電路仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1) - 副本

實(shí)驗(yàn)一直流電路工作點(diǎn)分析和直流掃描分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)使用Pspice軟件，熟悉它的工作流程，即繪制電路圖、元件類別的選擇及其參數(shù)的賦值、分析類型的建立及其參數(shù)的設(shè)置、Probe窗口的設(shè)置和分析的運(yùn)行過(guò)程等。學(xué)習(xí)使用Pspice進(jìn)行直流工作點(diǎn)的分析和直流掃描的操作步驟。原理與說(shuō)明對(duì)于電阻電路，可以用直觀法列些電路方程，求解電路中各個(gè)電壓和電流。Pspice軟件是采用節(jié)點(diǎn)電壓法對(duì)電路進(jìn)行分析的。使用Pspice軟件進(jìn)行電路的計(jì)算機(jī)輔助分析時(shí)，首先編輯電路，用Pspice的元件符號(hào)庫(kù)繪制電路圖并進(jìn)行編輯。存盤。然后調(diào)用分析模塊、選擇分析類型，就可以“自動(dòng)”進(jìn)行電路分析了。實(shí)驗(yàn)示例利用Pspice繪制電路圖如下仿真點(diǎn)擊Psipce/NewSimulationProfile,輸入名稱；在彈出的窗口中BasicPoint是默認(rèn)選中，必須進(jìn)行分析的。點(diǎn)擊確定。點(diǎn)擊Pspice/Run或工具欄相應(yīng)按鈕。如原理圖無(wú)錯(cuò)誤，則顯示PspiceA/D窗口。在原理圖窗口中點(diǎn)擊V,I工具欄按鈕，圖形顯示各節(jié)點(diǎn)電壓和各元件電流值如下。選做實(shí)驗(yàn)直流工作點(diǎn)分析，即求各節(jié)點(diǎn)電壓和各元件電壓和電流。直流掃描分析，即當(dāng)電壓源的電壓在0-12V之間變化時(shí)，求負(fù)載電阻Rl中電流雖電壓源的變化曲線。曲線如圖：直流掃描分析的輸出波形數(shù)據(jù)輸出為：從圖中可得到IRL與US1的函數(shù)關(guān)系為：IRL=1.4+（1.2/12）US1=1.4+0.1US1思考與討論根據(jù)仿真結(jié)果驗(yàn)證基爾霍夫定律根據(jù)圖1-1，R1節(jié)點(diǎn)：2A+2A=4A,R1,R2,R3構(gòu)成的閉合回路：1*2+1*4-3*2=0，滿足基爾霍夫定律。由圖1-3可知，負(fù)載電流與呈線性關(guān)系，=1.4+(1.2/12)=1.4+0.1，式中1.4A表示將置零時(shí)其它激勵(lì)在負(fù)載支路產(chǎn)生的響應(yīng)，0.1表示僅保留，將其它電源置零（電壓源短路，電流源開路）時(shí)，負(fù)載支路的電流響應(yīng)。若想確定節(jié)點(diǎn)電壓Un1隨Us1變化的函數(shù)關(guān)系，應(yīng)如何操作？應(yīng)進(jìn)行直流掃描，掃描電源Vs1，觀察Un1的電壓波形隨Us1的變化，即可確認(rèn)其函數(shù)關(guān)系！若想確定電流Irl隨負(fù)載電阻RL的變化的波形，如何進(jìn)行仿真？將RL的阻值設(shè)為全局變量var，進(jìn)行直流掃描，觀察電流波形即可。實(shí)驗(yàn)心得由實(shí)驗(yàn)圖形和數(shù)據(jù)可知實(shí)驗(yàn)中的到的曲線滿足數(shù)據(jù)變化規(guī)律，得到的函數(shù)關(guān)系式是正確的。通過(guò)仿真軟件可以很方便的求解電路中的電流電壓及其變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)二戴維南定理和諾頓定理的仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)一步熟悉仿真軟件中繪制電路圖，初步掌握符號(hào)參數(shù)、分析類型的設(shè)置。學(xué)習(xí)Probe窗口的簡(jiǎn)單設(shè)置。加深對(duì)戴維南定理與諾頓定理的理解。原理與說(shuō)明戴維南定理指出，任一線性有源一端口網(wǎng)絡(luò)，對(duì)外電路來(lái)說(shuō)，可以用一個(gè)電壓源與電阻的串聯(lián)的支路來(lái)代替，該電路的電壓等于原網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，電阻等于原網(wǎng)絡(luò)的全部獨(dú)立電壓源置零后的輸入電阻。諾頓定理指出，任一線性有源一端口網(wǎng)絡(luò)，對(duì)外電路來(lái)說(shuō)，可以用一個(gè)電流源與電導(dǎo)的并聯(lián)的支路來(lái)代替，該電路的電流等于原網(wǎng)絡(luò)的短路電流，電導(dǎo)等于原網(wǎng)絡(luò)的全部獨(dú)立電源置零后的輸入電導(dǎo)。。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)量有源一端口網(wǎng)絡(luò)等效入端電阻和對(duì)外電路的伏安特性。其中U1=5V,R1=100Ω,U2=4V,R2=50Ω,R3=150Ω。根據(jù)任務(wù)1中測(cè)出的開路電壓，輸入電阻組成等效有源一端口網(wǎng)絡(luò)，測(cè)量其對(duì)外電路的伏安特性。根據(jù)任務(wù)1中測(cè)出的短路電流，輸入電阻組成等效有源一端口網(wǎng)絡(luò)，測(cè)量其對(duì)外電路的伏安特性。實(shí)驗(yàn)步驟在Capture環(huán)境下繪制編輯電路，包括原件、連線、輸入?yún)?shù)和設(shè)置節(jié)點(diǎn)等。分別編輯原電路、戴維南等效電路和諾頓等效電路。為測(cè)量原網(wǎng)絡(luò)的伏安特性，Rl是可變電阻。為此，Rl的阻值要在“PARAM”中定義一個(gè)全局變量var同時(shí)把Rl的阻值野設(shè)為該變量{var}。設(shè)定分析類型為“DCSweep“，掃描變量為全局變量var，并具體設(shè)置線性掃描的起點(diǎn)為IP,終點(diǎn)為IG,步長(zhǎng)為IMEG。(4)系統(tǒng)啟動(dòng)分析后，自動(dòng)進(jìn)入Probe窗口。重新設(shè)定掃描參數(shù)，掃描變量仍為全局變量var，線性掃描的起點(diǎn)為1，終點(diǎn)為10k，步長(zhǎng)為100。重新啟動(dòng)分析，進(jìn)入Probe窗口。選擇Plot=＞AddPlot增加兩個(gè)坐標(biāo)軸，選擇Plot=＞XAxisSettings=＞AxisVariable，設(shè)置橫軸為V（RL:2）,選擇Trace=＞Add分別在三個(gè)軸上加I(RL)、I(RLd)和I(RLn)變量。顯示結(jié)果如圖。思考與討戴維南定理和諾頓定理的使用條件是什么？戴維南定理和諾頓定理只適用于線性元件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過(guò)計(jì)算出等效參數(shù)，將原電路等效成戴維南電路和諾頓電路，進(jìn)行實(shí)觀察。由曲線可分析得知戴維南等效電路和諾頓等效電路的試驗(yàn)曲線與原電路基本相同，由此可以說(shuō)明戴維南定理和諾頓定理的正確性。實(shí)驗(yàn)三正弦穩(wěn)態(tài)電路分析和交流掃描分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)習(xí)用Pspice進(jìn)行正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析。（2）學(xué)習(xí)用Pspice進(jìn)行穩(wěn)態(tài)電路的交流掃描分析。（3）熟悉含受控源電路的聯(lián)接方法。二．原理與說(shuō)明在電路中已經(jīng)學(xué)過(guò)，對(duì)于正弦穩(wěn)態(tài)電路，可以用向量法列寫電路方程（之路電流法.節(jié)點(diǎn)電壓法，回路電流法。），求解電路中各個(gè)電壓和電流的振幅（有效值）和初相位（初相角）。Pspice軟件是用向量形式的節(jié)點(diǎn)電壓法對(duì)正弦穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)行分析的。三．實(shí)驗(yàn)示例（1）正弦穩(wěn)態(tài)分析。以圖示電路為例，其中正弦電源的角頻率為10Krad/s，要求計(jì)算兩個(gè)回路中的電流。a．在capture環(huán)境下編輯電路，互感用符號(hào)“XFRM-LINER表示。參數(shù)設(shè)置如下：L1-VALUE,L2-VALUE為感抗，COUPLE為耦合系數(shù)。b．設(shè)置仿真，打開分析類型對(duì)話框，對(duì)于正弦電路分析要選擇ACSweep。單擊該按鈕后，可以打開下一級(jí)對(duì)話框交流掃描分析參數(shù)表，設(shè)置具體的分析參數(shù)。對(duì)于圖示的電路，設(shè)置為：ACSweepType選擇為L(zhǎng)inear，SweepParameters設(shè)置為----StartFreq（起始頻率）輸入1592，EndFreq（終止頻率）也輸入1592，TotalPts（掃描點(diǎn)數(shù)）輸入1.c．運(yùn)行軟件仿真計(jì)算程序，在Probe窗口顯示交流掃描分析的結(jié)果。d．為了得到數(shù)值的結(jié)果，可以在兩個(gè)回路中分別設(shè)置電流打印機(jī)標(biāo)識(shí)符。如圖所示，其中電流打印機(jī)標(biāo)識(shí)符的屬性設(shè)置分別為I(R1)和I(C1),設(shè)置項(xiàng)有（AC,MAG,REAL,PHASE,IMAG）.即得到仿真的結(jié)果輸出。.四．選做實(shí)驗(yàn)（1）以給出的實(shí)驗(yàn)例題和實(shí)驗(yàn)步驟，用Pspice獨(dú)立的做一遍，給出仿真結(jié)果。（2）對(duì)正弦穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助分析，求出各元件的電流，電路如圖所示，其中電壓源Us=100cos（1000t）V，電流控制電壓源的轉(zhuǎn)移電阻是20歐姆。實(shí)驗(yàn)方法：進(jìn)行交流掃描，掃描頻率為1000/(2*3.14)=159.2Hz，得到幾個(gè)電流值的點(diǎn)。電路如圖，Us=220cos（314t）V。電容是可調(diào)的，其作用是為了提高電路的功率因數(shù)。試分析電容為多大值時(shí)，電路的功率因數(shù)為1.對(duì)電容的值設(shè)置全局變量，進(jìn)行掃描，觀測(cè)流過(guò)電源的電流，當(dāng)電流最小時(shí)所得的電容就是使功率因數(shù)為1時(shí)的電容。仿真結(jié)果如下：根據(jù)仿真結(jié)果可以得出，當(dāng)電容為14.34uf時(shí)，電流最小為1.6733A。五、思考與討論1.為了提高功率因數(shù)，常在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器，此時(shí)增加了一條電流之路，但電路的總電流卻減小了，此時(shí)感性元件上的電流和功率卻不變。2.提高線路的功率因數(shù)只采用并聯(lián)電容的方法，而不采用串聯(lián)法是因?yàn)榇?lián)會(huì)改變感性負(fù)載上的電流，增加了電路的總功率。并聯(lián)的電容不是越大越好，電容過(guò)大反而會(huì)使功率因數(shù)減小。實(shí)驗(yàn)四一階動(dòng)態(tài)電路的研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆誔spice編輯動(dòng)態(tài)電路、設(shè)置動(dòng)態(tài)元件的初始條件、掌握周期激勵(lì)的屬性及對(duì)動(dòng)態(tài)電路仿真的方法。理解一階RC電路在方波激勵(lì)下逐步實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)充放電的過(guò)程。理解一階RL電路在正弦激勵(lì)下，全響應(yīng)與激勵(lì)接入角的的關(guān)系。二．原理與說(shuō)明電路在一點(diǎn)條件下有一定的穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)條件改變，就要過(guò)渡到新的穩(wěn)定狀態(tài)。從一種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種新的狀態(tài)往往不能躍變，而是需要一定的過(guò)渡過(guò)程的，這個(gè)物理的過(guò)程就稱為電路的過(guò)渡過(guò)程。電路的過(guò)渡過(guò)程往往是短暫的，所以電路的過(guò)渡過(guò)程中的工作狀態(tài)成為暫態(tài)，因而過(guò)渡過(guò)程又稱為暫態(tài)過(guò)程。三．實(shí)驗(yàn)示例（1）分析圖示RC串聯(lián)電路在方波激勵(lì)下的全響應(yīng)。其中方波激勵(lì)圖如圖所示，電容的初始電壓為2V（電容Ic設(shè)為2V）。a）編輯電路。其中方波電源是SOURCE庫(kù)中的VPULSE電源。并且修改方波激勵(lì)的屬性。為分辨電容屬性，電容選取Analog庫(kù)中的C-elect（電容Ic設(shè)為2V）。b）設(shè)置分析的類型為Transient。其中PrintStep設(shè)為2ms，F(xiàn)inalTime設(shè)為40ms。c)設(shè)置輸出方式。為了觀察電容電壓的充放電過(guò)程與方波的激勵(lì)關(guān)系，設(shè)置兩個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓標(biāo)識(shí)符以獲得激勵(lì)和電容電壓的波形，設(shè)置打印電壓標(biāo)識(shí)符VPRINT1以獲取電容電壓數(shù)值輸出。d）仿真計(jì)算及結(jié)果分析。經(jīng)計(jì)算得到輸出圖形。四．選做實(shí)驗(yàn)（1）.參照示例實(shí)驗(yàn)，改變R和C的元件參數(shù)，觀察改變時(shí)間常數(shù)對(duì)電容電壓波形的影響。（2）.仿真計(jì)算R=1K，C=100uf的RC串聯(lián)電路，接入峰---峰值為3V周期為2s的方波激勵(lì)的零狀態(tài)響應(yīng)。（3）仿真計(jì)算R=1K，C=100uf的RC串聯(lián)電路，接入峰---峰值為5V、周期為2s的方波激勵(lì)時(shí)的全響應(yīng)，其中電容電壓的初始值為1V.R=1K,C=100uF時(shí)接入峰峰值為3V，周期為2s的方波激勵(lì)的零狀態(tài)相應(yīng)。當(dāng)接入峰---峰值為3V周期為2s的方波激勵(lì)的零狀態(tài)響應(yīng)時(shí)得到的波形與數(shù)據(jù)如下：TIMER=1K,C=100uF時(shí)，接入峰峰值為5V，周期為2s的方波激勵(lì)時(shí)的全響應(yīng)。其中電容的電壓的初始值為1V。比較這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的波形可以發(fā)現(xiàn)，全響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)的不同之處就在于充電的起點(diǎn)不同，后續(xù)的波形都是相同的。五、思考與討論在RC串聯(lián)電路中，電容充電上升到穩(wěn)定值遇電容衰減到初始值所需要的時(shí)間相同，時(shí)間常數(shù)=R*C，RC串聯(lián)電路中，電容電壓上升到穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需要的時(shí)間為一個(gè)時(shí)間常數(shù)，RC串聯(lián)電路中，電容電壓衰減到初始電壓的36.8％所需要的時(shí)間為一個(gè)時(shí)間常數(shù)。通常認(rèn)為電路從暫態(tài)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)所需要的時(shí)間為無(wú)窮大，但實(shí)際計(jì)算時(shí)通常取時(shí)間常數(shù)的5倍，即5。實(shí)驗(yàn)五二階動(dòng)態(tài)電路的仿真分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康难芯縍、L、C串聯(lián)電路的電路參數(shù)與暫態(tài)過(guò)程的關(guān)系。觀察二階電路在過(guò)阻尼、臨界阻尼和欠阻尼三種情況下的響應(yīng)波形。利用響應(yīng)波形，計(jì)算二階電路暫態(tài)過(guò)程有關(guān)的參數(shù)。掌握利用計(jì)算機(jī)仿真與示波器觀察電路響應(yīng)波形的方法。實(shí)驗(yàn)原理用二階微分方程描述的動(dòng)態(tài)電路，為二階電路。圖5-1所示R、L、C串聯(lián)電路是典型的二階電路。其電路方程為:LCd2uc/dt2+RCduc/dt+uc=usuc(0+)=uc(0-)=U0duc(0+)/dt=iL(0+)/C=iL(0-)/C=I0/C圖5-1電路的零輸入響應(yīng)只與電路的參數(shù)有關(guān)，對(duì)應(yīng)不同的電路參數(shù)，其響應(yīng)有不同的特點(diǎn)：當(dāng)R>2時(shí)，零輸入響應(yīng)中的電壓、電流具有非周期的特點(diǎn)，成為過(guò)阻尼狀態(tài)。當(dāng)R<2時(shí)，零輸入響應(yīng)中的電壓、電流具有衰減振蕩的特點(diǎn)，稱為欠阻尼狀態(tài)。此時(shí)衰減系數(shù)δ=R/2L，ω0=1/是在R=0情況下的振蕩角頻率，成為無(wú)阻尼振蕩電流的固有角頻率。在R≠0時(shí)，R、L、C串聯(lián)電路的固有振蕩頻率ω’將隨δ=R/2L的增加而下降。當(dāng)R=2時(shí)，有δ=ω0，ω’=0暫態(tài)過(guò)程介于非周期與振蕩之間，稱為臨界狀態(tài)，其電壓、電流波形如圖5-3（C）所示。其本質(zhì)屬于非周期暫態(tài)過(guò)程。(2)除了在以上各圖所表示的u-t或i-t坐標(biāo)研究動(dòng)態(tài)電流的暫態(tài)過(guò)程以外，還可以在相平面作同樣的研究工作。相平面也是直角坐標(biāo)系，其橫軸表示被研究的物理量度x，縱軸表示被研究的物理量對(duì)時(shí)間的變化率dx/dt。由電路理論可知，對(duì)于R、L、C串聯(lián)電路，兩個(gè)狀態(tài)變量分別為電容電壓uc、電感電流iL。因?yàn)閕L=iC=Cduc/dt，所以取uc為橫坐標(biāo)，iL為縱坐標(biāo)，構(gòu)成研究該電流的狀態(tài)平面。每一個(gè)時(shí)刻的uc、iL，可用向平面上的某一點(diǎn)表示，這個(gè)點(diǎn)稱為相跡點(diǎn)。uc、iL隨時(shí)間變化的每一個(gè)狀態(tài)可用相平面上一系列相跡點(diǎn)表示。一系列相跡點(diǎn)相連得到的曲線，稱為狀態(tài)軌跡（或相軌跡）。圖5-2R、L、C串聯(lián)電路利用PSpice仿真可以很方便地得到狀態(tài)軌跡。圖5-3各圖的左邊即為幾種不同暫態(tài)過(guò)程的狀態(tài)軌跡。示例實(shí)驗(yàn)研究R、L、C串聯(lián)電路零輸入響應(yīng)波形。(1)利用PSpice分析圖5-2所示電路。其中電容元件C1的IC（初始狀態(tài)uc（0+））設(shè)為10V，電感元件IC（初始狀態(tài)iL（0+））設(shè)為0，電阻R1元件Value設(shè)為{val}，設(shè)置PARAN的val參數(shù)為1Ω。在設(shè)置仿真參數(shù)元件的全局變量時(shí)，設(shè)置Parametername：為val。在Sweeptype欄內(nèi)，選Valuelist（參數(shù)列表）為0.00001，，20，40，100，即分別計(jì)算以上參數(shù)下的個(gè)變量波形。R=0.00001(2)再用PSpice在一個(gè)坐標(biāo)下觀察uc、iL、uL1波形，并在屏幕上得到如圖5-4所示的結(jié)果。R=20Ω欠阻尼情況R=40Ω臨界阻尼情況（c）R=100Ω過(guò)阻尼情況圖5-43種情況下的uc，iL，uL波形選做實(shí)驗(yàn)研究方波信號(hào)作用下的R、L、C串聯(lián)電路。圖5-5方波信號(hào)作用下的RLC串聯(lián)電路利用PSpice分析電路圖5-5，元件設(shè)置如圖所示，這里C1與L1的初始狀態(tài)均為0，設(shè)置暫態(tài)仿真時(shí)間范圍是0—8ms（即方波脈沖的兩個(gè)周期），參數(shù)設(shè)置為列表方式，分別選取Val=-0.5Ω，0.1Ω，1，10Ω，40Ω，200Ω，觀察uc在這些參數(shù)下的波形。Val=-0.5Val=0.1Val=1Val=10Val=40R=200Ω的圖形五、思考與討論RLC串聯(lián)電路的暫態(tài)過(guò)程中，電感和電容之間存在能量轉(zhuǎn)換，在能量傳遞過(guò)程中，由于電阻會(huì)消耗能量，所以隨著R的大小的不同，電路會(huì)出現(xiàn)不同的工作狀態(tài)。當(dāng)R較?。ǎr(shí)，電路處于振蕩狀態(tài)，電感和電容通過(guò)電流來(lái)實(shí)現(xiàn)能量交換，由于電阻總是消耗能量（此時(shí)消耗能量較小），使整個(gè)系統(tǒng)的能量不斷減少，從而使電容電壓的振幅值衰減。當(dāng)當(dāng)時(shí)，電路處于非振蕩狀態(tài)，由于電阻較大，消耗的能量較多，從而“阻礙”了電容和電感之間能量的傳遞，故稱之為“過(guò)阻尼”。當(dāng)時(shí)，電路處于臨界狀態(tài)，由于此時(shí)能量沒(méi)有消耗，故此時(shí)電容電壓幅值不會(huì)衰減，而是等幅振蕩。實(shí)驗(yàn)六頻率特性和諧振的仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)使用PSpice軟件仿真分析電路的頻率特性。掌握用PSpice軟件進(jìn)行電路的諧振研究。了解耦合諧振的特點(diǎn)。原理與說(shuō)明(1)在正弦穩(wěn)態(tài)電路中，可以用相量發(fā)對(duì)電路進(jìn)行分析。電路元件的作業(yè)是用復(fù)阻抗（有時(shí)也簡(jiǎn)稱阻抗）Z表示，復(fù)阻抗Z不僅與元件參數(shù)有關(guān)，還與電源的頻率有關(guān)。因此，電路的輸出（電壓、電流）不僅與電源的大?。ㄓ行е祷蛘穹┯嘘P(guān)，還與電源的頻率有關(guān)，輸出（電壓、電流）傅氏變換與輸入（電壓源、電流源—）傅氏變換之比稱為電路的頻率特性。(2)在正弦穩(wěn)態(tài)電路中，對(duì)于含有電感L和電容C的無(wú)源一端口網(wǎng)絡(luò)，若端口電壓和端口電流同相位，則稱該一端口網(wǎng)絡(luò)為諧振網(wǎng)絡(luò)。諧振既可以通過(guò)調(diào)節(jié)電源的頻率產(chǎn)生，也可以通過(guò)調(diào)節(jié)電容元件或電感元件的參數(shù)產(chǎn)生。電路處于諧振時(shí)，局部會(huì)得到高于電源電壓（或電流）數(shù)倍的局部電壓（或電流）。(3)進(jìn)行頻率特性和諧振電路的仿真時(shí)，采用“交流掃描分析”，在Probe中觀測(cè)波形，測(cè)量所需數(shù)值。還可以改變電路或元件參數(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助分析，設(shè)計(jì)出滿足性能要求的電路。(4)對(duì)濾波器輸入正弦波，令其頻率從零逐漸變大，則輸出的幅度也將不斷變化。把輸出降為其最大值的（1/2）多對(duì)應(yīng)的頻率稱為截止頻率，用ωc表示。輸出大于最大值的（1/2）的頻率范圍就稱為濾波器的通頻帶（簡(jiǎn)稱通帶），也就是濾波器能保留的信號(hào)的頻率范圍。各類濾波器的通頻帶定義如圖6-1所示。(5)對(duì)濾波器電路的分析可以用PSpice軟件采用“交流掃描分析”，并在Probe中觀測(cè)波形，測(cè)量濾波器的通頻帶，調(diào)節(jié)電路參數(shù)，以使濾波器滿足設(shè)計(jì)要求。三、示例實(shí)驗(yàn)（1）雙T型網(wǎng)絡(luò)如圖6-2所示。分析該網(wǎng)絡(luò)的頻率特性。分析網(wǎng)絡(luò)的頻率特性，須在ACSweep的分析類型下進(jìn)行。編輯電路，輸入端為1V的正弦電壓源，從輸入端獲取電壓波形。圖6-2雙T型網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)電路仿真設(shè)置：圖6-4雙T型網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性從圖6-4可以看出，這是一個(gè)帶阻濾波器，低頻截止頻率近似為182Hz，高頻截止頻率近似為3393Hz，帶阻寬度3211Hz。四、選做實(shí)驗(yàn)（1）圖6-5（a）所示為RLC串聯(lián)電路，測(cè)試氣幅頻特性，確定去通帶寬Δf。若Δf小于40KHz，試采用耦合諧振的方式改進(jìn)電路，使其通帶寬滿足設(shè)計(jì)要求。（a）仿真圖6-5（a），觀察其諧振頻率和通帶寬是否滿足設(shè)計(jì)要求。（a）RLC串聯(lián)電路由實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通頻帶過(guò)窄，小于40KHZ。（b）改進(jìn)電路如圖6-5（b）所示，其耦合電感參數(shù)設(shè)置如下L1=L2=100uH，耦合系數(shù)COUPLE=0.022.觀察其諧振頻率和通帶寬是否滿足設(shè)計(jì)要求。耦合諧振電路圖6-5諧振電路的實(shí)驗(yàn)電路改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)電路明顯改變了通頻帶的寬度，電路的選頻特性更好。思考與討論（1）同一電阻、電感、電容原件做串聯(lián)和并聯(lián)時(shí)，電路的性質(zhì)不同。因?yàn)楫?dāng)串聯(lián)電路呈感性時(shí)，并聯(lián)電路可能呈容性；串聯(lián)電路呈容性時(shí)，并聯(lián)電路可能呈感性。當(dāng)串聯(lián)電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，電容和電感相當(dāng)于短路，而此時(shí)對(duì)于并聯(lián)電路來(lái)說(shuō)可能發(fā)生并聯(lián)諧振，并聯(lián)支路相當(dāng)于開路。（2）頻率對(duì)電路的性質(zhì)有影響。頻率不同時(shí)，容抗和感抗都會(huì)隨之而改變，從而可能使原來(lái)呈感性的電路轉(zhuǎn)而呈容性，也可能使原來(lái)呈容性的電路變?yōu)楦行?。?dāng)發(fā)生諧振時(shí)，還會(huì)使電路呈阻性。實(shí)驗(yàn)七三相電路的研究一實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)基本的星形三相交流電的供電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，著重研究三相四線制和三相三線制，并對(duì)某一相開路、短路或者負(fù)載不平衡進(jìn)行研究，從而熟悉三相交流電的特性。二原理與說(shuō)明1．利用三個(gè)頻率50Hz、有效值220V、相位各相差120度的正弦信號(hào)源代替三相交流電。2．星形三相三線制負(fù)載不同時(shí)的電壓波形變化及相應(yīng)的理論。3．星形三相四線制：三相交流源的公共端N與三相負(fù)載的公共端相連。4．當(dāng)三相電路出現(xiàn)若干故障時(shí)，對(duì)應(yīng)電壓和電流會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象去驗(yàn)證理論。三示例實(shí)驗(yàn)1、電路圖如下所示，其中電源為三相對(duì)稱電源，負(fù)載分為兩種情況：一種情況是三相對(duì)稱負(fù)載，另一種情況是不對(duì)稱三相負(fù)載。（注：圖中R4=1M，為Pspice提供一個(gè)虛擬零電位）。在capture中繪制如上所示電路圖，V1,V2,V3設(shè)置為Vac=220V,Vampl=311V，freq=50Hz，Voff=0，phase分別為0，-120，120.三相負(fù)載阻值均為100K。設(shè)置Transient分析的runtime為40ms。運(yùn)行仿真，得到電壓波形如下：(d)改變其中一相負(fù)載的阻值R1=50K，重新運(yùn)行仿真，得到結(jié)果如下：（e）分別將R1的阻值減小為10K,5K,1K,得到不同的電壓波形如下：R1=10K:R1=5K:R1=1K:(f)將R1,R2,R3設(shè)置成不同的阻值，形成三相不平衡電路，觀察不同狀態(tài)下的電壓波形。R1=100K，R2=60K，R3=20K增加一條中線如下圖所示，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，得到不同的電壓波形圖。（100k,100k,100k）（50k,100k,100k）（10k,100k,100k）（5k,100k,100k）（1k,100k,100k）四選做實(shí)驗(yàn)無(wú)中線R1短路無(wú)中線R1=開路有中線R1短路有中線R1開路五、思考與討論（1）三相三線制電路中，負(fù)載電壓隨相應(yīng)的負(fù)載變化而變化，而且變化規(guī)律相反，即一路負(fù)載變大，這路電壓減小，反之增大。（2）三相三線制電路接不對(duì)稱負(fù)載時(shí)，中性點(diǎn)發(fā)生偏移，負(fù)載電壓也不對(duì)稱。三相四線制電路，無(wú)論負(fù)載對(duì)稱與否，負(fù)載電壓均對(duì)稱。實(shí)驗(yàn)八受控電源的電路設(shè)計(jì)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)習(xí)使用Pspice進(jìn)行電路的輔助設(shè)計(jì)。（2）用Pspice測(cè)試受控電源的控制系數(shù)和負(fù)載特性。（3）加深對(duì)受控電源的理解。二原理與說(shuō)明受控電源是一種二端口元件，按控制量和被控制量的不同，受控電源可分為：電壓控制電壓源（VCVS)、電壓控制電流源(VCCS)、電流控制電壓源(CCVS)和電流控制電流源(CCCS)四種?？刂葡禂?shù)為常數(shù)的受控電源為線性受控電源,它們的控制系數(shù)分別用μ、g、r和β。本實(shí)驗(yàn)是用運(yùn)算放大器和固定的電阻組成上述四種受控電源。三實(shí)驗(yàn)任務(wù)電壓控制電壓源和電壓控制電流源的仿真設(shè)計(jì)。a.用Pspice繪制電路和設(shè)置符號(hào)參數(shù)。b.設(shè)置分析類型，對(duì)電路進(jìn)行分析，得到控制量和被控制量，間接測(cè)量控制系數(shù)μ和g。并通過(guò)公式μ=（1+R1/R2),g=1/R分別計(jì)算控制系數(shù)μ和g。c.對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。d.改變電阻值，再用Pspice進(jìn)行仿真分析，分別確定控制系數(shù)μ和g與電阻的函數(shù)關(guān)系。電壓控制電壓源的設(shè)計(jì)電路對(duì)電路的電源V1進(jìn)行直流掃描，研究受控源的線性工作區(qū)，由輸出電壓曲線可以發(fā)現(xiàn)，只有V1電壓在0至2V時(shí)，輸出電壓關(guān)系才滿足受控源關(guān)系，即U2=(1+R1/R2)U1=6*U1.電壓控制電流源的設(shè)計(jì)電路對(duì)電路的電源V1進(jìn)行直流掃描，研究受控源的線性工作區(qū)，由輸出電流曲線可看到，只有在電壓為0至1V的范圍內(nèi)，輸出電流滿足電壓控制電流源關(guān)系，即I2=（1/R）U1=0.01*U1.（2)電流控制電壓源的仿真設(shè)計(jì)。輸入電流I1由電壓源Us和串聯(lián)電阻Ri提供。a.用Pspice繪制電路和設(shè)置符號(hào)參數(shù)。b.設(shè)置分析類型，對(duì)電路進(jìn)行分析，得到控制量和被控制量，間接測(cè)量控制系數(shù)r。并通過(guò)公式r=-R,計(jì)算控制系數(shù)r。c.對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。d.改變電阻值，再用Pspice進(jìn)行仿真分析，分別確定控制系數(shù)r與電阻的函數(shù)關(guān)系。電流控制電壓源的仿真設(shè)計(jì)對(duì)電路的電源V1進(jìn)行直流掃描，研究受控源的線性工作區(qū)，在仿真實(shí)驗(yàn)中將X軸設(shè)為電源的電流，研究輸入電流與輸出電壓關(guān)系。從關(guān)系曲線上可以看出，只有輸入電流在0至7mA范圍內(nèi)，輸出電壓才滿足受控源關(guān)系，即U2=(-R)I1=-2000*I1.所以該電路的輸入電流應(yīng)小于7mA。（3）電流控制電流源的仿真設(shè)計(jì)。輸入電流I1由電壓源Us和串聯(lián)電阻Ri提供。a.用Pspice繪制電路和設(shè)置符號(hào)參數(shù)。b.設(shè)置分析類型，對(duì)電路進(jìn)行分析，得到控制量和被控制量，間接測(cè)量控制系數(shù)β。并通過(guò)公式β=（1+R1/R2)計(jì)算控制系數(shù)β。c.對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。d.改變電阻值，再用Pspice進(jìn)行仿真分析，分別確定控制系數(shù)β與電阻的函數(shù)關(guān)系。電流控制電流源的仿真設(shè)計(jì)電流控制電流源電路對(duì)電路的電源V1進(jìn)行直流掃描，研究受控源的線性工作區(qū)，在仿真實(shí)驗(yàn)中將X軸設(shè)為電源的電流，研究輸入電流與輸出電流關(guān)系。從關(guān)系曲線上可以看出只有輸入電流在0至5mA范圍內(nèi)輸出電流才滿足受控源關(guān)系，即I2=(1+R1/R2)I1=2*I1.故想使該受控源電路正常工作，輸入電流不應(yīng)該超過(guò)5mA。五．思考與討論受控源不可以作為電路的激勵(lì)源對(duì)電路起作用。如果電路里沒(méi)有獨(dú)立電源僅僅有受控源，電路中不會(huì)有電流和電壓。受控源并不是電源，它僅僅反映一個(gè)電量對(duì)另一個(gè)電量的控制關(guān)系。獨(dú)立電壓（流）源可以獨(dú)立于外電路產(chǎn)生電壓（流），而受控源則不能獨(dú)立產(chǎn)生電壓（流），其電壓（流）的大小完全取決于控制量。但當(dāng)控制量確定并保持不變時(shí)，受控源則具有獨(dú)立電源的特性.實(shí)驗(yàn)九負(fù)阻抗變換器電路的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)使用Pspice進(jìn)行電路的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，培養(yǎng)用仿真軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試和工程制作電路的能力。用Pspice進(jìn)行負(fù)阻抗變換器的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)?！皽y(cè)試”負(fù)阻抗變換器的輸入阻抗和其負(fù)載阻抗的關(guān)系，用間接測(cè)量的方法測(cè)量負(fù)阻抗變換器的參數(shù)。加深對(duì)負(fù)阻抗變換器的理解，熟悉和掌握負(fù)阻抗變換器的基本使用。原理與說(shuō)明負(fù)阻抗變換器（NIC）是一個(gè)有源二端口元件，實(shí)際工程中一般用運(yùn)算放大器組成。它有兩種形式，分別為電壓反向型和電流反向型。當(dāng)負(fù)阻抗變換器的負(fù)載阻抗為ZL時(shí)，從其輸入端看去的輸入端阻Zin為負(fù)載阻抗的負(fù)值，即Zin=-ZL實(shí)驗(yàn)任務(wù)負(fù)阻抗變化的電路設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。選擇ZL=R=1kΩ，用Pspice軟件進(jìn)行仿真，求出其輸入阻抗Zin。由電流和電壓曲線關(guān)系可計(jì)算求得R=-1K選擇頻率為100Hz正弦電源，其有效值可以自己選定，R=10Ω，ZL=（5-j5）Ω，用Pspice軟件進(jìn)行仿真分析，求出其輸入阻抗Zin。設(shè)置交流掃描，頻率為100HZ，得到FREQIM(V_PRINT1)IP(V_PRINT1)IR(V_PRINT1)II(V_PRINT1)1.000E+021.415E+00-1.350E+02-1.001E+00-1.000E+00計(jì)算得輸入阻抗為Zin==（5-j5）Ω。選擇正弦電源的頻率f=1000Hz，R=100Ω,ZL=(3+j4)Ω,用Pspice軟件仿真分析，求出其輸入阻抗Zin。設(shè)置交流掃描，得出FREQIM(V_PRINT1)IP(V_PRINT1)IR(V_PRINT1)II(V_PRINT1)1.000E+031.999E+001.269E+02-1.199E+001.600E+00經(jīng)過(guò)計(jì)算可得輸入阻抗Zin==(3+j4)Ω。用負(fù)阻抗變換器仿真負(fù)電阻。用前面電路所示的負(fù)阻抗變換器的電路實(shí)現(xiàn)一個(gè)等效負(fù)阻抗電阻，將其與獨(dú)立電源和其他電阻組成一個(gè)直流電路。實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。選擇元件的參數(shù)，用“BiasPointDetail”仿真分析該電路，求出該電路的節(jié)點(diǎn)電壓和元件電流。從結(jié)果分析等效負(fù)電阻元件伏安特性，看其是否滿足“負(fù)電阻”特性。設(shè)電源電壓為掃描變量，用“DCSweep…”仿真分析該電路，在Probe中觀測(cè)用負(fù)阻抗變換器仿真的“負(fù)電阻”的電壓和電流曲線，并確定兩者之間的函數(shù)關(guān)系。故U=-RI=-1000I用負(fù)阻抗變換器仿真電感。用任務(wù)（1）中所示的負(fù)阻抗變換器電路實(shí)現(xiàn)一個(gè)等效電感，將其與R、C元件串聯(lián)，組成一個(gè)RLC串聯(lián)電路。選擇元件參數(shù)，用“ACSweep…”仿真分析該電路，確定其諧振頻率。將電阻設(shè)為掃描變量，并定義為var，再仿真分析該電路，確定電阻為何值時(shí)發(fā)生串聯(lián)諧振。此電路不可以通過(guò)簡(jiǎn)單的串聯(lián)就做出RLC串聯(lián)電路，因?yàn)榇藭r(shí)會(huì)將R、L、C的值先相加，在一起進(jìn)行復(fù)阻抗變換，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)串聯(lián)諧振！事實(shí)上，復(fù)阻抗變換器有兩種逆變作用：1、負(fù)阻抗變換器的逆變作用A（與頻率有關(guān)，圖1）。根據(jù)Zin=-KZL定義（1）當(dāng)ZL為電容時(shí)，ZL=1/jωC，Zin=-1/jωC=jωL，等值電感L=1/ω2C（2）當(dāng)ZL為電感時(shí)，ZL=jωL，Zin=-jωL=1/jωC，圖221116-5等值電容C=1/ω2L圖221116-5圖1圖22、負(fù)阻抗變換器的逆變作用B（與頻率無(wú)關(guān)，圖2）。當(dāng)R與負(fù)阻元件-(R+1/jωC)相并聯(lián)時(shí)，其結(jié)果自選實(shí)驗(yàn)。自行設(shè)計(jì)電路并用Pspice進(jìn)行仿真分析和設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)十回轉(zhuǎn)器電路的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)一步學(xué)習(xí)使用Pspice進(jìn)行電路的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。用Pspice進(jìn)行回轉(zhuǎn)器的的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。用間接測(cè)量的方法測(cè)量回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)系數(shù)。加深對(duì)回轉(zhuǎn)器的理解，熟悉和掌握回轉(zhuǎn)器的基本應(yīng)用。原理與說(shuō)明回轉(zhuǎn)器是一個(gè)二端口元件，實(shí)際工程中一般用運(yùn)算放大器組成，它的電路符號(hào)如圖所示?；剞D(zhuǎn)器的端口電壓和端口電流的伏安關(guān)系為或式中，r、g分別成為會(huì)板起的回轉(zhuǎn)電阻和回轉(zhuǎn)電導(dǎo)，也成為回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)系數(shù)?；剞D(zhuǎn)器的重要的性質(zhì)是它可以將一個(gè)端口的電流（或電壓）“回轉(zhuǎn)”為另一個(gè)端口的電壓（或電流）?；剞D(zhuǎn)器具有“回轉(zhuǎn)”阻抗的功能，如果再回轉(zhuǎn)器的2-2‘端接上阻抗ZL(也稱為回轉(zhuǎn)器的負(fù)載阻抗)如圖所示，那么，回轉(zhuǎn)器的1-1’端（輸入端）的等效阻抗Zin由其伏案特性推到可得Zin=r2/ZL,這里采用的是向量形式。下面討論ZL取不同值的幾種情況。當(dāng)ZL=RL時(shí)，Zin=r2/RL,為純電阻。當(dāng)ZL為電容元件時(shí)，ZL=-j1/（ωc）Zin=jωcr2=jω（cr2）=jωLeq為純電感，等效電感Leq=r2c?；剞D(zhuǎn)器可以將電容“回