Thvatr08級(jí)電路計(jì)算機(jī)仿真分析.doc

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1、、 .~ ① 我們‖打〈敗〉了敵人。 　?、谖覀儭舶褦橙恕炒颉磾　盗?。 本文由xl369015813貢獻(xiàn) doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 電路計(jì)算機(jī)仿真分析 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 姓名： 班級(jí)：08 級(jí) 2 班 學(xué)號(hào)： 實(shí)驗(yàn)一 直流電路工作點(diǎn)分析和直流掃描分析 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1） 學(xué)習(xí)使用 Pspice 軟件，熟悉他的工作流程，即繪制電路圖、元件類(lèi)別的選擇及其 參數(shù)的賦值、分析類(lèi)型的建立及其參數(shù)的設(shè)定、Probe 窗口的設(shè)置和分析的運(yùn)行 過(guò)程等。 （2） 學(xué)習(xí)用 Psp

2、ice 進(jìn)行直流工作點(diǎn)分析和直流掃描分析的操作步驟。 二 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （一） 應(yīng)用 Pspice 求解圖示電路各節(jié)點(diǎn)電壓和各支路電流 （1）操作過(guò)程 ① 啟動(dòng) Orcad capture,新建工程 Ploj1，選項(xiàng)框選擇 Analog or Mixed A/D。類(lèi)型選擇 為 create a blank projiect。 ② 在原理圖界面上點(diǎn)擊 Place/Parts 或右鍵快捷鍵。 ③ 首先增加常用庫(kù)，點(diǎn)擊 Add Library，或?qū)⒊Ｓ脦?kù)添加進(jìn)來(lái)。 ④ 一定元件到適當(dāng)位置，右鍵單擊器件進(jìn)行適當(dāng)旋轉(zhuǎn)，點(diǎn)擊 Place/Wire 或快捷鍵 將電路連接如圖。 ⑤ 雙擊元器件或相應(yīng)的參數(shù)修改名稱(chēng)

3、和值。 ⑥ 在需要觀察的位置放置探針。 ⑦ 保留原理圖。 R2 1k 2A 0Adc R1 1k R3 3k 0Adc 4A 0 （2）仿真 ① 點(diǎn)擊 Pspice/New Simulation Profile，輸入名稱(chēng)。 ② 在彈出窗口中 Basic Point 是默認(rèn)的，點(diǎn)擊確定。 ③ 點(diǎn)擊 Pspice/run。 ④ 在原理圖中點(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。 （3） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 4.000V R2 4.000W 2.000A 1 4.000A R1 16.00W 1 2.000A R3 12

4、.00W 3 6.000V Idc1 -8.000W 2A 2.000A Idc2 -24.00W 4A 4.000A 0V 0 三 選做實(shí)驗(yàn) 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 分析下圖直流工作點(diǎn)和直流掃描分析 （１）操作過(guò)程 ① 直流工作點(diǎn)分析同上。

5、 ② 直流掃描： ａ單擊 Pspice/New Simulation Profile，打開(kāi)分析類(lèi)型對(duì)話框，以建立分析 類(lèi)型。選擇“直流掃描” 。設(shè)置參數(shù)。 ｂ設(shè)置打印機(jī)參數(shù) ｃ運(yùn)行仿真。 （２）實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ① 直流工作點(diǎn)分析 Is2 3.200W 1.000A 1A R2 23.12W 3.400A 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

6、 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 2.600A 5V 14.80V 0 直流掃描分析 2.8A 2.4A 2.0A 1.6A 1.2A 0

7、V -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+00 1.750E+

8、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+

9、00 三 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 １、由仿真結(jié)果驗(yàn)證基爾霍夫定律 對(duì)于電路１，設(shè)４Ｖ和６Ｖ所對(duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)分別為１和２。對(duì)于中間的一個(gè)回路有： 4*1+1*2-3*2=0，即基爾霍夫電壓定律成立。對(duì)于結(jié)點(diǎn)１有：2+2-4=0，即基爾霍夫電流定律 成立。同理可證電路２的基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律也成立。 2、對(duì)于公式（1-1） ，我們可以看到：IRL 與 US1 成線性關(guān)系，US1 越大，IRL 越大。US1=0 時(shí)，IRL=1.4A。各物理量的意義：US1——電壓源的電壓；IRL——負(fù)載電阻流過(guò)的電流。式中 數(shù)據(jù) 1.4 表示 US1=0 時(shí) IRL 的大小，0.1 表示電流 IRL 與電

10、壓 US1 成線性關(guān)系的斜率的大小， 即當(dāng) US1 變化為 1V 時(shí)，IRL 就變化 0.1K。 實(shí)驗(yàn)二 戴維南定理和諾頓定理仿真 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1） 進(jìn)一步熟悉 Pspice 仿真軟件繪制電路圖，初步掌握符號(hào)參數(shù)、分析類(lèi)型設(shè)置。學(xué)習(xí) Probe 窗口的簡(jiǎn)單設(shè)置。 （2） 加深對(duì)戴維南定理和諾頓定理的理解。 二 原理及說(shuō)明 戴維南定理指出，任一線性有源一端口網(wǎng)絡(luò)，對(duì)外來(lái)電路來(lái)說(shuō)，可以用一個(gè)電壓源和一 個(gè)電阻串聯(lián)的之路來(lái)替代，該電壓源的電壓 網(wǎng)絡(luò)的全部獨(dú)立電源置零后的輸入電阻 。 等于電壓源的開(kāi)路電壓 ，電阻 等于原 諾頓定理指出，任一線性有源一端口網(wǎng)絡(luò)，對(duì)外來(lái)電

11、路來(lái)說(shuō)，可以用一個(gè)電流源和一個(gè) 電阻并聯(lián)的之路來(lái)替代，該電流源的電流 等于原網(wǎng)絡(luò)的短路電流 絡(luò)的全部獨(dú)立電源置零后的輸入電導(dǎo) ()。 ，其電導(dǎo) 等于原網(wǎng) 三 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （1） 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。 （2） 根據(jù)任務(wù)（1）中測(cè)得開(kāi)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 電路特性。 （3） 根據(jù)任務(wù)（1）中測(cè)得短路電流、輸入電阻，組成等效有源一端口網(wǎng)絡(luò)，測(cè)量其對(duì)外 電路特性。 四 實(shí)驗(yàn)步驟 （1） 在 Capture 環(huán)境下繪制和編制電路，包括取元件、連線、輸入?yún)?shù)和設(shè)置節(jié)點(diǎn)等。 分別編輯原電路、戴維南電路和諾

12、頓電路，檢查無(wú)誤后存盤(pán)。 R1 100 R2 50 RL {v ar} 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”中定義一個(gè)全局變量 var。 （3） 設(shè)定分析類(lèi)型為 “DC Sweep” 掃描變量為全局變量 var， ， 并設(shè)置現(xiàn)行掃描起點(diǎn)為 1P、 終點(diǎn)為 1G 和步長(zhǎng)為 1MEG。 （4） 啟動(dòng)運(yùn)行后

13、， 系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入 Probe 窗口。 選擇 Plot=>Add Plot to Windows 增加坐標(biāo)軸， 分別在兩軸上加 I Rl） V （ 和 （Rl： 的變量。 2） 選擇 Trace =>Cursor=>Display 和 Trace => Cursor=>Max 顯示電流和電壓的最大值。 回到界面，按測(cè)得參數(shù)修改電路。 R0 27.273 RLd {v ar} Is 130mA G0 27.273 RLn {v ar} V3 3.5455 0 0 從新設(shè)定參數(shù)后，掃描全局變量仍為 var，線性

14、掃描的起點(diǎn)為 1，終點(diǎn)為 10 k，步長(zhǎng)為 100。 從新啟動(dòng)分析，進(jìn)入 Probe 窗口。增加合適坐標(biāo)軸顯示結(jié)果如下。 0A -100mA -200mA I(RL) 0A -100mA -200mA I(RLd) 0A -100mA SEL>> -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、結(jié)論 由輸出特性曲線可以看出， 這三條伏安特性曲

15、線是完全一樣的， 從而驗(yàn)證了戴維南定理 和諾頓定理的正確性。 四、思考與討論 戴維南定理和諾頓定理使用的條件為：不含受控源的線性網(wǎng)絡(luò) 實(shí)驗(yàn)三 正弦穩(wěn)態(tài)電路分析和交流分析掃描 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?⑴ 學(xué)習(xí)用 Pspice 進(jìn)行正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析。 ⑵ 學(xué)習(xí)用 Pspice 進(jìn)行正弦穩(wěn)態(tài)電路的交流掃描分析。 ⑶ 熟悉含受控源電路的聯(lián)接方式。 二、 原理與說(shuō)明 對(duì)于正弦穩(wěn)態(tài)電路， 可以用相量法列寫(xiě)電路方程， 求解電路中各個(gè)電壓和電流的振幅 和初相位。Pspice 是用相量形式的節(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 正弦穩(wěn)態(tài)分析。以下圖為例

16、，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。 IPRINT R1 10 IPRINT TX1 V1 10Vac 0Vdc C1 10u 0 a. 在 capture 環(huán)境下編輯電路，互感是用符號(hào)“XFRM_LINER”表示的。參數(shù)設(shè)計(jì) 如下：L1_VALUE,L2_VALUE 為自感，COUPLING 為耦合系數(shù)。 k= b. 設(shè)置仿真，打開(kāi)分析類(lèi)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(kāi)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)于上圖例子，設(shè)置為： “AC

17、 Sweep Type”選擇“Linear” “Start Freq” （起始頻率）輸入“1592” （10000/2 ） “End Freq” （終止頻率）也輸入“1592” “Total Pts.” （掃描點(diǎn)數(shù)）輸入“1” c. 運(yùn)行 Pspice 仿真計(jì)算程序，在 Probe 窗口顯示交流掃描分析的結(jié)果。 FREQ IM(V_PRINT1) IP(V_PRINT1) IR(V_PRINT1) II(V_PRINT1) 1.592E+03 2.268E-03 8.987E+01 5.145E-06 2.268E-03 FREQ IM(V_PRINT2) IP(V_PRINT2) IR(V_

18、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，電源回路中的電流振幅近似等于 0，負(fù)載回 路中的電流振幅等于 2A,初相角約等于 90 度。 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。 可以清楚地看出，電源回路中電流振幅近似等于 0，負(fù)載回路中的電流振幅等 于 2A。 四、 選做實(shí)驗(yàn) ⑵ 給出的實(shí)驗(yàn)立體和實(shí)驗(yàn)步驟，用 Pspice 獨(dú)立做一遍，給出仿真結(jié)果。 ⑵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。電路如下圖，其中電壓源

19、 Us=100 cos（1000t）V，電流控制電壓源的轉(zhuǎn)移電阻為 2Ω。 R3 2 H1 H + - R4 2 R5 3 R1 1 R2 2 2 L1 1mH C1 1000uF V2 100Vac 0Vdc 1 0 仿真結(jié)果： 60A 40A 20A 0A 80Hz I(V1) I(R1) -I(R2) I(R4) I(R3) -I(L1) -I(R5) 159Hz -I(C1) F

20、requency 239Hz ⑶路如圖三，Us=220 cos（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)λ。試分析電容為多大值時(shí)，電路的功率因數(shù)λ=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 仿真結(jié)果： 1.9A 1.8A 1.7A 1.6A 1.5A 0 I(V3) var 2u 4u 6u 8u

21、 10u 12u 14u 16u 18u 20u 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 1、可以清楚地看出，電源回路中的電流振幅近似等于 0，負(fù)載回路中的電流振幅等于 2A。 2、因?yàn)楫?dāng)功率因數(shù)為 1 時(shí)，電源輸出電流最小。從圖 4 可以看出，電源輸出電流最小約為 1.578A,此時(shí)電容約為 14.2uF。 3、各元件的電流可以從圖 2 讀出：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。 實(shí)驗(yàn)四 一階動(dòng)態(tài)電路的研究 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1） 掌握 Pspice 編輯

22、動(dòng)態(tài)電路、設(shè)置動(dòng)態(tài)遠(yuǎn)見(jiàn)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。 （2） 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。 （3） 理解一階 RL 電路在正弦激勵(lì)下，全響應(yīng)與激勵(lì)接入角的關(guān)系。 二 示例實(shí)驗(yàn) 符以獲取激勵(lì)和電容電壓的波形，設(shè)置打印電壓標(biāo)示符以獲取電容電壓數(shù)值輸出。 1.編輯電路。其中方波電源是 source 庫(kù)中的 VPULSE 電源。電容選取 Analog 庫(kù)中的 C-elect （Ic 設(shè)為 2V） 2.設(shè)置分析類(lèi)型為 Transient。其中 Maximum Setp 設(shè)為 2ms,Run to 40ms 3.設(shè)置輸出方式。為觀察電容電壓的充放電過(guò)

23、程與方波激勵(lì)的關(guān)系，設(shè)置兩個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓標(biāo)示 符以獲取激勵(lì)和電容典雅的波形，設(shè)置打印電壓表師傅以獲取電容電壓數(shù)值輸出。 R7 1.8k V V1 = 0 V2 = 7 TD = 2ms TR = 0.001us TF = 0.001us PW = 2ms PER = 4ms V4 C3 V 2uf 0 仿真計(jì)算及結(jié)果分析。經(jīng)仿真計(jì)算得到圖形輸出如下圖： 8.0V 6.0V 4.0V 2.0V 0V 0s V(V4:+) 5ms V(R7:2)

24、 10ms 15ms 20ms Time 25ms 30ms 35ms 40ms 增加 Vprint 到電路上觀察電容電壓的數(shù)值輸出： 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 1.200E-02 4.292E+00 1.400E-02 2.460E+00 1.600E-02 4.398E+00 1

25、.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：電容在連續(xù)充放電，開(kāi)始電容放電，達(dá)到最小值， 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)方脈沖開(kāi)始以后， 經(jīng)歷一個(gè)逐漸的“爬坡”過(guò)程，最后輸出成穩(wěn)定的

26、狀態(tài)，產(chǎn)生一個(gè)近似的三角波。從電容電 壓的數(shù)值輸出可以精確看到這個(gè)“爬坡過(guò)程”詳細(xì)情況。最后電容電壓輸出波形穩(wěn)定在最大 值 4.450V，最小值為 2.550V。 三 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)。 R1 1k V1 = 1.5 V2 = -1.5 TD = 1ms TR = 0.001us TF = 0.001us PW = 1s PER = 2s V1 C2

27、100uf 0 仿真結(jié)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 1.47

28、7E+00 5.000E+00 -1.477E+00 6.000E+00 1.477E+00 7.000E+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+

29、01 -1.477E+00 2.000E+01 1.500E+00 分析：R、C 值的變化使得時(shí)間常數(shù)發(fā)生變化，影響電容的充放電過(guò)程，所以輸出波形 發(fā)生較大變化。 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) 的全響應(yīng)。其中電容電壓的初始值為 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 0

30、V -2.0V -4.0V 0s V(C2:+) 2s V(V1:+) 4s 6s 8s 10s Time 12s 14s 16s 18s 20s TIME 0.000E+00 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

31、+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 -2.462E+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：全響應(yīng)

32、，電容起始電壓為 1V，此后電容處于充電狀態(tài)，充電達(dá)到飽和電容電壓 的衰減很小又很快開(kāi)始充電。 四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 1、波形由方脈沖尖頂波變?yōu)榛⌒忻}沖，電容沖放電過(guò)程由近似的直線變成明顯的與電壓成 非線形關(guān)系。 2、隨著時(shí)間常數(shù)的增大，電容一次充電和放電的時(shí)間間隔明顯增大，如圖 2 和圖 4，從 0 增加到 0.5s。 3、從圖 4 和圖 6 的電容電壓波形可以看出，改變 R 和 C 的元件參數(shù)，改變時(shí)間常數(shù)對(duì)電容 電壓波形會(huì)產(chǎn)生影響。 u (τ ) = 0.368U S ，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí) 4、在 RC 串聯(lián)電路中，對(duì)于零輸入響應(yīng)：當(dāng) t = τ 時(shí)， C 間就等于τ，對(duì)于零

33、狀態(tài)響應(yīng)，可用其響應(yīng)波形增長(zhǎng)倒 0.632US 所對(duì)應(yīng)的時(shí)間測(cè)得。 實(shí)驗(yàn)五 二階動(dòng)態(tài)電路的仿真分析 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.研究 R.L.C 串聯(lián)電路的電路參數(shù)與其暫態(tài)過(guò)程的關(guān)系。 2.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)程的有關(guān)的參數(shù)。 3.掌握用計(jì)算機(jī)仿真與示波器觀察電路響應(yīng)波形的方法。 二 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.電路如下圖，其中電容元件 CI 的 IC 設(shè)為 10V，電感元件 IC 設(shè)為 0，電阻元件 R1 Value 設(shè) 為{val}， 設(shè)置 PARAM 的 val 參數(shù)為 1Ω

34、。 在設(shè)置仿真參數(shù)文件的全局變量時(shí)， 設(shè)置 Parameter name::為 val。在 Sweep type 欄內(nèi)，選 Value list 為 0.00001，20，40，100，即分別計(jì)算計(jì)算 以上參數(shù)下的各變量波形。 PARAM ET ERS: R1 {v ar} V 2 L1 V C1 2u 1 0.8m I 0 2.用 PSpice 在一個(gè)坐標(biāo)下觀察 uc.il,ul1 波形： （1） R＝0.00001ohm，很小，基本不振蕩情況 10 5 0

35、 -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,欠阻尼情況 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.

36、6ms 0.7ms 0.8ms 0.9ms 1.0ms （3）R＝40ohm,臨界阻尼情況 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 （4）R＝100ohm,過(guò)阻尼情況 5 0 -5 -10 0s V

37、(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 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。 用 PSpice 分析下面電路，C1,L1 的初始狀態(tài)為 0，設(shè)置暫態(tài)仿真時(shí)間范圍是 0~8ms，參數(shù)設(shè) 置為列表方式，分別選取 Val=-0.5Ω，0.1Ω，1Ω，10Ω，40Ω，200Ω，觀察 uc 在這些參 數(shù)下的波形。 R1 1 {v ar

38、} 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=-0.5Ω時(shí) 200V 100V 0V -100V -200V 0s V(C1:2) 1.0ms 2.0ms 3.0ms 4.0ms Time 5.0ms 6.0ms

39、 7.0ms 8.0ms （2） Val=0.1Ω時(shí) 50V 0V -50V 0s V(C1:2) 1.0ms 2.0ms 3.0ms 4.0ms Time 5.0ms 6.0ms 7.0ms 8.0ms （3） Val=1Ω時(shí) 40V 20V 0V -20V 0s V(C1:2) 1.0ms 2.0ms 3.0ms 4.0ms Time 5.0ms

40、6.0ms 7.0ms 8.0ms （4） Val=10Ω時(shí) 20V 10V 0V -10V 0s V(C1:2) 1.0ms 2.0ms 3.0ms 4.0ms Time 5.0ms 6.0ms 7.0ms 8.0ms （5） Val=40Ω時(shí) 10V 5V 0V -5V -10V 0s V(C1:2) 1.0ms 2.0ms 3.0ms 4.0

41、ms Time 5.0ms 6.0ms 7.0ms 8.0ms （6） Val=200Ω時(shí) 10V 5V 0V -5V -10V 0s V(C1:2) 1.0ms 2.0ms 3.0ms 4.0ms Time 5.0ms 6.0ms 7.0ms 8.0ms 四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 1．在 RLC 串聯(lián)電路中,因 R 取值不同,電路的零輸入響應(yīng)出現(xiàn)欠阻尼,臨界阻尼,和過(guò)阻尼三種 情況。選做實(shí)驗(yàn)中不同 R 值對(duì)應(yīng)的不

42、同的暫態(tài)過(guò)程，也反映了不同的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。 2．在選做實(shí)驗(yàn)中，計(jì)算的 R1=40 時(shí)為臨界阻尼狀態(tài)， R〈40 時(shí)是欠阻尼，R〉40 時(shí)是過(guò)阻 尼，故會(huì)出現(xiàn)不同波形差異。 3、當(dāng)阻尼因子α等于諧振頻率ω0 時(shí)，RLC 串聯(lián)電路稱(chēng)為臨界阻尼。即：R=2 當(dāng)阻尼因子α大于諧振頻率ω0 時(shí)，RLC 串聯(lián)電路稱(chēng)為過(guò)阻尼。即：R>2 。 當(dāng)阻尼因子α小于諧振頻率ω0 時(shí)，RLC 串聯(lián)電路稱(chēng)為欠阻尼。即：R<2 。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)欠阻尼 RLC 電路的電流經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間衰減為零， 可近似測(cè)定阻尼因子α。 電流 衰減為零的時(shí)間大約等于 5 倍的時(shí)間常數(shù)。一倍的時(shí)

43、間常數(shù)可由下式求出： τ=1/α 欠阻尼 RLC 電路的振蕩頻率ω可用下式計(jì)算： ω= 實(shí)驗(yàn)六 頻率特性和諧振的仿真 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1）學(xué)習(xí)使用 PSpice 軟件仿真分析電路的頻率特性。 （2）掌握用 PSpice 軟件進(jìn)行電路的諧振研究。 （3）了解耦合諧振的特點(diǎn)。 二 原理與說(shuō)明 （1）在正弦穩(wěn)態(tài)電路中，可以用相量法對(duì)電路進(jìn)行分析。電路原件的作用是用負(fù)阻抗 z 表 示的，負(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，電路的輸出不僅與電源 的大小有關(guān)， 還與電源的頻率有關(guān)， 輸出傅立葉變換與輸入傅立葉變換之比稱(chēng)為電路

44、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)，若端口網(wǎng)絡(luò)，若端 口電壓和端口電流同相位， 則稱(chēng)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 電源電壓數(shù)倍的局部電壓。 （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）所對(duì)應(yīng)的頻

45、率稱(chēng)為截至頻率，用 wc 表示。輸出大于最大值的（1 ／√2）的頻率范圍就稱(chēng)作濾波器的通頻帶，也就是濾波器能保留的信號(hào)的頻率范圍。 （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 示例分析 （1）雙 T 型網(wǎng)絡(luò)如下圖所示。分析該網(wǎng)絡(luò)的頻率特性。 分析網(wǎng)絡(luò)頻率特性，需在 ACsweep 的分析類(lèi)型下進(jìn)行。編輯電路，輸入端為 1 伏的正弦 電壓源，從輸入端獲取電壓波形。 R1 2k R2 2k C1 0.1u C2 0.1

46、u V V1 1Vac 0Vdc C3 R3 1k 0.2u 0 輸出結(jié)果： 1.0V 0.5V 0V 100Hz V(R2:2) 300Hz 1.0KHz Frequency 3.0KHz 10KHz 從上圖可以看出，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)試其頻率特性，確定其通頻帶寬⊿f。若⊿f 小于 40khz，試采用耦合諧振的方式改進(jìn)

47、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。 C1 253p 2 L1 V1 10Vac 0Vdc 1 I 100uH R1 12.56 0 仿真結(jié)果： 800mA 600mA 400mA 200mA 0A 100KHz I(L1) 300KHz 1.0MHz Frequency 3.0MHz 10MHz （b）改進(jìn)電路圖 6-5（b）所示，其耦合電感參數(shù)設(shè)置如下 L1=L2=

48、100uh，耦合系數(shù) COUPLING=0.022.觀察其諧振頻率和通頻帶是否滿足設(shè)計(jì)要求。 C1 253p TX1 R2 12.56 C2 I V1 10Vac 0Vdc R1 12.56 253p 0 仿真結(jié)果： 0 600mA 400mA 200mA 0A 100KHz I(TX1:1) 300KHz 1.0MHz Frequency 3.0MHz 10MHz 400mA 300mA

49、 200mA 100mA 0A 0.88MHz -I(C2) 0.92MHz 0.96MHz 1.00MHz Frequency 1.04MHz 1.08MHz 1.12MHz 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 1、在該電路的幅頻特性曲線中，當(dāng)振幅下降到原來(lái)的 0.707 時(shí)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率 f1 和 f2 叫做 3 分貝頻率。兩個(gè)頻率之差稱(chēng)為該網(wǎng)絡(luò)的通頻帶，理論上可推出通頻帶寬為 R/L。當(dāng)電 （U 。電路達(dá)到諧 路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，XL=XC 。且當(dāng) XL=XC>R 時(shí)，UL=UC>>U1。 1 為輸入電壓） 振狀態(tài)的

50、條件是： f0= 2、交流信號(hào)源僅僅是作為一個(gè)形式信號(hào)源必須放置的，但其幅值和頻率的大小對(duì)頻率 特性沒(méi)有影響 實(shí)驗(yàn)七 三相電路的研究 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(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(kāi)路、短路或者負(fù)載不平衡進(jìn)行研究，從而熟悉星形三相交流電的特性。 二 原理與說(shuō)明 1．利用三個(gè)頻率 50hz ，有效值 220，相位差 120 度的正弦信號(hào)源代替三相交流電。 2.星形三相四線制負(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：三項(xiàng)交流電源的公共端 N 與三相負(fù)載的公共端相連。 4.當(dāng)三相電路出現(xiàn)

51、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. 電路如圖 7-1 所示，其中電源為三相對(duì)稱(chēng)電壓，負(fù)載分為兩種情況：一種情況是三相對(duì) 稱(chēng)負(fù)載，此時(shí) R=100 歐姆。另一種情況是不對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載，此時(shí) R=10 歐姆。 V V V V5 VOFF = 0 VAMPL = 311 FREQ = 50 VOFF = 0 VAMPL = 311 FREQ = 50 V3 VOFF = 0 VAMPL = 311 FREQ = 50 V4 R1 100k R2 100k R3 100k

52、 R4 1M 0 a 在 capture 中繪制電路如圖 7-1， v1,v2,v3 設(shè)置為 AC=220V,Vamp=311v,frep=50hz,voff=0,phase 分別為 0，-120，120. b 設(shè)置 Transient 分析的 run time 為 40ms . c 進(jìn)行仿真，得到電壓波形如下： （R1=100K） 400V 200V 0V -200V -400V 0s V(V3:+) 5ms V(V2:+) 10ms V(R3:2) 15ms 20ms Time

53、 25ms 30ms 35ms 40ms d 改變其中一相 負(fù)載阻值 R1=50k,重新進(jìn)行仿真，得到結(jié)果如下： 400V 200V 0V -200V -400V 0s V(V3:+) 5ms V(V2:+) 10ms V(R1:2) 15ms 20ms Time 25ms 30ms 35ms 40ms R1=10K 時(shí) 500V 0V -500V 0s V(V3:+)

54、 5ms V(V2:+) 10ms V(R1:2) 15ms 20ms Time 25ms 30ms 35ms 40ms R1=5K 時(shí) 800V 400V 0V -400V -800V 0s V(V3:+) 5ms V(V2:+) 10ms V(R1:2) 15ms 20ms Time 25ms 30ms 35ms 40ms R1=1K 時(shí) 800V 4

55、00V 0V -400V -800V 0s V(V3:+) 5ms V(V2:+) 10ms V(R1:2) 15ms 20ms Time 25ms 30ms 35ms 40ms 分析： 三相電路是獨(dú)立的， 一相電路負(fù)載的改變不影響另外兩相電路的工作。 負(fù)載越小， 輸出電壓越小。 e 將 R1,R2,R3 設(shè)置成不同的阻值，形成三相不平衡電路，觀察不同形態(tài)下的電壓波形。 V V V V5 VOFF = 0 VAMPL = 31

56、1 FREQ = 50 VOFF = 0 VAMPL = 311 FREQ = 50 V3 VOFF = 0 VAMPL = 311 FREQ = 50 V4 R1 5k R2 10k R3 500k R4 1MEG 0 仿真結(jié)果： 500V 0V -500V 0s V(R1:2) 5ms V(V3:+) 10ms V(R3:2) 15ms 20ms Time 25ms 30ms 35ms 40ms 2.

57、增線中線如下圖所示： V V VOFF = 0 VAMPL = 311 FREQ = 50 V1 VOFF = 0 VAMPL = 311 FREQ = 50 V2 VOFF = 0 VAMPL = 311 FREQ = 50 V3 R1 V R2 100k R3 100k 100k 1MEG 1k 0 （a） 重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，得到不同的電壓波形圖。 （1） R1=100K 時(shí) 400V 200V 0V -200

58、V -400V 0s V(V3:+) 5ms V(V2:+) 10ms V(R1:2) 15ms 20ms Time 25ms 30ms 35ms 40ms （2）R1=50K 時(shí) 400V 200V 0V -200V -400V 0s V(V3:+) 5ms V(V2:+) 10ms V(R1:2) 15ms 20ms Time 25ms 30ms 35ms 40m

59、s （3）R1=10K 時(shí) 400V 200V 0V -200V -400V 0s V(V3:+) 5ms V(V2:+) 10ms V(R1:2) 15ms 20ms Time 25ms 30ms 35ms 40ms （4）R1=5K 時(shí) 400V 200V 0V -200V -400V 0s V(V3:+) 5ms V(V2:+) 10ms V(R1:2) 15m

60、s 20ms Time 25ms 30ms 35ms 40ms （5）R1=1K 時(shí) 400V 200V 0V -200V -400V 0s V(V3:+) 5ms V(V2:+) 10ms V(R1:2) 15ms 20ms Time 25ms 30ms 35ms 40ms 將 R1,R2,R3 設(shè)置成不同的阻值，形成三相不平衡電路，觀察不同形態(tài)下的電壓波形。 V V VOF

61、F = 0 VAMPL = 311 FREQ = 50 V1 V2 V3 VOFF = 0 VOFF = 0 VAMPL = 311 VAMPL = 311 FREQ = 50 FREQ = 50 R1 V R2 200k R3 500k 5k 1MEG 1k 0 仿真結(jié)果： 400V 200V 0V -200V -400V 0s V(R1:2) 5ms V(R2:2) 10ms V(R3:2) 15ms

62、20ms Time 25ms 30ms 35ms 40ms 分析：三相四線星形電路負(fù)載不影響電壓，所以實(shí)際電路中都接成三相四線形，這樣當(dāng) 電路負(fù)載有故障變化時(shí)，三相電壓不受影響。 四 選做實(shí)驗(yàn) 在星型對(duì)稱(chēng)電路中 1. 中線正常，三相中一相短路 400V 200V 0V -200V -400V 0s V(R4:2) 5ms V(V2:+) 10ms V(V1:+) 15ms 20ms Time 25

63、ms 30ms 35ms 40ms 2. 中線正常，三相中一相開(kāi)路 400V 200V 0V -200V -400V 0s V(V3:+) 5ms V(V2:+) 10ms V(V1:+) 15ms 20ms Time 25ms 30ms 35ms 40ms 3. 沒(méi)有中線，三相中一相短路 400V 200V 0V -200V -400V 0s V

64、(V1:-) 5ms V(V2:+) 10ms V(V1:+) 15ms 20ms Time 25ms 30ms 35ms 40ms 4. 沒(méi)有中線，三相中一相開(kāi)路 400V 200V 0V -200V -400V 0s V(V3:+) 5ms V(V2:+) 10ms V(V1:+) 15ms 20ms Time 25ms 30ms 35ms 40ms 實(shí)

65、驗(yàn)八 受控電源的電路設(shè)計(jì) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1） 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)和特性負(fù)載。 （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，受控源可分為：電壓控制電 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)的受控源為線性受控電源，它們的控制系數(shù)分別用μ、g、γ和β。 本實(shí)驗(yàn)是用運(yùn)算放大器和固定電阻組成上述四種受控電源。 三、 實(shí)驗(yàn)任務(wù) （1） 電壓控制電壓源和電壓控制電流源的仿

66、真設(shè)計(jì)。 A． 用 Pspice 繪制電路和設(shè)置符號(hào)參數(shù)。 U1 + OUT V - OPAMP V V1 0 R1 1k R2 1k 0 B．設(shè)置分析類(lèi)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。 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．結(jié)果進(jìn)行分析。 15V 10V 5V 0V 0V V(U1:OUT) 1V V(U1:+) 2V 3V 4V 5V V_V1 6V 7V 8V 9V 10V 輸出電壓隨電阻 R1 的增大而增大，所以 u 也隨 R1 的增大而增大。但是由圖 可知當(dāng) R1 大于 6.5KΩ后，輸出電壓不變，那是因?yàn)檫_(dá)到了運(yùn)放的正飽和電壓。 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。 U1 + OUT