电路仿真实验报告.docx
- 文档编号:30172386
- 上传时间:2023-08-05
- 格式:DOCX
- 页数:24
- 大小:590.46KB
电路仿真实验报告.docx
《电路仿真实验报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电路仿真实验报告.docx(24页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
电路仿真实验报告
实验1叠加定理的验证
一、电路图
二、实验步骤
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(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=1Ω,直流电压源V1为12V,直流电流源I1为
10A。
3.实验步骤:
1)、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;
根据电路分析原理,解释三者是什么关系?
并在实验报告中验证原理。
三、实验数据:
电压
电流
U/V
I/A
第一组
12V
10A
6.800
-1.600
第二组
0V
10A
2.000
-4.000
第三组
12V
0A
4.800
2.400
四、实验数据处理:
U2+U3=2.000V+4.800V=6.800V=U3
I2+I3=(-4.000A)+2.400A=-1.600A=I1
五、实验结论:
由电路分析叠加原理知:
由线性电路、线性受控源及独立源组成的电路中,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时,在该元件上产生的的电流或电压的代数和。
本次实验中,第一组各数据等于第二组与第三组各对应实验数据之和,与叠加原理吻合,验证了叠加原理的正确性,即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时,在该元件上产生的的电流或电压的代数和。
实验2并联谐振电路仿真
一、电路图:
二、实验步骤:
1.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,并
按上图连接;
2.设置电路参数:
将交流分析量值设置为5V,电压源V1设置为5V,频率设为500Hz,
设置电阻R1=10Ω,电阻R2=2KΩ,电感L1=2.5mH,电容C1=40uF。
并如图所示对电容上方的线名称改为“out”。
3.分析参数设置:
(1)AC分析
①类型设置
仿真→分析→交流分析。
②参数设置
起始频率设为1Hz,停止频率设为100MHz,扫描类型为十倍频程,每十倍频程点数设为10,垂直刻度设为线性,其他保持默认,单击“确定”。
然后选择对话框菜单栏的“输出”按钮,在左侧的“所有变量”中选择“V(out)”(双击)。
③仿真
在交流分析参数都设置好以后,单击对话框中的“仿真”
按钮,开始仿真。
④记录结果
在所得图形上点击右键,将图片复制并粘贴在新建word文
档中。
之后单击“工具”菜单,选择“导出到Excel”选
项,将实验数据以excel的形式保存。
(2)瞬态分析
①类型设置
仿真→分析→瞬态分析。
②参数设置
由信号源f=500Hz,可得周期为0.002s,五个周期即0.01s。
参数设置起始时间设为0s,结束时间设为0.01s,其他参
数保持默认,单击“确定”。
然后选择对话框菜单栏的“输
出”按钮,在左侧的“所有变量”中选择“V(out)”。
③仿真
在瞬态分析参数都设置好以后,单击对话框中的“仿真”
按钮,开始仿真。
④记录结果
在所得图形上点击右键,将图片复制并粘贴在新建word文
档中。
之后单击“工具”菜单,选择“导出到Excel”选项,
将实验数据以excel的形式保存。
4.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。
三、仿真结果:
按上述步骤进行完毕后,得到仿真结果如下图所示:
1.交流分析仿真结果:
2.瞬态分析仿真结果:
四、实验结果分析
将电路化作等效向量模型,计算其阻抗得电路谐振条件:
L=1/C,其谐振频率为
。
本实验中的电路满足谐振条件,并联谐振电路呈电阻性,当f=f0时,电路为纯电阻电路,其阻抗模最小,电路中电流最大,此时,R2两端电压最大。
由仿真结果可知,当f=510.03Hz时,其输出达到最大值,与理论结果相接近,得以验证。
由瞬态分析结果计算可知,时域波形的频率为500Hz,幅值约为7.09,与理论值基本吻合。
综上所述,结果与理论值相符,正确。
实验3含运算放大器的比例器仿真
一、电路图:
二、实验步骤
1.原理图编辑:
分别调出电阻R1、R2,虚拟运算放大器OPAMP_3T_VIRTUA(在ANALOG
库中的ANALOG_VIRTUAL中,放置时注意同相和方向引脚的方向);
调用虚拟仪器函数发生器FunctionGenerator与虚拟示波器
Oscilloscope。
2.设置电路参数:
电阻R1=1KΩ,电阻R2=5KΩ。
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。
3、仿真结果:
按照上述步骤操作完成之后,可在示波器上观察到如下波形:
四、实验结果分析
对与节点2可列节点方程:
由理想运放特点可知:
u2=0(虚断)
由仿真结果可知,输出信号与输入信号反相,且被放大R2/R1=5倍,与理论一致。
故测量结果得以验证。
实验4二阶电路瞬态仿真
一、电路图:
二、实验步骤
1.初步设置
C1的电容值分别取1000u、500u、100u、10u,并设置初始值为5V,
电感L1=1mH,使用瞬态分析求出上图中各节点的V(out)节点的时
域响应,并能通过数据计算出对应电路谐振频率(零输入响应)。
2.分析电路
(1)参数扫描分析
①类型设置
仿真→分析→参数扫描。
②参数设置
选择扫描参数的器件类型为“电容”,扫描变量类型为“列
表”,分别将0.001,0.0005,0.0001,1e-005输入“值列
表”选框内。
然后选择“输出”,在左侧的“所有变量”中
选择“V(out)”。
③仿真
单击参数扫描分析对话框的“仿真”按钮,开始仿真。
④记录结果
在所得图形上点击右键,将图片复制并粘贴在新建word文档
中。
之后单击“工具”菜单,选择“导出到Excel”选项,
将实验数据以excel的形式保存。
(2)瞬态分析
①类型设置
参数扫描分更多选项待扫描的分析瞬态分析。
②参数设置
单击“编辑分析”,初始条件设为“用户自定义”,起始时间
设为0,结束时间设为0.01,单击“确定”。
③仿真
④记录结果
在所得图形上点击右键,将图片复制并粘贴在新建word文档
中。
之后单击“工具”菜单,选择“导出到Excel”选项,
将实验数据以excel的形式保存。
三、仿真结果:
四、实验结果分析
LC电路的零输入响应是按正弦方式变化的等幅振荡,由仿真数据计算得对应的谐振频率如下:
电容C/uF
1000
500
100
10
周期/ms
6.3
4.7
2.0
0.653
频率/Hz
158.73
212.77
500
1531.09
ω/(rad/s)
997.33
1336.87
3141.59
9620.11
实验5戴维南等效定理的验证
1、电路图
Figure1:
Figure2:
Figure3:
Figure4:
2、实验步骤
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Figure1连接运行,并记录电压表和
电流表的值;
2)如Figure2连接,将电压源从电路中移除,并使用虚拟一下数字
万用表测量电路阻抗
3)如Figure3连接,将电阻RL从电路中移除,并使用电压表测量开
路电压;
4)如Figure4连接,验证戴维南定理;
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Figure1和Figure4中电压表和电流表的值的异同,并解释
原因。
三、实验数据
Figure1
电压2.713V
电流5.772mA
Figure2
电阻223Ohm
Figure3
开路电压4.000V
Figure4
电压2.713V
电流5.772mA
四、实验数据处理:
电压U1=2.713V=U4
电流I1=5.772mA=I4
五、实验结论:
由电路分析戴维南定理知:
含独立电源的线性电阻单口网络N,就端口特性而言,可以等效为一个电压源和电阻串联的单口网络。
电压源的电压等于单口网络在负载开路时的电压uoc;电阻R0是单口网络内全部独立电源为零值时所得单口网络N0的等效电阻。
本次实验中,Figure2实验测定了戴维南等效电阻R0的值为223Ohm,Figure3实验测定了戴维南开路电压uoc的值为4.000V,在Figure4中,原电路已由等效电阻R0和开路电压uoc代替,端口特性完全吻合,电压及电流的数值匹配,验证了戴维南等效电路的正确性。
实验6元件模型参数的并联谐振电路
一、电路图
二、实验步骤
1.原理图编辑
分别调出电阻R1、R2,电容C1、电感L1、信号源V1,并正确连接。
2.初步设置
设置电阻R1=10Ω,电阻R2=2KΩ,电感L1=2.5mH,电容C1=40uF。
信号源V1设置频率为500Hz,电压峰值设为5V,交流分析量值设
为5V。
3.分析电路
(1)参数扫描分析
①类型设置
仿真分析参数扫描。
②参数设置
选择扫描参数的器件类型为“电容”,扫描变量类型为“列
表”,分别将4e-007,4e-006,4e-005,4e-004输入“值列
表”选框内。
然后选择对话框菜单栏的“输出”按钮,在左
侧的“所有变量”中选择“V(out)”。
③仿真
④记录结果
(2)AC分析
①类型设置
参数扫描分析更多选项待扫描的分析交流分析。
②参数设置
单击“编辑分析”,起始频率设为1Hz,停止频率设为100MHz,
扫描类型为十倍频程,每十倍频程点数设为10,垂直刻度
设为线性,其他保持默认,单击“确定”。
③仿真
④记录结果
⑤重复试验
之后再依次将交流分析扫描对话框中的“每十倍频程点数”
分别改为100和1000,分别得到三种情况下的仿真结果。
4.参数扫描分析设置:
simulate–>ParameterSweep:
AC分析设置:
扫描范围1Hz~100MHz,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。
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。
三、仿真结果:
按上述步骤进行完毕后,得到仿真结果如下图所示:
①每十倍频程点数为10:
②每十倍频程点数为100:
③每十倍频程点数为1000:
四、实验结果分析
1.影响波形不同的原因
谐振条件:
电容大小满足L=1/C。
L>1/C,电路显电感性,电流滞后于电压;
L<1/C,电路显电容性,电压滞后于电流。
2.AC分析是在正弦小信号工作条件下的一种频域分析。
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参数数值变化的情况下,对电路的特性进行分析。
实验7电路过渡过程的仿真分析
一、电路图
二、实验步骤
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:
InitialValue1V,PulsedValue0V,
DelayTime0s,RiseTime0s,FallTime0s,PulseWidth60
μs,Period120μs。
(该电压源用于产生方波信号)
2.分析电路
(1)瞬态分析
①类型设置
仿真→分析→瞬态分析
②参数设置
起始时间设为0,结束时间设为5*120us=0.0006s(5个周
期),其他保持默认。
然后选择对话框菜单栏的“输出”按
钮,在左侧的“所有变量”中选择“V(out)”。
③仿真
④记录结果
(2)参数扫描分析
①类型设置
仿真→分析→参数扫描
②参数设置
选择扫描参数的器件类型为“电阻”,名称为“R1”,参数为
“阻抗”,扫描变量类型为“列表”,分别将500,2000,5000
输入“值列表”选框内。
然后选择“更多选项→待扫描的分
析→瞬态分析→编辑分析”,调出瞬态分析扫描对话框,起
始时间设为0,结束时间设为0.0006s,其他保持默认,单
击“确定”。
③仿真
④记录结果
3.观察电容上的电压波形(使用瞬态分析,分析时间为5倍的方波信
号周期),并判断UC(t)的响应属于何种形式(过阻尼/欠阻尼/临界
阻尼)。
4.通过计算的阻尼电阻,使用参数分析方法设置三个电阻值(分别对
应过阻尼/欠阻尼/临界阻尼状态),观察出其它三种响应形式(过
阻尼/欠阻尼/临界阻尼)。
在实验报告中重点分析响应波形不同的
原因(根据计算得到的仿真电路的时域特性来解释)。
并介绍瞬态
分析和参数分析的特点。
三、仿真结果
过阻尼:
临界阻尼:
欠阻尼:
四、实验结果分析
1.波形不同的原因
在电路中,电感电容串联,它们的电流相位相同,两端电压相位相反。
电源在其一个周期内对电容充电,因而电容电压上升,当电路中电流下降为零时,电容储能达到最大,电压也最大;以后电容放电,将能量转移给电感,同时在电阻上消耗一部分。
当电路中电阻较小(小于临界阻尼)时,能量可以在电感电容两部分之间来回转移,并在电阻上不断消耗,直至能量耗尽,被电源再一次充电,进而产生震荡性响应;当电阻增大时,能量在电阻上消耗的部分增多,于是电路的震荡次数减少,甚至一次完整的震荡都无法完成,故形成了临界阻尼与过阻尼状态下的非震荡型波形图。
2.三种分析方法的特点
瞬态分析是一种非线性时域分析方法,是在给定输入激励信号时,分析电路输出端的瞬态响应。
在进行瞬态分析时,首先计算电路的初始状态,然后从初始时刻起,到某个给定的时间范围内,选择合理的时间步长,计算输出端在每个时间点的输出电压,输出电压由一个完整周期中的各个时间点的电压来决定。
参数扫描分析是在用户指定参数数值变化的情况下,对电路的特性进行分析。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电路 仿真 实验 报告