电路仿真实验报告课案.docx
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电路仿真实验报告课案.docx
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电路仿真实验报告课案
实验1、实验2(直流)支路电流法、节点电压法、运算放大电路
学院:
电气工程与自动化专业:
电气工程与自动化
一、实验目的
1、熟悉在OrCAD中的功能及画图操作步骤
2、用电脑解决实际电路问题
二、实验设备
电阻、直流电压源、电压控制的电压源、放大器
三、实验内容
1、用支路电流法求图1电路中各支路电流,及节点电压。
(1)、支路电流法求解电路,计算各支路电流和节点电压。
I(R1)=12\7A;I(R2)=2\7A;I(R4)=2A;U=72∕7V;←
(2)用PSPISE仿真
在Analog库中取出电阻R分别置于R1、R2、R3、R4处,在Analog库中取出取出电压控制电压源E置于受控源处,在SOURCE库中取出支流电压源VDC分别置于V1、V2处,设置参考节点。
在图中设置各电阻和电压源参数,(鼠标双击要设置参数的元件即可进行设置),双击受控源E,在其属性GAIN中设置受控源控制参数3。
保存电路
设置分析类型;PSPISE/NEWsimulationprofile/analysis/analysistype/biaspoint,按确定结束设置
仿真电路,查看各支路电流及节点电压。
仿真结果:
2、用节点电压法求图2电路中各支路电流,及节点电压。
(1)节点电压法求解电路,计算各支路电流和节点电压。
(取不同的节点为参考点)
、取R5及两电源之间的节点为参考点,设其余节点从左到右的节点电压分别为U1、U2、U3,则:
I(R1)=0.21A;I(R2)=0.37A;I(R3)=0.16A;I(R4)=0.61A;I(R5)=0.45A;U1=13.7V;U2=17.81V;U3=30V
、取R1、R2及R3间的节点为参考点,设其余从左至右至下的节点电压分别为U1、U2、U3,则:
I(R1)=0.21A;I(R2)=0.37A;I(R3)=0.16A;I(R4)=0.61A;I(R5)=0.45A;U1=4.11V;U2=16.3V;U3=-13.7V
、取R3、R4及R5间的节点为参考点,设其余从左至右至下的节点电压分别为U1、U2、U3,则:
I(R1)=0.21A;I(R2)=0.37A;I(R3)=0.16A;I(R4)=0.61A;I(R5)=0.45A;U1=-4.12V;U2=12.19V;U3=-17.81V
、取R4及两电源间的节点为参考点,设其余从左至右至下的节点电压分别为U1、U2、U3,则:
I(R1)=0.21A;I(R2)=0.37A;I(R3)=0.16A;I(R4)=0.61A;I(R5)=0.45A;U1=-16.3V;U2=-12.19V;U3=-30V
仿真结果1:
结果2:
结果3:
结果4:
总结:
从以上仿真结果可以看出,当参考结点改变时,各结点电压发生改变,但结点间电压差保持不变,各支路电流也不变。
3、用节点电压法求图3电路中各支路电流,及节点电压。
(Opamp库)
(1)、节点电压法求解电路,计算各电路电流和节点电压。
设从左到右的节点电压分别为U1、U2、U3则:
I(R1)=5mA;I(R2)=5mA;
U1=-88.52uV;U2=-10V;U3=0
(2)用PSPISE仿真,求各支路电流和节点电压。
仿真结果:
4、反相放大器
(1)、计算图示电路输出电压:
根据虚短:
U2=U3=0VI1=V1/R1=5/1000=0.005A=5mA
根据虚断:
I2=I1=5mA
Uo=U1=-(R2*I2-U2)=-(5*2-0)=-10V
(2)、用PSPISE仿真
如图示电路用PSPISE仿真,查看输出电压与输入电压关系。
仿真结果:
由仿真结果可看出=
改变R2阻值,查看输出电压与输入电压关系。
若R2大于3K查看输出电压与输入电压关系,并说明仿真结果。
R2分别为2.5K,4K和5K,仿真结果如下:
R2改为2.5K,可看出输出电压为-12.5V,=-2.5;
R3改为4K,R3改为5K输出电压为均为-15.16v,达到饱和,不再随R2与R1的比值的增大而增大。
5、同相放大器
(1)、计算图示电路输出电压:
根据虚短:
U2=U3=1V;
I1=U2/R1=1/1000=0.001A=1mA
根据虚断:
I2=I1=1mA
U1-U2=R2*I2U1=R2*I1+U2=2V
(2)、用PSPISE仿真:
如图示电路用PSPISE仿真,查看输出电压和输入电压的关系。
仿真结果如图:
则由上述结果可知,U输出约为2V,与公式相符。
(2)改变R2阻值,查看输出电压与输入电压关系。
若R2大于15K查看输出电压与输入电压关系,并说明仿真结果。
令R2=15K,仿真结果如下电路图:
结论:
随着R2的扩大,到一定值时,输入电压和输出电压反相,且达到饱和。
6、三输入加法电路
(1)、计算图示电路输出电压。
根据虚短:
U2=U3=0I1=V1/R1=1/1000=0.001A=1mA
I2=V2/R2=1mAI3=V3/R3=2/1000=0.002A=2mA
根据虚断:
I4=I1+I2+I3=1mA+1mA+2mA=4mA
Uo=U1-U2=-(R4*I4)=-(1*4)=-4V
(2)、用PSPISE仿真
如图示电路用PSPISE仿真,查看输出电压与输入电压关系。
仿真结果:
输出电压与输入电压的关系如下:
由仿真结果可看出=
(2)改变R1R2R3R4阻值,查看输出电压与输入电压关系。
并说明仿真结果。
令R1、R2、R3、R4均为10K时仿真结果如下:
输出电压与输入电压的关系如下:
当R1,R2,R3,R4阻值都为相同时,电阻变化不会引起输入电压和输出电压比值的大小。
七、差分放大电路
1、计算图示电路输出电压。
(1/R2+1/R1)*Un2-U1/R1=V1/R2
(1/R3+1/R4)*Un3=V2/R3
代入数值解得Un3=10/3=3.33V根据虚短得出Un2=Un3=3.33V
将Un2代入
(1)式得,U1=7.33V;Uo=U1=7.33V
2、用PSPISE仿真
(1)如图示电路用PSPISE仿真,查看输出电压与输入电压关系。
说明输入电压和输出电压关系
(2)若R4/R1=R3/R2,查看输出电压与输入电压关系。
并说明仿真结果。
仿真结果如下:
输出电压与输入电压的关系:
若R4/R1=R3/R2,查看输出电压与输入电压关系。
并说明仿真结果。
仿真结果如下:
输出电压和输入电压的关系:
实验三仿真一阶电路
一阶电路
一、RC零状态
1、图中电容初始值UC(0-)=0V开关在t=0时闭合t<0时已稳态,计算图示电路中t>0电容端电压,及各个支路电流。
计算时间常数
开关闭合后,Uc(0+)=Uc(0-)=0V
Us=60V,R=R1//R2=20,τ=RC=10s
Uc=Us(1-e^(-0,1t))=20(1-e^(-0,1t))V
Ic=c=2.5(e(-0.1t)-1)
2、用PSPISE仿真
(1)如图示电路用PSPISE仿真,查看电容电压与各个支路电流。
并运用示波器探头查看电容电压与各个支路电流波形。
仿真结果如下:
电容电压波形如下:
各个支路电流波形图如下:
(2)改变电容、电阻大小使增大到原先2倍,查看电容电压与各个支路电流。
并运用示波器探头查看电容电压与各个支路电流波形.
仿真结果如下:
电容电压波形如下:
各个支路电流波形图如下:
改变电容、电阻大小使减小到原先2倍,查看电容电压与各个支路电流。
并运用示波器探头查看电容电压与各个支路电流波形。
仿真结果如下:
电容电压波形如下:
各个支路电流波形图如下:
二、RC零输入
(设置IC值即为电容初值)
1、图中电容初始值UC(0-)=30V开关在t=0时闭合t<0时已稳态,计算图示电路中t>0电容端电压,及各个支路电流。
计算时间常数。
τ=RC=10s
开关闭合时,Uc=30e^(-4t)V
Ic=-=60e^(-4t)A
2、用PSPISE仿真
(1)如图示电路用PSPISE仿真,查看电容电压与各个支路电流。
并运用示波器探头查看电容电压与各个支路电流波形。
仿真结果:
电容电压如下:
各支路电流波形如下:
2)改变电容、电阻大小使减小到原先2倍,查看电容电压与各个支路电流。
并运用示波器探头查看电容电压与各个支路电流波形。
电压波形
电流波形:
3)改变电容、电阻大小使增大到原先2倍,查看电容电压与各个支路电流。
并运用示波器探头查看电容电压与各个支路电流波形。
仿真结果如下:
电流波形:
三、全响应
1、图中电容初始值UC(0-)=-30V开关在t=0时闭合t<0时已稳态,计算图示电路中t>0电容端电压,及各个支路电流。
计算时间常数。
τ=RC=10s
Uc=30e^(-4t)+20(1-e^(-0,1t))V
Ic=2.5e^(-0.1t)-60e^(-4t)A
2、用PSPISE仿真
(1)如图示电路用PSPISE仿真,查看电容电压与各个支路电流。
并运用示波器探头查看电容电压与各个支路电流波形。
电压
电流
(2)改变电容、电阻大小使增大到原先2倍,查看电容电压与各个支路电流。
并运用示波器探头查看电容电压与各个支路电流波形。
仿真结果如下:
电压
电流
3)改变电容、电阻大小使减小到原先2倍,查看电容电压与各个支路电流。
并运用示波器探头查看电容电压与各个支路电流波形。
实验四仿真二阶电路
1、求零状态响应,查看各个元件电压及回路电流.波形,比较下面三种情况下波形特点。
(1)、
仿真结果如下:
电压波形:
电流波形:
(2)
仿真结果如下:
元件电压及回路电流波形如下:
(3)
仿真结果如下:
元件电压及回路电流波形如下:
2、求零输入响应,UC(0-)=30V查看各个元件电压及回路电流.比较下面三种情况下波形特点。
(1)、
仿真结果如下:
元件电压及回路电流波形如下:
(2)、
仿真结果如下:
电压和电流的输出波形:
(3)、
仿真结果如下:
电压和电流的输出波形:
3求零输入响应,IL(0-)=3A查看各个元件电压及回路电流.比较下面三种情况下波形特点。
(1)、
仿真结果如下:
电压波形:
电流波形:
(2)、
仿真结果如下:
电压波形:
电流波形:
(3)、
仿真结果如下:
电容电压波形如下:
电流波形:
4求全响应,UC(0-)=30V查看各个元件电压及回路电流.比较下面三种情况下波形特点。
(1)、
电压波形:
电流波形:
(2)、
仿真结果如下:
电压波形:
电流波形:
电流波形:
(3)R=2
仿真结果如下:
电压波形:
电流波形:
5.求全响应,IL(0-)=3A查看各个元件电压及回路电流.比较下面三种情况下波形特点。
(1)、
仿真结果如下:
电流波形:
(2)、
仿真结果如下:
电压波形如下:
电流波形如图:
6.求全响应,IL(0-)=3A,UC(0-)=30V查看各个元件电压及回路电流.比较下面三种情况下波形特点。
(1)
仿真结果如下:
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