电路仿真实验报告

　 本科实验报告 实验名称:

　 电路仿真

　课程名称: 电路仿真 实验时间:

　任课教师:

　实验地点:

　实验教师：

　实验类型: □ 原理验证 □ 综合设计 □ 自主创新

　学生姓名：

　学号/班级：

　组

　号 :

　学

　院: 信息与电子学院 同组搭档:

　专

　业:

　成

　绩 :

　实验 1 叠加定理 得验证

　R11ΩV112 V I110 A R21ΩR31ΩR41ΩU1DC

　1e-009Ohm 0.000A+-U2DC

　10MOhm0.000V+- 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（Groｕp:Ｉndiｃａtors, Ｆaｍｉly：VOＬTMＥTＥR 或 AＭMETEＲ)注意电流表与电压表得参考方向),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得值 U1 与 I1; 2)、点击停止按钮记录，将直流电压源得电压值设置为０Ｖ，再次点击运行按钮记录电压表电流表得值 U2 与 I2; 3）、点击停止按钮记录,将直流电压源得电压值设置为 12V，将直

　流电流源得电流值设置为 0A,再次点击运行按钮记录电压表电流表得值 U3 与 I3; 4、根据叠加电路分析原理,每一元件得电流或电压可以瞧成就是每一个独立源单独作用于电路时,在该元件上产生得电流或电压得代数与. 所以,正常情况下应有Ｕ1=U２+U3，I1=I２+I３；

　经实验仿真: 当电压源与电流源共同作用时,U1=—1、6V

　I1＝6、8A、 R11ΩR21ΩR31ΩR41ΩV112 V U1DC

　10MOhm-1.600V+-U2DC

　1e-009Ohm 6.800A+-I110 A

　 当电压源短路即设为 0V，电流源作用时,U２=-4V

　I2=2A

　 R11ΩR21ΩR31ΩR41ΩV10 V U1DC

　10MOhm-4.000V+-U2DC

　1e-009Ohm 2.000A+-I110 A

　当电压源作用，电流源断路即设为 0A 时，U3=２、4Ｖ I３=4、8A

　R11ΩR21ΩR31ΩR41ΩV112 V U1DC

　10MOhm2.400 V+ -U2DC

　1e-009Ohm 4.800A+-I10 A

　所以有Ｕ1=U２+Ｕ3=—4＋2、4=—１、6V

　I1＝I2+I3=2+4、8＝6、8A 验证了原理 实验２ 并联谐振电路仿真

　V15 Vpk 500 Hz 0° R110ΩL12.5mHC140µFR22kΩin out0 2. 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,按上图连接并修改按照例如修改电路得网络标号; 3. 设置电路参数: 电阻 R1＝10Ω,电阻Ｒ２=2ＫΩ,电感Ｌ1=2、5ｍH,电容 C１=40uF。信号源 V1 设置为 AC=５ｖ，Voff=0,Ｆrｅｑeｎce=50０Hｚ． 4. 分析参数设置: AC 分析:频率范围１ＨZ—100MＨZ，纵坐标为１0 倍频程，扫描点数为 10,观察输出节点为 Vouｔ响应。

　TRAN 分析: 分析 5 个周期输出节点为 Vout 得时域响应。

　实验结果: 要求将实验分析得数据保存 （包括图形与数据),并验证结果就是否正确，最后提交实验报告时需要将实验结果附在实验报告后。

　根据并联谐振电路原理,谐振时节点 ouｔ电压最大且谐振频率为

　w0＝1/＝ ,f0=w0/2=5０３、29Hz 谐振时节点 out 电压理论值由分压公式得 u=2000／(20００+１0)*5=4、97５1V、 当频率低于谐振频率时，并联电路表现为电感性，所以相位为 90° 当频率等于谐振频率时,并联电路表现为电阻性，所以相位为 0°

　 当频率高于谐振频率时,并联电路表现为电容性,所以相位为—9０°

　经仿真得谐振频率为 5０1、１872Hz,谐振时节点电压为 4、9748V、 相频特性与理论一致。

　由信号源得 f＝500Ｈz,可得其周期为 0、002s，为分析５个周期，

　所以设瞬态分析结束时间为 0、01s、得如下仿真结果：

　仿真数据:(从 excel 导出）

　X——铜线 １：:［Ｖ(vouｔ)] Y--铜线 1：：[Ｖ（vout）] １ 0、00785400３ 1、2５89２5４12 ０、00９88761９ １、5８４89３1９2 ０、0１24４7807 １、9９52６２３15 0、01567０92２ 2、5118８６40、019728６４

　３2 6 3、１６22７７６6 0、024837142 ３、9８1071706 0、031268６03 5、０11８７２33６ 0、０393６5８25 ６、3０9573４45 ０、0495606０4 7、９４32８234７ 0、０62397029 10 0、０785610３８ １2、５89254１2 0、０９８９１8117 15、84893１9２ 0、124５6１7２2 1９、95２6２31５ 0、156８7６１６8 2５、11８8６４32 0、197619655 ３1、６２27766 0、249０36512 39、81071７０6 0、31４０13９74 50、1１8７233６ 0、396３1068４ 6３、095734４５ ０、5０0９0７22８

　79、４３282３4７ ０、634５750９3 １00 ０、8068５40５ 125、892５４１2 １、031819265 158、48931９2 1、33１40022４ 19９、5２６23１5 1、741644０6 251、18864３2 2、32３21９８４ ３1６、22７766 ３、１６5７447６６ 3９８、1071706 ４、２74434884 5 5 ０1 1 、 1872 ３36

　4 4 、9 9 ７４84754

　630、9573445 ４、31497011２ 7９４、３282347 3、20２3４6５57 １000 2、34872３684 １258、92５４12 １、７５９3４28８8 1584、８9319２ 1、３441141８９ 19９5、2623１5 1、041249759

　2511、886432 ０、8１4０１５18２ 3１62、2７76６ 0、６40100３44 3981、07170６ 0、5０5215181 50１1、872336 0、3９96923３3 630９、5734４5 0、３16６80０１5 ７943、２823４7 0、251144１７9 10000 0、19928881 12５89、2541２ 0、158199509 15８48、931９２ 0、１25611６2９ 19952、６2315 0、0９９75１45７ ２5118、86432 0、０7９22２６68 31６２２、７7６6 ０、0629224２2 39810、71706 0、049977859 50118、7２336 0、03９6９722２ 6３095、7３44５ 0、0３153１82１ 7９432、82３０、0250462

　４7 １3 1０000０ ０、０19８9471３ 12589２、5412 ０、０15802831 158４89、31９2 0、0１2552584 19９５26、2３15 0、０0９９７0８47 251188、64３2 ０、00792０11２ 316２27、766 0、0０6291１62 ３981０7、１706 ０、0０４9９７2４5 501187、2336 0、０0３9６945１ 63０95７、34４5 ０、0０31５304６ 794328、2347 0、0025０4553

　0、001９894３7 12５89２5、4１2 0、０01５８0266 158４8９３、1９2 0、00125525 199５2６2、3１５ 0、0０099708 2511８８6、 ０、0007920

　432 ０9 ３162２７7、６6 0、００06２9１15 39８1071、706 0、000４9972４ 50118７2、３3６ 0、０0０3９6９45 63０9５73、4４５ 0、00031530４ 7９43２82、347 0、000２5０４55

　0、００01９8944 1２589254、12 0、000１5８0２7 1５８48９３１、９２ ０、０00１2５5２5 １995２623、1５ 9、９708Ｅ－05 2511８864、3２ 7、9２0０９E—０5 31622７７6、６ ６、29115Ｅ-0５ 39810７17、06 4、99724E—05 501１８723、36 3、969４5E—0５ ６309５734、４5 3、15304E—０5

　７9432823、47 2、5０455Ｅ—0５ 10000０000 1、９８944E-０5

　 实验 3

　含运算放大器得比例器仿真

　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库中得ＡNALＯG_VIRTUAL 中，放置时注意同相与方向引脚得方向）; 调用虚拟仪器函数发生器Ｆuncｔiｏn Generａtor 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.其中方波信号与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 通道输入波形与信号发生器得设置什么关系）

　将测量结果保存,并利用电路分析理论计算结果验证． =—5 =－５

　=-５

　由电路分析原理，输出与输入反向,且放大5倍,与仿真结果一致．电路分析过程如下图：

　实验 4 二阶电路瞬态仿真

　 上图中其中Ｃ１得电容值分别取 1000u,5０0u，100u，10u,其她参数值如图所示．利用 muｌtisiｍ软件使用瞬态分析求出上图中各节点得Ｖout 节点得时域响应,并能通过数据计算出对应电容取不同参数时电路谐振频率(零输入响应)。

　 电容

　100０

　500

　 １００

　 10 周期

　6、2414ms

　 4、4245ms

　2、０05９mｓ

　 6６5、０8２7us 谐振频率 159、15Ｈz

　 2２5、0７Ｈz

　50３、29Hｚ

　 15９1、５5Hｚ 此仿真属于 LＣ电路中得正弦振荡,由于没有电阻，由初始储能维持，储能在电场与磁场之间往返转移,电路中得电流与电压将不断地改变大小与极性,形成周而复始得等幅振荡。

　实验 5

　戴维南 等效 定理 得验证 330Ω10V 0.000A+-0.000V+-91Ω220Ω470ΩRL Figure 错误 错误! 不能识别的开关参数。电路原理图

　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(注意电流表与电压表得参考方向）,并按 Ｆigure １ 连接运行，并记录电压表与电流表得值;

　2) 如 Fｉgｕre 2 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试电路阻抗; 330Ω 91Ω220ΩRth Fｉgｕrｅ 2 电路等效电阻测量 3) 如 Fiｇｕｒe 3 连接, 将电阻ＲL 从电路中移除,并使用电压表测量开路电压;

　330Ω10V 91Ω220ΩEth0.000V+- Fiｇure 3 电路开路电压值测量 4) 如 Fiｇure 4 连接, 验证戴维南定理； 223ΩRth4V 0.000A+-0.000V+-470ΩRL Ｆiｇｕｒｅ 4 戴维南等效电路图

　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,分别测试对应电路得电压、电流与电阻值. 4、 实验结果：

　比较 Figure １与 Figuｒｅ 4 中电压表与电流表得值得异同，并解释原因. 原电路结果：

　(fiｇｕre1）

　将电压源移除测得等效阻抗为 223 欧。

　测开路电压:

　戴维南等效电路：

　 由戴维南等效定理可知,含源单口网络无论其结构如何复杂,就其端口来说，可等效为一个电压源串联电阻支路.电压源电压等于该网络得开路电压，串联电阻等于网络中所有独立源为零时网络得等效电阻。

　等效电阻理论值：220/／3３０+９1=2２0*330/(2２0+33０）+91＝132+91=２2３ 开路电压理论值：220/（2２0+330)*10＝４V 将单口网络换为电压源与等效电阻支路后,Fｉgurｅ 1与Fｉgure ４中电压表与电流表得值得相同,且等效电阻与开路电压得仿真结果与理论值一致，验证了戴维南等效定理。

　验 实验 2 元件模型参数得并联谐振电路 1. 原理图编辑,设置参数:

　 分别调出电阻 R、电感 L、电容 C 与信号源 V1（注意区分信号源族（ＳＩGNAL＿VＯLTAGE_SOＵRＣEＳ)与电源族(POWEＲ_ＳOURCＥS）中，交流电压源得区别,信号源得AC设置为５)，参数如图所示（课上已经重点强调)。

　2. 参数扫描分析设置:sｉmulate –〉Pａrameｔer Ｓｗｅep：

　 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 与 100０点并分析所得结果得异同．

　3. 观察电容得容值发生变化时，记录电路得幅频响应。在实验报告中重点分析响应波形不同得原因。并介绍 AC 分析与参数分析得特点。

　4. 扫描点数为 10 点:

　求谐振频率得公式为 w0=1/，f0=ｗ0/2 , 所以 C 越小，谐振频率越大。

　并联 GLＣ电路通频带 BW＝G/C，所以 C 越小,通频带越长。与仿真曲线吻合.

　 ＡＣ分析就是在正弦小信号工作条件下得一种频域分析.它可以计算电路得幅频特性与相频特性,在进行交流频率分析时,首先分析电路得直流工作点,并在直流工作点处对各个非线性元件做线性化处理,得到线性化得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得变化。

　参数扫描分析就是在用户指定每个参数变化值得情况下，对电路得特性进行分析。

　当 C=４e-０07 时,谐振频率得理论值为 f=5032Hz、 仿真值为５01１、9

　 当 C=4ｅ-00６时,谐振频率得理论值为 f=1591、5Hz、 仿真值为 1584、9

　当Ｃ=４e-０05 时,谐振频率得理论值为 f=５0３、29Hz、 仿真值为 50１、19

　 当 C=４e—004 时，谐振频率得理论值为 f=１59、15Hz、

　仿真值为 158、４９

　 当扫描 100 个点时

　当扫描 10０0 个点时

　 扫描点数越多,曲线越平滑，仿真值越贴近理论值。

　验 实验 3

　电路过渡过程得仿真分析

　V10 V 1 V 60usec 120usec R15kΩL11mHC11nF1out30 1. 原理图编辑,设置参数：

　分别调出电阻 R、电感Ｌ、电容 C、接地符与信号源 V1，其中,信号源就是Source 库 SIGNAL_ＶOＬＴAGＥ_SOURCES 组中调用 PULSE_ＶOＬTAＧＥ,参数如下:Ｉnitiａl Vａlue 0V,Pｕlsed Value 1V,Delaｙ Tｉｍｅ ０s,Rise Tｉme 0ｓ,Faｌl Time 0s,Pulse Ｗｉdth 60μs,Ｐeriod １20μs．（该电压源用于产生方波信号) 2. 观察电容上得电压波形(使用瞬态分析,分析时间为 5 倍得方波信号周期),并判断 U out (t)得响应属于何种形式(过阻尼/欠阻尼／临界阻尼)？ 3. 通过计算得阻尼电阻,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得原因（根据计算得到得仿真电路得时域特性来解释)。并介绍瞬态分析与参数扫描分析得特点.参数扫描设置如下所示：

　 临界阻尼为２＊＝２000。当 R〉20０0 时,过阻尼,响应就是非振荡得,当 R=2０００时,临界阻尼,响应就是非振荡得，当 R〈２０00 时,欠阻尼，响应为按指数规律衰减得衰减振荡。

　电阻较大时,损耗也大,在储能得转移过程中,电阻消耗能量较大，当磁场储能再度释放时已不能再供给电场存储,当电阻较小时，电容可能再度充电，形成不断放充电得局面,形成振荡性得响应。

　 瞬态分析与参数扫描分析得特点：

　瞬态分析用于分析电路得时域响应，分析得结果就是电路中指定变量与时间得函数关系．瞬态分析可以同时显示电路中所有结点得电压波形。

　参数扫描分析就是在用户指定每个参数变化值得情况下，对电路得特性进行分析。

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