电路仿真实验报告

电路仿真实验报告实验一直流电路工作点分析和直流扫描分析一、实验目的（1）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、Probe窗口的设置和分析的运行过程等。（2）学习使用Pspice进行直流工作点的分析和直流扫描的操作步骤。二、原理与说明对于电阻电路，可以用直观法列些电路方程，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。三、实验示例1、利用Pspice绘制电路图如下2、仿真（1）点击Psipce/NewSimulationProfile,输入名称；（2）在弹出的窗口中BasicPoint是默认选中，必须进行分析的。点击确定。（3）点击Pspice/Run(快捷键F11)或工具栏相应按钮。（4）如原理图无错误，则显示PspiceA/D窗口。（5）在原理图窗口中点击V,I工具栏按钮，图形显示各节点电压和各元件电流值如下。四、选做实验1、直流工作点分析，即求各节点电压和各元件电压和电流。2、直流扫描分析，即当电压源的电压在0-12V之间变化时，求负载电阻Rl中电流虽电压源的变化曲线。曲线如图：直流扫描分析的输出波形3、数据输出为：V_Vs1I(V_PRINT1)0.000E+001.400E+001.000E+001.500E+002.000E+001.600E+003.000E+001.700E+004.000E+001.800E+005.000E+001.900E+006.000E+002.000E+007.000E+002.100E+008.000E+002.200E+009.000E+002.300E+001.000E+012.400E+001.100E+012.500E+001.200E+012.600E+00从图中可得到IRL与US1的函数关系为：IRL=1.4+（1.2/12）US1=1.4+0.1US1五、思考与讨论1、根据仿真结果验证基尔霍夫定律根据图1-1，R1节点：2A+2A=4A,R1,R2,R3构成的闭合回路：1*2+1*4-3*2=0，满足基尔霍夫定律。2、由图1-3可知，负载电流与1SU呈线性关系，3RI=1.4+(1.2/12)1SU=1.4+0.11SU，式中1.4A表示将1SU置零时其它激励在负载支路产生的响应，0.11SU表示仅保留1SU，将其它电源置零（电压源短路，电流源开路）时，负载支路的电流响应。3、若想确定节点电压Un1随Us1变化的函数关系，应如何操作？应进行直流扫描，扫描电源Vs1，观察Un1的电压波形随Us1的变化，即可确认其函数关系！4、若想确定电流Irl随负载电阻RL的变化的波形，如何进行仿真？将RL的阻值设为全局变量var，进行直流扫描，观察电流波形即可。六、实验心得1、由实验图形和数据可知实验中的到的曲线满足数据变化规律，得到的函数关系式是正确的。2、通过仿真软件可以很方便的求解电路中的电流电压及其变化规律。实验二戴维南定理和诺顿定理的仿真一、实验目的（1）进一步熟悉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。（2）加深对戴维南定理与诺顿定理的理解。二、原理与说明戴维南定理指出，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的串联的支路来代替，该电路的电压等于原网络的开路电压，电阻等于原网络的全部独立电压源置零后的输入电阻。诺顿定理指出，任一线性有源一端口网络，对外电路来说，可以用一个电流源与电导的并联的支路来代替，该电路的电流等于原网络的短路电流，电导等于原网络的全部独立电源置零后的输入电导。。三、实验内容（1）测量有源一端口网络等效入端电阻和对外电路的伏安特性。其中U1=5V,R1=100Ω,U2=4V,R2=50Ω,R3=150Ω。（2）根据任务1中测出的开路电压，输入电阻组成等效有源一端口网络，测量其对外电路的伏安特性。（3）根据任务1中测出的短路电流，输入电阻组成等效有源一端口网络，测量其对外电路的伏安特性。四、实验步骤（1）在Capture环境下绘制编辑电路，包括原件、连线、输入参数和设置节点等。分别编辑原电路、戴维南等效电路和诺顿等效电路。（2）为测量原网络的伏安特性，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的阻值野设为该变量{var}。（3）设定分析类型为“DCSweep“，扫描变量为全局变量var，并具体设置线性扫描的起点为IP,终点为IG,步长为IMEG。(4)系统启动分析后，自动进入Probe窗口。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1，终点为10k，步长为100。重新启动分析，进入Probe窗口。选择Plot=＞AddPlot增加两个坐标轴，选择Plot=＞XAxisSettings=＞AxisVariable，设置横轴为V（RL:2）,选择Trace=＞Add分别在三个轴上加I(RL)、I(RLd)和I(RLn)变量。显示结果如图。V(R9:2)0V0.4V0.8V1.2V1.6V2.0V2.4V2.8V3.2V3.6V-I(RLn)0A100mA200mA-I(RLd)0A100mA200mA-I(R9)0A100mA200mASEL五、思考与讨1、戴维南定理和诺顿定理的使用条件是什么？戴维南定理和诺顿定理只适用于线性元件。六、实验结果1、经过计算出等效参数，将原电路等效成戴维南电路和诺顿电路，进行实观察。2、由曲线可分析得知戴维南等效电路和诺顿等效电路的试验曲线与原电路基本相同，由此可以说明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（1）学习用Pspice进行正弦稳态电路的分析。（2）学习用Pspice进行稳态电路的交流扫描分析。（3）熟悉含受控源电路的联接方法。二．原理与说明在电路中已经学过，对于正弦稳态电路，可以用向量法列写电路方程（之路电流法.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软件是用向量形式的节点电压法对正弦稳态电路进行分析的。三．实验示例（1）正弦稳态分析。以图示电路为例，其中正弦电源的角频率为10Krad/s，要求计算两个回路中的电流。a．在capture环境下编辑电路，互感用符号“XFRM-LINER表示。参数设置如下：L1-VALUE,L2-VALUE为感抗，COUPLE为耦合系数。b．设置仿真，打开分析类型对话框，对于正弦电路分析要选择ACSweep。单击该按钮后，可以打开下一级对话框交流扫描分析参数表，设置具体的分析参数。对于图示的电路，设置为：ACSweepType选择为Linear，SweepParameters设置为----StartFreq（起始频率）输入1592，EndFreq（终止频率）也输入1592，TotalPts（扫描点数）输入1.c．运行软件仿真计算程序，在Probe窗口显示交流扫描分析的结果。d．为了得到数值的结果，可以在两个回路中分别设置电流打印机标识符。如图所示，其中电流打印机标识符的属性设置分别为I(R1)和I(C1),设置项有（AC,MAG,REAL,PHASE,IMAG）.即得到仿真的结果输出。.FREQIM(V_PRINT1)IP(V_PRINT1)IR(V_PRINT1)II(V_PRINT1)1.592E+032.268E-038.987E+015.145E-062.268E-03FREQIM(V_PRINT2)IP(V_PRINT2)IR(V_PRINT2)II(V_PRINT2)1.592E+032.004E+008.987E+014.546E-032.004E+00TX1C110uV310Vac0VdcIPRINT0R110IPRINT四．选做实验（1）以给出的实验例题和实验步骤，用Pspice独立的做一遍，给出仿真结果。（2）对正弦稳态电路进行计算机辅助分析，求出各元件的电流，电路如图所示，其中电压源Us=100cos（1000t）V，电流控制电压源的转移电阻是20欧姆。R32V11000Vdc0R22+-H1HR42C11000uR11L11mH12R53Frequency80Hz159Hz239HzI(R1)I(R2)I(R3)I(R4)I(R5)I(C1)I(L1)0A20A40A60A实验方法：进行交流扫描，扫描频率为1000/(2*3.14)=159.2Hz，得到几个电流值的点。（4）电路如图，Us=220cos（314t）V。电容是可调的，其作用是为了提高电路的功率因数。试分析电容为多大值时，电路的功率因数为1.V1220Vac0VdcC1{var}L10.2H12PARAMETERS:0IR1100对电容的值设置全局变量，进行扫描，观测流过电源的电流，当电流最小时所得的电容就是使功率因数为1时的电容。仿真结果如下：var05u10u15u20u25u30uI(V1)1.4A1.6A1.8A2.0A(14.340u,1.5773)根据仿真结果可以得出，当电容为14.34uf时，电流最小为1.6733A。五、思考与讨论1.为了提高功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流之路，但电路的总电流却减小了，此时感性元件上的电流和功率却不变。2.提高线路的功率因数只采用并联电容的方法，而不采用串联法是因为串联会改变感性负载上的电流，增加了电路的总功率。并联的电容不是越大越好，电容过大反而会使功率因数减小。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的关系。二．原理与说明电路在一点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。从一种稳定状态转到另一种新的状态往往不能跃变，而是需要一定的过渡过程的，这个物理的过程就称为电路的过渡过程。电路的过渡过程往往是短暂的，所以电路的过渡过程中的工作状态成为暂态，因而过渡过程又称为暂态过程。三．实验示例（1）分析图示RC串联电路在方波激励下的全响应。其中方波激励图如图所示，电容的初始电压为2V（电容Ic设为2V）。a）编辑电路。其中方波电源是SOURCE库中的VPULSE电源。并且修改方波激励的属性。为分辨电容属性，电容选取Analog库中的C-elect（电容Ic设为2V）。b）设置分析的类型为Transient。其中PrintStep设为2ms，FinalTime设为40ms。c)设置输出方式。为了观察电容电压的充放电过程与方波的激励关系，设置两个节点电压标识符以获得激励和电容电压的波形，设置打印电压标识符VPRINT1以获取电容电压数值输出。V1TD=2msTF=0.001usPW=2msPER=4msV1=0TR=0.001usV2=70R11.8kVVC12ud）仿真计算及结果分析。经计算得到输出图形。Time0s5ms10ms15ms20ms25ms30ms35ms40msV(V1:+)V(C1:+)0V2.0V4.0V6.0V8.0VTIMEV(N00159)0.000E+002.000E+002.000E-031.146E+004.000E-033.645E+006.000E-032.089E+008.000E-034.185E+001.000E-022.399E+001.200E-024.363E+001.400E-022.500E+001.600E-024.421E+001.800E-022.534E+002.000E-024.440E+002.200E-022.545