1、 | |生活 | 一个人总要走陌生的路，看陌生的风景，听陌生的歌，然后在某个不经意的瞬间，你会发现，原本费尽心机想要忘记的事情真的就这么忘记了 . |-郭敬明 本文由 xl369015813 贡献 doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。 电路计算机仿真分析 实验报告 姓名： 班级： 08 级 2 班 学号： 实验一 直流电路工作点分析和直流扫描分析 一 实验目的 （ 1） 学习使用 Pspice 软件，熟悉他的工作流程，即绘制电路图、元件类别的选择及其 参数的赋值、分析类型的建立及其参数的设定、 Probe 窗口的设置和分析的运行 过程等。
2、 （ 2） 学习用 Pspice 进行直流工作点分析和直流扫描分析的操作步骤。 二 实验内容 （一） 应用 Pspice 求解图示电路各节点电压和各支路电流 （ 1）操作过程 启动 Orcad capture,新建工程 Ploj1，选项框选择 Analog or Mixed A/D。类型选择 为 create a blank projiect。 在原理图界面上点击 Place/Parts 或右键快捷键。 首先增加常用库，点击 Add Library，或将常用库添加进来。 一定元件到适当位置，右键单击器件进行适当旋转，点击 Place/Wire 或快捷键 将电路连接如图。 双击元器件或相应的参数
3、修改名称和值。 在需要观察的位置放置探针。 保留原理图。 R2 1k 2A 0Adc R1 1k R3 3k 0Adc 4A 0 （ 2）仿真 点击 Pspice/New Simulation Profile，输入名称。 在弹出窗口中 Basic Point 是默认的，点击确定。 点击 Pspice/run。 在原理图中点击 V， I 工具栏按钮，图形显示各节点电压和各元件电流值。 （ 3） 实验结果 4.000V R2 4.000W 2.000A 1 4.000A R1 16.00W 1 2.000A R3 12.00W 3 6.000V Idc1 -8.000W 2A 2.000A Idc
4、2 -24.00W 4A 4.000A 0V 0 三 选做实验 IPRINT Is2 1A R2 2 R1 4 Is1 3A 1A 12V R4 3 Vs1 Vs4 Is3 2A RL 1 I Vs2 10V Is5 7V Is4 Vs3 2A 5V 0 分析下图直流工作点和直流扫描分析 （）操作过程 直流工作点分析同上。 直流扫描： 单击 Pspice/New Simulation Profile，打开分析类型对话框，以建立分析 类型。选择“直流扫描” 。设置参数。 设置打印机参数 运行仿真。 （）实验结果 直流工作点分析 Is2 3.200W 1.000A 1A R2 23.12W 3.4
5、00A 2 IPRINT 0W 22.40V 2.600A Vs2 -34.00W 32.40V 3.400A 10V 22.40V 25.60V 3.400A R1 46.24W 4 Is1 -25.60W 1A 1.000A 12V 12.00V Vs1 3.400A 40.80W Is5 -67.20W 3.000A 3A 0V R4 20.28W 2.600A 3 7.800V Vs4 18.20W 2.600A 7V Is3 -15.20W 2A 2.000A 2.600A RL 6.760W 1 19.80V Is4 -29.60W 2.000A 2A Vs3 13.00W 2.6
6、00A 5V 14.80V 0 直 流扫描分析 2.8A 2.4A 2.0A 1.6A 1.2A 0V -I(RL) 2V 4V 6V V_Vs1 8V 10V 12V V_Vs1 0.000E+00 5.000E-01 1.000E+00 1.500E+00 2.000E+00 2.500E+00 3.000E+00 3.500E+00 4.000E+00 4.500E+00 5.000E+00 5.500E+00 6.000E+00 I(V_PRINT1) 1.400E+00 1.450E+00 1.500E+00 1.550E+00 1.600E+00 1.650E+00 1.700E+
7、00 1.750E+00 1.800E+00 1.850E+00 1.900E+00 1.950E+00 2.000E+00 6.500E+00 7.000E+00 7.500E+00 8.000E+00 8.500E+00 9.000E+00 9.500E+00 1.000E+01 1.050E+01 1.100E+01 1.150E+01 1.200E+01 2.050E+00 2.100E+00 2.150E+00 2.200E+00 2.250E+00 2.300E+00 2.350E+00 2.400E+00 2.450E+00 2.500E+00 2.550E+00 2.600E+
8、00 三 实验结果分析 、由仿真结果验证基尔霍夫定律 对于电路，设和所对应的结点分别为和。对于中间的一个回路有： 4*1+1*2-3*2=0，即基尔霍夫电压定律成立。对于结点有： 2+2-4=0，即基尔霍夫电流定律 成立。同理可证电路的基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律也成立。 2、对于公式（ 1-1） ，我们可以看到： IRL 与 US1 成线性关系， US1 越大， IRL 越大。 US1=0 时， IRL=1.4A。各物理量的意义： US1 电压源的电压；IRL 负载电阻流过的电流。式中 数据 1.4 表示 US1=0 时 IRL 的大小， 0.1 表示电流 IRL 与电压 US1 成线
9、性关系的斜率的大小， 即当 US1 变化为 1V 时， IRL 就变化 0.1K。 实验二 戴维南定理和诺顿定理仿真 一 实验目的 （ 1） 进一步熟悉 Pspice 仿真软件绘制电路图，初步掌握符号参数、分析类型设置。学习 Probe 窗口的简单设置。 （ 2） 加深对戴维南定理和诺顿定理的理解。 二 原理及说明 戴维南定理指出，任一线性有源一端口网络，对外来电路来说，可以用一个电压源和一 个电阻串联的之路来 替代，该电压源的电压 网络的全部独立电源置零后的输入电阻 。 等于电压源的开路电压 ，电阻 等于原 诺顿定理指出，任一线性有源一端口网络，对外来电路来说，可以用一个电流源和一个 电阻并
10、联的之路来替代，该电流源的电流 等于原网络的短路电流 络的全部独立电源置零后的输入电导 ()。 ，其电导 等于原网 三 实验内容 （ 1） 测量有源一端口网络等效入端电阻 和对外电路的伏安特性。 （ 2） 根据任务（ 1）中测得开路电压、输入电阻，组成等效有源一端口网络，测量其对外 电路特性。 （ 3） 根据任务（ 1）中测得短路电流、输入电阻，组成等效有源一端口网络，测量其对外 电路特性。 四 实验步骤 （ 1） 在 Capture 环境下绘制和编制电路，包括取元件、连线、输入参数和设置节点等。 分别编辑原电路、戴维南电路和诺顿电路，检查无误后存盘。 R1 100 R2 50 RL v ar
11、 R3 150 V1 4V 5V V2 3.5455 V3 R0 27.273 RLd v ar Is 130mA G0 27.273 RLn v ar P ARAM E T E RS : 0 v ar = 1K 0 0 （ 2） Rl 的阻值在“ PARAM”中定义一个全局变量 var。 （ 3） 设定分析类型为 “ DC Sweep” 扫描变量为全局变量 var， ， 并设置现行扫描起点为 1P、 终点为 1G 和步长为 1MEG。 （ 4） 启动运行后， 系统自动进入 Probe 窗口。 选择 Plot=Add Plot to Windows 增加坐标轴， 分别在两轴上加 I Rl） V
12、 （ 和 （ Rl： 的变量。 2） 选择 Trace =Cursor=Display 和 Trace = Cursor=Max 显示电流和电压的最大值。 回到界面，按测得参数修改电路。 R0 27.273 RLd v ar Is 130mA G0 27.273 RLn v ar V3 3.5455 0 0 从新设定参数后，扫描全局变量仍为 var，线性扫描的起点为 1，终点为 10 k，步长为 100。 从新启动分析，进入 Probe 窗口。增加合适坐标轴显示结果如下。 0A -100mA -200mA I(RL) 0A -100mA -200mA I(RLd) 0A -100mA SEL
13、-200mA 0V I(RLn) V(RL:2) 0.4V 0.8V 1.2V 1.6V 2.0V 2.4V 2.8V 3.2V 3.6V 三、结论 由输出特性曲线可以看出， 这三条伏安特性曲线是完全一样的， 从而验证了戴维南定理 和诺顿定理的正确性。 四、思考与讨论 戴维南定理和诺顿定理使用的条件为：不含受控源的线性网络 实验三 正弦稳态电路分析和交流分析扫描 一、 实验目的 学习用 Pspice 进行正弦稳态电路的分析。 学习用 Pspice 进行正弦稳态电路的交流扫描分析。 熟悉含受控源电路的联接方式。 二、 原理与说明 对于正弦稳态电路， 可以用相量法列写电路方程， 求解电路中各个电压
14、和电流的振幅 和初相位。 Pspice 是用相量形式的节点电压法对正弦稳态电路进行分析的。 三、 实验示例 正弦稳态分析。以下图为例 ，其中正弦电源的角频率为 10Krad/s，要求计算两个回路 中的电流。 IPRINT R1 10 IPRINT TX1 V1 10Vac 0Vdc C1 10u 0 a. 在 capture 环境下编辑电路，互感是用符号“ XFRM_LINER”表示的。参数设计 如下：L1_VALUE,L2_VALUE 为自感， COUPLING 为耦合系数。 k= b. 设置仿真，打开分析类型对话框，对于正弦电路分析要选择“ ACSweep.” 。单 击该按钮后，可以打开下
15、一级对话框 “交流扫描分析参数表” ，设置具体的分 析参数。对于上图例子，设置为： “ AC Sweep Type”选择“ Linear” “ Start Freq” （起始频率）输入“ 1592” （ 10000/2 ） “ End Freq” （终止频率）也输入“ 1592” “ Total Pts.” （扫描点数）输入“ 1” c. 运行 Pspice 仿真计算程序，在 Probe 窗口显示交流扫描分析的结果。 FREQ IM(V_PRINT1) IP(V_PRINT1) IR(V_PRINT1) II(V_PRINT1) 1.592E+03 2.268E-03 8.987E+01 5.
16、145E-06 2.268E-03 FREQ IM(V_PRINT2) IP(V_PRINT2) IR(V_PRINT2) II(V_PRINT2) 1.592E+03 2.004E+00 8.987E+01 4.546E-03 2.004E+00 分析：可以清楚的看出，电源回路中的电流振幅近似等于 0，负载回 路中的电流振幅等于 2A,初相角约等于 90 度。 d. 为了得到数值的结果，可以在两个回路中分别设置电流打印机标识符。 可 以清楚地看出，电源回路中电流振幅近似等于 0，负载回路中的电流振幅等 于 2A。 四、 选做实验 给出的实验立体和实验步骤，用 Pspice 独立做一遍，给出仿
17、真结果。 对正弦稳态电路进行计算机辅助分析，求出各元件的电流。电路如下图，其中电压源 Us=100 cos（ 1000t） V，电流控制电压源的转移电阻为 2。 R3 2 H1 H + - R4 2 R5 3 R1 1 R2 2 2 L1 1mH C1 1000uF V2 100Vac 0Vdc 1 0 仿真结果： 60A 40A 20A 0A 80Hz I(V1) I(R1) -I(R2) I(R4) I(R3) -I(L1) -I(R5) 159Hz -I(C1) Frequency 239Hz 路如图三， Us=220 cos（ 314t） V，电容是可调的，其作用是为了提高电路的功率
18、因数。试分析电容为多大值时，电路的功率因数 =1。 P ARA M E T E RS : R6 100 V3 VOFF = 0 VAMPL = 311 FREQ = 50 C2 v ar 2 L2 0.2H 1 0 仿真结果： 1.9A 1.8A 1.7A 1.6A 1.5A 0 I(V3) var 2u 4u 6u 8u 10u 12u 14u 16u 18u 20u 五、实验结果分析 1、可以清楚地看出，电源回路中的电流振幅近似等于 0，负载回路中的电流振幅等于 2A。 2、因为当功率因数为 1 时，电源输出电流最小。从图 4 可以看出，电源输出电流最小约为 1.578A,此时电容约为 1
19、4.2uF。 3、各元件的电流可以从图 2 读出：I（ R1） =44.6A， I（ R2） =27.2A， I（ R3） =14.1A， I（ R4） =22.5A， I（ R5） =5.1A， I（ L1）=22.4A， I（ C1） =20.2A。 实验四 一阶动态电路的研究 一 实验目的 （ 1） 掌握 Pspice 编辑动态电路、设置动态远见的初始条件。掌握周期激励的属性及对动 态电路仿真的方法 。 （ 2） 理解一阶 RC 电路在方波激励下逐步实现稳态充放电的过程。 （ 3） 理解一阶 RL 电路在正弦激励下，全响应与激励接入角的关系。 二 示例实验 符以获取激励和电容电压的波形，
20、设置打印电压标示符以获取电容电压数值输出。 1.编辑电路。其中方波电源是 source 库中的 VPULSE 电源。电容选取 Analog 库中的 C-elect （ Ic 设为 2V） 2.设置分析类型为 Transient。其中 Maximum Setp 设为 2ms,Run to 40ms 3.设置输出方式。为观察电容电 压的充放电过程与方波激励的关系，设置两个节点电压标示 符以获取激励和电容典雅的波形，设置打印电压表师傅以获取电容电压数值输出。 R7 1.8k V V1 = 0 V2 = 7 TD = 2ms TR = 0.001us TF = 0.001us PW = 2ms PER
21、 = 4ms V4 C3 V 2uf 0 仿真计算及结果分析。经仿真计算得到图形输出如下图： 8.0V 6.0V 4.0V 2.0V 0V 0s V(V4:+) 5ms V(R7:2) 10ms 15ms 20ms Time 25ms 30ms 35ms 40ms 增加 Vprint 到电路上观察电容电压的数值输出： TIME V(N02549) 0.000E+00 0.000E+00 2.000E-03 2.446E-06 4.000E-03 2.988E+00 6.000E-03 1.713E+00 8.000E-03 3.970E+00 1.000E-02 2.275E+00 1.200
22、E-02 4.292E+00 1.400E-02 2.460E+00 1.600E-02 4.398E+00 1.800E-02 2.521E+00 2.000E-02 4.433E+00 2.200E-02 2.540E+00 2.400E-02 4.444E+00 2.600E-02 2.547E+00 2.800E-02 4.448E+00 3.000E-02 2.549E+00 3.200E-02 4.449E+00 3.400E-02 2.550E+00 3.600E-02 4.450E+00 3.800E-02 2.550E+00 4.000E-02 4.450E+00 分析：电容
23、在连续充放电，开始电容放电，达到最小值， 当第一个方脉冲开始以后， 经历一个逐渐的“爬坡”过程，最后输出成稳定的状态，产生一个近似的三角波。从电容电 压的数值输出可以精确看到这个“爬坡过程”详细情况。最后电容电压输出波形稳定在最大 值 4.450V，最小值为 2.550V。 三 选做实验 1. 参照示例实验，改变 R 和 C 的元件参数，观察改变时间常数对电容电压波形的影响。 2. 仿真计算 R=1k， C=100uf 的 RC 串联电路，接入峰 峰值为 3V，周期为 2s 的方波激励 的零状态响应 。 R1 1k V1 = 1.5 V2 = -1.5 TD = 1ms TR = 0.001u
24、s TF = 0.001us PW = 1s PER = 2s V1 C2 100uf 0 仿真结果： 2.0V 1.0V 0V -1.0V -2.0V 0s V(C2:+) 2s V(V1:+) 4s 6s 8s 10s Time 12s 14s 16s 18s 20s TIME V(N00231) 0.000E+00 3.000E-06 1.000E+00 -1.475E+00 2.000E+00 1.477E+00 3.000E+00 -1.477E+00 4.000E+00 1.477E+00 5.000E+00 -1.477E+00 6.000E+00 1.477E+00 7.000
25、E+00 -1.477E+00 8.000E+00 1.477E+00 9.000E+00 -1.477E+00 1.000E+01 1.477E+00 1.100E+01 -1.477E+00 1.200E+01 1.477E+00 1.300E+01 -1.477E+00 1.400E+01 1.477E+00 1.500E+01 -1.477E+00 1.600E+01 1.477E+00 1.700E+01 -1.477E+00 1.800E+01 1.477E+00 1.900E+01 -1.477E+00 2.000E+01 1.500E+00 分析： R、 C 值的变化使得时间常
26、数发生变化，影响电容的充放电过程，所以输出波形 发生较大变化。 3. 仿真计算 R=1k， C=100uf 的 RC 串联电路，接入峰 峰值为 5V，周期为 2s 的方波激励 的全响应。其中电容电压的初始值为 1V。 R1 1k V1 = 2.5 V2 = -2.5 TD = 1ms TR = 0.001us TF = 0.001us PW = 1s PER = 2s V1 C2 100uf 0 4.0V 2.0V 0V -2.0V -4.0V 0s V(C2:+) 2s V(V1:+) 4s 6s 8s 10s Time 12s 14s 16s 18s 20s TIME 0.000E+00
27、1.000E+00 2.000E+00 3.000E+00 4.000E+00 5.000E+00 6.000E+00 7.000E+00 8.000E+00 9.000E+00 1.000E+01 1.100E+01 1.200E+01 1.300E+01 1.400E+01 1.500E+01 1.600E+01 1.700E+01 V(N00231) 1.000E+00 -2.407E+00 2.465E+00 -2.462E+00 2.462E+00 -2.462E+00 2.462E+00 -2.462E+00 2.462E+00 -2.462E+00 2.462E+00 -2.46
28、2E+00 2.462E+00 -2.462E+00 2.462E+00 -2.462E+00 2.462E+00 -2.462E+00 1.800E+01 2.462E+00 1.900E+01 -2.462E+00 2.000E+01 2.500E+00 分析：全响应，电容起始电压为 1V，此后电容处于充电状态，充电达到饱和电容电压 的衰减很小又很快开始充电。 四、实验结果分析 1、波形由方脉冲尖顶波变为弧行脉冲，电容冲放电过程由近似的直线变成明显的与电压成 非线形关系。 2、随着时间常数的增大，电容一次充电和放电的时间间隔明显增大，如图 2 和图 4，从 0 增加到 0.5s。 3、从图
29、 4 和图 6 的电容电压波形可以 看出，改变 R 和 C 的元件参数，改变时间常数对电容 电压波形会产生影响。 u ( ) = 0.368U S ，此时所对应的时 4、在 RC 串联电路中，对于零输入响应：当 t = 时， C 间就等于，对于零状态响应，可用其响应波形增长倒 0.632US 所对应的时间测得。 实验五 二阶动态电路的仿真分析 一 实验目的 1.研究 R.L.C 串联电路的电路参数与其暂态过程的关系。 2.观察二阶电路在过阻尼，临界阻尼和欠阻尼三种情况下的响应波形。利用响应波形，计算 二 阶电路暂态过程的有关的参数。 3.掌握用计算机仿真与示波器观察电路响应波形的方法。 二 示
30、例实验 研究 R.L.C 串联电路零输入响应波形。 1.电路如下图，其中电容元件 CI 的 IC 设为 10V，电感元件 IC 设为 0，电阻元件 R1 Value 设 为 val， 设置 PARAM 的 val 参数为 1。 在设置仿真参数文件的全局变量时， 设置 Parameter name:为 val。在 Sweep type 栏内，选 Value list 为 0.00001， 20， 40， 100，即分别计 算计算 以上参数下的各变量波形。 PARAM ET ERS: R1 v ar V 2 L1 V C1 2u 1 0.8m I 0 2.用 PSpice 在一个坐标下观察 uc.
31、il,ul1 波形： （ 1） R 0.00001ohm，很小，基本不振荡情况 10 5 0 -5 -10 0s V(C1:2) 0.1ms V(L1:2) 0.2ms I(L1) 0.3ms 0.4ms 0.5ms Time 0.6ms 0.7ms 0.8ms 0.9ms 1.0ms （ 2） R 20ohm,欠阻尼情况 5 0 -5 -10 0s V(C1:2) 0.1ms V(L1:2) 0.2ms I(L1) 0.3ms 0.4ms 0.5ms Time 0.6ms 0.7ms 0.8ms 0.9ms 1.0ms （ 3） R 40ohm,临界阻尼情况 5 0 -5 -10 0s V(
32、C1:2) 0.1ms V(L1:2) 0.2ms I(L1) 0.3ms 0.4ms 0.5ms Time 0.6ms 0.7ms 0.8ms 0.9ms 1.0ms （ 4） R 100ohm,过阻尼情况 5 0 -5 -10 0s V(C1:2) 0.1ms V(L1:2) 0.2ms I(L1) 0.3ms 0.4ms 0.5ms Time 0.6ms 0.7ms 0.8ms 0.9ms 1.0ms 三 选做实验 研究方波信号作用下的 R.L.C 串联电路。 用 PSpice 分析下面电路，C1,L1 的初始状态为 0，设置暂态仿真时间范围是 08ms，参数设 置为列表方式，分别选取
33、Val=-0.5， 0.1， 1， 10， 40， 200，观察 uc 在这些参 数下的波形。 R1 1 v ar 0.8m L1 2 V1 = 0 V2 = 10 TD = 0 TR = 0.001us TF = 0.001us PW = 2ms PER = 4ms V1 V V C1 2uf 0 P ARAM ET E RS : （ 1） Val=-0.5时 200V 100V 0V -100V -200V 0s V(C1:2) 1.0ms 2.0ms 3.0ms 4.0ms Time 5.0ms 6.0ms 7.0ms 8.0ms （ 2） Val=0.1时 50V 0V -50V 0s V(C1:2) 1.0ms 2.0ms 3.0ms 4.0ms Time
