的通过基本的星形三相交流电的供电系统实验，着重研究三相四线制和三相三相制，并对某一相开路、短路或者负载不平衡进行研究，从而熟悉星形三相交流电的特性。二、实验原理 1利用三个频率50HZ、有效值220V、相位各相差120度的正弦信号源代替三项交流电、 2星形三相三线制负载不同时的电压波形变化及相应的理论。3星形三相四线制：三项交流源的公共端N与三相负载的公共端相连。4当三相电路出现若干的故障时，对

28、应电压和电流会发生什么现象去验证理论。三、实验操作过程1、电路图如下所示，其中电源为三相对称电流源。负载分为两种情况：一种情况是三相对称负载，此时R=100 ohm,另一种情况是不对称三相负载，此时R=10 ohm.a .绘制电路图，V1 V2 V3设置为 AC=220V, Vampl=311v,freq=50hz,Voff=0,phase分别=0,-120,120.b.设置Transient分析的run time 为40ms.c.运行仿真，其中R1阻值改变得到不同的波形，得到电压波形分别如下：R1=10KR1=5KR1=1Kd.令R1=10K,R2=100K,R3=50K,形成三相不平衡电路

29、,得如下电压波形:2增加中线，并且绘制电路如下图所示：按照与第一步相同的原理得到以下电压波形：R1=1KR1=5KR1=100KR1=50K3、选做实验a .一相短路 中线正常 将短路换作小电阻即可，否则会报错，系统无法分析，故令R1=1 得电压电流波形如下 b .中线正常 一相开路 . C.没有中线 一相短路 d.没有中线 一相开路e.中线有阻抗R5=50K 电路如图：（1）一相短路（2） 一相开路 R1断开五实验分析1三相三线制电路中，负载与电压成正比关系。随着R1阻值减小，其所在的相的电压也减小，其余两相的电压不变。在三相不平衡电路中,负载最大的那一相电压最高,负载最小的那一相电压最低。

30、2三相四线制电路中，因有中线贯穿，电压不会随负载的改变而变化。在选做实验a中,因中线正常,故不管负载是否对称,电压输出均不改变，而电流输出则与负载关系密切，一相短路时，即R1=0时，R1和R2上的电流均为0，R3上电流不改变。实验b中，开路电压输出不影响，所在开路相的电流为0。3三相三线制电路中，各相的电压电流互不影响。在实验 c中，所在短路相的电压为0，电流比另两相大。实验d中，所在开路相的电流为0，电压比另两相大。4在中线有负载的情况下，负载改变对电流电压的影响又有所不同。在实验e 中，因R5的分流或者分压作用，使得开路和短路实验的电压电流输出与无R5时不同。5在实验中，连接中线和不连中线

31、的电压电流与负载关系各不相同，通过本次实验，也认识到了中线在电路中的重要作用。实验八 受控电源的电路设计一、实验目的（1）用PSPICE测试受控电源的控制系数和负载特性。（2）加深对受控电源的理解。二实验原理 受控电源是一种二端口元件，按控制量和被控制量的不同，受控电源可以分为：电压控制电流源、电压控制电压源、电流控制电流源、电流控制电压源，控制系数为常数的受控电源为线性受控电源，它们的控制系数分别为u、g、 r、B。 本实验是运用运放和固定电阻组成上述四种受控电源。其中，电压控制电压源的控制系数u=(1+R1/R2). 电压控制电流源控制系数g=(1/R)。电流控制电压源控制系数 r=-R。电流控制电流源B=(1+R1/R2).三实验操作过程（1）电压控制电压源和电压控制电流元的仿真设计。a.电压控制电压源用PSPICE绘制以下电路，并且设置符号参数。R11k0R21kVV1varU1OPAMP+-OUTPARAMETERS:以下是R1 R2取不同的比值的时候的不同图形 ，同时也有不同的u 值。设置U1为分析变量，进行电