【部编】北理工电路仿真实验

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1、精心整理 本科实验报告 实验名称：电路仿真实验 课程名 称： 电路仿真实验 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： 实验一 实验 1.叠加定理的验证 实验步骤： （1）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。 注意电流表和电压表的参考方向） 。所有的电阻均设为1，直流电压源V1为12V，直流电流源 I1 为10A。 （2）点击运行按钮记录电压表电流表的值U1 和 I1 ； （3）点击停止按钮记录，将直流电

2、压源的电压值设置为0V，再次点击运行按钮记录电压表 电流表的值 U2 和 I2 ； （4）点击停止按钮记录，将直流电压源的电压值设置为12V，将直流电流源的电流值设置为 0A，再次点击运行按钮记录电压表电流表的值U3 和 I3 ； 实验结果 ：按顺序分别为两电源同时激励，电流源单独激励，电压源单独激励： 精心整理 分析： 由线性电阻、线性受控源及独立源组成的电路中，每一元件的电流或电压可以看成是每一个 独立源单独作用于电路时，在该元件上产生恶电流或电压的代数和，这就是叠加原理。本次的电 路仿真实验充分验证了叠加原理的正确性。如图所示，第一幅图片上的电压表和电流表的数值分 别等于二三幅图片上电压

3、表和电流表的代数和。 结果验证： 电流表： 6.800A=2.000A+4.800A 电压表： -1.600V=-4.000V+2.400V 满足理论分析的结果，验证了叠加定理。 实验 2.并联谐振电路仿真 实验步骤： 1. 分别调出接地符、电阻R1、R2 ，电容 C1 ，电感 L1，信号源 V1，按原理图连接并修改 按照例如修改电路的网络标号。 2. 然后调整电路元件参数：电阻R1=10 ，电阻 R2=2K ，电感L1=2.5mH,电容 C1=40uF 。 信号源 V1设置为 AC=5v ，Voff=0 ，Freqence=500Hz。 3. 分析参数设置： AC分析：频率范围 1HZ 10

4、0MHZ ，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 的时域响应。 实验结果 ：按照顺序分别为实验原理图，AC分析图像与瞬态分析图像： 分析： 当时满足谐振发生条件。则该RLC并联谐振角频率是，同时可以算出谐振 频率为。 由 RLC并联谐振电路的特点可以知道在谐振时该电路呈电阻性，阻抗的模最大，导纳的模最 小。证明该电路在电压一定时，谐振时该并联部分中流过电容和电感的电流达到了最大值且并联 部分的电压与外施电流同相。 结果分析： 此电路的谐振频率，而且此电路电源的频率也恰好为500HZ ， 所以可知此该电路处在谐振

5、状态下。 由 AC 分析的两张图可知当频率为500Hz 时，电压最大，且两端的电压与电流同相和预测结 果符合的很好。 再看由瞬态分析结果，也可以看出当频率为500Hz 时，电路处于谐振状态下。并且此时电压 值达到了 5V，在有一个电阻串联 综上所述，在误差允许的范围内，可以证明电路在此时刻发生了谐振。 实验 3.含运算放大器的比例器仿真 实验步骤： 1. 分 别 调 出 电 阻R1、 R2， 虚 拟 运 算 放 大 器 OPAMP_3T_VIRTUA（ 在ANALOG库 中 的 ANALOG_VIRTUAL中，放置时注意同相和方向引脚的方向） 。 2. 在软件界面右侧调用虚拟仪器函数发生器Fu

6、nctionGenerator与虚拟示波器 Oscilloscope 。 精心整理 然后设置电阻 R1=1K ，电阻 R2=5K 。 3. 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。 其中方波信号和三角波信号占空比均为50% 。 实验结果。 所记录数据在后文的分析中显示。 分析： 此电路为一反相比例放大器电路，且反向比例放大器的输入/ 输出关系是, 其中的为示波器 A通道所测得的电压，为示波器 B通道所测得的电压。 当频率发生器峰值设为1V 时，因为信号输出不经过公共端，所以电压幅值是设置值的2倍， 峰- 峰值是设置值的四倍。所以B通道的波形幅值应为

7、2V。 结果分析： （1）当输入信号波形为正弦波时，使示波器两光标处于A 通道波形相邻波峰上，此时两光 标在 B通道波形上恰好处于两相邻波谷。暂停电路并记录此时刻通道A和通道 B的电压值。 现在有一组数据： TimeChannelAChannelB 86.767ms9.939V-1.988V 85.767ms9.939V-1.988V 由图形及数据得，两通道波形频率相同但反相。A 通道波形电压幅值为B 通道电压幅值的 ，在误差允许的范围内，满足理论分析结果。 （2）当输入信号波形为三角波时，使示波器两光标处于A 通道波形相邻波峰上，此时两光 标在 B通道波形上恰好处于两相邻波谷。暂停电路并记录

8、此时刻通道A和通道 B的电压值。 现在有一组数据： TimeChannelAChannelB 28.000ms9.999V-2.000V 29.000ms9.999V-2.000V 由图形及数据得，两通道波形频率相同但反相。A 通道波形电压幅值为B 通道电压幅值的 ，在误差允许的范围内，满足理论分析结果。 （3）当输入信号波形为方波时，使示波器两光标处于A 通道波形相邻波峰上，此时两光标 在 B通道波形上恰好处于两相邻波谷。暂停电路并记录此时刻通道A和通道 B的电压值。 现在有一组数据： TimeChannelAChannelB 10.496ms-10.000V2.000V 9.492ms-1

9、0.000V2.000V 由图形及数据得，两通道波形频率相同但反相。A 通道波形电压幅值为B 通道电压幅值的 ，仍然满足理论分析结果。 实验 4.二阶电路瞬态仿真 实验步骤： 1. 调出一个电容初始电压设置为5V。再调出一个电感，设置为1mH 。 2. 分析参数设置： 精心整理 打开参数扫描设置，扫描参数选择器件参数，器件类型选择Capacitor ，名称为C1 ， 参 数 为capacitance， 扫 描 变 差 类 型 选 择 列 表 ， 值 列 表 输 入 ： 0.001,0.0005,0.0001,0.00001,。待扫描的分析选择瞬态分析，在编辑分析中初始条件选择 用户自定义，结束

10、时间输入0.02s 。为使仿真更加精确，调整最大时间步长由1e-005s1e- 007s。 输出选择 V(out) 。点击仿真，查看结果并调出光标保存数据。 3. 保存实验结果并分析。 实验结果 ：瞬态分析图 参数扫描分析图 分析： 首先进行理论计算： 当 C1=10 F 时，谐振频率为：； 当 C1=100 F 时，谐振频率为：； 当 C1=500 F 时，谐振频率为：； 当 C1=1000 F 时，谐振频率为：。 结果分析： 当 C1=10 F时，使光标位于两相邻波峰处，得相邻两波峰之间的时间间隔为，由此 可得谐振频率为：； 当 C1=100 F 时，使光标位于两相邻波峰处，得相邻两波峰之

11、间的时间间隔为， 由此可得谐振频率为：； 当 C1=500 F时，使光标位于两相邻波峰处，得相邻两波峰之间的时间间隔为， 由此可得谐振频率为：； 当 C1=1000 F时，使光标位于两相邻波峰处，得相邻两波峰之间的时间间隔为， 精心整理 由此可得谐振频率为：； 在误差允许的范围内，四种情况下均满足理论分析结果。 实验二 实验 1.戴维南等效定理的验证 实验步骤： 1. 分别调出接地符、电阻R，直流电压源电流表电压表（注意电流表和电压表的参考方向）， 调整元件以及电源的值，并按电路原理图连接运行，记录电压表和电流表的值。 2. 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并记录。

12、3. 将电阻 RL从电路中移除，并使用电压表测量开路电压并记录。 4. 将电路按照戴维南等效电路连接，记录电流表电压表示数。 实验结果： 测得电阻值为 理论分析： 正如戴维南定理所述：含电源和线性电阻、受控源的单口网络，不论其结构如何复杂，就其 端口来说，可等效为一个电压源串联电阻支路。电压源的电压等于该网络N 的开路电压，串 联电阻等于该网络中所有独立源为零值时所得网络的等效电阻。该实验中开路电压 ，等效电阻，由此我们可以得到该电路的戴维南等效电路图如最后一幅所示， 其端口设备的所有值均与之前相同。 实验结果分析： 戴维南等效电路端口端与原电路产生了同样的响应，成功验证了戴维南等效定理。 实

13、验 2.元件模型参数的并联谐振电路 实验步骤： 1、调出两个电阻一个电感一个电容以及一个SIGNAL_VOLTAGE_SOURCE中的 AC_VOLTAGE。设 置两电阻为10 和2k，电容 2.5mH 。电压源峰值 5V，500Hz，交流分析量值为 5V。 2、分析参数设置： 打开参数扫描设置，扫描参数选择器件参数，器件类型选择Capacitor ，名称为 C1 ，参数为 capacitance ，扫描变差类型选择列表，值列表输入：4e-007,4e-006,4e-005,4e-004,。 待扫描的分析选择交流分析，扫描范围1Hz100MHz, 横坐标扫描模式为Decade,每十倍频程扫 描

14、点数分别为 10、100、1000点。纵坐标为线性。 实验结果： 精心整理 上图只贴出 当每十倍频程扫描点数为1000点时的仿真图像。当扫描点数为10和100点时图像与 1000点的 图像形状大致一样，但是扫描点数越大，图像曲线越光滑。 分析： 此次并联谐振实验中所用到电容的电容值分别为、和 。根据谐振关系我们可以求得各个不同电容下的谐振频率，分别为 5032.92HZ、1591.55HZ、503.29HZ 和159.15HZ。由于我们扫描的是电容两端的电压值，所以在 图上不会出现超高电流的情况，也就是说不论电容值为多少，谐振时只会出现电容两端的电压达 到最大（即电源电压值） ，因为此时电路的

15、电流和电压的相位差为零，电阻上的电压值为可以达 到电源电压，从而使电容和电感两端的电压值也最大。 实验结果分析： 当时，测得谐振频率; 当时，测得谐振频率; 当时，测得谐振频率; 当时，测得谐振频率; 以上的测量结果均表明在误差允许的范围内测量值与理论值吻合。 AC分析、参数分析的特点 ?： 交流分析是在正弦小信号工作条件下的一种频域分析。它计算电路的幅频特性和相频特性，是一种线性分 析方法。其是一种线性频域分析。程序首先计算电路的直流工作点，以确定电路中非线性器件的线性化模型参 数，然后在用户指定的频率范围内，对此线性化电路进行频率扫描分析，在进行交流频率分析时，首先分析电 路的直流工作点，

16、并在直流工作点处对各个非线性元件做线性化处理，得到线性化的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的变化。? 参数扫描分析是在规定范围内改变指定元器件参数，对电路的指定节点进行直流工作点分析，瞬态分析和 交流频率特性等分析。其能够在一幅图上显示出不同的特性下的曲线。 实验 3.电路过渡过程的仿真分析 实验步骤： 1、分别调出电阻R、电感L、电容C、接地符和信号源V1，其中，信号源是Source 库 SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES组 中 调 用PULSE_VOLTAGE， 参 数 如 下 ： InitialValue1V， PulsedValue0V ， DelayTime0s ， RiseTime0s ， FallTime0s ， PulseWidth60s,Period120 s 。 （该电压源用于产生方波信号） 。电路其他元件调整为R1=5k ， L1=1mH,C1=1nF 。 2、观察电容上的电压波形（使用瞬态分析，分析时间为 600s） 瞬态分析设置：初始条件选择用户自定义，结束时间选择0.0006s 。 精心