上海電力學院電路計算機輔助設計1_優(yōu)選.

1、一、基爾霍夫電流定律的驗證1. 電路課程設計目的(1) 驗證基爾霍夫定律的正確性，加深對基爾霍夫定律的理解。(2) 學習使用Multisim仿真軟件進行電路模擬。2. 設計仿真電路原理與說明基爾霍夫定律是電路的基本定律。測量某電路的各支路電流及每個元件兩端 的電壓，應能分別滿足基爾霍夫電流定律(KCL和電壓定律(KVL)即對電路 中的任一個節(jié)點而言，應有I 0 ;對任何一個閉合回路而言，應有U 0運用上述定律時必須注意各支路或閉合回路中電流的正方向，此方向可預先任意設定。3. 電路課程設計內(nèi)容與步驟電路原理圖如下圖1所示:20001b500列出KCL方程:I1 I2(1)列出KVL方程:(20

2、0200) h300I212(2)(500500)1230013(3)聯(lián)立以上方程，解得3I10.0168A，I20.7317 10 A，I30.0175A且 Ufa 200 0.01683.360VUab 500 0.7317 10 30.366VUad 300 0.01755.250V3Ucd 500 ( 0.07317 10 )0.336VUde 200 ( 0.0168)3.360V如圖2所示，設計仿真電路。DC U OOWhmDC iQMOhm R1nunZBR5OC IWOhm -IK'宀也 MMJjU冉3心刑DC佃QO旳Mruio； lOMDhni :U10. WMDti

3、m :.圖2 Multisim仿真電路具體步驟:1. 先任意設定三條支路和三個閉合回路的電流正方向2. 分別將兩個直流穩(wěn)壓源接入電路。3. 接入各個電阻。4. 接入電流表和電壓表。5. 用直流數(shù)字電壓表分別測量兩路電源及電阻原件上的電壓值，并記錄接入示波器觀察波形:由于電壓源是直流穩(wěn)壓的，所以示波器的波形是一條直線實驗數(shù)據(jù)表格如下：被測量li(A)12(mA)13(A)U1(V)U2(V)計算值0.01680.7317-0.0175126測量值0.0170.732-0.01812.0006.000相對誤差0.00020.00030.000500被測量UFa(V)WV)U<V)UCo(V)

4、UbE(V)計算值3.3600.3665.250-0.336-3.360測量值3.3660.3665.268-0.366-3.366相對誤差0.00600.01800.0064. 誤差分析： 理論計算是理想狀態(tài)的分析結(jié)果，仿真電路比較接近實際測量情況。比如， 電壓表和電流表都有內(nèi)阻存在， 會對測量產(chǎn)生一定的影響。 用示波器觀測短路電 流時，在短路線上串一微小電阻也會對測試產(chǎn)生一定的誤差。但是我們只要精心準備仿真試驗， 盡力減小各種因素的影響， 就可以得到較 好的仿真結(jié)果。5. 設計總結(jié)由于剛剛接觸 Multisim 這個軟件，一開始對軟件的使用還不太熟悉。在設 計實驗中碰到了一些問題，不過經(jīng)過

5、不斷的修改和重復，最后問題得到了解決。 通過這個實驗， 我親自驗證了基爾霍夫定律的正確性， 加深了對基爾霍夫定律的 理解。并且初步學會使用 Multisim 軟件進行電路設計仿真，感覺收獲很大。在 設計電路時一定要細心謹慎才能做好實驗。二、節(jié)點電壓法的驗證1電路課程設計目的（1）驗證節(jié)點電壓法的正確性（2）學習使用Multisim仿真軟件進行電路模擬。2設計仿真電路原理與說明節(jié)點電壓法以結(jié)點電壓作為未知量，應用KCL列出與節(jié)點電壓數(shù)相等的獨立 方程數(shù)，聯(lián)立求解得節(jié)點電壓，然后計算支路電流等。任意選擇電路中某一節(jié)點作為參考結(jié)點，其余結(jié)點與此參考節(jié)點間的電壓分別稱為對應的節(jié)點電壓，節(jié)點電壓的參考極

6、性均以所對應節(jié)點為正極性端，一參考節(jié)點為負極性端。使用節(jié)點電壓后，電路中所有的回路均自動滿足 KVL所以節(jié)點電壓法中不 必再列KVL方程。3. 電路設計內(nèi)容與步驟（1）指定參考節(jié)點，其余節(jié)點與參考節(jié)點間的電壓就是節(jié)點電壓，節(jié)點電壓均 以參考節(jié)點為負極性端。（2）列出節(jié)點電壓方程。（3）從節(jié)點電壓法方程解出各節(jié)點電壓，然后求得各支路電流。 求如圖1所示電路中，電流源的端電壓以及電壓源支路的電流。由節(jié)點電壓法列出方程:解得(114從41 12 2)U1u2 1u2 22U14UsiU4U211J(1)(2)(3)U2 8V (4)Ua 2V (5)U1 4V , I13.5A, I22.5A如圖2

7、,設計仿真電路圖2通過仿真測出的電壓電流值為 54.000V，丨13.500A，丨22.500A和理論計算結(jié)果一致。觀察示波器電壓波形圖:由于電壓源都是直流的，因此示波器波形圖為兩條直線4. 誤差分析:仿真實驗值和計算值完全一致。誤差為 0%我們只要精心準備仿真試驗，盡力減小各種因素的影響，就可以得到較好的 仿真結(jié)果。5. 設計總結(jié)通過節(jié)點法這個實驗，我對用軟件設計仿真有了進一步的了解。我驗證了節(jié) 點電壓法的正確性，學習使用了 Multisim 仿真軟件進行電路模擬。在接仿真電 路時，要注意節(jié)點的放置。由于我在實驗時的疏忽大意，忘記放置了一個節(jié)點， 導致仿真出的實驗數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)不同。后來通過

8、檢查電路圖才發(fā)現(xiàn)了這一問 題，并改正了。所以在設計實驗時一定要注意這些小細節(jié)。三、（含受控源）戴維寧定理的驗證1. 電路課程設計目的（1）驗證戴維寧定理的正確性，加深對該定理的理解。（2）掌握測量二端網(wǎng)絡等效參數(shù)的一般方法。（3）學習使用Multisim 仿真軟件進行電路模擬。2. 仿真電路設計原理1. 任何一個線性含源網(wǎng)絡，如果僅研究其中一條支路的電壓和電流，則可將電路的其余部分看作是一個有源二端網(wǎng)絡。戴維寧定理指出：任何一個線性有源網(wǎng)絡，總可以用一個電壓源與一個電阻 的串聯(lián)來等效代替，此電壓源的電動勢Us等于這個有源二端網(wǎng)絡的開路電壓U°c,其等效內(nèi)阻Ro等于該網(wǎng)絡中所有獨立源均

9、置零（理想電壓源視為短接，理 想電流源視為開路）時的等效內(nèi)阻。Uoc （Us）和Ro或者Isc（ls）和Ro稱為有源二端網(wǎng)絡的等效參數(shù)。2. 有源二端網(wǎng)絡等效參數(shù)的測量方法開路電壓、短路電流法測 & :在有源二端網(wǎng)絡輸出端開路時，用電壓表直接測出其輸出端的開路電壓Uoc，然后再將其輸出端短路，用電流表測其短路電流Isc，貝U等效內(nèi)阻為U OCSC3. 電路設計內(nèi)容與步驟1. 用開路電壓、短路電流法測定戴維寧等效電路的Uoc、R0。按圖接入穩(wěn)壓電源和恒流源，不接入Rl。測出Uoc和IsC，并計算出Rd 0 （測Uoc時，不接入mA表）2. 驗證戴維寧定理。用戴維寧定理求如圖所示電路中的電

10、壓 U 0原理電路圖如圖1所示：1A按下圖2接仿真電路，測Uoc觀察電壓表示數(shù)可知開路電壓U°c 9V,和計算值一致圖1首先計算Uoc4Uoc 3 112 9V4 4求Isc4i1 4i 4i1 2i 12 (1)4i1 3 3i 12 (2)聯(lián)立（1）、（ 2）得i 1.5A, ISC i 1.5AU ocI SC計算等效電阻3V由于電路開路，i 0,此時受控電壓源不作用按圖3接仿真電路，從而測I觀察電流表示數(shù)可知Isc 1.5A，和計算值一致。由于電路短路，Isci，因此按圖2接好電路就可測得Isc用戴維寧定理等效電路后，按圖4連接仿真電路，測得U圖4觀察萬用表電壓示數(shù)可知U 3

11、V ,和計算值一致觀察示波器的波形圖:由于電壓源是直流穩(wěn)壓的，所以示波器的波形是一條直線4. 誤差分析仿真實驗值和計算值完全一致。誤差為 0%我們只要精心準備仿真試驗，盡力減小各種因素的影響，就可以得到較好的 仿真結(jié)果。5. 設計總結(jié)通過本實驗，我驗證了戴維寧定理的正確性， 加深了對該定理的理解，掌握 了測量有源二端網(wǎng)絡等效參數(shù)的一般方法。 在設計本實驗的過程中，由于電路含 有一個電流控制電壓源，我對受控源的仿真接線有了一定了解。在仿真時，由于要測電路的開路電壓和短路電流， 又含有受控源，電路較為 復雜。我在接受控源的時候沒有注意正負方向， 造成了一些錯誤，無法得出正確 結(jié)果，耽誤了不少時間。

12、這讓我懂得了不管是在真實實驗還是仿真實驗時都要在 理解的基礎(chǔ)上謹慎小心，注意好每一個小細節(jié)，才能提高準確度和效率。四、運算放大器電路輔助分析1. 電路課程設計目的（1）理解運算放大器電路模型，了解典型運算放大器電路的功能，加深對運算放大器的理解。（2）掌握理想運算放大器的特點和分析方法。（3）學習使用Multisim 仿真軟件進行電路模擬。2. 設計仿真電路原理與說明運算放大器簡稱運放，是一種體積很小的集成電路器件。一般放大器的作用是把輸入電壓放大一定倍數(shù)后再輸送出去，其輸出電壓與輸入電壓的比值稱為電壓放大倍數(shù)或電壓增益。理性運放的特點：根據(jù)理想運放的特點Rn，Ro0，A，可以得到以下兩條規(guī)則

13、。（1）“虛斷”：由于理想運放Rn，則 ia 0，ib 0，故輸入端口的電流約為零，可近似視為斷路，稱為“虛斷”。（2）“虛短”：由于理想運放A，Uo為有限量，貝U UbUa 殳 0，即兩輸入端電壓約等于零，可近似視為短路，稱為“虛短”。在分析含理想運算放大器的電阻電路時，若理想運算放大器工作在線性狀 態(tài)，“虛斷”和“虛短”這兩條規(guī)則是同時滿足的。利用以上兩條規(guī)則，可使問 題得到極大的簡化。分析含理想運算放大器電阻電路， 一般采用節(jié)點法，或根據(jù) KCL列寫方程。運算放大器輸入端直接連接的節(jié)點，一般不列KCL方程。3. 電路設計內(nèi)容與步驟按圖1所示設計電路。如圖所示運算放大器電路，已知 R, R

14、3 R4 1k ，R2 R5 2k ，Ui 1V ,求 輸出電壓Uo由運算放大器“虛斷”圖1，“虛短”可得方程11u0Uo()Un ( 1)RiR2R2R1 11、Uo（一)Un0R3R4R4( 2)計算得Uo4V電路仿真結(jié)果如圖2：R2 ：AW-2kD：:QPAhlP JT VIRTUAL I J I IuI I I>R5：>2kfl觀察電壓表可知，u0 4V，與計算結(jié)果一致TISCI1 JF, , !f-|如下圖觀察示波器的波形圖:圖3由于電壓源是直流穩(wěn)壓的，所以示波器的波形是一條直線。4. 誤差分析仿真實驗值和計算值完全一致。誤差為 0%我們只要精心準備仿真試驗，盡力減小各種

15、因素的影響，就可以得到較好的 仿真結(jié)果。5. 設計總結(jié)通過該理想運算放大器的實驗，我理解了運算放大器電路模型，了解典型 運算放大器電路的功能，加深了對運算放大器的理解。掌握了理想運算放大器的 特點和分析方法，以及“虛斷”和“虛短”的概念。在實驗過程中，我嘗試了多 次都沒有做出正確結(jié)果，但我沒有放棄。通過請教老師和同學以及自己的觀察， 發(fā)現(xiàn)問題出在放大器的元件找錯了。 所以我們在試驗中一定要學會堅持， 不要放 棄。我覺得通過這個實驗，我對 Multisim 仿真軟件的了解又進了一步。五、串聯(lián)諧振電路的研究1. 電路課程設計目的(1) 掌握電路發(fā)生諧振的條件(2) 加深理解電路發(fā)生諧振的條件及諧振

16、電路的特點。(3) 學習使用Multisim 仿真軟件進行電路模擬。2. 設計仿真電路原理與說明(1) 諧振頻率1發(fā)生諧振時滿足oL 丄，則RLC皆振角頻率°和諧振頻率fo分別是oC由式可看到,調(diào)節(jié)fo、L、C的任一參數(shù)，只要滿足上述關(guān)系，就會發(fā)生諧振?？梢?，諧振僅與(2)復阻抗L、C有關(guān)。Z R j oLRj 0Cj( oL1C)可見，諧振時復阻抗的模最小，即|Z|(3) 特性阻抗和品質(zhì)因數(shù)QoL僅與電路參數(shù)有關(guān)。oLR oCQ反應電路選擇性能好壞的指標，也僅與電路參數(shù)有關(guān)。(4) 諧振電流大小為10 u ,可見，諧振時電流值最大。R3. 電路設計內(nèi)容與步驟電路諧振條件驗證方法：這

17、里有幾種方法可以觀察電路發(fā)生串聯(lián)諧振：(1) 利用電壓表測量電感元件和電容元件的電壓值，兩者相等時即為串聯(lián)諧 振。(2) 禾U用示波器觀察電源電壓與電阻兩端電壓的波形，兩者同相即為串聯(lián)諧 振。2. RLC串聯(lián)諧振電路的特點RLC串聯(lián)諧振電路有幾個主要特征：(1) 諧振時，電路為阻性，阻抗最小，電流最大?？稍陔娐分写胍浑娏鞅?，在改變電路參數(shù)的同時觀察電流的讀數(shù)， 并記錄, 測試電路發(fā)生諧振時電流是否為最大。(2) 諧振時，電源電壓與電流同相。這可以通過示波器觀察電源電壓和電阻負載兩端電壓的波形中否同相得到。(3) 諧振時，電感電壓與電容電壓大小相等，相位相反。這可以通過示波器觀察電感和電容兩端

18、的波形是否反相得出，還可用電壓表測量其大小。3. 在Miltisim 的電路工作區(qū)按圖連接電路。4. 根據(jù)自己設計的參數(shù)并選擇合適的方法驗證串聯(lián)諧振條件。5 .根據(jù)上述給出的方法或自行設計的方法驗證串聯(lián)諧振的條件。RLC串聯(lián)電路圖如圖1所示：or!RL圖1已知U 120V, R 1k ,L 0.1mH,C 1mF，電路處于串聯(lián)諧振狀態(tài)利用示波器觀察諧振:可器噲冥乞亡1J利用示波器觀察相位相反:當電路發(fā)生諧振時，Xl Xc或L（諧振條件）CRLC串聯(lián)電路諧振時，電路的阻抗最小，電流最大；電源電壓與電流同相; 諧振時電感兩端電壓與電容兩端電壓大小相等，相位相反4. 實驗注意事項1.使用Multis

19、im時注意選擇適當?shù)姆抡鎯x表量程。2 注意仿真儀表的接線是否正確。3每次要通過按下操作界面右上角的“啟動/停止開關(guān)”接通電源，或者暫停來觀察波形。4使用示波器時要注意選擇合適的時間和幅值來觀察波形。5. 設計總結(jié)我設計的電容和電感元件參數(shù)分別為 1mF和0.1mH。通過這一實驗，我掌握了電路發(fā)生諧振的條件為Xl Xc或L ，加深理解了諧振電路的特點，并C且進一步掌握了使用Multisim 仿真軟件進行電路模擬的方法。在實驗中，我發(fā) 現(xiàn)對題目的設計是非常重要的，如果題目設計得不好，則也很難仿真出想要的結(jié) 果。經(jīng)過多次嘗試，我終于得到了一組比較合適的數(shù)值。同時，在仿真中，合理 選擇示波器的單位格時

20、間和幅值也是十分重要的，直接影響著觀測結(jié)果。六、三相交流穩(wěn)態(tài)電路輔助分析1. 電路課程設計目的（1）掌握三相負載作星形聯(lián)接、三角形聯(lián)接的方法，驗證這兩種接法下線、相 電壓及線、相電流之間的關(guān)系。（2）學習使用Multisim仿真軟件進行電路模擬。2. 仿真電路設計原理三相負載可接成星形（又稱“ Y'接）或三角形（又稱“ ”接）。當三相對 稱負載作丫形聯(lián)接時，線電壓Ul是相電壓Up的.3倍。線電流Il等于相電流Ip， 即Ul3Up,L I在這種情況下，流過中線的電流I。0，所以可以省掉中線。當對稱三相負載作 形聯(lián)接時,3. 電路設計內(nèi)容與步驟對稱三相電路如圖所示，已知:Z 60 30 ,

21、Zl (3 j4)對稱線電壓為380V，求負載端的線電流和線電壓。該電路可以先將三角形負載 等效為星形負載，如圖 2（a） 所示，其中Z 60 3020 3033Z'因為對稱，可以先計算其中一?相。令U A 220 0 V ,可得到 圖2（b）所示的A相計算電路。 于是線電流UaZl Z'(3220 0j4) (17.3j10)兀 3 aI1I"圖1x=所以?I b 8.92154.6 A,Ic 8.928.9234.6 A85.4 Az.h 1BrZ'圖 2(a)由圖2 (b)可求得負載端的相電壓圖 2 (b)U A'N'Z'I A

22、20 308.9234.6 V 178.44.6 V所以負載端的線電壓U A'B'.3 U an 30309 25.4 V線電流與相電壓測量結(jié)果:R5R5AV,770 VrrrnU B'C'30930994.6 V145.4 VR1VrimBQH2 r: -V2' 60 HlEnjjzlOMOhmlOMOhmR1 : *LW-AC li)90hniPhW.BIOnlHV22 西 Vrms60 Hz :叭樂；220 Vrms60 Hz叭樂；'4r »VrtmAC R6LiV/v仆一尬尹53伽H1.919R3iW.GlGrnH丄 220Vh

23、th60 H：'' w.:;護 16M©hW/ww,.仆M西勺阿IAA/v1/JM1托勺Gnill 919U2U2WGIOIllII60伽；觀察交流電流表、交流電壓表得I AIb Ic 8.919A , UA'N'178.272V。示滾器-XSC1電源端線電壓Uab與負載端線電壓Uab相位差角：2 f T 180 120 2.185 10 3 18047.11T1 |+ 任囹囹2-1時間 7,440 ms 101.621 m& 4.131ms通道A 218,272 V 1.62+V219.896 V通道B106.685 niV505 V50.3

24、56 V反向L保存肌z通迺為通迺3比洌丄叭斑比例 100 VjCiv比例20坡國|匕：£ -列部0¥泣羞0Y位羞Q電平 0而汨a載兩刁目出 ac odc!|-J冀型正直標堆電源端相電壓Uab與負載端相電壓Uab相位差角：2 f T 竺 120 4.181 10 3 18090.184. 誤差分析線電流的相對誤差 100% 0.011%8.92相電壓的相對誤差門78*4-178.2721 100% 0.072%178.4理論計算結(jié)果與仿真測量結(jié)果有一定的誤差。主要原因有：(1) 理論計算是理想狀態(tài)的分析結(jié)果， 仿真電路比較接近實際測量情況。 比如, 電壓表和電流表都有內(nèi)阻存在，會對測量產(chǎn)生一定的影響。用示波器觀測短路電 流時，在短路線上串一微小電阻也會對測試產(chǎn)生一定的誤差；(2) 觀測誤差；我們通過觀測開路電壓和短路電流波形的起始點的時間差計算 相位差，由于肉眼觀測必然會存在