Multisim仿真实训报告概要.docx

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Multisim仿真实训报告概要

EDA

工

具

训

练

实

训

报

告

学院：

电气与控制工程学院

班级：

自动化1201

姓名：

学号：

实验1：

三相电路仿真

1．电路设计及功能介绍

三相电路是一种特殊的交流电路，由三相电源、三相负载和三相输电线路组成。

世界上电力系统电能生产供电方式大都采用三相制。

三相电路由三相交流电源供电，三相交流电源指能够提供3个频率相同而相位不同的电压或电流的电源，三相发电机的各相电压的相位互差120°。

三相电路有电源和负载Y连接和△连接等连接方式，本次仿真采用Y--Y连接。

2．三相电路电路分析

1.三相对称负载Y--Y连接。

图1-1为其电路仿真。

图1-1.三相电路对称负载仿真

线电流（相电流）/A

相电压/v

负载电压/v

中性线电流/uA

2.2

381.077

220.015

8.277

表1-1三相电路对称负载仿真各项数据

2.去掉中性线后三相对称负载电路仿真，如图1-2.

图1-2去掉中性线后.三相电路对称负载仿真

线电流（相电流）/A

相电压/v

负载电压/v

2.2

381.077

220.015

表1-2去掉中性线后三相电路对称负载仿真各项数据

3.改变三相对称负载的大小，如图1-3.

图1-3改变三相对称负载后三相电路对称负载仿真各项数据

线电流（相电流）/A

相电压/v

线电压/v

4.4

381.077

220.015

表1-3改变三相对称负载后三相电路对称负载仿真各项数据

4.三相负载三角形联结的电路仿真

图1-4.三相电路△负载仿真

线电压（相电压）/v

线电流/A

相电流/A

381.069

6.6

3.811

表1-4.三相电路△负载仿真各项数据

本实验包括四个部分，一是三相对称负载Y--Y接法，二是去掉一中的中性线，通过一和二的对比可以得出三相电路中中性线的作用，三改变了对称负载的大小，可以得出负载大小对各项数值的影响，四十三相对称负载Y--△接法，通过四与一二三的对比，可以发现△负载与Y负载的不同。

通过对比以上各组实验及数据，可以得到：

1.在Y--Y三相对称负载电路中，中性线上电流几乎为零，中性线不起作用。

2.三相对称负载变化会引起线电流变化，其他不变。

3.负载Y接法中，线电流等于相电流，负载对称，线电压是相电压的1.73倍。

4.负载△接法中，线电压等于相电压，负载对称，线电流是相电流的1.73倍。

三．总结与展望

世界上电力系统电能生产供电方式大都采用三相制。

说明三相电路在实际生产生活中具有重要意义。

对于我们电类专业的学生，将来如果从事与专业相关的工作，供电是基础，所以我们要研究三相电路，研究它各方面特点，熟练掌握Y接法和△接法。

通过本次试仿真实验，加深了我们对三相电路的了解，为将来研究和运用三相电路打下了基础。

实验二：

RLC串联谐振

1．电路设计及功能介绍：

电路原理：

当ωL-1/ωC=0时，电路中的电流与激励电压同相，电路处于谐振状态振角频率ω0 =1/LC ，谐振频率f0=1/2πLC。

谐振频率仅与原件L、c的数值有关，而与电阻R和激励电源的角频率ω无关，当ωω时，电路呈容性，阻抗角φ<0；当ω>ω0时，电路呈感性，阻抗角φ>0。

 1电路处于谐振状态时的特性。

（1）、回路阻抗Z0=R,| Z0|为最小值，整个回路相当于一个纯电阻电路。

（2）、回路电流I0的数值最大，I0=US/R。

（3）、电阻上的电压UR的数值最大，UR=US。

（4）、电感上的电压UL与电容上的电

压UC数值相等，相位相差180°，UL=UC=QUS。

图2-1RLC串联谐振仿真

2．电路分析

设置电感100uH，电容100uF，然后根据公式

确定了电源频率1.6kHZ,同时，电源电压我为3v。

由双踪示波器的波形可知，输入输出电压波形同相位，符合谐振的特点。

接着我用电路的相频特性图，印证了电流电压波形同相位时，谐振频率为1.644KHZ，与计算值几乎相同。

图2-2RLC串联电路波特图

根据公式：

保持LC的之不变，通过改变负载R的值,得到几组不同的品质因数以及相应的幅频特性图：

（1）R=1K

图2-3R=1K时电路的波特图

（2）R=10K

图2-4R=10K时电路的波特图

（3）R=100欧

图2-5R=100时电路的波特图

（4）R=1欧

图2-6R=1时电路的波特图

经过上面几幅图的比较分析，发现：

1.随着R值的减小，品质因数不断加大，幅频特性图越来越尖，同时也意味着选频特性越好。

2.从Multisim仿真软件进行RLC串联谐振电路实验的结果来看，RLC串联谐振电路在发生谐振时，电感上的电压UL与电容上的电压UC 大小相等，相位相反。

这时电路处于纯电阻状态，且阻抗最小，激励电源的电压与回路的响应电压同相位。

谐振频率f0与回路中的电感L和电容C有关，与电阻R和激励电源无关。

品质因数Q值反映了曲线的尖锐程度，电阻R的阻值直接影响Q值。

三．总结与展望

通过研究RLC谐振电路发生谐振的条件以及各种条件对谐振的影响，加深了对谐振的理解。

实验三：

半波整流电路仿真实验

1．电路设计及功能介绍

半波整流电路是利用二极管的单向导通性，可以将交流电变换成直流电。

半波整流电路是一种较为简单的整流电路。

如图2-1，当交流电在正半周期时，二极管导通，电阻两端电压与电源电压相似。

当交流电变为负半周期时，二极管反向截止。

电阻两端电压变为零。

单向半波可控整流电路的特点是简单，输出脉动大。

在实际使用过程中需要变压器，而变压器二次电流中含有直流分量，容易造成变压器铁心直流磁化。

所以实际中很少应用此种电路，而分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特点，建立起整流电路的基本概念。

图2-1半波整流电路

如图2-1，二极管型号为1N4001，负载为3kΩ的电阻，上方接有双踪示波器，可以同时观察电源电压波形与负载电压波形。

设计要求与思考：

1）利用半波整流电路输入电压与输出电压计算公式，计算输出直流电压。

2）比较半波整流平均输出电压的计算值与仿真测量值，情况如何？

二：

电路分析

电源与负载的波形如图2-2所示

图2-2半波整流电路波形

该实验为半波整流电路实验，需要通过观察输入电压与输出电压的波形来知道该电路是否具有整流作用。

而观察图中波形，我们可以发现输出电压只有正半周而没有负半周，确实达到了整流的目的。

根据半波整流的特点，可以得出负载电压与电源电压的关系为U

=

0.45

而30×0.45=13.5即输出直流电压应为13.5V，而仿真实验中得到的输出电压为13.188V，与计算值基本接近。

3．总结与展望

半波整流电路是最基本的整流电路，他结构简单，便于理解和分析，可以帮助我们建立起整流电路的基本概念。

而整流电路的应用十分广泛，例如直流电动机，电镀、电解电源、同步发电机励磁、通信系统电源等。

按照不同角度分类。

按照组成器件分为不可控，半控和全控；按照电路结构可以分为桥式和零式；按相数可以分为三相和单相。

该电路为单相半波整流。

通过该实验，加深了我对整流电路的理解，为将来学习研究整流电路做好了铺垫。

实验四：

单管放大器电路

一．电路分析及设计

通过对单管放大器的设计练习，掌握晶体管仿真电路的设计与分析方法。

单管放大器是晶体管放大器的基础，注意参数设置和分析方法的选择，同时通过区分不同类型的放大器的结构和特点，加深对不同类型放大器的了解。

图4-1单管共射极放大电路

本次实验以2N2222A型号的三极管为核心元件，采用其共射极接法，同时用R2和R3构成分压偏置电路，并在发射极接有电阻R5，一稳定放大器的静态工作点。

当在放大器的输入端加入输入信号ui后，在放大器的输出端便可得到一个与输入同相位的，幅值被放大了的输出信号U0，从而实现了电压放大

二．电路分析

1.静态工作点分析

图4-2单管共射极放大电路静态工作点

输出输入波形的周期：

1.014ms。

输入10mv,输出1v，因此放大倍数为100倍

2.单管放大器的动态分析

图4-3单管共射极放大电路输入及输出波形

图4-4单管共射极放大电路幅频特性及相频特性

由图可知，该单管共射放大电路的频率特性的特点为：

有一定频带，低频放大，高频衰减；并且在低频段时有-100度到-200度的相角滞后，在中频段由相角滞后变为相角超前，最后在高频段几乎无相移。

图4-5单管共射极放大电路相频特性图

图4-5单管共射极放大电路幅频特性图

频带的具体宽度：

约为1HZ~1GHZ。

3．总结与展望

通过这次仿真，了解了单管共射电路放大原理，掌握了它的分析方法，又观察了幅频特性与相频特性，得到了带宽。

加深了对该电路的理解。

实验五：

与门和与非门

1．电路设计及功能介绍

与门和与非门是数字电子技术中常用的两种门电路。

可以实现一定的逻辑功能。

当与门的输入全为0时，输出为0；当与门的输入全为1时，输出为1。

其他情况输出均为0。

与非门输入全为0时，输出为1；输入全为1时，输出为0；其他情况输出均为1。

与运算和与非运算是逻辑电路中基本的运算方式，不管是在各种组合逻辑电路还是在时序电路中都有广泛应用。

图5-1与门电路仿真

图5-2与非门电路仿真

思考题

1）与门真值表和与非门真值表有什么差别？

2）与非门输出低电平的条件是什么？

3）与非门的时序波形图与真值表有什么关系？

2．电路仿真分析

图5-3逻辑转换仪测试与门功能仿真电路及逻辑转换仪面板图

图5-4逻辑转换仪测试与非门功能仿真电路及逻辑转换仪面板图

图5-5　虚拟仪器测试与非门输入/输出信号波形仿真电路及数字信号发生器面板图

图5-6　逻辑分析仪面板屏幕显示的与非门时序波形

从仿真实验的结果来看，与门和与非门的逻辑功能与预想相同。

当与门和与非门输入相同时，输出恰好相反。

要让与非门输出低电平，它的输入须全为高电平。

与非门的时序波形与真值表相吻合。

3．总结与展望

与门和与非门是数字电子技术中基本的两种门电路，通过本次仿真实验，我了解了两种门电路的工作原理，他们的逻辑作用，以及与非门时序波形，为将来逻辑电路的设计和分析做好了铺垫。

实验六：

译码器功能仿真实验

1．电路设计及功能介绍

译码器是数字电子技术中一个重要逻辑元件，在实际生活中具有广泛应用。

本次仿真使用的译码器为74LS138N,是比较常见的的一种译码器。

可以将每个输入的二进制代码译成对应的高低电平信号或另一个代码。

图6-1译码器仿真电路

思考题

1）将74LS138N功能表与仿真的时序波形进行比较，二者有什么关系？

2）举例说明译码器的应用。

2．电路仿真分析

图6-2数字信号发生器的设置

图10-26　74LS138N的输入/输出时序波形

输入

输出

000

01111111

001

10111111

010

11011111

011

11101111

100

11110111

101

11111011

110

11111101

111

11111110

表6-138译码器真值表

通过观察译码器仿真电路的输入和输出，得到译码器真值表，将功能表与时序波形进行比较，发现时序波形与功能表相符合，按照真值表的规律进行变化。

74LS138译码器的应用：

1.利用E1、E2和E3可级联扩展成24线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成32线译码器。

2.若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。

3.可用在8086的译码电路中，扩展内存

3．总结与展望

译码器是数字电子技术中一个重要的元件，可以实现多种功能，如果我们将来要从事与硬件相关的工作，更是离不开译码器。

通过这次仿真实验，使我了解了译码器的工作原理，工作特性，更重要的是学会利用仿真来研究一个芯片，为将来学习和工作打好了基础。

实训心得

本次实训包括电路、模电、数电三个部分。

电路中包括三相电路和RLC串联谐振两个部分。

通过三相电路的仿真实验，我了解了这种生活中较为常用的电路的工作原理，工作特性。

关于RLC串联谐振则是从生活实际电路中抽象出来的，许多电器内部就是这样构成的。

通过研究RLC谐振，就可以有效避免谐振。

模电我选择了半波整流电路和单管共射放大电路。

整流在生活中有重要应用，而单管共射放大也是最基本最常用的三极管放大电路，在电子领域应用广泛。

数电里，我选择了与门和与非门仿真以及译码器仿真。

了解了与门、与非门这两种基本的门电路的工作原理，工作特性。

通过译码器仿真，更加深入了解了译码器工作特性。

第一次接触Multisim这个仿真软件，刚开始时觉得用起来不太方便，后面多画了几次电路图之后，已经可以基本熟练使用这个软件。

Multisim仿真，最大的优点就是方便，原本需要在实验室焊接的电路，只需要打开电脑就能模拟实际电路；可以观察电路的工作情况，并且Multisim元件库中元件种类丰富齐全，相当于拥有了一个中型实验室；此外，我们可以用仿真软件做一些实际操作起来有危险的实验，比如三相电路短路实验，元件不怕过载，电流表电压表也不会超过量程；最后，使用Multisim比较经济，不会消耗电路元件，更不需要建设实验室。

这也就是仿真的意义所在吧。

通过本次实训，加深了我对电路、模电以及数电中许多电路和元件的工作原理和工作特性。

加强了自己的动手能力，为将来学习工作打好了基础，增加了作为一名电专业的学生的自豪感。