[电路仿真实验心得体会]电路仿真实验报告
来源：心得体会 发布时间：2019-09-01 点击：
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范文一：电路仿真实验报告(1)-副本
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，熟悉它的工作流程，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置、Probe窗口的设置和分析的运行过程等。
（2） 学习使用Pspice进行直流工作点的分析和直流扫描的操作步骤。
二、 原理与说明
对于电阻电路，可以用直观法列些电路方程，求解电路中各个电压和电流。Pspice软件是采用节点电压法对电路进行分析的。
使用Pspice软件进行电路的计算机辅助分析时，首先编辑电路，用Pspice的元件符号库绘制电路图并进行编辑。存盘。然后调用分析模块、选择分析类型，就可以“自动”进行电路分析了。
三、 实验示例
1、 利用Pspice绘制电路图如下
2、 仿真
（1） 点击Psipce/New Simulation Profile,输入名称；
（2） 在弹出的窗口中Basic Point是默认选中，必须进行分析的。点击确定。
（3） 点击Pspice/Run或工具栏相应按钮。
（4） 如原理图无错误，则显示Pspice A/D窗口。
（5） 在原理图窗口中点击V,I工具栏按钮，图形显示各节点电压和各元件电流值如下。
四、 选做实验
1、 直流工作点分析，即求各节点电压和各元件电压和电流。
2、 直流扫描分析，即当电压源的电压在0-12V之间变化时，求负载电阻Rl中电流虽电压源的变化
曲线。
曲线如图：
直流扫描分析的输出波形
3、 数据输出为：
从图中可得到IRL与US1的函数关系为：
IRL=1.4+（1.2/12）US1=1.4+0.1US1
五、 思考与讨论
1、 根据仿真结果验证基尔霍夫定律
根据图1-1，R1节点：2A+2A=4A,R1,R2,R3构成的闭合回路：1*2+1*4-3*2=0，满足基尔霍夫定律。
2、 由图1-3可知，负载电流与US1呈线性关系，IR3=1.4+(1.2/12) US1=1.4+0.1US1，式中1.4A表示将US1置零时其它激励在负载支路产生的响应，0.1US1表示仅保留US1，将其它电源置零（电压源短路，电流源开路）时，负载支路的电流响应。
3、 若想确定节点电压Un1随Us1变化的函数关系，应如何操作？
应进行直流扫描，扫描电源Vs1，观察Un1的电压波形随Us1的变化，即可确认其函数关系！
4、 若想确定电流Irl随负载电阻RL的变化的波形，如何进行仿真？
将RL的阻值设为全局变量var，进行直流扫描，观察电流波形即可。
六、 实验心得
1、 由实验图形和数据可知实验中的到的曲线满足数据变化规律，得到的函数关系式是正确的。
2、 通过仿真软件可以很方便的求解电路中的电流电压及其变化规律。
实验二 戴维南定理和诺顿定理的仿真
一、 实验目的
（1） 进一步熟悉仿真软件中绘制电路图，初步掌握符号参数、分析类型的设置。学习Probe窗口
的简单设置。
（2） 加深对戴维南定理与诺顿定理的理解。
二、 原理与说明
戴维南定理指出，任一线性有源一端口网络，对外电路来说，可以用一个电压源与电阻的串联的支路来代替，该电路的电压等于原网络的开路电压，电阻等于原网络的全部独立电压源置零后的输入电阻。诺顿定理指出，任一线性有源一端口网络，对外电路来说，可以用一个电流源与电导的并联的支路来代替，该电路的电流等于原网络的短路电流，电导等于原网络的全部独立电源置零后的输入电导。。
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。其中U1=5V,R1=100
Ω,U2=4V,R2=50Ω,R3=150Ω。
（2） 根据任务1中测出的开路电压，输入电阻组成等效有源一端口网络，测量其对外电路的伏安
特性。
（3） 根据任务1中测出的短路电流，输入电阻组成等效有源一端口网络，测量其对外电路的伏安
特性。
四、 实验步骤
（1） 在Capture环境下绘制编辑电路，包括原件、连线、输入参数和设置节点等。分别编辑原电路、
戴维南等效电路和诺顿等效电路。
（2） 为测量原网络的伏安特性，Rl是可变电阻。为此，Rl的阻值要在“PARAM”中定义一个全局
变量var同时把Rl的阻值野设为该变量{var}。
（3） 设定分析类型为“DC Sweep“，扫描变量为全局变量var，并具体设置线性扫描的起点为IP,
终点为IG,步长为IMEG。
(4) 系统启动分析后，自动进入Probe窗口。
重新设定扫描参数，扫描变量仍为全局变量var，线性扫描的起点为1，终点为10k，步长为100。重新启动分析，进入Probe窗口。选择Plot=＞Add Plot增加两个坐标轴，选择Plot=＞X Axis Settings=＞Axis Variable，设置横轴为V（RL:2）,选择Trace=＞Add 分别在三个轴上加I(RL)、I(RLd)和I(RLn)变量。显示结果如图。
五、 思考与讨
1、 戴维南定理和诺顿定理的使用条件是什么？
戴维南定理和诺顿定理只适用于线性元件。
六、 实验结果
1、 经过计算出等效参数，将原电路等效成戴维南电路和诺顿电路，进行实观察。
2、 由曲线可分析得知戴维南等效电路和诺顿等效电路的试验曲线与原电路基本相同，由此可以说明
戴维南定理和诺顿定理的正确性。
实验三 正弦稳态电路分析和交流扫描分析
一． 实验目的
（1）学习用Pspice进行正弦稳态电路的分析。
（2）学习用Pspice进行稳态电路的交流扫描分析。
（3）熟悉含受控源电路的联接方法。
二．原理与说明
在电路中已经学过，对于正弦稳态电路，可以用向量法列写电路方程（之路电流法.节点电压法，回路电流法。），求解电路中各个电压和电流的振幅（有效值）和初相位（初相角）。Pspice软件是用向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
（1）正弦稳态分析。以图示电路为例，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。
a．在capture环境下编辑电路，互感用符号“XFRM-LINER表示。参数设置如下：L1-VALUE
,L2-VALUE为感抗，COUPLE为耦合系数。
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。对于图示的电路，设置为：ACSweep Type选择为Linear，Sweep Parameters设置为----Start Freq（起始频率）输入1592，End Freq（终止频率）也输入1592，Total Pts（扫描点数）输入1.
c．运行软件仿真计算程序，在Probe窗口显示交流扫描分析的结果。
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。如图所示，其中电流打印机标识符的属性设置分别为I(R1)和I(C1),设置项有（AC,MAG,REAL,PHASE,IMAG）.即得到仿真的结果输出。
.
四．选做实验
（1）以给出的实验例题和实验步骤，用Pspice独立的做一遍，给出仿真结果。
（2）对正弦稳态电路进行计算机辅助分析，求出各元件的电流，电路如图所示，其中电压源Us=100cos（1000t）V，电流控制电压源的转移电阻是20欧姆。
实验方法：进行交流扫描，扫描频率为1000/(2*3.14)=159.2Hz，得到几个电流值的点。
（4） 电路如图，Us=220cos（314t）V。电容是可调的，其作用是为了提高电路的功率因数。试分
析电容为多大值时，电路的功率因数为1.
对电容的值设置全局变量，进行扫描，观测流过电源的电流，当电流最小时所得的电容就是使功率因数为1时的电容。仿真结果如下：
根据仿真结果可以得出，当电容为14.34uf时，电流最小为1.6733A。
五、思考与讨论
1.为了提高功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流之路，但电路的总电流却减小了，此时感性元件上的电流和功率却不变。
2.提高线路的功率因数只采用并联电容的方法，而不采用串联法是因为串联会改变感性负载上的电流，增加了电路的总功率。并联的电容不是越大越好，电容过大反而会使功率因数减小。
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、设置动态元件的初始条件、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的关系。
二．原理与说明
电路在一点条件下有一定的稳定状态，当条件改变，就要过渡到新的稳定状态。从一种稳定状态转到另一种新的状态往往不能跃变，而是需要一定的过渡过程的，这个物理的过程就称为电路的过渡过程。电路的过渡过程往往是短暂的，所以电路的过渡过程中的工作状态成为暂态，因而过渡过程又称为暂态过程。
三．实验示例
（1）分析图示RC串联电路在方波激励下的全响应。其中方波激励图如图所示，电容的初始电压为2V（电容Ic设为2V）。
a）编辑电路。其中方波电源是SOURCE库中的VPULSE电源。并且修改方波激励的属性。为分辨电容属性，电容选取Analog库中的C-elect（电容Ic设为2V）。b）设置分析的类型为Transient。其中Print Step设为2ms，Final Time设为40ms。
c)设置输出方式。为了观察电容电压的充放电过程与方波的激励关系，设置两个节点电压标识符以获得激励和电容电压的波形，设置打印电压标识符VPRINT1以获取电容电压数值输出。
d）仿真计算及结果分析。经计算得到输出图形。
四．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。
（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的方波激励时的全响应，其中电容电压的初始值为1V.
R=1K, C=100uF时接入峰峰值为3V，周期为2s的方波激励的零状态相应。
当接入峰---峰值为3V周期为2s的方波激励的零状态响应时得到的波形与数据如下： TIME
R=1K,C=100uF时，接入峰峰值为5V，周期为2s的方波激励时的全响应。其中电容的电压的初始值为1V。
比较这两个实验的波形可以发现，全响应与零状态响应的不同之处就在于充电的起点不同，后续的波形都是相同的。
五、思考与讨论
在RC串联电路中，电容充电上升到稳定值遇电容衰减到初始值所需要的时间相同，时间常数?=R*C，RC串联电路中，电容电压上升到稳态值的63.2%所需要的时间为一个时间常数?，RC串联电路中，电容电压衰减到初始电压的36.8％所需要的时间为一个时间常数?。通常认为电路从暂态到达稳定状态所需要的时间为无穷大，但实际计算时通常取时间常数的5倍，即5?。
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有关的参数。
（3） 掌握利用计算机仿真与示波器观察电路响应波形的方法。
二、 实验原理
（1） 用二阶微分方程描述的动态电路，为二阶电路。图5-1所示R、L、C串联电路是典型的
二阶电路。其电路方程为:
LCd2uc/dt2+RCduc/dt+uc=us
uc (0+)= uc (0-)=U0
duc(0+)/dt=iL(0+)/C=iL(0-)/C=I0/C
图5-1电路的零输入响应只与电路的参数有关，对应不同的电路参数，其响应有不同的特点： 当R>2L/C时，零输入响应中的电压、电流具有非周期的特点，成为过阻尼状态。
当R
此时衰减系数δ=R/2L，ω0=1/LC是在R=0情况下的振荡角频率，成为无阻尼振荡电流的固有角频率。在R≠0时，R、L、C串联电路的固有振荡频率ω’将随δ=R/2L的增加而下降。
当R=2L/C时，有δ=ω0，ω’=0
暂态过程介于非周期与振荡之间，称为临界状态，其电压、
电流波形如图5-3（C）所示。其本质属于非周期暂态过程。
(2) 除了在以上各图所表示的u-t或i-t坐标研究动态电流的暂态过程以外，还可以在相平面作同样的研究工作。相平面也是直角坐标系，其横轴表示被研究的物理量度x，纵轴表示被研究的物理量对时间的变化率dx/dt。由电路理论可知，对于R、L、C串联电路，两个状态变量分别为电容电压uc、电感电流iL。因为iL=iC=Cduc/dt，所以取uc为横坐标，iL为纵坐标，构成研究该电流的状态平面。每一个时刻的uc、iL，可用向平面上的某一点表示，这个点称为相迹点。uc、iL随时间变化的每一个状态可用相平面上一系列相迹点表示。一系列相迹点相连得到的曲线，称为状态轨迹（或相轨迹）。
图5-2 R、L、C串联电路
利用PSpice仿真可以很方便地得到状态轨迹。图5-3各图的左边即为几种不同暂态过程的状态轨迹。
三、 示例实验
1、 研究R、L、C串联电路零输入响应波形。
(1) 利用PSpice分析图5-2所示电路。其中电容元件C1的IC（初始状态uc（0+））设为10V，电感元件IC（初始状态iL（0+））设为0，电阻R1元件Value设为{val}，设置PARAN的val参数为1Ω。在设置仿真参数元件的全局变量时，设置Parameter name：为val。在Sweep type栏内，选Value list（参数列表）为0.00001，，20，40，100，即分别计算以上参数下的个变量波形。
R=0.00001
(2) 再用PSpice在一个坐标下观察uc、iL、uL1波形，并在屏幕上得到如图5-4所示的结果。
R=20Ω 欠阻尼情况
R=40Ω 临界阻尼情况
（c）R=100Ω 过阻尼情况
图5-4 3种情况下的uc，iL，uL波形
四、 选做实验
2、 研究方波信号作用下的R、L、C串联电路。
图5-5 方波信号作用下的RLC串联电路
（1） 利用PSpice分析电路图5-5，元件设置如图所示，这里C1与L1的初始状态均为0，设
置暂态仿真时间范围是0—8ms（即方波脉冲的两个周期），参数设置为列表方式，分别
选取Val=-0.5Ω，0.1Ω，1，10Ω，40Ω，200Ω，观察uc在这些参数下的波形。
Val=-0.5
Val=0.1
Val=1
Val=10
Val=40
R=200Ω的图形
五、思考与讨论
RLC串联电路的暂态过程中，电感和电容之间存在能量转换，在能量传递过程中，由于电阻会消耗能量，所以随着R的大小的不同，电路会出现不同的工作状态。当R
较小（R?振荡状态，电感和电容通过电流来实现能量交换，由于电阻总是消耗能量（此时消耗能量较小），使整个系统的能量不断减少，从而使电容电压的振幅值衰减。
当当R?电路处于非振荡状态，
由于电阻较大，消耗的能量较多，从而“阻碍”了电容和电感之间能量的传递，故称之为“过阻尼”。
当
等幅振荡。 R?实验六 频率特性和谐振的仿真
一、 实验目的
（1） 学习使用PSpice软件仿真分析电路的频率特性。
（2） 掌握用PSpice软件进行电路的谐振研究。
（3） 了解耦合谐振的特点。
二、 原理与说明
(1) 在正弦稳态电路中，可以用相量发对电路进行分析。电路元件的作业是用复阻抗（有时也简称阻抗）Z表示，复阻抗Z不仅与元件参数有关，还与电源的频率有关。因此，电路的输出（电压、电流）不仅与电源的大小（有效值或振幅）有关，还与电源的频率有关，输出（电压、电流）傅氏变换与输入（电压源、电流源—）傅氏变换之比称为电路的频率特性。
(2) 在正弦稳态电路中，对于含有电感L和电容C的无源一端口网络，若端口电压和端口电流同相位，则称该一端口网络为谐振网络。谐振既可以通过调节电源的频率产生，也可以通过调节电容元件或电感元件的参数产生。电路处于谐振时，局部会得到高于电源电压（或电流）数倍的局部电压（或电流）。
(3) 进行频率特性和谐振电路的仿真时，采用“交流扫描分析”，在Probe中观测波形，测量所需数值。还可以改变电路或元件参数，通过计算机辅助分析，设计出满足性能要求的电路。
(4) 对滤波器输入正弦波，令其频率从零逐渐变大，则输出的幅度也将不断变化。把输出降为其最大值的（1/2）多对应的频率称为截止频率，用ωc表示。输出大于最大值的（1/2）的频率范围就称为滤波器的通频带（简称通带），也就是滤波器能保留的信号的频率范围。各类滤波器的通频带定义如图6-1所示。
(5) 对滤波器电路的分析可以用PSpice软件采用“交流扫描分析”，并在Probe中观测波形，测量滤波器的通频带，调节电路参数，以使滤波器满足设计要求。
三、示例实验
（1） 双T型网络如图6-2所示。分析该网络的频率特性。
分析网络的频率特性，须在AC Sweep的分析类型下进行。编辑电路，输入端为1V的正弦电压源，从输入端获取电压波形。
图6-2 双T型网络实验电路
仿真设置：
图6-4 双T型网络的幅频特性
从图6-4可以看出，这是一个带阻滤波器，低频截止频率近似为182Hz，高频截止频率近似为3393Hz，带阻宽度3211Hz。
四、选做实验
（1） 图6-5（a）所示为RLC串联电路，测试气幅频特性，确定去通带宽Δf。若Δf小于40KHz，试采用耦合谐振的方式改进电路，使其通带宽满足设计要求。
（a） 仿真图6-5（a），观察其谐振频率和通带宽是否满足设计要求。
（a） RLC串联电路
由实验结果发现，通频带过窄，小于40KHZ。
（b） 改进电路如图6-5（b）所示，其耦合电感参数设置如下L1=L2=100uH，耦合系数COUPLE=0.022.观察其谐振频率和通带宽是否满足设计要求。
（b） 耦合谐振电路
图6-5谐振电路的实验电路
改进的实验电路明显改变了通频带的宽度，电路的选频特性更好。
五、 思考与讨论
（1）同一电阻、电感、电容原件做串联和并联时，电路的性质不同。因为当串联电路呈感性时，并联电路可能呈容性；串联电路呈容性时，并联电路可能呈感性。当串联电路发生串联谐振时，电容和电感相当于短路，而此时对于并联电路来说可能发生并联谐振，并联支路相当于开路。
（2）频率对电路的性质有影响。频率不同时，容抗和感抗都会随之而改变，从而可能使原来呈感性的电路转而呈容性，也可能使原来呈容性的电路变为感性。当发生谐振时，还会使电路呈阻性。
实验七 三相电路的研究
一 实验目的
通过基本的星形三相交流电的供电系统实验，着重研究三相四线制和三相三线制，并对某一相开路、短路或者负载不平衡进行研究，从而熟悉三相交流电的特性。
二 原理与说明
1．利用三个频率50Hz、有效值220V、相位各相差120度的正弦信号源代替三相交流电。
2．星形三相三线制负载不同时的电压波形变化及相应的理论。
3．星形三相四线制：三相交流源的公共端N与三相负载的公共端相连。
4．当三相电路出现若干故障时，对应电压和电流会发生什么现象去验证理论。
三 示例实验
1、电路图如下所示，其中电源为三相对称电源，负载分为两种情况：一种情况是三相对称负载，另一种情况是不对称三相负载。（注：图中R4=1M，为Pspice提供一个虚拟零电位）。
(a) 在capture中绘制如上所示电路图，V1,V2,V3设置为Vac=220V,Vampl=311V，freq=50Hz，Voff=0，phase分别为0，-120，120.三相负载阻值均为100K。
(b) 设置Transient分析的run time 为40ms。
(c) 运行仿真，得到电压波形如下：
(d) 改变其中一相负载的阻值R1=50K，重新运行仿真，得到结果如下：
（e）分别将R1的阻值减小为10K,5K,1K,得到不同的电压波形如下：
R1=10K:
R1=5K:
R1=1K:
(f)将R1,R2,R3设置成不同的阻值，形成三相不平衡电路，观察不同状态下的电压波形。 R1=100K，R2=60K，R3=20K
2、增加一条中线如下图所示，重复上面的实验过程，得到不同的电压波形图。
（100k,100k,100k）
（50k,100k,100k）
（10k,100k,100k）
（5k,100k,100k）
（1k,100k,100k）
四 选做实验
无中线R1短路
无中线R1=开路
有中线R1短路
有中线R1开路
五、思考与讨论
（1）三相三线制电路中，负载电压随相应的负载变化而变化，而且变化规律相反，即一路负载变大，这路电压减小，反之增大。
（2）三相三线制电路接不对称负载时，中性点发生偏移，负载电压也不对称。三相四线制电路，无论负载对称与否，负载电压均对称。
实验八 受控电源的电路设计
一 实验目的
（1） 学习使用Pspice进行电路的辅助设计。
（2） 用Pspice测试受控电源的控制系数和负载特性。
（3） 加深对受控电源的理解。
二 原理与说明
受控电源是一种二端口元件，按控制量和被控制量的不同，受控电源可分为：电压控制电压源（VCVS)、电压控制电流源(VCCS)、电流控制电压源(CCVS)和电流控制电流源(CCCS)四种。控制系数为常数的受控电源为线性受控电源,它们的控制系数分别用μ、g、r和β。
本实验是用运算放大器和固定的电阻组成上述四种受控电源。
三 实验任务
3、电压控制电压源和电压控制电流源的仿真设计。
a.用Pspice绘制电路和设置符号参数。
b.设置分析类型，对电路进行分析，得到控制量和被控制量，间接测量控制系数μ和g。并通过公式μ=（1+R1/R2), g=1/R分别计算控制系数μ和g。
c.对结果进行分析。
d.改变电阻值，再用Pspice进行仿真分析，分别确定控制系数μ和g与电阻的函数关系。
电压控制电压源的设计电路
对电路的电源V1进行直流扫描，研究受控源的线性工作区，由输出电压曲线可以发现，只有V1电压在0至2V时，输出电压关系才满足受控源关系，即U2=(1+R1/R2)U1=6*U1.
电压控制电流源的设计电路
对电路的电源V1进行直流扫描，研究受控源的线性工作区，由输出电流曲线可看到，只有在电压为0至1V的范围内，输出电流满足电压控制电流源关系，即I2=（1/R）U1=0.01*U1.
（2)电流控制电压源的仿真设计。输入电流I1由电压源Us和串联电阻Ri提供。 a.用Pspice绘制电路和设置符号参数。
b.设置分析类型，对电路进行分析，得到控制量和被控制量，间接测量控制系数r。并通过公式r=-R,计算控制系数r。
c.对结果进行分析。
d.改变电阻值，再用Pspice进行仿真分析，分别确定控制系数r与电阻的函数关系。
电流控制电压源的仿真设计
对电路的电源V1进行直流扫描，研究受控源的线性工作区，在仿真实验中将X轴设为电源的电流，研究输入电流与输出电压关系。从关系曲线上可以看出，只有输入电流在0至7mA范围内，输出电压才满足受控源关系，即U2=(-R)I1=-2000*I1.所以该电路的输入电流应小于7mA。
（3）电流控制电流源的仿真设计。输入电流I1由电压源Us和串联电阻Ri提供。
a.用Pspice绘制电路和设置符号参数。
b.设置分析类型，对电路进行分析，得到控制量和被控制量，间接测量控制系数β。并通过公式β=（1+R1/R2)计算控制系数β。 c.对结果进行分析。
d.改变电阻值，再用Pspice进行仿真分析，分别确定控制系数β与电阻的函数关系。 电流控制电流源的仿真设计
电流控制电流源电路
对电路的电源V1进行直流扫描，研究受控源的线性工作区，在仿真实验中将X轴设为电源的电流，研究输入电流与输出电流关系。从关系曲线上可以看出只有输入电流在0至5mA范围内输出电流才满足受控源关系，即I2=(1+R1/R2)I1=2*I1.故想使该受控源电路正常工作，输入电流不应该超过5mA。
五．思考与讨论
受控源不可以作为电路的激励源对电路起作用。如果电路里没有独立电源仅仅有受控源，电路中不会有电流和电压。
受控源并不是电源，它仅仅反映一个电量对另一个电量的控制关系。独立电压（流）源可以独立于外电路产生电压（流），而受控源则不能独立产生电压（流），其电压（流）的大小完全取决于控制量。但当控制量确定并保持不变时，受控源则具有独立电源的特性.
实验九 负阻抗变换器电路的设计
一、 实验目的
（1） 学习使用Pspice进行电路的计算机辅助设计，培养用仿真软件设计、调试和工程制作电路的
能力。
（2） 用Pspice进行负阻抗变换器的计算机辅助设计。
（3） “测试”负阻抗变换器的输入阻抗和其负载阻抗的关系，用间接测量的方法测量负阻抗变换
器的参数。
（4） 加深对负阻抗变换器的理解，熟悉和掌握负阻抗变换器的基本使用。
二、 原理与说明
负阻抗变换器（NIC）是一个有源二端口元件，实际工程中一般用运算放大器组成。它有两种形式，分别为电压反向型和电流反向型。
当负阻抗变换器的负载阻抗为ZL时，从其输入端看去的输入端阻Zin为负载阻抗的负值，即Zin=-ZL
三、 实验任务
（1） 负阻抗变化的电路设计。实验电路如图所示。
① 选择ZL=R=1kΩ，用Pspice软件进行仿真，求出其输入阻抗Zin。
由电流和电压曲线关系可计算求得R=-1K
② 选择频率为100Hz正弦电源，其有效值可以自己选定，R=10Ω，ZL=（5-j5）Ω，用Pspice软件进
行仿真分析，求出其输入阻抗Zin。
设置交流扫描，频率为100HZ，得到
FREQ IM(V_PRINT1) IP(V_PRINT1) IR(V_PRINT1) II(V_PRINT1) 1.000E+02 1.415E+00 -1.350E+02 -1.001E+00 -1.000E+00 计算得输入阻抗为Zin=
10
=（5-j5）Ω。
?1?j1
③ 选择正弦电源的频率f=1000Hz，R=100Ω,ZL=(3+j4)Ω,用Pspice软件仿真分析，求出其输入阻抗
Zin。
设置交流扫描，得出
FREQ IM(V_PRINT1) IP(V_PRINT1) IR(V_PRINT1) II(V_PRINT1) 1.000E+03 1.999E+00 1.269E+02 -1.199E+00 1.600E+00 经过计算可得输入阻抗Zin=
10
=(3+j4)Ω。
?1.2?j1.6
（2） 用负阻抗变换器仿真负电阻。用前面电路所示的负阻抗变换器的电路实现一个等效负阻抗电
阻，将其与独立电源和其他电阻组成一个直流电路。实验电路如图所示。
① 选择元件的参数，用“Bias Point Detail”仿真分析该电路，求出该电路的节点电压和元件电流。 ② 从结果分析等效负电阻元件伏安特性，看其是否满足“负电阻”特性。
③ 设电源电压为扫描变量，用“DC Sweep…”仿真分析该电路，在Probe中观测用负阻抗变换器仿
真的“负电阻”的电压和电流曲线，并确定两者之间的函数关系。
故U=-RI=-1000I
（3） 用负阻抗变换器仿真电感。用任务（1）中所示的负阻抗变换器电路实现一个等效电感，将其
与R、C元件串联，组成一个RLC串联电路。
① 选择元件参数，用“AC Sweep…”仿真分析该电路，确定其谐振频率。
② 将电阻设为扫描变量，并定义为var，再仿真分析该电路，确定电阻为何值时发生串联谐振。
此电路不可以通过简单的串联就做出RLC串联电路，因为此时会将R、L、C的值先相加，在一起进行复阻抗变换，根本无法实现串联谐振！事实上，复阻抗变换器有两种逆变作用：
1、负阻抗变换器的逆变作用A（与频率有关，图1）。根据Zin= - KZL定义 （1）当ZL为电容时，ZL=1/ jωC，Zin= - 1/ jωC= jωL， 等值电感L= 1/ω2C与频率 有关。
（2）当ZL为电感时，ZL= jωL， Zin = - jωL= 1/ jωC，
等值电容C= 1/ω2L与频率有关。
图1 图2
图
2、负阻抗变换器的逆变作用B（与频率无关，图2）。
当R与负阻元件-(R+1/jωC)相并联时，其结果
1R-(R+)?R?R2?
j?Cj?C
Zin=??R?j?R2C?R?j?L；
11-(R+)?R?
j?Cj?C等值电感L?R2C与频率无关。
当 R 与负阻元件 -(R+j?L)相并联时，其结果Zin?
-(R+j?L)?R-(R+j?L)?R
?
?R2?j?LR?j?L
?R?
1j?L/R2
?R?
1j?C
等值电容C?L/R2 与频率无关。
（4） 自选实验。自行设计电路并用Pspice进行仿真分析和设计。
实验十 回转器电路的设计
一、 实验目的
（1）
（2） （3） （4）
进一步学习使用Pspice进行电路的计算机辅助设计。 用Pspice进行回转器的的计算机辅助设计。 用间接测量的方法测量回转器的回转系数。
加深对回转器的理解，熟悉和掌握回转器的基本应用。
二、 原理与说明
回转器是一个二端口元件，实际工程中一般用运算放大器组成，它的电路符号如图所示。回转器的端口电压和端口电流的伏安关系为
或
式中，r、g分别成为会板起的回转电阻和回转电导，也成为回转器的回转系数。回转器的重要的性质是它可以将一个端口的电流（或电压）“回转”为另一个端口的电压（或电流）。回转器具有“回转”
‘
阻抗的功能，如果再回转器的2-2端接上阻抗ZL(也称为回转器的负载阻抗) 如图所示，那么，回转
’
器的1-1端（输入端）的等效阻抗Zin由其伏案特性推到可得Zin=r2/ZL,这里采用的是向量形式。下面讨论ZL取不同值的几种情况。
（1） 当ZL=RL时，Zin=r2/RL,为纯电阻。 （2） 当ZL为电容元件时，
ZL=-j1/（ωc） Zin=jωcr2=jω（cr2）=jωLeq
为纯电感，等效电感Leq=r2c。回转器可以将电容“回转”为电感的这一特性非常有用，因为可以实现用集成电路制作的电感。
（3） 当ZL为电感元件时，回转器同样可以将电感“回转”为电容。
三、 实验任务
（1） 回转器的电路设计。回转器的电路时由两个负阻抗变换器组成的。因此可得电路的回转电阻
r=R。设计的电路如图所示。
① 取R0=R=ZL=1kΩ，用Pspice软件仿真分析，求出其回转电阻。 进行频率扫描，得
FREQ IM(V_PRINT3)IP(V_PRINT3)IR(V_PRINT3)II(V_PRINT3) 1.000E+02 5.000E-03 0.000E+00 5.000E-03 0.000E+00 计算得输入阻抗为Zin=
5=1K,利用关系式可求得
0.005
② 取R0=R=100Ω，任意选择ZL的值，用Pspice软件仿真分析，求出其回转电阻r。 进行频率扫描，得
FREQ IM(V_PRINT3)IP(V_PRINT3)IR(V_PRINT3)II(V_PRINT3) 1.000E+02 5.000E-01 0.000E+00 5.000E-01 0.000E+00 计算得输入阻抗为10，RL=1k，故回转电阻
=100.
（2） 用回转器实现电感。
① 取R0=R=100Ω、ZL=-（-j5）Ω，采用频率f=100Hz的正弦波信号为回转器的1-1’端的输入信号。用
Pspice软件仿真分析，求出其输入阻抗Zin。
FREQ IM(V_PRINT3)IP(V_PRINT3)IR(V_PRINT3)II(V_PRINT3) 1.000E+02 2.499E-03 -9.000E+01 2.004E-07 -2.499E-03 得计算输入阻抗为Zin=
5
?j2000 Ω 理论值Zin= j?Cr2=j2000 ?j2.5
用正弦波电压信号做回转器的输入电源，f=1000Hz，R0=R=100Ω，负载阻抗ZL用300Ω电阻和1uF
‘
电容相串联。用Pspice软件仿真分析，再电路的输入端设置“电流打印机标识符”，输出1-1端口的电流向量。求出回转器的输入阻抗Zin，判断其性质，并与负载阻抗ZL相对比。 FREQ IM(V_PRINT4)IP(V_PRINT4)IR(V_PRINT4)II(V_PRINT4) 1.000E+02 5.000E-02 8.590E-06 5.000E-02 7.496E-09 计算得输入阻抗为Zin=
5
?26?j13.84 Ω ZL= 300?j159.2 Ω说明回转器可以
0.05?j0.075
容性元件回转成感性
(3)设计一个RLC串联电路（其中的电感用回转器将电容“回转”为电感）。设计的电路如图所示。用Pspice进行“AC Sweep…”分析。研究该电路的谐振频率。并与通常的RLC串联电路相对比。
如上图所示，信号源频率为100HZ，负载电容C1=1uF，C2=1uF, C1回转后等效电感为L=0.01H，故，谐振频率理论值f0
=
?1592Hz
四、 思考题
（1）可以用其他的电路实现回转器。如可以用两个极性相反的电压控制电流源构成回转器，如下图所示：
回转电阻r??
?0??gg???0??0g??00??00????g0? ????
r2r21
??j??j（2）若将图中负载换中电感L，对输入端而言等效阻抗Zin=，等效电容j?L?L?Ceq
Ceq?
L
。 r2
（3）由于回转器具有阻抗逆变的作用.，将运算放大器及其外接元件组成的回转器, 就能实现L 值极高的大电感，从而实现超低频振荡。
范文二：电子电路仿真实验报告
北京邮电大学电子电路仿真实验报告
实验名称： 实验名称：电子电路仿真实验
信息与通信工程学院____ 信息与通信工程学院 学 院：____信息与通信工程学院
班 级：________ 姓 名：_______ ________ 学 号：__________________ 任课教师 ：______ __________ 实验日期 ：_______2011 年 1 月________
一、电路图介绍及软件介绍
（1）电路图介绍 该电路为两级放大电路，第一级为共集放大，第二级为共射放大，采用直接耦合连 接。反馈电路有 R2 和 R1 两部分，其中，R2 为级间反馈，为电压并联负反馈，属交直流反 馈，满足深度负反馈条件。R1 为第一级放大电路级内反馈，为电压串联负反馈属交直流反 馈。 （2）软件介绍 Multisim 是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以 Windows 为基础的仿真工具，适用于板 级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输 入方式， 具有丰富的仿真分析能力。 Multisim 软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的 NI EDA 工具软件。 作为 Windows 下运行的个人桌面电子设计工具， Multisim 是一个完整的 NI 集成化设计环境。 Multisim 计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动 NI 手实验相脱节的这一问题。 学员可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再 现出来， 并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。 Multisim 软件绝对是电子 NI 学教学的首选软件工具。
二、理论分析
1、电路概况分析 、 该电路为共集-共射放大电路，其优点是输入阻抗高和高频特性好。由于共集电路的上 限频率远大于共射电路， 故组合电路的上限频率主要取决于共射电路； 同时组合电路利用共 集电路输出阻抗小的特性，将其作为共射电路的源阻抗 Rs，就能有效的扩展共射电路的上 限频率，从而使该电路有较高的上限频率。 反馈电路 R1 的作用是稳定第一级放大电路的输出电流。当输入信号不变时，由于交流
负反馈的作用，反馈电路能抵消因环境温度、负载变化等因素引起的输出信号的变化，稳定 第一级放大电路的输出信号，使电路性能得到改善。 反馈电路 R2 为电压并联负反馈，降低了输出电阻和输入电阻，由于满足深度负反馈的 条件，故电路的输入电阻趋于零，输出电阻趋于 R3，此外，R2 的引入还稳定了电压增益， 减小了非线性失真，展宽了频带等。 2、直流工作点 、 由于电容 C1、 C2（220uf） 的隔直作用，故 V1、V3、I(V2)、V8 均为零，由于 Vbe2=V6=0.649V， 且 Vbe1 约为 0.6V，故 V2=1.21V，又因为此时反馈电路中电流为第一级放大电路中的基级电 流几乎为零，故 V5=1.21V。 3、直流特
性扫描 、 当 V1>1.2V 时，由图可见 V5 趋于一条平行于 X 轴的直线，这是因为，两晶体管发射结的门 限电压约为 0.6V，V1>1.2V 时 Q1、Q2 开始进入放大区，即集电结反偏，发射结正偏,而当 V1 继续增大时，由于 Q1、Q2 的 Vbe 的电压钳位作用，使得 V2=1.2V，而 V5=V2，故 V5 也 稳定与 1.2V 左右。当 V1>1.2V 时，由图可见 V5 趋于一条平行于 X 轴的直线，这是因为，两 晶体管发射结的门限电压约为 0.6V，V1>1.2V 时 Q1、Q2 开始进入放大区，即集电结反偏， 发射结正偏,而当 V1 继续增大时，由于 Q1、Q2 的 Vbe 的电压钳位作用，使得 V2=1.2V，而 V5=V2，故 V5 也稳定与 1.2V 左右。 4、交流小信号分析 、 先进行理论计算： 从输入端求和的方式入手，由并联求和，先计算 If=-V8/R2 Is=Vs/R 由 If=Is，得-V8/R2= Vs/R 故源电压增益为: Avsf=V8/Vs=-10 5、瞬态分析 、 同上述中频增益的分析。输出波形相比输入波形相位反向，幅值增大约 10 倍。 6、参数扫描 、 进行 R3 及温度参数的扫描 R3:当 R3 值有小变大时，由于 5 点直流点位基本固定不变，R3 两端的直流压降基本为定值， R3 中的直流电流与 R3 成反比减小。由于 R3 的增加加大的负反馈的深度，因此输出电压中 频增益也会随着 R3 的增大而有所降低（在 R3 变化很大的时候才比较明显） 。 R2:由深度负反馈得到的增益约为-R2/R ,故增益和输出波形幅度随着 R2 的增大而增大。 R1：由于深度负反馈，故电路的增益和输出波形基本上不受影响。 T： 由于深度负反馈，电路的增益和输出波形基本上不受影响。
三、仿真及分析
1、直流工作点 、
分析： 由于电容 C1、 C2（220uf） 的隔直作用，故 V1、V3、I(V2)、V8 均为零，由于 Vbe2=V6=0.649V， 且 Vbe1 约为 0.6V，故 V2=1.21V，又因为此时反馈电路中电流为第一级放大电路中的基级电 流几乎为零，故 V5=1.21V。 2、直流特性扫描 、 （1）结点 5 的直流特性扫描及分析
分析： 当 V1>1.2V 时，由图可见 V5 趋于一条平行于 X 轴的直线，这是因为，两晶体管发射结的门 限电压约为 0.6V，V1>1.2V 时 Q1、Q2 开始进入放大区，即集电结反偏，发射结正偏,而当 V1 继续增大时，由于 Q1、Q2 的 Vbe 的电压钳位作用，使得 V2=1.2V，而 V5=V2，故 V5 也 稳定与 1.2V 左右。 （2）节点 6 的直流特性扫描及分析
分析： 由图可知，当 V1>1.2V 时，V6 趋于一条平行于 X 轴的直线，这是因为，随着 V1 从 0 开始增 大，Q2 的发射结开始导通，由于其门限电压约为 0.6V，故当 V6 达到 0.6V 左右时便被 Vbe2 钳位在了 0.6V。 3、交流小信号分析 、 （1）源电压增益
分析： 先进行理论计算： 从输入端求和的方式入手，由并联求和，先计算 If=-V8/R2 Is=Vs/R 由 If=Is，
得-V8/R2= Vs/R 故源电压增益为: Avsf=V8/Vs=-10 现根据图示值： |Avsf|=8.6
（2）结点 2 的交流小信号分析
分析： 在中频段的时候，结点 2 的交流电压保持不变，在高频段时结点 2 的幅度上升。 4、瞬态分析 、
5、R3 参数扫描 、
R3 参数扫描（直流工作点分析）
R3 参数扫描（瞬态分析）
R3 参数扫描（频谱分析）
7、温度变化 、 温度扫描（瞬态分析）
温度扫描（频谱分析）
可见，温度的变化对输出、增益影响不大
四、心得体会
1、初始用理论估算值仿真，存在工作点设置偏离的情况，后经修改测试使得设计值趋于 合理。测试结论中仍然存在与理论分析有误差的地方，需要进一步思考其中的的原因。 2、结合书后的仿真例题和仿真软件介绍，并查阅了相关资料，学习仿真软件的基本操作， 随着实验的深入进行，逐步由不会到会，再到熟练，并能够在结合相关资料的情况下 分析错误和误差产生的原因，及时进行修正和调整。这个探索、求知、思考的过程收 获是很多的，也是很有益的。 3、实验中通过反复对比理论估计值和仿真值，加深了对器件模型和参数的认识，由理性 到感性，再回归理性。 4、实验中虽然产生了很多迷惑和困难，但正是探求着去解决问题，消除迷惑给我带来了 很多的乐趣。电子电路是一门神奇而精致的学科。
范文三：电路仿真实验报告书]@]@]
@西安郵電學院
电路分析基础课程设计
报 告 书
学院名称 ： 学 生姓名 ： 专业名称 ： 班 级 ：
电子工程学院
辛雷
光信息科学与技术 光信0903/13
实习时间 ： 2010年11月24日 至2009年12月3日
报告内容
综合设计
设计1：设计二极管整流电路。
条件：输入正弦电压，有效值220v，频率50Hz； 要求：输出直流电压20V+/-2V 电路图：
波形图如下：
结果：通过电路，将220V的交流电转化成了大约20V的直流电。
结论分析：先用变压器将220V的交流电转化为20V的交流电，再用二极管将20V交流电的负值滤掉，电容充当电源放电而且电压保持不变，因为一直有来自二极管的电流充电，而且周期为0.02秒，即电容两端电压能维持不变的放电到输出端。将电容的C调的小一点可以使充放电的速度加快，就可以使得输出电压变化幅度很小。 设计2：设计风扇无损调速器。
条件：风扇转速与风扇电机的端电压成正比；风扇电机的电感线圈的内阻为200欧姆，线圈的电感系数为500mH。风扇工作电源为市电，即有效值220V，频率50Hz的交流电。
要求：无损调速器，将风扇转速由最高至停止分为4档，即0，1，2，3档，其中0档停止，3档最高。 电路图：（开关从下至上依次为0，1，2，3档）
开关置0档，风扇停止，其两端电压波形如下图：
开关置1档，风扇转速最慢，其两端电压波形如下图：
开关置2档，风扇转速适中，其两端电压波形如下图：
开关置3档，风扇转速最快，其两端电压波形如下图：
结果：由图可知，当开关分别置0，1，2，3时，风扇两端的电压依次增大，其中当风扇置0档时，电压为零，满足风扇转速与风扇电机的端电压成正比的条件。
结论分析：
设计3：设计1阶RC滤波器。
条件：一数字电路的工作时钟为5MHz，工作电压5V。但是该数字电路的+5v电源上存在一个100MHz的高频干扰。
要求：设计一个简单的RC电路，将高频干扰滤除。 电路图：
结果：由图知，滤过的波形的频率与5MHz基本一致，将高频100MHz滤去，符合题意要求。 结论分析：通过简单的RC电路，用低通函数H（jw）=H0Wc/(jw+Wc),计算出了电路中所需
的电阻大小及电容大小。最终达到滤除电源电压中的高频成分，使低频成分通过的目的。
设计4：降低电力传输损耗电路的设计
条件：一感性的电力传输线（包含电路损耗），负载为感性阻抗，传输电压可变。电路等效结构如图4。2-1所示。 电路图：
+
?
2
_
图4.2-1
解：
有如下两种方案：
第一种：提高负载的电压。
对一个变压器：
U0U1
?N0N1
?I1I0
,
U0，I0 为原线圈电压，电流， U1,I1 为副线圈电压，电流。
当我们降低
N0N1
的比值时，即相应的提高U1 ，降低I1，以提高了U2。
P损耗?I1r1 减少。
2
第二种：当负载端口并联电容 ，若电容电流为Ic（其超前电压900），
原理电路图如下：
则线路电流为I??I?c?I?L其向量关系如图：
由图可以看出：线路电流I明显减少。由向量知道?1??2，并联电容C
22
后cos?1?cos?2，功率因数增加了， 所以P损耗?Ir1?
2
P
2
U2cos?
r1 会减小 。
仿真电路如下：
第一种方法：（提高负载的电压）
未升压时的功率，左边为传输损耗，右边为所需功率：
升压后的功率，左边为传输损耗，明显减小，右边为所需功率却几乎不变：
由结果看出，提高负载的电压，使的保证所需功率不变条件下，大大的减少了传输损耗，符合题意要求。
第二种方法：（加大功率因数法，即负载端口并联电容） 并联电容前：
测得??
11.12022.241
?59.00%
并联电容后：
测得??
39.59743.477
?91.06%
由结果看出，并联电容提高电力传输效率，减小电力传输损耗，符合题意要求。
结论分析：输电过程中，输电线损耗功率很大，为减少损耗，输电线应采用导电性能良好
的金属制成，并减小输电线电流，设负载的功率因数为cos?
?的初相为零，即 U??U?00(V) 设负载电压U222
由于负载吸收功率 P?U2Icos?，故线路电流I?
22
PU2cos?
所以线路损耗功率为：P损耗?Ir1?
2
P
2
U2cos?
r1；
所以，要减少损耗就应该提高U2或功率因数cos?。由上面的分析及电路仿真结果可知，两种降低电力传输损耗的功能，且未改变整个电路的阻抗性质，达到题目要求。
设计9：电路中的灯只有在灯电压达到Vmax值时开始导通。在灯导通期间可将其模拟成一
个电阻Rl，灯一直导通到其电压降到Vmax时为止。灯不导通时，相当于开路。 仿真电路图如下：
R
(a) 分析闪光灯闪光的原理；（只需作定性的分析）
(b) 假设电路的的电源为4节1.5V的电池，电容值为10uF。设灯的电压达到
4V时开始导通，当电压降到1V时停止导通，当灯导通时，它的阻值为20KΩ,当它不导通时电阻无穷大。
① 假设两次闪光之间的时间为10s，需要多大的电阻R才能满足要求？ ② 若要闪光灯每分钟闪12次，R应为多大？
（先进行理论性计算，再根据计算结果给出输出波形）
1、理论分析：闪光灯是一种有电压门限的发光装置，当其电压高过一定门限时，
闪光灯开始发光，当电压低于一定门限时，闪光灯熄灭，电阻变为无穷大。这就需要在电路中加一能充电、放电的装置：电容器，使闪光灯进行一定频率的闪光。
2、理论计算
开关由断开到闭合
UC(0+)=UC(0-)=0 UC(∞)=6V τ=RC=10-5R
UC(t)=6-6e
-100000/R*t
电压由1V到4V时得方程 得
6-6e-100000/R*t1=1 （1） 6-6e-100000/R*t2=4 （2） t2- t1=（ln3+ln5-ln6)R*10-5
开关由闭合到断开
UC(0+)=120/(R+20) UC(∞)=0 τ=RC=20*103*10-5=0.2S UC(t)= 120/(R+20)e-5t
电压由4V到1V时得方程
120/(R+20) e-5*t1=4 (1)
120/(R+20) e-5*t2=1 （2） t2- t1=（e-5-e-20）(-24/R+20)
-
则 两次闪光之间的时间为：
T=（ln3+ln5-ln6)R*10-5+（e-5-e-20）(-24/R+20)
当T为10s时 R=1.06MΩ 当T为5s时 R=516.7kΩ
设计10：设计一个指示灯变换电路，要求输入信号为占空比为25%，直流偏置为零的矩形波， 使得两个指示灯按照20H的频率等时间交替变换。 电路图：
结果：
结论分析：
设计12：已知运算放大器的理想模型如图4。2-6（a），实际模型如图（b）。要求分别利用理想模型和实际运放为核心，设计简单外围电路，实现电压放大功能，电压放大比Uo/Ui=10.
(a)
(b)
图4.2-6 电路图：
范文四：数字电路仿真实验报告.pdf]@]@]
@基于 Multisim 数字电路仿真实验
一、实验目的
1.掌握虚拟仪器库中关于测试数字电路仪器的使用方法，入网数字信号发生器和
逻辑分析仪的使用。
2.进一步了解 Multisim 仿真软件基本操作和分析方法。
二、实验内容
用数字信号发生器和逻辑分析仪测试 74LS138 译码器逻辑功能。
三、实验原理
实验原理图如图所示：
四、实验步骤
1.在 Multisim 软件中选择逻辑分析仪，字发生器和 74LS138 译码器；
2.数字信号发生器接 138 译码器地址端，逻辑分析仪接 138 译码器输出端。并按
规定连好译码器的其他端口。
3.点击字发生器，控制方式为循环，设置为加计数，频率设为 1KHz，并设置显
示为二进制；点击逻辑分析仪设置频率为 1KHz。
相关设置如下图
五、实验数据及结果
逻辑分析仪显示图下图
2
实验结果分析：由逻辑分析仪可以看到在同一个时序 74LS138 译码器的八个输
出端口只有一个输出为低电平，其余为高电平.结合字发生器的输入，可知.在译
码器的 G1=1，G2A=0，G2B=0 的情况下，输出与输入的关系如下表所示
3
当 G1=1，G2A=0，G2B=0 中任何一个输入不满足时，八个输出都为 1
六、实验总结
通过本次实验，对 Multisim 的基本操作方法有了一个简单的了解。同时分
析了 38 译码器的功能，结果与我们在数字电路中学到的结论完全一致。
范文五：电路仿真实验报告书
电路仿真实验报告学校： 学院： 班级： 姓名： 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，熟悉它的工作流程，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置、Probe窗口的设置和分析的运行过程等。
（2）学习使用 PSPICE进行直流工作点分析和直流扫描分析的操作步骤。
二．实验示例
应用PSPICE求解图1所示电路个节点电压和各支路电流。
R2
I
图1，直流电路分析电路图
仿真结果如下：
R2
图2，仿真结果
三，选做实验
操作步骤：
１）直流工作点分析同上。
２）直流扫描分析：
a．单击Pspice/Edit Simulation Profile ,打开分析类型对话框，以建立分析类型。
对直流电路的扫描分析要选择“DC Sweep?”。选中后，打开下一级对话框“直流扫描分析参数表”，设置为： “Sweep Var. Type”选择“Voltage Source” ;
“Sweep Type”选择“Linear” ;
“Name”选择“Vs1”; “Start Value” 输入“０”,“End Value” 输入“１２”，“Increment”输入“０.
５”。
b.运行PSPICE的仿真计算程序，进行直流扫描分析。
c.对于图１－３电路，电压源Us1的电压已设置在０～１２V之间变化，显示的波形就是负载电阻RL的电流随Us1变化的波形。
d.为了得到数值的结果，可以从“SPECIAL”库取“INPRINT”(电流打印机)，把它串联到测量点上。例如对于图１－５电路，可以把“INPRINT”与“RL”串联。这时“INPRINT”的属性设置为“dc=I(RL)” ,其余项可以缺省。当在“直流扫描分析参数表”中设置的分析参数“Increment”为“１”时，运行仿真。在Capture窗口单击PSpice/View Output file ，数据输出如下：
I
图3，选做实验原电路图
仿真结果如下：
IPRINT
图4，选做实验仿真结果
四，实验结论
2.8A
2.0A
2.4A
1.6A
1.2A
0V
-I(R3)
V_VS1
2V
4V
6V
8V
10V
12V
数据输出为：
V_VS1 I(V_PRINT1)
0.000E+00 1.400E+00 5.000E-01 1.450E+00 1.000E+00 1.500E+00 1.500E+00 1.550E+00 2.000E+00 1.600E+00 2.500E+00 1.650E+00 3.000E+00 1.700E+00 3.500E+00 1.750E+00 4.000E+00 1.800E+00 4.500E+00 1.850E+00
5.000E+00 1.900E+00 5.500E+00 1.950E+00 6.000E+00 2.000E+00 6.500E+00 2.050E+00 7.000E+00 2.100E+00 7.500E+00 2.150E+00 8.000E+00 2.200E+00 8.500E+00 2.250E+00 9.000E+00 2.300E+00 9.500E+00 2.350E+00 1.000E+01 2.400E+00 1.050E+01 2.450E+00 1.100E+01 2.500E+00 1.150E+01 2.550E+00 1.200E+01 2.600E+00
五．思考与讨论：
1．根据图1-1、1-3及所得仿真结果验证基尔霍夫定律。
答：任选一条闭合回路，可以得出该回路的电压之和为零（∑Ui=0）；任一节点电流之
和为零（∑Ii=0）。
2．怎样理解式（1-1）表示的电流IRL和Us1变化的函数关系？这个式子中的各项分别表示什么物理意义？
答：公式1-1中，1.4表示Vs1断开时其他电源作用于RL的电流，0.1表示Vs1单独
作用于RL，而其他电源置零时的等效电导，根据电路的叠加原理，所有电源同时作用于 RL时的电流为两部分之和。即：IRL=1.4+0.1Us1 。
3. 对图1-3的电路，若想确定节点电压Un1随Us1变化的函数关系，如何使用Pspice软件？操作分几步进行？
答：在节点N1处添加一个电压指针，然后按照直流扫描分析进行分析。
4. 对上述电路，若想确定负载电阻RL的电流IRL随负载电阻RL 变化（设RL的变化范围为0.1欧姆~100欧姆）的波形，又该如何使用Pspice软件进行仿真分析?
答：a.打开分析类型对话框——选择直流扫描分析——打开直流分析扫描分析参数表
——将分析类型由电压改为RL——输入RL变化的初始值0.1欧姆和终止值100欧
姆，步长是1，这样进过分析后得到的波形就是所需要的波形。
实验二 戴维南定理和诺顿定理的仿真
一．实验目的
（１）进一步熟悉Pspice 仿真软件中绘制的电路图，初步掌握符号参数、分析类型
的设置。学习Probe 窗口的简单设置。
（２）加深对戴维南定理与诺顿定理的理解。
二．实验步骤
（１）在Capture环境下绘制和编辑电路，包括取元件、连线、输入参数和设置节点等。
分别编辑原电路、戴维南等效电路和诺顿等效电路（等效参数待定），检查无误后
存盘。
RLd{var}
5
RL{v
ar}
RLn{var}
图2——4绘制的电路图
（２）为测量原网络的伏安特性，图２－1中的RL是可变电阻。为此，RL的阻值要在
“PARAM”中定义一个全局变量var（参数值可任意选择如１０? 、１k ?,同时把RL的阻值也设为该变量｛var｝ 。
（３）为测电路的开路电压Uoc及短路电流Isc ，设定分析类型为“DC Sweep?”,
扫描变量为全局变量var ,并具体设置线性扫描的起点、终点和步长。因需要测短路电流，故扫描的起点电阻要尽量小，但不能是０。而欲测开路电压，扫描的终点电阻要尽量大。线性扫描的起点为１P,终点为１G，步长为１MEG，如图２－５。此时不需要中间数据，为了缩短分析时间，步长可以设置大一些。 （４）启动分析后，系统自动进入Probe窗口。选择Plot=>Add Plot to Window增加
一坐标轴，选择Trace=>Add?分别在两轴上加I(RL)和V(RL:2)变量。激活显示电流的坐标轴。选择Tools=>Cursor=>Display显示电流的坐标值列表，选择
Tools=>Cursor=>Max显示电流的最大值。同样可以显示电压的最大值 。测得I(RL)最大值即短路电流Isc＝130mA ，V(RL:2)最大值即Uoc为3.5455V 。则输入端电阻Req=3.5455/0.13=27.273 Ω 。
0A
-100mA
-200mA
I(RL)
4.0V
2.0V
SEL>>
0V0V
V(RL:2)
0.1GV0.2GV0.3GV0.4GV0.5GV var
0.6GV0.7GV0.8GV0.9GV1.0GV
回到Capture界面，按测得的等效参数修改电路参数。
重新设定扫描参数，扫描变量仍为全局变量var，线性扫描的起点为１P,终点为
10K，步长为 10K。重新启动分析，进入Probe 窗口。选择Plot=>Add Plot增加两个坐标轴，选择Plot=>X Axis Settings?=>Axis Variable ,设置横轴为V(RL:2),选择Trace=>Add?分别在三个轴上加I(RL)、I(RLd)和I(RLn)变量。显示结果如图。
0A
-100mASEL>>-200mA
I(RL)
I(RLn)
V(RLn:2)
选择Tools=>Cursor=>Display显示坐标轴列表，点击I(RL)、I(RLd)和I(RLn)前面的
小方块，数值列表中将显示相应坐标中的坐标值。用鼠标拖动十字交叉线，可显示不同电压时的相应电流值。
四．思考与讨论：
（1） 戴维南定理和诺顿定理的使用条件是什么？
答：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扫描分析
一．实验目的
（１）进一步学习使用PSPICE软件，熟悉它的工作流程。 （２）学习用PSPICE进行正弦稳态电路的分析。
（３）学习用PSPICE进行正弦稳态电路的交流扫描分析。
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（支路电流法、节点电压法、回路电流法），求解电路中各个电压和电流的振幅（有效值）和初相位（初相角）。PSPICE软件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．示例实验
（1）正弦稳态分析。在原理图界面编辑示例实验电路图，输入各个电子元件的参数。
IPRINT
10Vac0Vdc
C110u
IPRINT
（2）设置仿真，在分析类型对话框中设置交流扫描分析参数表。 （3）运行仿真程序，并显示扫描结果。 （4）用电流打印机打印出扫描结果：
FREQ IM(V_PRINT1) IP(V_PRINT1) IR(V_PRINT1) II(V_PRINT1)
1.592E+03 2.268E-03 8.987E+01 5.145E-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
四．选做实验
实验电路图如下：
PARAMETERS:
V
VOFF = 0I
ar}
实验任务的电路
当电容在0到100uF进行扫描时得到的曲线，纵轴是干路电流：
8.0A
6.0A
4.0A
2.0A
0A0-I(V2)
var
10u
20u
30u
40u
50u
60u
70u
80u
90u
100u
当电容在10uF到20uF时，扫描的曲线图，纵轴是干路电流：
1.64A
1.62A
1.60A
1.58A
1.56A
10u
-I(V2)
11u12u13u14u15u var
16u17u18u19u20u
五．思考题与讨论
1. 为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路，
试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？ 答：并联了电容后总电流减小，电容上的电流相量与感性负载上的电流的相位差在π/2和π之间，则电容上的电流相量与感性负载上的电流相量之和比原来的总电流小。由于并联电容前后，感性负载上的电压不变，而感性负载的阻抗也没变，因而负载上的电流相量和功率都没有变。
2. 提高线路功率因数为什么只用并联电容器法，而不用串联法？所并的电容器是否越大越好？
答：如果串联电感器，则会改变负载两端的电压，同时负载上的电流也会发生改变，这就不好控制功率因数的改变。并联电容器并不是越大越好，电容过大，会导致过补偿，反而使提高功率因数的效果不明显。
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、设置动态元件的初始条件、掌握周期激励的属性及对动
态电路的仿真方法。
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 实验电路如下：
V
V1 = 0V2 = 7TD = 2msPW = 2ms
实验结果以及输出波形如下：
8.0V
4.0V
0V0s
V(R1:1)
5ms
V(C3:+)
10ms
15ms
20ms Time
25ms
30ms
35ms
40ms
TIME V(N00197)
(*)---------- 1.0000E+00 2.0000E+00 3.0000E+00 4.0000E+00 5.0000E+00 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
0.000E+00 2.000E+00 . * . . . 2.000E-03 1.146E+00 . * . . . . 4.000E-03 3.645E+00 . . . * . . 6.000E-03 2.089E+00 . .* . . . 8.000E-03 4.185E+00 . . . . * . 1.000E-02 2.399E+00 . . * . . . 1.200E-02 4.363E+00 . . . . * . 1.400E-02 2.500E+00 . . * . . . 1.600E-02 4.421E+00 . . . . * . 1.800E-02 2.534E+00 . . * . . . 2.000E-02 4.440E+00 . . . . * . 2.200E-02 2.545E+00 . . * . . . 2.400E-02 4.447E+00 . . . . * . 2.600E-02 2.548E+00 . . * . . . 2.800E-02 4.449E+00 . . . . * . 3.000E-02 2.550E+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 . . . . * .
三．选做实验
1. 按照示例实验，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。
4.0V
0V0s
V(V1:+)
5msV(C3:+)
10ms
15ms
20ms Time
25ms
30ms
35ms
40ms
2．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
的零状态响应的输出波形。
4.0V
2.0V
0V0s
2s4s
V(R1:1)V(C2:+)
6s
8s
10s Time
12s
14s
16s
18s
20s
3． R=1K,C=100uf的RC串联电路，接入峰－峰值为3V 周期为2s的方波激励的全响应的输出波形，其中电容电压的初始值为1V。
4.0V
2.0V
0V0s
2s4s
V(R1:1)V(C2:+)
6s
8s
10s Time
12s
14s
16s
18s
20s
四，思考与讨论
1 在RC串联电路中，电容充电上升到稳态值的多少所需要时间为一个时间常数T？ 答：稳态值的0.64
2 在RC串联电路中，电容放电衰减到初始值的多少所需要时间为一个时间常数T？ 答：初始值的1.275
3 通常认为电路从暂态到达稳定状态所需要多少时间？ 答：1ms
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有关的参数。
（3）掌握利用计算机仿真与示波器观察电路响应波形的方法。
二．示例实验
实验电路如图：
PARAMETERS:
val = 1
R1
实验结果：
5
-5
-10
0s
V(C1:2)
0.1ms
V(R1:2)
0.2msI(L1)
0.3ms
0.4ms
0.5ms Time
0.6ms
0.7ms
0.8ms
0.9ms
1.0ms
R=20欧姆阻尼情况
5
-5
-10
0s
V(C1:2)
0.1ms
V(R1:2)
0.2msI(L1)
0.3ms
0.4ms
0.5ms Time
0.6ms
0.7ms
0.8ms
0.9ms
1.0ms
R=40欧姆阻尼情况
5
-5
-10
0s
V(C1:2)
0.1ms
V(R1:2)
0.2msI(L1)
0.3ms
0.4ms
0.5ms Time
0.6ms
0.7ms
0.8ms
0.9ms
1.0ms
R=100欧姆阻尼情况
三．选做实验
实验电路图如下：
R1L1
V1 = 0V2 = 10TD = 0
PW = 2msC12uF
var = 1
实验结果如下：
200V
100V
0V
-100V
-200V
0s
1.0msV(C1:2)
2.0ms
3.0ms
4.0ms Time
5.0ms
6.0ms
7.0ms
8.0ms
R=－0.5欧姆时输出结果
40V
20V
0V
-20V
0s
V(C1:2)
Time
1.0ms
2.0ms
3.0ms
4.0ms
5.0ms
6.0ms
7.0ms
8.0ms
R=0.1欧姆时输出结果
20V
10V
0V
-10V
0s
V(C1:2)
Time
1.0ms
2.0ms
3.0ms
4.0ms
5.0ms
6.0ms
7.0ms
8.0ms
R=1欧姆时输出结果
10V
5V
0V
-5V
0s
V(C1:2)
Time
1.0ms
2.0ms
3.0ms
4.0ms
5.0ms
6.0ms
7.0ms
8.0ms
R=10欧姆时输出结果
10.0V
5.0V
0V0s
V(C1:2)
Time
1.0ms
2.0ms
3.0ms
4.0ms
5.0ms
6.0ms
7.0ms
8.0ms
R=40欧姆时输出结果
10V
5V
0V0s
V(C1:2)
Time
1.0ms
2.0ms
3.0ms
4.0ms
5.0ms
6.0ms
7.0ms
8.0ms
R=200欧姆时输出结果
四．思考与讨论
1、R、L、C串联电路的暂态过程为什么会出现三种不同的工作状态？试从能
量转换的角度对其作出解释。
答：电源输出总功率一定，电路中电阻值越大消耗的有功功率越多，而无功功率是先减小后增大，在R为临界值时，无功功率达到最小值。
实验六
频率特性和谐振的仿真
一．实验目的
（１）学习使用Pspice软件仿真分析电路的频率特性。 （２）掌握用Pspice软件进行电路的谐振研究。 （３）了解耦合谐振的特点。
二．示例实验
实验电路图如下：
R1R2V
实验结果如下：
1.0V
0.5V
0V
100Hz
V(C2:2)
300Hz1.0KHz Frequency
3.0KHz10KHz
四．选做实验
1. 电路图如下：
C1
I
电路仿真结果如下：
160uA
120uA
80uA
40uA
0A
100Hz
-I(L1)
300Hz1.0KHz Frequency
3.0KHz10KHz
R2
2.改进电路如图：
C1
V
仿真结果如下：
300V
200V
100V
0V
0.88MHz
V(C2:2)
0.92MHz0.96MHz1.00MHz Frequency
1.04MHz1.08MHz1.12MHz
由图可以看也该带阻滤波器的低频截止频率近似为985.46kHZ，高频截止频率近似为
1014.6k HZ，故其带阻宽度为29.24k HZ
五．思考与讨论：
1 同一电阻、电感、电容元件串联和并联时，电路的性质相同吗？为什么？ 答：不同。串联谐振时相当于短路，并联谐振时相当于开路。 2 频率对电路的性质有影响吗？为什么？
答：有影响。频率不同时，容抗和感抗都会随之而改变，从而可能使原来呈感性的电路转而呈容性，也可能使原来呈容性的电路变为感性；当发生谐振时，电路呈阻性。
实验七 三相电路的研究
一．实验目的
通过基本的星形三相交流电的供电系统实验，着重研究三相四线制和三相三线制，并对
某一相开路、短路或者负载不平衡进行研究，从而熟悉星形三相交流电的特性。
二．示例实验
实验电路如图：
VOFF = 0FREQ = 50
得到电压的波形如下：
400V
200V
0V
-200V
-400V
0s
V(R3:2)
5msV(R2:2)
10ms
V(R1:2)
Time
15ms
20ms
25ms
30ms
35ms
40ms
改变其中一相负载R1=50k，得到结果：
400V
200V
0V
-200V
-400V
0s
V(R3:2)
5ms
V(R2:2)
10ms
V(R1:2)
Time
15ms
20ms
25ms
30ms
35ms
40ms
分别将R1减小为10k，5k，1k，得到不同的波形：
500V
0V
-500V
0s
V(R3:2)
5msV(R2:2)
10ms
V(V1:+)
Time
15ms
20ms
25ms
30ms
35ms
40ms
R1=10k时的波形图
800V
400V
0V
-400V
-800V
0s
V(R3:2)
5ms
V(R2:2)
10ms
V(V1:+)
Time
15ms
20ms
25ms
30ms
35ms
40ms
R1=5k时的波形图
800V
400V
0V
-400V
-800V
0s
V(R3:2)
5ms
V(R2:2)
10ms
V(V1:+)
Time
15ms
20ms
25ms
30ms
35ms
40ms
R1=1k时的波形图
将R1，R2，R3设置成不同的阻值
VOFF = 0得到波形：
400V
200V
0V
-200V
-400V
0s
V(R3:2)
5msV(R2:2)
10ms
V(V1:+)
Time
15ms
20ms
25ms
30ms
35ms
40ms
增加中线如图：
VOFF = 0
改变阻值，得到如图波形：
400V
200V
0V
-200V
-400V
0s
V(R3:2)
5msV(R2:2)
10ms
V(R1:2)
Time
15ms
20ms
25ms
30ms
35ms
40ms
三、选做实验
1、中线正常，三相中一相短路
VOFF = 0
FREQ = 50
输出波形如下：
400V
200V
0V
-200V
-400V
0s
V(R3:2)
5msV(V2:+)
10ms
V(R1:2)
Time
15ms
20ms
25ms
30ms
35ms
40ms
2、中线正常，三相中一相开路
VOFF = 0FREQ = 50
输出波形如下
400V
200V
0V
-200V
-400V
0s
V(R3:2)
5msV(V2:+)
10ms
V(R1:2)
Time
15ms
20ms
25ms
30ms
35ms
40ms
3、没有中线，三相中一相短路
VOFF = 0
FREQ = 50
输出波形如下
800V
400V
0V
-400V
-800V
0s
V(R3:2)
5msV(V2:+)
10ms
V(R1:2)
Time
15ms
20ms
25ms
30ms
35ms
40ms
4、没有中线，三相中一相开路
VOFF = 0
FREQ = 50
输
出波形如下
800V
400V
0V
-400V
-800V
0s
V(R3:2)
5msV(V2:+)
10ms
V(R1:2)
Time
15ms
20ms
25ms
30ms
35ms
40ms
四．思考与讨论
1、三相三线制电路中负载变化时电压的变化情况，负载与电压的对应关系。
答：负载的阻值越小，电压就越小。 2、三相三线制电路中负载不同，哪一相电压最高？哪一相电压最低？ 答：阻值最大的负载上电压最高，阻值最小的负载上的电压最低。
实验八 受控电源的电路设计
一．实验目的
（1）学习使用Pspice进行电路的辅助设计。
（2）用Pspice“测试”受控电源的控制系数和负载特性。 （3）加深对受控源的理解。
二．实验任务
1 电压控制电压源的仿真设计。
仿真输出如下：
15V
10V
5V
0V0V
V(R1:2)
V_V1
5V
10V
15V
20V
25V
分析：理论：μ=1+R1/R2=2 实际：斜率k=μ=2
2电压控制电流源的仿真设计。
100
仿真输出如下：
8.0mA
6.0mA
4.0mA
2.0mA
0A0V
-I(R1)
V_V1
5V
10V
15V
20V
25V
分析：实验分析: 理论:r=R=1K 实验：:r=k=1K
3 电流控制电流源的仿真设计。
R5100
I
仿真输出如下：
12mA
8mA
4mA
0A0V
0.5V1.0V
I(Ri)-I(Rl)
1.5V
2.0V
2.5V
V_Us
3.0V
3.5V
4.0V
4.5V
5
分析：实验分析: 理论:β=1+R1/R2=2 实验：β=K1/K2=2
4 电流控制电压源的仿真设计。
R5100
仿真输出如下：
0A
-2.0mA
-4.0mA
-6.0mA
0V
-I(R4)
V_V1
0.5V
1.0V
1.5V
2.0V
2.5V
3.0V
3.5V
4.0V
4.5V
5.0V
分析：实验分析: 理论:r=R=1K 实验：:r=k=1K
三．思考与讨论：
1 受控电源能否作为电路的激励源对电路起作用？如果电路没有独立电源仅仅有受控电
源，电路中还会有电流和电压吗？
答：受控电源不能完全等价于电路的激励源。如果电路只有受控电源，电路中不会有电流和电压。
2 设置“打印机标识符”，输出仿真分析数据，确定受控电源的控制系数与电阻的函数关系。
范文六：数字电路仿真实验报告
数字电路仿真实验报告
姓名： 学号： 班级：
1. 实验目的 .............................................................................................................................. 5 2. 实验原理 .............................................................................................................................. 5 3. 实验电路及步骤................................................................................................................... 6 4. 思考题 .................................................................................................................................. 8 5. 实验心得 ............................................................................................................................ 10 实验二 编码器、译码器电路仿真实验 ......................................................................................... 12
1. 实验目的 ............................................................................................................................ 12 2. 实验原理 ............................................................................................................................ 12 3. 实验电路及步骤................................................................................................................. 13
3.1电路 .............................................................................................................................. 13 3.2 步骤 ............................................................................................................................. 13 4. 思考题 ................................................................................................................................ 16 5. 实验心得 ............................................................................................................................ 18 实验三 竞争冒险电路仿真实验 ..................................................................................................... 19
1. 实验目的 ............................................................................................................................ 19 2. 实验原理 ............................................................................................................................ 19 3. 实验电路及步骤................................................................................................................. 19
3.1电路 .............................................................................................................................. 19 3.2步骤 .............................................................................................................................. 20 4. 思考题 ................................................................................................................................ 26 5. 实验心得 ............................................................................................................................ 29
1. 实验目的 ............................................................................................................................ 30 2. 实验原理 ............................................................................................................................ 30 3. 实验电路及步骤................................................................................................................. 31
3.1电路 .............................................................................................................................. 31 3.2步骤 .............................................................................................................................. 32 4. 思考题 ................................................................................................................................ 34 5. 实验心得 ............................................................................................................................ 36 实验五 计数器电路仿真实验 ......................................................................................................... 37
1. 实验目的 ............................................................................................................................ 37 2. 实验原理 ............................................................................................................................ 37 3. 实验电路及步骤................................................................................................................. 38
3.1电路 .............................................................................................................................. 38 3.2步骤 .............................................................................................................................. 40 4. 思考题 ................................................................................................................................ 43 5． 实验心得 ............................................................................................................................ 48 实验六 任意N进制数电路仿真实验 ............................................................................................ 49
1. 实验目的 ............................................................................................................................. 49 2. 实验原理 ............................................................................................................................. 49 3. 实验电路和步骤 ................................................................................................................. 49 4. 思考题 ................................................................................................................................. 52 5． 实验心得 ............................................................................................................................ 56
1. 设计任务与要求 ................................................................................................................. 57 2. 预习要求 ............................................................................................................................. 57 3. 设计原理与参考电路 ......................................................................................................... 57 4. 实验内容及方法 ................................................................................................................. 58 5. 实验报告及心得： ............................................................................................................. 60 6. 思考题 ................................................................................................................................. 60
实验一 组合逻辑电路设计与分析
1. 实验目的
（1）学会组合逻辑电路的特点；
（2）利用逻辑转换仪对组合逻辑电路进行分析与设计。
2. 实验原理
组合逻辑电路是一种重要的数字逻辑电路：特点是任何时刻的输出仅仅取决于同一时刻输入信号的取值组合。根据电路确定功能，是分析组合逻辑电路的过程，一般按图1-1所示步骤进行分析。
图1-1 组合逻辑电路的分析步骤
根据要求求解电路，是设计组合逻辑电路的过程，一般按图1-2所示步骤进
行设计。
图1-2 组合逻辑电路的设计步骤
逻辑转换仪是在Multism软件中常用的数字逻辑电路设计和分析的仪器，使
用方便.简洁。
3. 实验电路及步骤
（1） 利用逻辑转换仪对已知逻辑电路进行分析。 a. 按图1-4所示连接电路。
b. 在逻辑转换仪面板上单击由逻辑电路转换为真值表的按钮和由真值表导出简化表达式后，得到如图1-5所示结果。观察真值表，我们发现：当四个输入变量A,B,C,D中1的个数为奇数时，输出为0，而当四个输入变量A,B,C,D中1的个数为偶数时，输出为1。因此这是一个四位输入信号的奇偶校验电路。
（2） 根据要求利用逻辑转换仪进行逻辑电路的设计。
a. 问题提出：有一火灾报警系统，设有烟感、温感和紫外线三种类型不同的火灾探测器。为了防止误报警，只有当其中有两种或两种以上的探测器发出火灾探测信号时，报警系统才产生报警控制信号，试设计报警控制信号的电路。 b. 在逻辑转换仪面板上根据下列分析出真值表如图1-6所示：由于探测器发出的火灾探测信号也只有两种可能，一种是高电平（1），表示有火灾报警；一种是低电平（0），表示正常无火灾报警。因此，令A、B、C分别表示烟感、温感、紫外线三种探测器的探测输出信号，为报警控制电路的输入、令F为报警控制电路的输出。
（3） 在逻辑转换仪面板上单击由真值表到处简化表达式的按钮后得到如图1-7所示的最简化表达式。
（4） 在图1-8的基础上单击由逻辑表达式得到逻辑电路的按钮后得到如图1-8所示的逻辑电路。
图1-8 生成的报警控制控制信号电路
4. 思考题
（1） 设计一个4人表决电路。即如果3人或3人以上同意，则通过；反正，则被否决。用与非门实现。
a. 通过分析得到真值表如图1-9所示。
b. 按由真值表转换成最简逻辑表达式的按钮得到相应的最简逻辑表达式。 c. 按由逻辑表达式转换成与非门电路，得到如图1-10所示电路，即所求电路。
（2） 利用逻辑转换仪对图1-11所示逻辑电路进行分析。
依次按逻辑转换仪上由逻辑电路转换成真值表的按钮和由真值表转换成最简
表达式的按钮得到所要的分析结果，如图1-12所示。
逻辑功能分析：
当A、B不同时为1时（任意一个不为1或都不为1），输出为C非； 当A、B同时为1时，输出为C。
A B端作为控制信号控制输出与C的关系。
5. 实验心得
通过本次实验的学习，我们复习了数电课本关于组合逻辑电路分析与设计的相关
知识，掌握了逻辑转换仪的功能及其使用方法。初步掌握了软件multisim的用法。
实验二 编码器、译码器电路仿真实验
1. 实验目的
（1） 掌握编码器、译码器的工作原理。 （2） 常见编码器、译码器的应用。
2. 实验原理
所谓编码是指在选定的一系列二进制数数码中，赋予每个二进制数码以某一固定含义。例如，用二进制数码表示十六进制数叫做二—十六进制编码。能完成编码功能的电路统称为编码器。74LS148D是常用额8线—3线优先编码器。在8个输入线上可以同时出现几个有效输入信号，但只对其中优先权最高的一个有效输入信号进行编码。其中7端优先权最高，0端优先权最低，其他端的优先权按端脚号的递减顺序排列。~E1为选通输入端，低电平有效，只有~E1=0时，编码器正常工作，而在~E1=1时，所以的输出端均被封锁。E0为选通输出端，GS为优先标志端。该编码器输入、输出均为低电平有效。
译码器是编码的逆过程，将输入的每个二进制代码赋予的含义“翻译”过来，给出相应的输出信号。能够完成译码功能的电路焦作译码器。74LS138D属于3线—8线译码器。该译码器输入高电平有效，输出低电平有效。
5
~G2B~G2AG1
EID7D6D5D4D3D2D1D0
EOGS
A2A1A0
74LS148D
Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0
U1
CBA
U2
74LS138D
图2-1编码器74LS148D 图2-2译码器74LS138D 8位信号输入端
7端优先权最高 三个使能端 三路输入端 0端优先权最低
3. 实验电路及步骤 3.1电路
（1）8—3线优先编码器具体电路如图2-1所示，说明如下：
利用9个单刀双掷开关（J0—J8）切换8位信号输入端和选通输入端（~E1）输入的高低电平状态。利用5个探测器（X1—X5）观察3位信号输出端、选通输出端、优先标志段输出信号的高低电平状态（探测器亮表示输出高电平“1”，灭表示输出低电平“0”）。
（2）3—8线译码器具体电路如图2-2所示，说明如下：
利用3个单刀双掷开关（J1—J3）切换二路输入端输入的高低电平状态。利用8个探测器（X0—X7）观察8路输出端输以信号的高低电平状态（探测器亮表示输出高电平“1”，灭表示输出低电平“0”）。使能端G1接高电平，G2A接低电平，G2B接低电平。 3.2 步骤
（1）8—3线优先编码器实验步骤：
a. 按图2-3所示连接电路。
b. 切换9个单刀双掷开关（J0—J8）进行仿真实验，将结果填入表2.1中。输入端中的“1”表示接高电平，“0”表示接低电平，“×”表示接高、低电平都可以。输出端中的“1”表示探测器亮，“0”表示探测器灭。该编码器输入、输出均为低电平有效。
A2
A1
A0
GS
E0
5 V
（2）3-8线译码器实验步骤：
a. 按图2-4所示连接电路。
b. 切换3个单刀双掷开关（J1—J3）进行仿真实验，得到表2.2所示结果。输入端中的“1”表示接高电平，“0”表示接低电平。输出端中的“1”表示探测器亮，“0”表示探测器灭。该译码器输入高电平有效，输出低电平有效。
4. 思考题
（1） 利用两块8—3线优先编码器74LS148D设计16—4线优先编码电路，然后仿真验证16—4线优先编码的逻辑功能。
图2-5 16-4线优先编码电路
经验证，逻辑功能完全正确。
（2） 利用两块3—8线译码器74LS138D设计4—16线优先编码电路，然后仿真验证4—16线译码的逻辑功能。
5 V
经验证，逻辑功能完全正确。
5. 实验心得
本次实验主要掌握编码器、译码器的工作原理，并掌握了如何利用基础编码器设计位数更高的编码器。知道了各个管脚的功能与连接方式，进一步学习了multisim软件的使用。
实验三 竞争冒险电路仿真实验
1. 实验目的
（1） 掌握组合逻辑电路产生竞争冒险的原因。 （2） 学会竞争冒险是否可能存在的判断方法。 （3） 了解常用消除竞争冒险的方法。
2. 实验原理
在组合逻辑电路中，由于门电路存在传输延时时间和信号状态变化的速度不一致等原因，使信号的变化出现快慢的差异，这种现象叫做竞争。竞争的结果是使输出端可能出现错误的信号，这种现象叫做冒险。所以有竞争不一定有冒险，有冒险一定存在竞争。
利用卡诺图可以判断组合逻辑电路是否存在竞争冒险现象，具体做法如下：根据逻辑函数的表达四，做出其卡诺图，若卡诺图中填1的格所形成的卡诺图有两个相邻的圈相切，则该电路存在竞争冒险的可能性。
既然电路存在竞争就有可能产生冒险造成输出的错误动作，因此，必须杜绝竞争冒险现象的产生，常用的消除竞争冒险的方法有以下4种：加取样脉冲，消除竞争冒险，修改逻辑设计，增加冗余项；在输出端接滤波电容；加封锁脉冲等。
3. 实验电路及步骤 3.1电路
（1）0型冒险电路如图3-1所示，说明如下：
该电路的逻辑功能为F??A?1,也就是说从逻辑功能上看不管信号如何变化，输出应该恒为1。但由于74LS05D非门电路的延时，引起输出端在一小段时间内出现了不应该出现的低电平（负窄脉冲），这种现象称为0型冒险。
图3-1 0型冒险电路 图3-2 1型冒险电路 （2）1型冒险电路如图3-2所示，说明如下：
该电路的逻辑功能为F?A,?0，也就是说从逻辑功能上看不管信号是如何变化，输出应该恒为0。但由于74LS04D非门电路的延时，引起输出端在一小段时间里出现了不应该出现的该电平（正窄脉冲），这种现象称为1型冒险。 （3）多输入信号同时变化时产生的冒险电路，具体电路如图3-3所示，说明如下：
该电路的逻辑功能为F?AB?，已知B=C=1,所以F?A??1，但是由于多输入信号的变化不同时引起该电路出现冒险的现象。
2D
图3-3 多输入信号同时变化时的冒险电路 图3-4 多输入信号用时变化时的冒险消除电路 3.2步骤
（1）0型冒险电路仿真实验步骤。
a.按图3-1所示连接电路。
b.进行实验仿真，记录仿真结果，说明现象。
图3-5 0型冒险电路仿真结果
仿真结果如图3-5所示，每当输入信号由高电平变为低电平时，输出端便会产生一个负窄脉冲。
c.考虑如何消除该电路出现的0型冒险现象。
可以在电路输出端串联一个适当的电感（由于本次实验选用的时钟信号频率较大，故选择1MH电感），当出现窄脉冲时，电感可感应出一电压抵消这一脉冲，达到平波的目的，实实验电路如图3-6所示。
图3-6 0型冒险消除电路
图3-7 0型冒险消除电路仿真结果
（2）1型冒险电路仿真实验步骤。 a.按图3-2所示连接电路。
b.进行实验仿真，记录仿真结果，说明现象。
图3-8 1型冒险电路仿真结果
仿真结果如图3-8所示，每当输入信号由低电平变为高电平时，输出端便
会产生一个正窄脉冲。
c.考虑如何消除该电路出现的1型冒险现象。
同样运用串联电感的平波效应，可以消除该电路出现的1型冒险现象。
图3-9 1型冒险消除电路
图3-10 1型冒险消除电路仿真结果
（3）多输入信号同时变化时长生的冒险电路仿真实验步骤。 a.按图3-3所示连接电路。
b.利用卡诺图判断该电路存在竞争冒险的可能性（因为卡诺图中填1的格所形成的卡诺图有两个相邻的圈相切）。运行实验仿真，记录结果并说明现象。
图3-11 多输入信号冒险电路的仿真结果
仿真结果如图3-11所示。当B=C=1时，该电路实际等同于0型冒险电路，
每当输入信号由高电平变为低电平时，输出端便会产生一个负窄脉冲。
c.为了消除竞争冒险现象，采用修改逻辑设计，增加冗余项BC，使原逻辑表达式F?AB?变成F?AB??BC，采用修改后电路如图3-4所示，记录仿真结果。仿真结果如图3-12所示。
图3-12 多输入信号冒险消除电路仿真结果
4. 思考题
如图3-13所示电路是否存在竞争冒险现象，若存在如何消除？
图3-13 竞争冒险电路
图3-14 竞争冒险电路仿真结果
当B=C=0时，原逻辑表达式F?，存在冒险竞争，为消除竞争冒险现象，画卡诺图之后得出可以增加冗余项BC,与原输出进行或运算即可得出这个消除了冒险的图。采用修改后电路如图3-15所示，记录仿真结果。
无关项B’C‘，与原输出进行或运算得出这个消除了冒险的图。
图3-15 竞争冒险消除电路
图3-16 竞争冒险消除电路仿真结果
5. 实验心得
本次实验复习了课本上关于逻辑电路产生冒险竞争的原因、判断方法及消除方法。并在Multism中运用元器件仿真了几个简单的逻辑电路，并成功消除了冒险竞争。
实验四 触发器电路仿真实验
1. 实验目的
（1） 掌握边沿触发器的逻辑功能。
（2） 逻辑不同边沿触发器逻辑功能之间的相互切换。
2. 实验原理
触发器是构成时序电路的基本逻辑单元，具有记忆、存储二进制信息的功能。从逻辑功能上将触发器分为RS、D、JK、T、T’等几种类型，对于逻辑功能的描述有真值表、波形图、特征方程等几种方法。功能不同的触发器之间可以相互转换。边沿触发器是指只在CP上升沿或下降沿到来时接受此刻的输入信号，进行状态转换，而其他时刻输入信号状态的变化对其没有影响的电路。
集成触发器通常具有异步置位、复位功能。74LS74D是在一片芯片上包含两个完全独立边沿D触发器的集成电路。对它的分析可分为以下三种情况： （1） 无论CP、D为何值，只要1~CLR=0，~1PR=1，触发器置0；只要~1CLR=1，
~1PR=0，触发器置1。（“~”表示非） （2） 当~1CLR=~1PR=0时为不允许状态、
（3） 当~1CLR=~1PR=1且CP处于上升沿时，Qn?1?D0
74LS112D是在一芯片上饱和两个完全独立边沿JK触发器的集成电路。对他的分析可分为以下三种情况。
（1） 无论CP、J、K为何值，只要~1CLR=0，~1PR=1，触发器置0；只要~1CLR=1，~1PR=0，触发器置1。（“~”表示非） （2） 当~1CLR=~1PR=0时为不允许状态。
（3） 当~1CLR=~1PR=1且CP处于下降沿时，Qn?1?n?n。
异步置位端
~1PR
异步置位端
~1PR
U1A
1Q
U2A
1Q
信号输入端时钟信号
1D
两个互补信号输出端
1CLK
~1Q
~1CLR
1
信号输入端时钟信号
K信号输入端1J1CLK1K
两个互补信号输入端
~1Q
74LS74D
~1CLR
异步清零端
74LS112D
异步清零端
15
图4-1 74LS74D 逻辑符号和引脚注解
图4-2 74LS112D逻辑符号和引脚注解
3. 实验电路及步骤 3.1电路
（1） D触发器仿真电路如图4-3所示，说明如下：
利用单刀双掷开关J1、J2、J3、J4切换输入管脚的信号电平状态，利用探测器X1观察输出管脚的信号电平状态。用示波器查看输出管脚的信号波形。
图4-3 D触发仿真电路
（2） JK触发器仿真电路如图4-4所示，说明如下：
图4-4 JK触发器仿真电路
利用单刀双掷开关J1、J2、J3、J4、J5切换输入信号的信号电平状态，利用探测器X1观察输出管脚的信号电平状态。用示波器查看输出管脚的信号波形。 3.2步骤
（1） D触发器仿真电路实验步骤。 a. 按图4-1所示连接电路。
b. 进行仿真电路实验，利用开关来改变~1PR、1D、~1CP、CP的状态，观察输出端1Q的变化，将结果填入表4.1并验证结果。输入端的“1”表示接高电平，“0”表示接低电平，“x”表示接高、低电平都可以。输出端的“1”表示探测器亮，“0”表示探测器灭。
表4.1 边沿D触发器74LS74D真值表
（2） JK触发器仿真电路实验步骤。 a. 按图4-2所示连接电路。
b. 进行仿真电路实验，利用开关来改变~1PR、1J、1K、~1CP、CP的状态，观察输出端1Q的变化，将结果填入表4.2中并验证结果。输入端中的“1”，表示接高电平，“0”表示低电平，“x”表示接高、低电平都可以。输出端的“1”表示探测器亮，“0”
表示探测器灭。
表4.2 JK触发器74LS112D真值表
4. 思考题
由于D触发器使用方便，JK触发器功能最完善，怎样将JK触发器和D触发器分别转换成T触发器。
T触发器的逻辑表达式为Qn?1?n?n，JK触发器只需将J，K输入端连接同一信号便可，用D触发器转换成T触发器，则令D???T?Q，只需在D输入端前增加一个异或门即可实现。
将D门转换成T门即是让设计的电路具有Qn+1=TQ"n+T"Qn的功能
若需要让设计电路满足Qn+1=DQ"n+D"Qn，考虑到D门的功能是
Qn+1=D，即需要让输入为DQ"n+D"Qn,即输入信号需要与Qn异或后再输入
图4-5 用D触发器转换的T触发器
将Jk门转换成T门即是让设计的电路具有
图4-6 用JK触发器转换的T触发器
5. 实验心得
本次实验对D触发器、J触发器、T触发器的逻辑功能进行了复习，了解了74LS74D和74LS112D的逻辑符号和引脚注解，学会了如何用D触发器和JK触发器转换成T触发器。
实验五 计数器电路仿真实验
1. 实验目的
（1）了解计数器的日常应用和分类。
（2）熟悉集成计数器逻辑功能和其各控制端作用。 （3）掌握计数器使用方法。
2. 实验原理
统计输入脉冲个数的过程叫计数。能够完成计数工作的电路称作计数器。计数器的基本功能是统计叫钟脉冲的个数，即实现计数操作，也可用于分频、定时、产生节拍脉冲等。计数器的种类很多，根据计数脉冲引入方式的不同，将计数器分为同步计数器和异步计数器；根据计数过程中计数变化趋势，将计数器分为加法计数器、减法计数器、可逆计数器；根据计数器中计数长度的不同，可以将计数器分为二进制计数器和非二进制计数器（例如十进制、N进制）。
二进制计数器是构成其他各种计数器的基础。按照计数器中计数值的编码方法，用n表示二进制代表，N表示状态位，满足N?2n的计数器称作二进制计数器。74LS161D是常见的二进制加法同步计数器，其引脚说明图如图5-1所示，其功能如表5.1所示。
74LS191D是常见的二进制加/减同步计数器，其引脚说明图如图5-2所示，其功能如表5.2所示。
表5.1 74LS161D功能表（~表示“非”）
表5.2 74LS191D功能表（~表示“非”）
若一计数器的计数长度（模）为10，则该计数器称为十进制计数器。74LS62是常见的十进制加法同步计数器，其引脚说明图如图5-3所示，其引脚和功能与74LS161D二进制加法同步计数器类似。
74LS192D是常见双时钟同步十进制加/减计数器其引脚说明图如图5-4所示，。
3. 实验电路及步骤 3.1电路
（1）74LS161D构成的二进制加法同步计数器。具体电路如图5-5所示，说明如下：
a.该电路采用总线方式进行连接。
b.利用J2、J2、J3、J4四个单刀双掷开关可以切换74LS161D第7、10、9、1脚输入的高低电平状态。74LS161D第3、4、5、6（4位二进制输入端）同时接高电平。74LS161D第15脚（进位输出端）接探测器X1。V1为时钟信号。利用逻辑分析仪观察四位二进制输出端（第11、12、13、14脚）、进位输出端（第15
脚）和时钟信号端（第2脚）的波形。利用数码管U2显示计数器的计数情况。
图5-5 74LS161D构成的二进制加法同步计数器
（2）74LS191D构成的二进制加/减同步计数器，具体电路如图5-6所示，说明如下：
图5-6 74LS191D构成的二进制加/减同步计数器
利用J1、J2、J3三个单刀双掷开关可以切换74LS191D第5、11、4脚输入的高低电平状态。74LS191D第1、9、10、15脚（4位二进制数输入端）同时接高电平。74LS161D第12、13脚（最大与最小变换时的标志信号和进位输出端）分别接探测器X2、X1。V1为时钟信号。最小变换时的标志信号（第12脚）和时钟信号端（第14脚）的波形。利用数码管U2显示计数器的计数情况。 3.2步骤
（1）74LS161D构成的二进制加法同步计数器仿真实验步骤。 a.按图5-5所示连接电路。
b.利用J1、J2、J3、J4四个单刀双掷开关切换74LS161D第1、7、9、10脚输入的高低电平状态，同时观察数码管U2的输出信号，验证表5.1给定的74LS161D功能是否与实验结果相吻合。
c.观测探测器X1发现当该计数器计满（计到数码管U2显示“F”时），探测器X1亮，表明进位输出端有进位输出且高电平有效。
d.逻辑分析仪观察的结果如图5-7所示，验证其结果是否与表5.1给定的74LS161D功能相吻合。改变时钟信号V1的幅度和频率，观察数码管和逻辑分析仪显示结果有何变化。
图5-7 逻辑分析仪观察结果
（2）74LS191D构成的二进制加/减同步计数器实验步骤。 a.按照图5-6连接电路
b.利用J1,J2,J3三个单刀双掷开关切换74LS161D第4、5、11脚输入的高低电平状态，同时观察数码管U2的输出信号，验证74LS161D的功能 。 c.观察探测仪X1，发现当该计数器计满时，探测仪X1亮，表示进位输入端输出且高电平有效。
d.逻辑分析仪观察的结果如图5-4所示，验证其结果是否与表5.2给定的
74LS191D功能相吻合。改变时钟信号V1的幅度和频率，验证数码管和逻辑分析仪显示结果有何变化。
图5-8 电路逻辑分析仪观察结果 这个是加法的。
这个是减法的。 4. 思考题
（1）模仿图5 74LS161D构成的二进制加法同步计数器，设计由74LS162D构成的十进制加法同步计数器，并验证实际结果是否与理论值相吻合。
仿真结果如下
实际结果与理论值吻合。
（3） 模仿图74LS191D构成的二进制加/减法同步计数器，设计由74LS192D构
成的十进制加/减同步计数器，并且验证实际结果是否与理论值相吻合。
仿真结果如下
这个是加法的。
这个是减法的。 5． 实验心得
通过本次实验了解计数器的日常应用和分类，熟悉集成计数器逻辑功能和其各控制端作用，掌握计数器使用方法。
实验六 任意N进制数电路仿真实验
1. 实验目的
（1）学会分析任意N进制数计数器
（2）灵活应用构成任意进制计数器的三种方法
2. 实验原理
集成计数器产品种类很多，但绝大多数是现成的二进制、十进制，其他进制的产品数量很少。为了构成任意N进制计数器，经常将现成的二进制、十进制集成计数器按以下三种方式进行处理。
（1）简单连接法：将两个计数器首尾相连，构成一个新的计数器，该计数器的模是两个计数器模的乘积。
（2）清零端复位法：开始计数后，经过M个脉冲，技术状态达到SM，通过辅助门电路将SM译码，产生一个清零信号加至计数器的清零端，使计数器返回到初始零状态，这样就跳跃了（N-M）个状态，从而构成了M进制计数器。
（3）利用置入控制端的置位法：利用中规模器件的置入控制端，以置入某一固定二进制数值的方法，从而使N进制计数器跳跃（N-M）个状态，实现M进制计数器。
3. 实验电路和步骤
1）用简单连接法构成模为100进制的计数器 实验步骤
a.按照图6-1所示连接电路
b.观察探测仪X1，发现U1计数器满，探测仪X1亮，表明进位输出端有进位输出且高电平有效，在输出进位信号的同时，U2计数器的ENT=1有效，进位加1计数。
c.同时观察实验结果和分析实验电路深入领悟简单连接法的工作原理 实验仿真电路
图6-1 简单连接法构成模为100的计数器
2）清零端复位法构成八进制计数器 实验步骤
a.按照图6-2连接电路
b.当计数器技术到7时，CLK再来一次上升沿本应该计数到8状态，就在此刻QD=1，令非门输出低电平给~CLK，时计数器从8强行返回到0状态，这样就跳跃了8到F共8个状态。
c.通过观察实验结果和分析实验电路深入领悟清零端复位法的工作原理。 实验仿真电路
范文七：电路仿真实验报告要求
电 路 计 算 机 仿 真 分 析实 验 指 导
武汉大学电气工程学院
电工仿真实验室
2006.11
PSPICE 简介
PSPICE 简介
1984年,美国MicroSim公司推出了基于SPICE的微机版PSPICE(Personal-SPICE).可以说在同类产品中,它是功能最为强大的模拟和数字电路混合仿真EDA软件,在国内普遍使用.它可以进行各种各样的电路仿真,激励建立,温度与噪声分析,模拟控制,波形输出,数据输出,并在同一窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果.无论对哪种器件哪些电路进行仿真,都可以得到精确的仿真结果,并可以自行建立元器件及元器件库.
在目的个人电脑广使用的向用的商用仿真软件中,以Pspice A/D系列最受人众欢迎. PSPICE 是面向PC 机的通用电路仿真软件, 该软件具有强大的电路图绘制功能,电路模拟仿真功能,图形后处理功能和元器件符号制作功能,模拟仿真快速准确,并提供了良好的人机交互环境,操作方便,易学易用.软件的用途非常广泛,不仅可用于电路分析和优化设计,还可用于电子线路,电路,信号与系统等课程的计算机辅助教学.与印刷线路板设计软件配合使用,还可以实现电子设计自动化.这些特点使得PSPICE 受到广大电子设计工作者,科研人员和高校师生的热烈欢迎,国内许多高校已将PSPICE 列入电子类本科生和硕士生的辅修课程. PSPICE 软件在国外非常流行.在大学里,它是工科类学生必会的分析与设计电路的工具;在公司中,它是产品从设计,实验到定型过程中不可缺少的设计工具.世界各国的半导体元件公司为它提供了上万种模拟和数字元件组成的元件库,使PSPICE 软件的仿真更可信,更真实. PSPICE 软件几乎完全取代了电路和电子电路实验中的元件,面包板,信号源,示波器和万用表.有了PSPICE 软件就相当有了电路和电子学实验室.
PSPICE 的功能
PSPICE 用于模拟电路,数字电路及模数混合电路的分析以及电路的优化设计. PSPICE 的分析功能主要体现在以下几方面:
直流分析:当电路中某一参数(称为自变量)在一定范围内变化时,对自变量的每一个取值,计算电路的直流偏置特性(称为输出变量).
交流分析:作用是计算电路的交流小信号频率响应特性.
噪声分析:计算电路中各个器件对选定的输出点产生的噪声等效到选定的输入源(独立的电压或电流源)上.即计算输入源上的等效输入噪声.
瞬态分析:在给定输入激励信号作用下,计算电路输出端的瞬态响应.
基本工作点分析:计算电路的直流偏置状态.
蒙特卡罗统计分析:为了模拟实际生产中因元器件值具有一定分散性所引起的电路特性分散性,PSpice提供了蒙特卡罗分析功能.进行蒙特卡罗分析时,首先根据实际情况确定元器件值分布规律,然后多次重复进行指定的电路特性分析,每次分析时采用的元器件值是从元器件
值分布中随机抽样,这样每次分析时采用的元器件值不会完全相同,而是代表了实际变化情况.完成了多次电路特性分析后,对各次分析结果进行综合统计分析,就可以得到电路特性的分散变化规律.与其他领域一样,这种随机抽样,统计分析的方法一般统称为蒙特卡罗分析(取名于赌城Monte Carlo),简称为MC分析.由于MC分析和最坏情况分析都具有统计特性,因此又称为统计分析.
最坏情况分析:蒙特卡罗统计分析中产生的极限情况即为最坏情况.
参数扫描分析:是在指定参数值的变化情况下,分析相对应的电路特性.
温度分析:分析在特定温度下电路的特性.
在电路设计方面,PSPICE 提供了电路设计过程中所需要的各种元器件符号和绘图手段,电路设计师可以直接在PSPICE 的电路图编辑器中设计电路图.利用PSPICE的电路分析功能,可以测试电路的各项性能指标,测试电路在高温,高压等极端条件下的承受能力.利用PSPICE 中提供的各种观测标识符,可以观测电路图中任意点,任何变量以及各种函.数表达式的波形和数据.可以对电路进行优化设计,将多个设计方案进行比较.从电路方案的选型,分析,修改,优化设计及最终确定,整个设计过程中不涉及任何硬件和纸笔,不仅能节省开支,简化设计手段,而且大大缩短了设计周期,提高了设计精度.
PSPICE 的版本介绍
由于公司的并购,现在流行的pspice版本如下:pspice8.0,集成pspice的Orcad10.5,集成Orcad的Cadence15.7等多个版本.实验过程采用Orcad9.2.
Orcad9.2是一个过渡版本,内部包含pspice输入工具schematics(在以后的版本中已经取消了该输入方式).Orcad的原理图输入工具Capture(和Capture CIS).实验过程的操作以Capture为主.
实验要求:
复习相关理论.
查阅相关pspice操作手册.
写出pspice仿真步骤(预习报告).
上机操作.
保存pspice所做的电路图和结果.
实验报告
写出有关实验报告(A4页面,Word文档),包括:
(1)实验名称;
(2)pspice所作电路图;
(3)简单步骤;
(4)实验结果.
(5)手动计算结果.
(5)实验中遇到的问题及解决方法.
(6)思考与讨论.
(7)结论分析.
(8)心得体会.
预备实验 Orcad Pspice的基本操作
PSpice分析过程
新建Project(create a design project)
Capture的Project是用来管理相关文件及属性的.新建Project的同时,Capture会自动创建相关
的文件,如DSN,OPJ文件等,根据创建的Project类型的不同,生成的文件也不尽相同.
根据不同后续处理的要求,新建Project时必须选择相应的类型.Capture支持四种不同的Project类型
在菜单栏中选择file>new>Project:
开始绘制电路图
新建project后,进入Schematic窗口,则在窗口右边会出现下图的工具栏:
Place part(放置器件)
在Capture中,调用器件非常方便,即使您不清楚器件在库中的名称,也可以很容易查找并调出使用.使用Capture CIS还可以让您通过Internet到Cadence的数据库(包含1万多个器件信息)里查找器件.
点击Place part快捷按钮或点击place>part将调出如下对话框:
点击part search…按钮,调出下面的器件搜索对话框:
连线及放置数据总线(Place wire or bus)
点击Place wire(或place bus)按钮进入连线(或放置数据总线)状态,此时鼠标变成十字形,移动鼠标,点击左键即可开始连线(或放置数据总线).
连线时,在交叉而且连接的地方会有一个红点提示,如果你需要在交叉的地方添加连接关系,点击place junction,把鼠标移动到交叉点并点击左键即可.
放置数据总线后,点击place bus entry按钮放置数据总线引出管脚,管脚的一端要放在数据总线上.
放置网络名称(place net name)
点击place net alias按钮,调出place net alias对话框,在alias对话框中输入要定义的名称,然后点击OK退出对话框,把鼠标移动到你要命名的连线上,点击鼠标左键即可.
注意:数据总线与数据总线的引出线一定要定义网络名称.
放置电源和地(place power or GND)
点击Place power(或Place GND),调出如下对话框:
下面主要讲一下在使用PSpice时绘制原理图应该注意的地方.
新建Project时应选择Analog or Mixed-signal Circuit
调用的器件必须有PSpice模型
首先,调用OrCAD软件本身提供的模型库,这些库文件存储的路径为Capture\Library\pspice,此路径中的所有器件都有提供PSpice模型,可以直接调用.
其次,若使用自己的器件,必须保证*.olb,*.lib两个文件同时存在,而且器件属性中必须包含PSpice Template属性.
原理图中至少必须有一条网络名称为0,即接地.
必须有激励源.
原理图中的端口符号并不具有电源特性,所有的激励源都存储在Source和SourceTM库中. 电源两端不允许短路,不允许仅由电源和电感组成回路,也不允许仅由电源和电容组成的割集.
解决方法:电容并联一个大电阻,电感串联一个小电阻.
最好不要使用负值电阻,电容和电感,因为他们容易引起不收敛.
仿真参数设置
建立仿真描述文件
在设置仿真参数之前,必须先建立一个仿真参数描述文件,点击或PSpice>New simulation
profile,系统弹出如下对话框:
输入name,选择Create,系统将接着弹出如下对话框:
在Analysis type中,你可以有以下四种选择:
Time Domain(Transient):时域(瞬态)分析
DC Sweep:直流分析
AC Sweep/Noise :交流/噪声分析
Bias point:基本偏置点分析
在Options选项中你可以选择在每种基本分析类型上要附加进行的分析,其中General Setting是最基本的必选项(系统默认已选).
设置和运行DC Sweep
点击或PSpice>Edit Simulation profile,调出Simulation Setting对话框,在Analysis type中选择DC Sweep,在Options中选中Primary Sweep,如下所示:
Sweep variable:直流扫描自变量类型
Voltage source:电压源
Current source:电流源
必须在Name里输入电压源或电流源的Reference,如V1,I2.
Global parameter:全局参数变量
Model parameter:以模型参数为自变量
Temperature:以温度为自变量
Parameter:使用Global parameter或Model parameter时参数名称
Sweep type:扫描方式
Linear:参数以线性变化
Logarithmic:参数以对数变化
Value list:只分析列表中的值
Start:参数线性变化或以对数变化时分析的起始值
End:参数线性变化或以对数变化时分析的终止值
Increment,Points/Decade,Points/Octave:参数线性变化时的增量,以对数变化时倍频的采样点. 设置和运行AC Sweep
点击或PSpice>Edit Simulation profile,调出Simulation Setting对话框,在Analysis type中选择AC Sweep/Noise,在Options中选中General Settings,如下所示:
AC Sweep Type:
其中参数的含义与DC Sweep的Sweep Type中的参数含义一样.
Noise Analysis:噪声分析
Enabled:在AC Sweep的同时是否进行Noise Analysis.
Output:选定的输出节点.
I/V:选定的等效输入噪声源的位置.
Interval:输出结果的点频间隔.
注意:
对于AC Sweep,必须具有AC激励源.产生AC激励源的方法有以下两种:一,调用VAC或IAC激励源;二,在已有的激励源(如VSIN)的属性中加入属性AC,并输入它的幅值.
对于Noise Analysis,选定的等效输入噪声源必须是独立的电压源或电流源.分析的结果只存入OUT输出文件,查看结果只能采用文本的形式进行观测.
设置和运行瞬态分析(Time Domain(Transient))
点击或PSpice>Edit Simulation profile,调出Simulation Setting对话框,在Analysis type中选择Time Domain(Transient),在Options中选中General Settings,如下所示:
Run to:瞬态分析终止的时间
Start saving data:开始保存分析数据的时刻
Transient options:
Maximum step:允许的最大时间计算间隔
Skip the initial transient bias point calculation:是否进行基本工作点运算
Output file Options:控制输出文件内容,点击后弹出如下对话框:
Output:用于确定需对其进行傅里叶分析的输出变量名.
Number of Harmonics:用于确定傅里叶分析时要计算到多少次谐波.Pspice的内定值是计算直流分量和从基波一直到9次谐波.
Center:用于指定傅里叶分析中采用的基波频率,其倒数即为基波周期.在傅里叶分析中,并非对指定输出变量的全部瞬态分析结果均进行分析.实际采用的只是瞬态分析结束前由上述基波周期确定的时间范围的瞬态分析输出信号.由此可见,为了进行傅里叶分析,瞬态分析结束时间不能小于傅里叶分析确定的基波周期.
设置和运行参数分析(Parametric Sweep)
点击或PSpice>Edit Simulation profile,调出Simulation Setting对话框,在Analysis type中选择Time Domain(Transient),在Options中选中Parametric Sweep,如下所示:
参数分析的设置方法与DC Sweep的设置方法完全一样,只是在DC Sweep时,把电路中的电感短路,电容开路.
初始偏置条件的设置
1. 设置初始偏置条件的必要性
在实际电路中,存在有很多非线性器件以及双稳态或多稳态器件.采用常规方法计算其偏置解时往往出现不收敛问题,或得不到预定的稳定解.在电路规模较大时,这一问题更加突出.对此,Pspice中提供了多种方法,供用户根据自己对电路工作原理的分析,设置电路初始偏置条件.采用这种方法给电路分析带来下述2点好处.
(1)对一般非线性电路,可以帮助尽快得到直流偏置解.这样不但可防止可能出现的电路不收敛或很难收敛的问题,而且也可以节省大量的计算时间.
(2)对双稳或稳态电路,例如触发器,通过设置电路初始偏置条件,可以使电路呈现选定的稳定状态.
2. 设置初始偏置条件的方法
Pspice提供了4种方法,用于设置初始偏置条件.按这些方法的使用环境可将其分为两类.
(1)在电路图中设置初始偏置条件:在Pspice软件包的电路图绘制部分,用户可采用下述3种不同的方式,在绘制电路图的过程中同时设置好相应的初始条件.
(a)采用IC符号.
(b)采用NODESET符号.
(c)设置电容和电感元件的IC属性.
(2)在电路分析模拟过程中采用以前的直流偏置计算结果作为本次直流偏置的初始条件.本方法涉及到直流偏置信息文件的存取问题.
本节将分别介绍这几种方法之间的区别及其具体使用步骤.
IC符号
1.功能
IC符号(例)
IC是Initial Condition的缩写.在电路符号库Special.slb中,IC1和IC2两个符号(见右图)用于
设置电路中不同节点处的偏置条件.在电路图中放置IC符号的方法与放置元器件图形符号的方法相同.其中IC1为单引出端符号,用于指定与该引出端相连的节点的偏置条件.在电路中放置了IC1符号后,连击该符号,从屏幕上弹出的参数设置框中将该符号的VALUE属性设置为该偏置条件值即可.图4-23中的实例表示将相应节点处的初始偏置定为3.4V.IC2是具有两个引出端的符号,用于指定与这两个引出端相连的两个节点间的偏置条件.在交流小信号AC分析(见3-6节)和瞬态TRAN分析(见3-8节)需要求解偏置解的整个过程中,采用IC符号的那些节点,其偏置一直保持在由IC符号指定的数值上.这就是说,IC符号实际上是指定了相应节点处的偏置解.
在Pspice运行过程中,实际上是在连有IC符号的节点处附加有一个内阻为0.0002的电压源,电压源值即为IC符号的设置值.
2.说明
(1)IC符号设置的偏置条件在直流特性扫描分析过程中不起作用.
(2)若某一节点处同时加有IC符号和下面要介绍的NODESET符号,则以IC符号的作用优先,即对该节点不考虑NODESET符号的作用.
NODESET符号
NODESET符号(例)
1.功能
电路符号库Special.slb中NODESET1和NODESET2两个符号如右图所示.其使用方法与IC符号类似.但这两类符号的作用有根本的区别.不像IC符号那样用于指定节点处的直流偏置解.NODESET符号的作用只是在迭代求解直流偏置解时,指定单个节点或两个节点之间的初始条件值,即在求解直流偏置解进行初始迭代时,这些节点处的初始条件取为NODESET符号的设置值,以帮助收敛.
2.说明
(1)NODESET符号设置值将作为AC交流小信号分析和TRAN瞬态分析求解直流偏置解迭代过程的初始条件.对DC扫描分析,只是在扫描过程的第一步求解直流解时,以NODESET设置值作为迭代求解的初始条件.从DC直流分析的第二步扫描开始,进行迭代求解时NODESET的设置值将不再起作用.
(2)由于NODESET符号只用于设置直流迭代求解时的初始条件,而IC符号设置的是节点处的直流偏置解,因此当某一节点同时连有这两类符号时,以IC符号的设置值为准,NODESET对该节点的设置不起作用.
电容,电感初始解的设置
电容和电感元件有一项名为IC的属性设置,用于设置电容和电感元件两端的初始条件.这些设置在所有的直流偏置求解计算过程中均起作用.但是在TRAN瞬态分析中,如果选中了参数Skip initial transient solution,则瞬态分析前将不求解直流偏置工作点.设置有IC属性的元器件将以其IC属性设置值作为偏置解,其他元器件的初始电压或电流值取为0.
对电容,IC属性的设置相当于在求解时与电容并联一个串联电阻为0.002的电压源.对电感,相当于与电感串联一个恒流源,而与恒流源并联一个1G的电阻.
Pspice中的任选项设置(OPTIONS)
1.作用
为了克服电路模拟中可能出现的不收敛问题,同时兼顾电路分析的精度和耗用的计算机时间,并能控制模拟结果输出的内容和格式,Pspice软件提供了众多的任选项供用户选择设置.根据设置内容的不同,可将这些任选项分为两类.一类属于选中型任选项,用户只需选中该任选项,即可使其在模拟分析中起作用,无需赋给具体数值.另一类为赋值型任选项,对这类任选项,系统均提供有内定值.
2.任选项的设置方法
点击或PSpice>Edit Simulation profile,调出Simulation Setting对话框,选中Options,窗口弹出如下对话框:
Analog Simulation任选项
基本任选参数
RELTOL:设置计算电压和电流时的相对精度.
VNTOL:设置计算电压时的精度.
ABSTOL:设置计算电流时的精度.
CHGTOL:设置计算电荷时的精度.
GMIN:电路模拟分析中加于每个支路的最小电导.
ITLI:在DC分析和偏置点计算时以随机方式进行迭代次数上限.
ITL2:在DC分析和偏置点计算时根据以往情况选择初值进行的迭代次数上限.
ITL4:瞬态分析中任一点的迭代次数上限,注意,在SPICE程序中有ITL3任选项,Pspice软件中则未采用ITL3.
TNOM:确定电路模拟分析时采用的温度默认值.
use GMIN stepping to improve convergence:在出现不收敛的情况时,按一定方式改变GMIN参数值,以解决不收敛的问题.
与MOS器件参数设置有关的任选项
在图4-38中按MOSFET Options…按钮,屏幕上出现下图所示任选项参数设置框,其中包括4项与MOS器件有关的任选项:
DEFAK:设置模拟分析中MOS晶体管的漏区面积AD内定值;
DEFAS:设置模拟分析中MOS晶体管的源区面积AS内定值;
DEFL:设置模拟分析中MOS晶体管的沟道长度L内定值;
DEFW:设置模拟分析中MOS晶体管的沟道宽度W内定值.
Advanced Options参数设置
按 Advanced Options按钮,屏幕上出现下图所示任选项参数设置框.
ITL5:设置瞬态分析中所有点的迭代总次数上限,若将ITL5设置为0(即内定值)表示总次数上限为无穷大.
PIVREL:在电路模拟分析中需要用主元素消去法求解矩阵议程.求解议程过程中,允许的主元素与其所在列最大元素比值的最小值由本任选项确定.
PIVTOL:确定主元素消去法求解矩阵议程时允许的主元素最小值.
用于控制输出文件的任选项
在Category栏选择:Ouput File,屏幕上即出现图4-41所示的任选项数设置框.图中所示任选项的选中情况是系统的内定设置.下面解释各任选项被选中后产生的作用.
ACCT:该任选项名称是 Account的缩写.若选中该项,则在输出关于电路模拟分析结果的信息后面还将输出关于电路结构分类统计,模拟分析的计算量以及耗用的计算机时间等统计结果. EXPAND:列出用实际的电路结构代替子电路调用以后新增的元器件以及子电路内部的偏置点信息.
LIBRARY:列出库文件中在电路模拟过程被调用的那部分内容.
LIST:列出电路中元器件统计清单.
NOBIAS:不在输出文件中列出节点电压信息.
NODE:以节点统计表的形式表示电路内部连接关系.
NOECHO: 不在输出文件中列出描述电路元器件拓扑连接关系有及与分析要求有关的信息. NOMOD:不在输出文件中列出模型参数值及其在不同温度下的更新结果.
NOPAGE:不在输出文件中保存模拟分析过程产生出错信息.
NOPAGE:在打印输出文件时代表模拟分析结果的各部分内容(如偏置解信息,DC,AC和TRAN等不同类型的分析结果等)均自动另起一页打印.如果选中NOPAGE任选项,则各部分内容连续打印,不再分页.
OPTS:列出模拟分析采用的各任选项的实际设置值.
NUMDG:确定打印数据列表时的数字倍数(最大8位有效数字).
Output File()Characters:确定输出打印时每行字符数(可设置为80或132).
设置波形显示方式
点击或PSpice>Edit Simulation profile,调出Simulation Setting对话框,选择Probe Window,对话框如下所示:
数据保存选项
点击或PSpice>Edit Simulation profile,调出Simulation Setting对话框,选择Data Collection,对话框如下所示:
分析并处理波形
下图是PSpice专门用来显示和处理波形的工具窗口,所有对波形的分析与处理,都是由它来完成.
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,熟悉它的工作流程,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置,Probe 窗口的设置和分析的运行过程等.
(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, 原理与说明
在电路课中已经学过,对于电阻电路,可以用直观法(支路电流法,节点电压法,回路电流法)列写电路方程,求解电路中各个电压和电流.PSPICE 软件是采用节点电压法对电路进行分析的. 使用PSPICE 软件进行电路的计算机辅助分析时,首先在capture环境下编辑电路,用PSPICE 的元件符号库绘制电路图并进行编辑,存盘.然后调用分析模块,选择分析类型,就可以自动进行电路分析了.需要强调的是,PSPICE 软件是采用节点电压法自动列写节点电压方程的,因此,在绘制电路图时,一定要有参考节点(即接地点).此外,一个元件为一条支路(branch),要注意支路(也就是元件)的参考方向.对于二端元件参考方向定义为正端子指向负端子. 三, 操作练习
图1-1 直流电路分析电路图
1.示例说明:
应用PSPICE求解图1-1所示电路各节点电压和各支路电流.
2.操作步骤
(1) 启动Orcad capture,新建工程Proj1,选项框选择Analog or Mixed A/D.在下一页面类型选择为create a blank project.
(2) 在原理图界面上点击Place/Part或右侧快捷键.
(3) 首先增加常用库,点击Add Library,将常用库添加进来.本例需添加Analog(包含电阻,电容等无源器件),Source(包含电压源,电流源等电源器件),special(包含虚拟打印机等器件).在相应的库中选取电阻R,电流源IDC.点取Place/Ground选取0/Source以放置零节点(每个电路必须有一个零节点).
(4)移动元器件到适当位置,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
起来如图1-1所示.
End Mode
结束取用命令
Mirror Horizontall
将该元件左右翻滚(同H键)
Mirror Vertically
将该元件上下翻滚(同V键)
Rotate
将该元件逆时针旋转90度(同R键)
Edit Properties
开启该元件的属性编辑对话框
Zoom In
放大视窗比例
Zoom Out
缩小视窗比例
GO To...
跳到指定位置
(5)双击元器件或相应参数修改名称和值.
(6)保存原理图.
3.仿真
(1)点击Pspice/New Simulation Profile,输入名称(例如输入DC1);
(2)在弹出的窗口中Basic Point是默认选中,必须进行分析的.点击确定.
(3)点击PSpice/Run(快捷键F11)或工具栏相应按钮.
(4)如原理图无错误,则显示PSpice A/D窗口.在本例中未设置其它分析,窗口无显示内容,关闭该窗口.
(5)在原理图窗口中点击工具栏按钮,图形显示各节点电压和各元件电流值(该工具栏仅用于直流分析)如下:
图1-2 仿真结果
四,实验内容
图1-3 实验电路图
以图1-3所示的直流电路为例,要求对这个电路进行以下两方面的分析:
1.直流工作点分析,即求各节点电压和各元件电压和电流.
2.直流扫描分析,即当电压源US1的电压在0～12V之间变化时,求负载电阻RL中电流IRL随电压源US1的变化曲线.
操作步骤:
1)直流工作点分析同上.探针在选取(说明:电流探针必须放置在器件管脚上).
2)直流扫描分析:
a. 单击PSpice/Edit Simulation Profile,,打开分析类型对话框,以建立分析类型.在Analysis type栏选取DC Sweep…,Options选项中采用默认Primary Sweep,在右边选项中,图1-3 例子的设置为:
Sweep variable选择Voltage Source ,Name输入Vs1;
Sweep Type选择Linear;
Start 输入0,End 输入12,Increment 输入0.5.
b.运行PSPICE 的仿真计算程序,进行直流扫描分析.
c.对于图1-3 电路,电压源US1的电压已设置在0 12V之间变化,显示的波形就是负载电阻RL的电流IRL随US1变化的波形,见图1-4.
图1-4的直流扫描分析的输出波形
d. 为了得到数值的结果,可以从SPECIAL库取IPRINT(电流打印机),把它串联到测量点上.例如对于图1-3电路,可把IPRINT与RL串联.这时IPRINT的属性dc设置为I(RL),其余项可以缺省.当在直流扫描分析参数表中设置的分析参数Increment为1时,运行仿真.在Probe窗口单击PSpice/View Output file,数据输出为
V_Vs1 I(V_PRINT1)
0.000E+00 1.400E+00
1.000E+00 1.500E+00
2.000E+00 1.600E+00
3.000E+00 1.700E+00
4.000E+00 1.800E+00
5.000E+00 1.900E+00
6.000E+00 2.000E+00
7.000E+00 2.100E+00
8.000E+00 2.200E+00
9.000E+00 2.300E+00
1.000E+01 2.400E+00
1.100E+01 2.500E+00
1.200E+01 2.600E+00
e. 从图1-3 可以得到IRL与US1的函数关系为
IRL=1.4+(1.2/12)US1=1.4+0.1US1 (公式1-1)
五, 思考与讨论
(1)总结Pspice的基本操作.
(2)根据图1-1,1-3及所得仿真结果验证基尔霍夫定律.
(3)怎样理解式(1-1)表示的电流IRL随US1变化的函数关系 这个式子中的各项分别表示什么物理意义
(4)对图1-3的电路,若想确定节点电压Un1随US1变化的函数关系,如何使用PSPICE软件 操作分几步进行
六,预习要求
(1)阅读实验指导书并自行查阅相关资料了解Pspice仿真.
(2)按本次实验要求,选择电路,设计使用PSPICE 软件的操作步骤.
(3)对所选择的电路做理论分析计算,用以检验PSPICE 仿真计算的结果.
实验二 戴维南定理和诺顿定理的仿真
实验目的:
(1)进一步熟悉PSPICE 仿真软件中绘制电路图,初步掌握符号参数,分析类型的设置.学习Probe 窗口的简单设置.
(2)加深对戴维宁定理与诺顿定理的理解.
二,原理与说明
戴维南定理指出,任一线性有源一端口网络,对外电路来说,可以用一个电压源与电阻串联的
支路来代替,该电压源的电压US等于原网络的开路电压UOC,电阻RO等于原网络的全部独立电源置零后的输入电阻Req.原网络如图2-1(a),其等效变换如图2-1(b).
诺顿定理指出,任一线性有源一端口网络,对外电路来说,可以用一个电流源与电导并联的支路来代替,该电流源的电流IS等于原网络的短路电流ISC,其电导GO等于原网络的全部独立电源置零后的输入电导Geq ( Geq=1/Req ).其等效变换如图2-1(c).
图2-1 实验原理与说明 图2-2 等效内阻的测量
三,实验内容:
(1)测量有源一端口网络(如图2-3)等效入端电阻Req和对外电路的伏安特性.其中U1= 5V,R1= 100Ω,U2= 4V,R2= 50Ω,R3=150Ω.
(2)根据任务1 中测出的开路电压UOC,输入电阻Req,组成图2-1(b) 的等效有源一端口网络,测量其对外电路的伏安特性.
(3)根据任务1 中测出的短路电流ISC,输入电阻Req,组成图2-1(c) 的等效有源一端口网络,测量其对外电路的伏安特性.
图2-3 原理图
四,实验步骤:
图2-4 绘制的电路图
(1)在Capture环境下绘制和编辑电路,包括取元件,连线,输入参数和设置节点等.分别编辑原电路,戴维宁等效电路和诺顿等效电路(等效参数待定,电压源和电流源默认值为0),检查无误后存盘.
(2)为测量原网络的伏安特性,图2-4 中的RL 是电阻值需改变.为此,RL 的阻值要在PARAM中定义一个全局变量var(参数值可任意选择如10Ω,1kΩ,同时把RL 的阻值也设为该变量{var}.
注:PARAM设置方法是从special库中选取PARAM放置在电路图上,双击该器件在属性栏左上角的New Column/Row,输入名称var,值1k.如要显示该名称和值在电路图上,在数据栏上右键单击,修改display属性.
(3)为测电路的开路电压UOC及短路电流ISC,设定分析类型为DC Sweep…,扫描变量为全局变量var,并具体设置线性扫描的起点,终点和步长.因需要测短路电流,故扫描的起点电阻要尽量小,但不能是0.而欲测开路电压,扫描的终点电阻要尽量大.线性扫描的起点为1P,终点为1G,步长为1MEG,如图2-5.此时不需要中间数据,为了缩短分析时间,步长可以设置大一些. 图2-5 DC Sweep设置
(4)启动分析后,系统自动进入Probe 窗口.
启动分析后,系统自动进入Probe窗口.选择Plot=>Add Plot to Window增加一坐标轴,选择Trace=>Add…分别在两轴上加I(RL) 和V(RL:2) 变量,显示如图2-6.激活显示电流的坐标轴.选择Trace=>Cursor=>Display 显示电流的坐标值列表, 选择Trace=>Cursor=>Max 显示电流的最大值.同样可以显示电压的最大值.测得I(RL)最大值即短路电流ISC=130mA,V(RL:2)最大值即UOC为3.5455V.则入端电阻Req=3.5455/0.13=27.273Ω.
图2-6 开路电压和短路电流波形图
回到Capture界面,按测得的等效参数修改电路参数如图2-7.
图2-7修改参数后的电路图
重新设定扫描参数,扫描变量仍为全局变量var,线性扫描的起点为1P,终点为10K,步长为10K.重新启动分析,进入Probe窗口.选择Plot=>Add Plot增加两个坐标轴, 选择Plot=>X Axis Settings…=>Axis Variable ,设置横轴为V(RL:2) , 选择Trace=>Add…分别在三个轴上加I(RL),I(RLd)和I(RLn)变量(变量含义参考附录B).显示结果如图2-8.
图2-8 原电路及等效电路外特性的显示结果
选择Tools=>Cursor=>Display显示坐标值列表,点击I(RL),I(RLd)和I(RLn)前面的小方块,数值列表中将显示相应坐标中的坐标值.用鼠标拖动十字交叉线,可显示不同电压时的相应电流值.
思考与讨论
比较三条伏安特性曲线,验证戴维南定理和诺顿定理.
预习要求
复习有关维南定理和诺顿定理等有关内容.
熟悉Pspice有关直流扫描的设置和分析方法以及Probe波形的查看.
实验三 正弦稳态电路分析和交流扫描分析
一,实验目的
(1)进一步学习使用PSPICE 软件,熟悉它的工作流程.
(2)学习用PSPICE 进行正弦稳态电路的分析.
(3)学习用PSPICE 进行正弦稳态电路的交流扫描分析.
二,原理与说明
在电路课中已学过,对于正弦稳态电路,可以用相量法列写电路方程(支路电流法,节点电压法,回路电流法),求解电路中各个电压和电流的振幅(有效值)和初相位(初相角).PSPICE 软件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,操作练习
(1)正弦稳态分析.以图3-1(a)的电路为例.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.
a. 在capture 环境下编辑电路,电源采用Vac,互感是用符号XFRM_LINER表示的.参数设置如下:L1_VALUE,L2_VALUE为感抗,COUPLE为耦合系数,需通过互感M计算.
(a)原电路图
(b)PSPICE 仿真分析电路图
图3-1 正弦稳态分析的例
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….在右边对话框交流扫描分析参数表,设置具体的分析参数.对于图3-1(a)的例子,设置为:
AC Sweep Type,选择Linear;
Sweep Parameters设置为—— Start Freq.(起始频率)输入1592(注:10000/(2π)=1592,End Freq.(终止频率)也输入1592,Total Pts.(扫描点数)输入1.
c.运行PSPICE 的仿真计算程序,在Probe窗口显示交流扫描分析的结果.
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,如图3-1(b).
(打印输出设置IPRNT的AC(交流),MAG(幅值),IMAG(虚部),PHASE(相角),REAL(实部)分别设置为I(R1)和I(C1)).
仿真计算的输出结果(频率,振幅,初相角,实部,虚部)为
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_PRINT3) IP(V_PRINT3) IR(V_PRINT3) II(V_PRINT3)
1.592E+03 2.004E+00 8.987E+01 4.546E-03 2.004E+00
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. 四,实验内容
(1)以给出的实验例题和实验步骤,用PSPICE 独立做一遍,给出仿真结果.
(2)对正弦稳态电路进行计算机辅助分析,求出各元件的电流.电路如图3-2,其中,电压源,电流控制电压源的转移电阻为2Ω.
(注:受控源位于Analog库中,分别为E,F,G,H,需修改属性值为GAIN).
(3)电路如图3-3,,电容值可变,其作用是为了提高电路的功率因数λ.试分析电容为多大值时,电路的功率因数λ=1.
(参考:当功率因数λ=1时,电源输出电流最小.电压源可选用Vac或Vsin,ac值为220V) 图3-2 实验任务2 的电路
图3-3 实验任务3 的电路
五,预习要求
(1))按本次实验要求,设计使用PSPICE 软件的操作步骤.
(2)对本次实验电路做理论分析计算或估算,用以判断PSPICE 仿真计算的结果.
实验四 一阶动态电路的研究
实验目的
掌握PSPICE编辑动态电路,设置动态元件的初始条件,掌握周期激励的属性及对动态电路仿真的方法.
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.
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,原理与说明
电路在一定条件下有一定的稳定状态,当条件改变,就要过渡到新的稳定状态.从一种 稳定状态转到另一种新的稳定状态往往不能跃变,而是需要一定的过渡过程(时间)的,这 个物理过程就称为电路的过渡过程.电路的过渡过程往往为时短暂,所以电路在过渡过程中 的工作状态成为暂态,因而过渡过程又称为暂态过程.
三,实验示例
1,分析图4-1(a)所示RC串联电路在方波激励下的全响应.其中方波激励图如图4-1(b)所示.电容初始电压为2V(电容Ic设为2V).
(a) (b)
图4-1 RC串联实验电路及激励波形
(a)编辑电路.其中方波电源是Source库中的VPULSE电源.根据图3-11(b)的波形,对VPULSE的属性的意义列于表中.为分辨电容极性,电容选取Analog库中的C_elect(电容Ic设为2V). 方波激励的属性意义
V1 = 0
方波低电平
V2 = 7
方波高电平
TD = 2ms
第一方波上升时间
TR = 0.001us
方波上升沿时间
TF = 0.001us
方波下降沿时间
PW = 2ms
方波高电平宽度
PER = 4ms
方波周期
(b)设置分析类型为Transient.其中Maximum Step 设为2ms,Run to设为40ms.
(c)设置输出方式.为了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识符以获取激励和电容电压的波形,设置打印电压标识符(VPRINT1)以获取电容电压数值输出.
图4-2 pspice电路图
(d)仿真计算及结果分析.经仿真计算得到图形输出如图4-2所示.
图4-2 电容电压与激励的波形
从输出波形可见,电容的工作过程是连续在充放电过程,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的详细情况.最后电容电压输出波形稳定在最大值为4.450V,最小值为2.550V.
增加Vprint到电路上观察电容电压的数值输出
TIME V(n1) TIME V(n1)
0.000E+00 2.000E+00 2.000E-03 1.146E+00
4.000E-03 3.645E+00 6.000E-03 2.089E+00
8.000E-03 4.186E+00 1.000E-02 2.399E+00
1.200E-02 4.363E+00 1.400E-02 2.500E+00
1.600E-02 4.421E+00 1.800E-02 2.534E+00
2.000E-02 4.440E+00 2.200E-02 2.545E+00
2.400E-02 4.447E+00 2.600E-02 2.548E+00
2.800E-02 4.449E+00 3.000E-02 2.550E+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
最后电容电压输出波形稳定在最大值为4.45V,最小值为2.55V.
四,实验内容
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,接入峰值为3V,周期为2s的方波激励的零状态响应.
3,仿真计算R=1K,C=100uf的RC串联电路,接入峰值为5V,周期为2s的方波激励时的全响应.其中电容电压的初始值为1V.
五,思考与讨论
1,在RC 串联电路中,电容充电上升到稳态值的多少所需要时间为一个时间常数τ 2,在RC 串联电路中,电容放电衰减到初始值的多少所需要时间为一个时间常数τ 3,通常认为电路从暂态到达稳定状态所需要多少时间
六 预习要求
1,认真复习电路的暂态分析理论内容.
2,理解实验目的,明确实验内容及步骤.
七 实验报告
1,总结时间常数对电容电压波形的影响.
2,总结不同参数的RC串联电路,由不同方波激励的仿真影响.
3,总结RC串联电路中电容电压的零状态响应和全响应波形有何差别.
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有关的参数.
(3)掌握利用计算机仿真与示波器观察电路响应波形的方法.
实验原理
(1)用二阶微分方程描述的动态电路,为二阶电路.图5-1所示R,L,C串联电路是典型的二阶电路.其电路方程为
图5-1电路的零输入响应只与电路的参数有关,对应不同的电路参数,其响应有不同的特点: 当>时,零输入响应中的电压,电流具有非周期的特点,称为过阻尼状态.其电压,电流波形如图5-3(d)所示.
当
当时,有,,暂态过程界于非周期与振荡之间,称为临界状态,其电压,电流波形如图5-3(c)所示.其本质属于非周期暂态过程.
(a) R=0 无阻尼情况
(b) R=20 欠阻尼情况
(c) R=40 临界阻尼情况
(d) R=100 过阻尼情况
图5-3 4种情况下的uc～ic状态轨迹,ic波形和uc波形
(2)除了在以上各图所表示的u-t或i-t坐标研究动态电路的暂态过程以外,还可以在相平面作同样的研究工作.相平面也是直角坐标系,其横轴表示被研究的物理量度,纵轴表示被研究的物理量对时间的变化率.由电路理论可知,对于R,L,C串联电路,两个状态变量分别为电容电压,电感电流.因为,所以取为横坐标,为纵坐标,构成研究该电路的状态平面.每一个时刻的,,可用相平面上的某一点表示,这个点称为相迹点.,随时间变化的每一个状态可用相平面上一系列相迹点表示.一系列相迹点相连得到的曲线 ,称为状态轨迹(或相轨迹).
图5-2 R,L,C串联电路
利用PSpice仿真可以很方便地得到状态轨迹.图5-3各图的左边即为几种不同暂态过程的状态轨迹.
三,示例实验
1,研究R,L,C串联电路零输入响应波形.
(1)利用PSpice分析图5-2所示电路.其中电容元件C1的IC(初始状态uc(0+))设为10V,电感元件IC(初始状态iL(0+))设为0,电阻R1元件Value设为{val},设置PARAM的val参数为1Ω.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(参数列表)为0.00001,20,40,100,即分别计算以上参数下的各变量波形.
(2)再用PSpice在一个坐标下观察uc,iL,uL1波形,并在屏幕上得到如图5-4所示的结果. (a)R=20Ω 欠阻尼情况
(b)R=40Ω 临界阻尼情况
(c) R=100Ω 过阻尼情况
图5-4 3种情况下的uc,iL,uL波形
四,实验内容
2,研究方波信号作用下的R,L,C串联电路.
图5-5 方波信号作用下的RLC串联电路
(1)利用PSpice分析电路图5-.5,元件设置如图所示,这里C1与L1的初始状态均为0,设置暂态仿真时间范围是0~8ms(即方波脉冲的两个周期),参数设置为列表方式,分别选取Val=-0.5Ω,0.1Ω,1Ω,10Ω,40Ω,200Ω,观察uc在这些参数下的波形.
五,预习与思考
(1)R,L,C串联电路的暂态过程为什么会出现三种不同的工作状态 试从能量转换的角度对其作出解释.
(2)设计相关实验的仿真步骤.
六,实验报告
1,总结实验电路的仿真结果.给出要求的曲线输出和数值输出并和电路实验所得波形进行比较.
2,总结动态电路仿真分析的仿真步骤.
实验六 频率特性和谐振的仿真
一,实验目的
(1)学习使用PSPICE 软件仿真分析电路的频率特性.
(2)掌握用PSPICE 软件进行电路的谐振研究.
(3)了解耦合谐振的特点.
二,原理与说明
(1)在正弦稳态电路中,可以用相量法对电路进行分析.电路元件的作用是用复阻抗(有时也简称为阻抗)Z 表示的,复阻抗Z 不仅与元件参数有关,还与电源的频率有关.因此,电路的输出(电压,电流)不仅与电源的大小(有效值或振幅)有关,还与电源的频率有关,输出(电压,电流)傅氏变换与输入(电压源,电流源)傅氏变换之比称为电路的频率特性.
(2)在正弦稳态电路中,对于含有电感L 和电容C 的无源一端口网络,若端口电压和端口电流同相位,则称该一端口网络为谐振网络.谐振既可以通过调节电源的频率产生,也可以通过调节电容元件或电感元件的参数产生.电路处于谐振时,局部会得到高于电源电压(或电流)数倍的局部电压(或电流).
(3)进行频率特性和谐振电路的仿真时,采用交流扫描分析,在Probe中观测波形,测量所需数值.还可以改变电路或元件参数,通过计算机辅助分析,设计出满足性能要求的电路.
(4)对滤波器输入正弦波,令其频率从零逐渐变大,则输出的幅度也将不断变化.把输出降为其最大值的( )所对应的频率称为截止频率,用ωc表示.输出大于最大值的( )的频率范围就称作滤波器的通频带(简称通带),也就是滤波器能保留的信号的频率范围.各类滤波器的通频带定义如图9-25.
(5)对滤波电路的分析可以用PSPICE 软件采用交流扫描分析,并在Probe 中观测波形,测量滤波器的通频带,调节电路参数,以使滤波器满足设计要求.
图6-0 滤波器及通频带定义
三,示例实验
1,双T型网络如图6-1所示.分析该网络的频率特性.
分析网络的频率特性,须在AC Sweep的分析类型下进行.编辑电路,输入端为1V的正弦电压
源,从输出端获取电压波形.
图6-1 双T型网络实验电路
仿真设置:
图6-2 仿真设置
图6-3 双T型网络的幅频特性
从图6-3可以看出,这是一个带阻滤波器,低频截止频率近似为182HZ,高频截止频率近似为3393HZ,带阻宽度3211HZ.
四,实验内容
1,图6-4(a)所示为RLC串联电路,测试其幅频特性,确定其通带宽Δf.若Δf小于40KHZ,试采用耦合谐振的方式改进电路,使其通带宽满足设计要求.
(a)RLC串联电路
(b)磁耦合谐振电路
图6-4谐振电路的实验电路
(a)仿真图6-3(a),观察其谐振频率和通带宽是否满足设计要求.
(b)改进电路如图6-3(b)所示,其耦合电感参数设置如下L1=L2=100uH,耦合系数COUPLE=0.022.观察其谐振频率和通带宽是否满足设计要求.
实验七,三相电路的研究
实验目的:
通过基本的星形三相交流电的供电系统实验,着重研究三相四线制和三相三线制,并对某一相开路,短路或者负载不平衡进行研究,从而熟悉星形三相交流电的特性.
二,原理与说明
1.利用三个频率50HZ,有效值220V,相位各相差120度的正弦信号源代替三相交流电.
2.星形三相三线制负载不同时的电压波形变化及相应的理论.
3.星形三相四线制:三相交流源的公共端N与三相负载的公共端相连.
4. 当三相电路出现若干的故障时,对应电压和电流会发生什么现象去验证理论.
三,示例实验:
1,电路如图7-1所示,其中电源为三相对称电源,负载分为两种情况:一种情况是三相对称负载,此时R=100Ω.另一种情况是不对称三相负载,此时R=10Ω.(注:图7-1中R4=1G,为pspice提供一个虚拟零电位).
图7-1 三相三线对称星形电路
(a) 在capture中绘制电路图如7-1,v1,v2,v3设置为AC=220v,Vampl=311V,freq=50hz,Voff=0,phase分别为0,-120,120.
(b)设置Transient分析的run time为40ms.
(c)运行仿真,得到电压波形如下:
图7-2三相三线对称星形电路电压波形
(d)改变其中一相负载阻值R1=50k,重新运行仿真,得到结果如下:
图7-3三相三线不对称星形电路电压波形
(e)分别将R1阻值减小为10K,5K,1K,得到不同的电压波形.
(f)将R1,R2,R3设置成不同的阻值,形成三相不平衡电路,观察不同状态下的电压波形. 2,增加中线如图7-4所示:
图7-4 三相四线星形对称电路
(a)重复上面的实验过程,得到不同的电压波形图.
四,实验内容
以图7-4的图形为基础,分别设计
中线正常,三相中一相短路
中线正常,三相中一相开路
没有中线,三相中一相短路
没有中线,三相中一相开路
设定中线有阻抗的情况下不同的运行方式.
通过瞬态仿真查看不同状态下的电压波形及中线有阻抗时的相位偏移和中线电流的变化. 五,思考与讨论
1,三相三线制电路中负载变化时电压的变化情况,负载与电压的对应关系.
2,三相三线制电路中负载不同,哪一相电压最高 哪一相电压最低
3,不同运行方式电压电流的变化及相应的理论(选做).
六,预习要求
1,复习有关三相电路的理论.
2,拟定仿真实验步骤.
实验八 受控电源的电路设计
一, 实验目的
(1)学习使用PSPICE 进行电路的辅助设计.
(2)用PSPICE测试受控电源的控制系数和负载特性.
(3)加深对受控电源的理解.
二, 原理与说明
受控电源是一种二端口元件,按控制量和被控制量的不同,受控电源可分为:电压控制电压源(VCVS),电压控制电流源(VCCS),电流控制电压源(CCVS)和电流控制电流源(CCCS)四种.控制系数为常数的受控电源为线性受控电源,它们的控制系数分别用μ,g,r 和β.
本实验是用运算放大器和固定电阻组成上述四种受控电源.图8-1 中的电压控制电压源U2=(1+R1/R2)U1,控制系数μ=(1+R1/R2).图8-2 中的电压控制电流源I2=(1/R)U1,控制系数g=1/R.图9-3 中的电流控制电压源U2=( R ) I1,控制系数r = R.图9-4 中的电流控制电流源I2=(1+R1/R2) I1,控制系数β=(1+R1/R2).
图8-1 电压控制电压源
图8-2 电压控制电流源
图8-3 电流控制电压源
图8-4 电流控制电流源
三, 实验任务
(1)电压控制电压源和电压控制电流源的仿真设计.电路分别如图8-5 和8-6 所示. a. 用PSPICE 绘制电路和设置符号参数.
b. 设置分析类型, 对电路进行分析,得到控制量和被控制量,间接测量控制系数μ和g.并通过公式μ=(1+R1/ R2), g=1/R分别计算控制系数μ和g.
c. 对结果进行分析.
d. 改变电阻值,再用PSPICE 进行仿真分析,分别确定控制系数μ和g 与电阻的函数关系. 图8-5 电压控制电压源的设计电路
图8-6 电压控制电流源的设计电路
(2)电流控制电压源的仿真设计.电路图8-7 所示,输入电流I1由电压源Us和串接电阻Ri提供.
a. 用PSPICE 绘制电路和设置符号参数.
b. 设置分析类型,对电路进行分析,得到控制量和被控制量,间接测量控制系数r.并通过公式r = R 计算控制系数r.
c. 对结果进行分析.
d. 改变电阻值,再用PSPICE 进行仿真分析,确定控制系数r 和电阻的函数关系.
(3)电流控制电流源的仿真设计.电路如图8-8 所示,输入电流I1也是由电压源Us和串接电阻Ri提供.
图8-7 电流控制电流源的设计电路
图8-8 电流控制电压源的设计电路
a. 用PSPICE 绘制电路和设置符号参数.
b. 设置分析类型,对电路进行分析,得到控制量和被控制量,间接测量控制系数β.并通过公式β=(1+R1/R2)计算控制系数β.
c. 对结果进行分析.
d. 改变电阻值,再用PSPICE 进行仿真分析,确定控制系数β和电阻的函数关系.
(4)自行设计电路的仿真分析.用上述受控电源构成新的电路,并对其进行仿真分析,与理论值进行比较.
四, 思考与讨论
(1)受控电源能否作为电路的激励源对电路起作用 如果电路没有独立电源仅仅有受控电源,电路中还会有电流和电压吗
(2)设置打印机标识符,输出仿真分析数据,确定受控电源的控制系数与电阻的函数关系. 五, 预习要求
(1)复习PSPICE 的有关内容.
(2)根据给定的电路图和电路元件,分析计算各受控电源的控制系数.
(3)根据仿真设计的要求,拟定使用PSPICE 进行仿真设计的步骤.
(4)在实验前,先自行设计含受控电源的电路,画出电路图,拟定仿真设计和分析的有关内容. 实验九 负阻抗变换器电路的设计
一, 实验目的
(1)学习使用PSPICE 进行电路的计算机辅助设计,培养用仿真软件设计,调试和工程制作电路的能力.
(2)用PSPICE 进行负阻抗变换器的计算机辅助设计.
(3)测试负阻抗变换器的输入阻抗和其负载阻抗的关系,用间接测量的方法测量负阻抗变换器的参数.
(4)加深对负阻抗变换器的理解,熟悉和掌握负阻抗变换器的基本应用.
二, 原理与说明
负阻抗变换器(NIC)是一个有源二端口元件,实际工程中一般用运算放大器组成.它有两种形式,分别为电压反相型和电流反相型.
当负阻抗变换器的负载阻抗为ZL时,从其输入端看进去的输入阻抗Zin为负载阻抗的负值,
即
三, 实验任务
(1)负阻抗变换器的电路设计.选用图9-1 所示的电路.
图9-1 负阻抗变换器的设计电路
a. 选择ZL=R=1KΩ,用PSPICE软件仿真分析,求出其输入阻抗Zin.
b. 选择频率为100Hz正弦电源,其有效值可以自己选定,R=10Ω,ZL=(5 j5)Ω,用PSPICE软件仿真分析,求出其输入阻抗Zin.
c. 选择正弦电源的频率f=1000Hz,R=100Ω,ZL=(3+j4) Ω,用PSPICE软件仿真分析,求出其输入阻抗Zin.
(2)用负阻抗变换器仿真负电阻.用图9-1 所示的负阻抗变换器电路实现一个等效负电阻,将其与独立电源和其他电阻组成一个直流电路(请自己设计该电路)(选做).
a. 选择元件参数,用Bias Point Detail仿真分析该电路,求出该电路的节点电压和元件电流. b. 从结果分析等效负电阻元件伏安特性,看其是否满足负电阻特性.
c. 设电源电压为扫描变量,用DC Sweep…仿真分析该电路,在Probe 中观测用负阻抗变换器仿真的负电阻的电压和电流曲线,并确定两者之间的函数关系.
(3)利用串联谐振判断负电感,负电容的特性,负电感和负电容能否看成电容和电感 . 四, 思考题
(1)负阻抗变换器的负阻特性,可以有哪些应用
(2)是否可以采用其他的电路制作负阻抗变换器,请查找资料并分析其原理.
(3)你还可以用负阻抗变换器的特性设计出其他的电路吗
五, 预习要求
(1)阅读原理与说明,设计实验中所用的相关电路和元件参数.
(2) 预先设计好自选实验的电路,并选择用PSPICE 进行仿真分析和设计的步骤和方法(每人至少要设计一个电路).
(3)分析理论值和仿真分析结果之间的误差及产生的原因,寻找进一步改进的办法. 实验十 回转器电路的设计
一, 实验目的
(1)进一步学习使用PSPICE 进行电路的计算机辅助设计.
(2)用PSPICE 进行回转器的计算机辅助设计.
(3)用间接测量的方法测量回转器的回转系数.
(4)加深对回转器的理解,熟悉和掌握回转器的基本应用.
二, 原理与说明
回转器是一个二端口元件,实际工程中一般用运算放大器组成,它的电路符号如图10-1所示.回转器的端口电压和端口电流的伏安关系为
或
式中,r,g 分别称为回转器的回转电阻和回转电导,也称为回转器的回转系数.回转器的重要性质是它可以将一个端口的电流(或电压)回转为另一个端口的电压(或电流).
回转器具有回转阻抗的功能,如果在回转器的2-2′端接上阻抗ZL(也称为回转器的负载阻抗)如图10-2所示,那么,回转器的1-1′端(输入端)的等效阻抗Zin由其伏安特性推导可得Zin=r2/ZL,这里采用的是相量形式.下面讨论ZL取不同值的几种情况.
图10-1 回转器的电路符号
图10-2 回转器的回转阻抗电路
(1)当ZL=RL时,Zin=r2/RL,为纯电阻.回转器的回转电阻r =
(2)当ZL为电容元件时,
为纯电感,等效电感Leq=r2C.回转器可以将电容回转为电感的这一特性非常有用,因为可以实现用集成电路制作电感.
( 3)当ZL为电感元件时,回转器同样可以将电感回转为电容,这留给读者自行推导. 三, 实验任务
(1)回转器的电路设计.参考实验9.2,可以看出,图10-3的回转器电路是由两个负阻抗变换器电路组成的.用类似的方法可以推导并得到电路的回转电阻r =R.
图10-3 回转器的设计电路
a. 取R0=R=ZL=1KΩ,用PSPICE软件仿真分析,求出其回转电阻r.
b. 取R0=R= 100Ω,任意选择ZL的值,用PSPICE软件仿真分析,求出其回转电阻r.
(2)用回转器实现电感.
a. 取R0=R=100Ω,ZL=( j5) Ω,采用频率f=100Hz的正弦波信号为回转器的1-1′端的输入信号.用PSPICE软件仿真分析,求出其输入阻抗Zin.
b. 用正弦波电压信号做回转器的输入电源,f=1000Hz,R0=R=100Ω,负载阻抗ZL用300Ω电阻和1μF电容相串联.用PSPICE软件仿真分析,在电路的输入端设置电流打印机标识符,输出1-1′端口的电流相量.求出回转器的输入阻抗Zin,判断其性质.与负载阻抗ZL相对比,可以得到什么结论
(3)试设计一个RLC 串联电路(其中的电感是用回转器将电容回转为电感的),用PSPICE 进行AC Sweep…分析.研究该电路的频率特性,并确定电路的谐振频率.与通常的RLC 串联电路对比,有何体会
四, 思考题
(1)可否用其他的电路实现回转器 试查找资料,分析电路的工作原理,确定实现回转器功能的合理电路.
(2)若在图10-3 中将负载换成电感L,对输入端而言等效阻抗和等效元件各是什么 试推导并说明之.
(3) 能否用PSPICE的扫描分析方法,确定图10-3的回转器的回转电阻r与图中的电阻R0或电阻R的关系 试拟定操作步骤并进行仿真.
(4)你还可以用回转器的特性设计出其他的电路吗
五, 预习要求
(1)阅读PSPICE 的相关内容和实验原理与说明,完成回转器电路的计算机辅助设计任务.
(2)画出仿真分析和设计所需的具体电路,元件和参数.
(3)拟定本仿真分析和设计实验的步骤及需要采集的数据.
(4)计算和分析的步骤及结果分析方法.
(5)分析理论值与仿真分析和设计结果之间的误差及产生的原因,寻找改进的方法. 附录A PSPICE应用于电路中的主要符号列表
ANALOG.SLB:模拟电路元器件符号库
符号名
符 号 含 义
C
电容
C-var
可变电容
E
压控电压源
EPOLY
用线性多项式描述的压控电压源
F
流控电流源
FPOLY
用线性多项式描述的流控电流源
G
压控电流源
GPOLY
用线性多项式描述的压控电流源
H
流控电压源
HPOLY
用线性多项式描述的流控电压源
L
电感
R
电阻
R-va
可变电阻
T
传输线
TLOSSY
有损传输线
XFRM_LINEAR
电感耦合器(变压器)
OPAMP
运算放大器
SOURCE.SLB: 激励源符号库
符号名
符 号 含 义
ISTIM
自定义电流源
VSTIM
自定义电压源
DigStim
自定义数字激励源
FileStim
文件形式的数字激励源
IAC
简单交流电流源
IDC
简单直流电流源
IEXP
指数型衰减电流源
IPULSE
脉冲型电流源
IPWL_ENH
改进的线性分段电流源
IPWL_FILE
文件形式线性分段电流源
IPWL
线性分段型电流源
ISFFM
单频调频式电流源
ISIN
正弦型电流源
ISRC
通用独立电流源(可用于AC,DC 和TRAN 分析)
STIM1
单节点数字激励源
STIM4
4 位数字激励源
STIM8
8 位数字激励源
STIM16
16 位数字激励源
VEXP
指数型衰减电压源
VPULSE
脉冲型电压源
VPWL_ENH
改进的线性分段电压源
VPWL_FILE
文件形式线性分段电压源
VPWL
线性分段型电压源
VSFFM
单频调频式电压源
VSIN
正弦型电压源
VSRC
通用电压源(可用于AC,DC 和TRAN 分析)
VAC
简单交流电压源
VDC
简单直流电压源
SPECIAL.LIB: 特殊用途符号库
符号名
符 号 含 义
CD4000_PWR
CD4000 功率源
DIGIFPWR
数字接口功率源
ECL_100K_PW
数字ECL 接口功率源
ECL_10K_PWR
数字ECL 接口功率源
IC1
设置某节点对地起始电压值
IC2
设置两个节点之间的起始电压值
IPROBE
电流测试标识符
NODESET1
设置某节点对地电压的初始猜测值
NODESET2
设置两个节点之间电压的初始猜测值
OPTPARAM
设置优化参数
PARAM
设置预定义参数
PRINT1
在电路输出文件中打印某节点对地的直流,交流或瞬态电压(幅度,相位,实部,虚部及分贝)值 readme
电路图说明文件符号
PRINTDGTLCHG
在电路输出文件中打印一个数字节点的直流,交流或瞬态电压值
TITLEBLK
绘制图纸的标题栏
UNKNOWN
未知符号
VECTOR
数字节点观测标识
VIEWPOINT
设置电压观测点
WATCH1
观测符号
VPRINT
在电路输出文件中打印两个节点之间的直流,交流或瞬间电压(幅度,相位,实部,虚部及分贝)值
VPLOT1
在电路输出文件中输出某节点对地的直流,交流或瞬间电压(幅度,相位,实部,虚部及分贝)图案
VPLOT2
在电路输出文件中输出两个节点之间的直流,交流或瞬间电压(幅度,相位,实部,虚部及分贝)图案
IPRINT
在电路输出文件中打印一条支路的直流,交流或瞬间电压(幅度,相位,实部,虚部及分贝)值 IPLOT
在电路输出文件中输出一条支路的直流,交流或瞬间电压(幅度,相位,实部,虚部及分贝)图案 INCLUDE
说明一个PSPICE 的包含文件,等效于INCLUDE 命令
LIB
说明一个PSPICE 的库文件,等效于.LIB 命令
附录B 常用器件属性设置
输出变量及函数表达式的命名
电路的基本输出变量有两类:电压输出变量和电流输出变量.根据分析类型的不同,输
出变量又可以是电压或电流的幅值或相位等特征值.根据不同的观测要求,输出变量还可能 是由基本输出变量构成的函数表达式.
1. 直流分析和瞬态分析的输出变量名
(1)V(N1):表示N1 节点的对地电压.
(2)V(N1,N2):表示N1 节点对N2 节点的电势差.
(3)V():表示元件两端的电压,为两端元件.
(4)Vx():表示元件x 端子的对地电压.
(5)Vxy():表示元件x 端子对y 端子的电势差.
(6)Vz():表示名为的传输线z 端口的电压.
(7)I():表示流经元件的电流.
(8)Ix():表示流经元件x 端子的电流.
(9)Iz():表示流经传输线z 端口的电流.
式中表示元件名.PSPICE 中的大部分元件为二端子元件,对于三端子或四端子元件,
若输出变量与其中的某一端子有关,则需要在输出变量中标明端子名.如:VB(Q1)表示晶体 管Q1 基极的对地电压,IE(Q1)表示流经晶体管Q1 发射极的电流.
2. 交流分析的输出变量命名
交流分析通常采用复变量分析法,因此,交流分析的输出变量可能是基本电压变量或电 流变量的幅度,相位,实部和虚部,相应的表达方式如下:
(1)M:幅度.
(2)DB:用分贝值表示的幅度.
(3)P:用度表示的相位.
(4)G:群迟延.
(5)R:实部.
(6)I:虚部.
交流输出变量的具体命名方法与直流分析的命名方法类似,只需在上述符号前添加V 或I来表示输出变量是电压还是电流的特征值.例如:VM(3)表示节点3 对地电压的幅 度;VR(2,3)表示节点2 与节点3 之间电势差的实部.
3. 噪声分析的输出变量命名
(1)V(ONOISE):输出节点的均方根噪声电压.
(2)V(INOISE):等效输入电压源的均方根噪声电压.
(3)I(INOISE):等效输入电流源的均方根噪声电流.
(4)DB(V(ONOISE)):输出节点的均方根噪声电压的分贝值.
(5)DB(V(INOISE)): 等效输入电压源的均方根噪声电压的分贝值.
(6)DB(I(INOISE)):等效输入电流源的均方根噪声电流的分贝值.
附录C PSpice Goal Function
特征函数
功能说明
Bandwidth (1, db_level)
计算波形1从最大值下降db_level db的波形宽度.
BPBW (1, db_level)
Same as Bandwidth (1, db_level)
CenterFreq (1, db_level)
计算波形1从最大值下降db_level db的两点的中心频率.
Falltime (1)
计算波形1的下降时间.
Gain Margin (1,2)
计算波形1的相位为-180.时,波形2的分贝值.
GenFall (1)
类似于Falltime (1),但它的下降时间相对的y轴是起点于终点,而不是最大值与最小值. GenRise (1)
与GenFall (1)类似,只是它是上升时间.
HPBW (1, db_level)
查找第一次比最大值低db_level db的x坐标.(上升沿)
LPBW (1, db_level)
与HPBW类似,只是用于下降沿.
Maxr (1, begin-x, end-x)
查找区间的最大值.
Overshoot (1)
计算最大值与终点之间y轴坐标差与终点值的百分比.
Peak (1, n_occur)
查找第n-occur个峰值点的Y值
Period (1)
计算波形1的周期.
Phase Margin (1,2)
查找波形1在0分贝时波形2的相位.
Pulsewidth (1)
计算波形1的脉冲宽度.
Risetime (1)
计算波形1的上升时间.
Swingr (1, begin-x, end-x)
计算在指定范围内,波形1的最大值与最小值之差.
TPmW2 (1, Period)
XatNthy (1, Y-value, n-occur)
查找波形1上第n-occur个Y-value值时的X坐标值.
XatNthYn(1,Y_value,n_occur)
与XatNthy类似,但它查找的Y值必须在下降沿上.
XatNthYp(1,Y_value,n_occur)
与XatNthy类似,但它查找的Y值必须在上升沿上.
XatNthYpct(1,Y_PCT,n_occur)
查找第n-occur个Y轴值为Y轴范围的Y_pct%时的X轴值.
YatX(1,X_value)
查找X-value值处的Y值.
YatXpct(1,X_pct)
查找X轴值为X轴范围的X_pct%时的Y轴值.
图5-1 R,L,C串联电路
放置元件t
设置仿真参数
绘制原理图
观测并分析仿真结果
运行仿真
Analog or Mixed-signal Circuit
本工程以后将进行数/模混合仿真
PC Board Wizard
本工程以后将用来进行印刷版图设计
Programmable Logic Wizard
本工程以后将用于可编程器件的设计(在9.2版本已经不支持,后续版本支持) Schematic
本工程只进行原理图设计
Name
:工程名称
Location:保存工程路径
放置导线
放置网络名
放置总线
放置结点
放置电源
放置阶层
放置端口
放置分页图纸间的接口
放置接地
放置阶层引脚
绘制无电气性质符号
添加文字
指示管脚不连接
放置总线引出管脚
实时显示当前选中器件的外形
搜索器件
删除当前库中选中的库
添加库到当前库中
当前使用的库
当前使用库中的器件
要选择的器件
搜索的内容,支持*号统配符
搜索的结果
搜索的目标路径,即只搜索此路径下的库文件中的器件 原理图上power或GND的网络名称
Power及GND的种类
图形符号
调用以前Profile的参数设置
Profile的名称
是否进行傅立叶分析
是否详细输出偏置点的信息
在OUT文件里存储的数据的时间间隔
显示所有在原理图中标注位置的波形
不显示波形
当.DAT文件打开的时候才显示波形
显示上一次观测点的波形
分析完成后才显示波形
分析的过程中显示波形
以CSDF的格式保存数据
不保存数据
只保存要观测的节点处的数据
保存除阶层内部节点外的数据
保存所有节点的电压,电流,数字数据
添加性能分析波形显示窗口
对波形进行傅立叶变换
对X轴坐标在对数或线性变化之间互相转换 查找波形上的点
显示出波形计算点
计算全局函数值
添加波形
对Y轴坐标在对数或线性变化之间互相转换 查找下一个波形数据点
查找下一个波谷
查找波形上的最大值
标注当前点的坐标
查找下一个波峰
查找拐点
查找波形上的最小值
范文八：电路仿真实验报告
张明一2014302540027实验一 直流电路
一 实验目的
1、加深对直流电路的节点电压法和网孔电流法的理解。 2、学习MATLAB的矩阵运算方法。 二、实验内容： 1、电阻电路的计算
如图，已知：R1=2，R2=6,R3=12,R4=8,R5=12,R6=4,R7=2. (1) 如Us=10V,求i3,u4,u7; (2) 如U4=4V,求Us,i3,i7. （1）
Z = [20 -12 0; -12 32 -12; 0 -12 18]; V = [10 0 0]"; I = inv(Z)*V; i3 = I(1)-I(2); u4 = 8*I(2); u7 = 2*I(3);
fprintf("i3=%f \n",i3) fprintf("u4=%f \n",u4) fprintf("u7=%f \n",u7)
仿真结果：
i3=0.357143 u4=2.857143 u7=0.476190 （2）
Z = [0 8 0; -12 32 -12;
V = [4 0 0]"; I = inv(Z)*V;
Us = 20*I(1)-12*I(2); i3 = I(1)-I(2); i7 = I(3);
fprintf("Us=%f \n",Us) fprintf("i3=%f \n",i3) fprintf("i7=%f \n",i7)
仿真结果：
Us=14.000000 i3=0.500000 i7=0.333333
2、求解电路里的电压，例如V1,V2,……V5.
Y = [1 -1 2 -2 0; 0 5 -13 8 0; 2 0 4 -11 0; 176 -5 5 -196 0; 0 0 0 0 1];
I = [0 -200 -120 0 24]"; V = inv(Y)*I;
fprintf("V1=%fV\nV2=%fV\nV3=%fV\nV4=%fV\nV5=%fV\n",V(1),V(2),V(3),V(4),V(5)) 仿真结果：
V1=117.479167V V2=299.770833V V3=193.937500V V4=102.791667V
V5=24.000000V
3、如图，已知R1=R2=R3=4,R4=2,控制常数k1=0.5,k2=4,is=2,求i1和i2.
Z = [1 0 0 0;
0 0 1 0.5; 0 -8 4 6]; V = [2 0 0 0]"; I = inv(Z)*V; i1 = I(2)-I(3); i2 = I(4);
fprintf("i1=%f V\ni2=%f V\n",i1,i2)
仿真结果：
i1=1.000000 V
i2=1.000000 V 三、实验总结
Matlab可用于计算矩阵，方便电路分析过程中的计算。节点电压法和网孔回路法用于电路分析能简化计算。
实验二 直流电路（2）
一、实验目的：
1、加深对戴维南定律，等效变换等的了解。 2、进一步了解MATLAB在直流电路的应用。 二、实验内容
1、在图2-3，当RL从0改变到50KΩ，绘制负载功率损耗。检验当RL=10KΩ的最大功率损耗。
R=10;U=10;
RL=10;P=U^2*(RL*1000)/((R+RL)*1000)^2
RL=0:50;p=(RL*1000*U./((R+RL)*1000)).*U./((R+RL)*1000) figure(1),plot(RL,p),grid
程序运行结果：
P = 0.0025 p =
Columns 1 through 7
0 0.0008 0.0014 0.0018 0.0020 0.0022 0.0023 Columns 8 through 14
0.0024 0.0025 0.0025 0.0025 0.0025 0.0025 0.0025 Columns 15 through 21
0.0024 0.0024 0.0024 0.0023 0.0023 0.0023 0.0022 Columns 22 through 28
0.0022 0.0021 0.0021 0.0021 0.0020 0.0020 0.0020 Columns 29 through 35
0.0019 0.0019 0.0019 0.0018 0.0018 0.0018 0.0018 Columns 36 through 42
0.0017 0.0017 0.0017 0.0016 0.0016 0.0016 0.0016 Columns 43 through 49
0.0016 0.0015 0.0015 0.0015 0.0015 0.0014 0.0014 Columns 50 through 51 0.0014 0.0014
2、在如图所示电路中，当R1取0,2,4,6,10,18,24,42,90和186Ω时，求RL的电压UL，电流IL和RL消耗的功率。
A=[3/4 -1/2 0; 1/2 -33/24 5/6; 0 1 -1];
I=[15 0 0]";
U=inv(A)*I; us=U(3); R=6;
Z=[0 2 4 6 10 18 24 42 90 186]; RL=Z(1,:), i=us./(R+RL) u=us.*RL./(R+RL)
p=(RL.*us./(R+RL)).*us./(R+RL)
仿真结果：
RL= 0 2 4 6 10 18 24 42 90 186
i =8.0000 6.0000 4.8000 4.0000 3.0000 2.0000 1.6000 1.0000 0.5000 0.2500
u =0 12.0000 19.2000 24.0000 30.0000 36.0000 38.4000 42.0000 45.0000 46.5000
p = 0 72.0000 92.1600 96.0000 90.0000 72.0000 61.4400 42.0000 22.5000 11.6250 三、实验总结
等效变换实际上是对电路的简化成为一个等效电压和电阻外加一负载电阻，电路功率最大在负载电阻和等效电阻相等时。
实验三 正弦稳态
一、 实验目的：
1． 学习正弦稳态电路的分析方法。 2． 学习MATLAB复数的运算方法。 二、实验内容
1、如图所示电路，设R1=2,R2=3,R3=4,jxl=j2,-jXC1=-j3,-jXC2=-j5,Us1=8∠0°V,Us2=6∠0°,Us3=∠0°,Us4=15∠0°,求各电路的电流相量和电压向量。
R1=2;R2=3;R3=4;ZL=2*j;ZC1=-3*j;ZC2=-5*j;US1=8;US2=6;US3=8;US4=15; Y1=1/R1+1/ZL;Y2=1/ZC1+1/R2;Y3=1/R3+1/ZC2; a11=1/Y1;a12=1/Y2;a13=1/Y3; a21=0;a22=-1;a23=1;
a31=-1;a32=1;a33=0;
b1=0;b2=US2/R2-US3/R3-US4/ZC2;b3=-US1/ZL-US2/R2; A=[a11,a12,a13;a21,a22,a23;a31,a32,a33]; B=[b1;b2;b3]; I=inv(A)*B;
I1=I(1),I2=I(2),I3=I(3),ua=I1/Y1,ub=I3./(-Y3), I1R=ua/R1,I1L=(US1-ua)./ZL,I2R=(US2-ua+ub)/R2,I2C=(ua-ub)./ZC1,I3R=(US3-ub)/R3,I3C=(US4-ub)./ZC2 程序运行结果：
I1 =
1.2250 - 2.4982i I2 =
-0.7750 + 1.5018i I3 =
-0.7750 - 1.4982i ua =
3.7232 - 1.2732i ub =
4.8135 + 2.1420i I1R =
1.8616 - 0.6366i I1L =
0.6366 - 2.1384i I2R =
2.3634 + 1.1384i I2C =
1.1384 - 0.3634i I3R =
0.7966 - 0.5355i I3C =
0.4284 + 2.0373i
2、含电感的电路：复功率
如图，已知R1=4,R2=R3=2,XL1=10,XL2=8,XM=4,Xc=8,Us=10∠0°V,Is=10∠0°A.求电压源，电压源发出的复功率。
clear,format compact
R1=4;R2=2;R3=2;XL1=10;XL2=8;XM=4;XC=8;US=10;IS=10;
Y1=1/R1+1/(-j*XC);Y2=1/(j*(XL1-XM));Y3=1/(j*XM);Y4=1/(j*(XL2-XM)+R2);Y5=1/R3;
a11=1;a12=-1;a13=0;a14=0;a15=0; a21=0;a22=0;a23=0;a24=1;a25=-1; a31=0;a32=1;a33=-1;a34=-1;a35=0; a41=1/Y1;a42=1/Y2;a43=1/Y3;a44=0;a45=0; a51=0;a52=0;a53=-1/Y3;a54=1/Y4;a55=1/Y5;
A=[a11,a12,a13,a14,a15;a21,a22,a23,a24,a25;a31,a32,a33,a34,a35;a41,a42,a43,a44,a45;a51,a52,a53,a54,a55];
B=[-US/R1;-IS;0;0;0]; I=inv(A)*B;
I1=I(1);I2=I(2);I3=I(3);I4=I(4);I5=I(5); ua=-I1/Y1;ub=I3/Y3;uc=I5/Y5;Ii=US/R1+ua/R1; Pus=US*Ii Pis=uc*IS
程序运行结果：
Pus =
54.0488 - 9.3830i Pis =
1.7506e+002 +3.2391e+001i 3、正弦稳态电路：求未知参数
如图所示3-6所示电路，已知Us=100V,I1=100mA电路吸收功率P=6W,XL1=1250Ω,XC=750Ω,电路呈感性，求R3及XL
Z1=1250*j;Z2=-750*j; Us=100*exp(0j*pi/180); Is=0.1*exp(-53.13j*pi/180); Z=inv(Is)*Us;
Z3=Z2*(Z-Z1)/(Z1+Z2-Z) R3=real(Z3); XL3=imag(Z3);
fprintf("R3=%5.4fV,XL3=%5.4fV\n",R3,XL3)
程序运行结果：
Z3=7.5000e+02 + 3.7500e+02i R3=750.0000V,XL3=375.0022V 4、正弦稳态电路，利用模值求解
如图所示电路，已知IR=10A，Xc=10Ω，并且U1=U2=200V，求XL。
clear
U2=200;IR=10;R=U2/IR;XC=10;
U=[200*exp(-150j*pi/180);200*exp(-30j*pi/180)]; I=(U-200)./(-j*XC); X=200./(I-10); XL=imag(X)
仿真结果：
XL = 5.3590 74.6410
四、实验总结
Matlab绘制向量图可以直观的反映出各向量之间的关系，有助于掌握电路特性。
实验四 交流分析和网络函数
一、实验目的
1、学习交流电路的分析方法。 2、学习交流电路的MATLAB分析方法。 二、实验内容
1、电路显示如图所示，求电流i1(t)和电压uc(t)
Y=[1 1 -1;6-5*j 0 4-2.5*j;6-5*j -10-8*j 0]; c2=5;c3=2*exp(pi*75*j/180); v=[0;c2;c3]; i=inv(Y)*v; it_abs=abs(i(3));
it_ang=angle(i(3))*180/pi; Vc_abs=abs(i(1)*-10*j);
Vc_ang=angle(i(1)*-10*j)*180/pi;
fprintf("voltage it,magnitude: %f \n voltage it,angle in degree: %f ",it_abs,it_ang)>>
voltage it,magnitude: 0.387710 voltage it,angle in degree: 15.019255
fprintf("voltage Vc,magnitude: %f \n voltage Vc,angle in degree: %f ",Vc_abs,Vc_ang)>>
voltage Vc,magnitude: 4.218263
voltage Vc,angle in degree: -40.861691
2、如图，显示一个不平衡wye-wye系统，求相电压VAN，VBN和VCN。
>> Y=[6+13*j 0 0;0 4+6*j 0;0 0 6-12.5*j];
c1=110;c2=110*exp(pi*(-120)*j/180);c3=110*exp(pi*120*j/180); v=[c1;c2;c3]; i=inv(Y)*v;
Van_abs=abs(i(1)*(5+12*j));
Van_ang=angle(i(1)*(5+12*j))*180/pi; Vbn_abs=abs(i(2)*(3+4*j));
Vbn_ang=angle(i(2)*(3+4*j))*180/pi; Vcn_abs=abs(i(3)*(5-12*j));
Vcn_ang=angle(i(3)*(5-12*j))*180/pi; >> Y=[6+13*j 0 0;0 4+2*j 0;0 0 6-12.5*j];
>> c1=110;c2=110*exp(pi*(-120)*j/180);c3=110*exp(pi*120*j/180); >> i=inv(Y)*v;
>> Van_abs=abs(i(1)*(5+12*j));
>> Van_ang=angle(i(1)*(5+12*j))*180/pi; >> Vbn_abs=abs(i(2)*(3+4*j));
>> Vbn_ang=angle(i(2)*(3+4*j))*180/pi; >> Vcn_abs=abs(i(3)*(5-12*j));
>> Vcn_ang=angle(i(3)*(5-12*j))*180/pi;
>> fprintf("voltage Van,magnitude: %f \n voltage Van,angle in degree: %f ",Van_abs,Van_ang);
voltage Van,magnitude: 99.875532
voltage Van,angle in degree: 2.155276 >>
>> fprintf("voltage Vbn,magnitude: %f \n voltage Vbn,angle in degree: %f ",Vbn_abs,Vbn_ang);
voltage Vbn,magnitude: 122.983739
voltage Vbn,angle in degree: -93.434949 >>
>> fprintf("voltage Vcn,magnitude: %f \n voltage Vcn,angle in degree: %f ",Vcn_abs,Vcn_ang);
voltage Vcn,magnitude: 103.134238
voltage Vcn,angle in degree: 116.978859 >>
实验五 动态电路
一、实验目的
1、学习动态电路的分析方法。 2、学习动态电路的MATLAB计算方法。 二 实验内容 1、激励的一阶电路
已知R=2欧姆，C=0.5F, 电容初始电压Uc(0+)=4V，激励的正弦电压Us(t)=Umcoswt，其中w=2rad/s。当t=0时，开关s闭合，求电容电压的全响应，区分其暂态响应与稳态响应，并画出波形。
clear,format compact
uc0=4;w=2;R=2;C=1; Zc=1/(j*w*C); dt=0.1;t=0:dt:10; us=6*cos(w*t);%è?Um=6 T=R*C;
ucf=us*Zc/(Zc+R); uc1=uc0*exp(-t/T); figure(1);
subplot(3,1,1); h1=plot(t,ucf);
grid,set(h1,"linewidth",2) subplot(3,1,2); h2=plot(t,uc1);
grid,set(h2,"linewidth",2); uc=ucf+uc1; subplot(3,1,3); h3=plot(t,uc);
grid,set(h3,"linewidth",2)
程序运行结果：
uc全响应图
2、二阶欠阻尼电路的零输入响应
如图所示的二阶电路，如L=0.5H，C=0.02F。初始值uc（0）=1V，iL=0，试研究R分别为1Ω，2Ω，3Ω，…，10Ω时，uc（t）和iL(t)的零输入响应，并画出波形。
1、 R=1
clear,format compact L=0.5;R=1;C=0.02; uc0=1;iL0=0;
alpha=R/2/L;wn=sqrt(1/(L*C)); p1=-alpha+sqrt(alpha^2-wn^2); p2=-alpha-sqrt(alpha^2-wn^2); dt=0.01;t=0:dt:1; num=[uc0,R/L*uc0+iL0/C]; den=[1,R/L,1/L/C]; [r,p,k]=residue(num,den);
ucn=r(1)*exp(p(1)*t)+r(2)*exp(p(2)*t); iLn=C*diff(ucn)/dt; figure(1),subplot(2,1,1), plot(t,ucn),grid subplot(2,1,2)
plot(t(1:end-1),iLn),grid
2、
R=2
3、 R=3
4、
R=4
5、 R=5
6、
R=6
7、 R=7
8、
R=8
9、 R=9
10、
R=10
实验六 频率响应 一、实验目的
1、学习有关频率响应的的相关概念。 2、学习MATLAB的频率计算。 二、实验示例
1、一阶低通电路的频率响应
如图为一阶RC低通电路，若以Uc为响应，求频率响应函数，画出其幅频响应（幅频特性）∣H（jw）∣和相频的响应（相频特性）
clear,format compact ww=0:0.2:4; H=1./(1+j*ww); figure(1)
subplot(2,1,1),plot(ww,abs(H)), grid,xlabel("ww"),ylabel("angle(H)") subplot(2,1,2),plot(ww,angle(H)) grid,xlabel("ww"),ylabel("angle(H)") figure(2)
subplot(2,1,1),semilogx(ww,20*log(abs(H))) grid,xlabel("ww"),ylabel("dB") subplot(2,1,2),semilogx(ww,angle(H)) grid,xlabel("ww"), ylabel("angle(H)")
仿真结果：
(a)线性
(b)对数
2、频率响应：二阶低通电路
令H0=1，画出Q=1/3,1/2,1/√2,1,2,5的幅频相频响应，当Q=1/√2时，成为最平幅度特性，即在通带内其幅频特性最为平坦。
clear,format compact
for Q=[1/3,1/2,1/sqrt(2),1,2,5] ww=logspace(-1,1,50); H=1./(1+j*ww/Q+(j*ww).^2); figure(1)
subplot(2,1,1),plot(ww,abs(H)),hold on subplot(2,1,2),plot(ww,angle(H)),hold on figure(2)
subplot(2,1,1),semilogx(ww,20*log10(abs(H))),hold on subplot(2,1,2),semilogx(ww,angle(H)),hold on
end
figure(1),subplot(2,1,1),grid,xlabel("w"),ylabel("abs(H)") subplot(2,1,2),grid,xlabel("w"),ylabel("angle(H))") figure(2),subplot(2,1,1),grid,xlabel("w"),ylabel("abs(H)") subplot(2,1,2),grid,xlabel("w"),ylabel("angle(H)")
(a)线性
3、频率响应：二阶带通电路
clear,format compact
H0=1;wn=1;
for Q=[5,10,20,50,100]
w=logspace(-1,1,50);
H=H0./(1+j*Q*(w./wn-wn./w));
figure(1)
subplot(2,1,1),plot(w,abs(H)),grid,hold on
subplot(2,1,2),plot(w,angle(H)),grid,hold on
figure(2)
subplot(2,1,1),semilogx(w,20*log10(abs(H))),grid,hold on subplot(2,1,2),semilogx(w,angle(H)),grid,hold on end
(b)对数
4、复杂谐振电路的计算
clear,format compact
R1=2;R2=3;L1=0.75e-3;L2=0.25e-3;C=1000e-12;Rs=28200; L=L1+L2;R=R1+R2;
Rse=Rs*(L/L1)^2
f0=1/(2*pi*sqrt(C*L))
Q0=sqrt(L/C)/R,R0=L/C/R;
Re=R0*Rse/(R0+Rse)
Q=Q0*Re/R0,B=f0/Q
s=log10(f0);
f=logspace(s-.1,s+.1,501);w=2*pi*f;
z1e=R1+j*w*L;z2e=R2+1./(j*w*C);
ze=1./(1./z1e+1./z2e+1./Rse);
subplot(2,1,1),loglog(w,abs(ze)),grid
axis([min(w),max(w),0.9*min(abs(ze)),1.1*max(abs(ze))]) subplot(2,1,2),semilogx(w,angle(ze)*180/pi)
axis([min(w),max(w),-100,100]),grid
fh=w(find(abs(1./(1./z1e+1./z2e))>50000))/2/pi; fhmin=min(fh),fhmax=max(fh)
仿真结果：
Rse =
5.0133e+004 f0 =
1.5915e+005 Q0 =
200 Re =
4.0085e+004 Q =
40.0853
B =
3.9704e+003 fhmin =
1.5770e+005 fhmax =
1.6063e+005
范文九：电路仿真实验报告]@]@]
@预备实验：MATLAB基础及基本操作
电路仿真实验报告
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1. MATLAB简介
在科学研究与工程应用过程中,人们往往会遇到大量繁重的数学运算和数值分析,传统的高级语言如FORTRAN,C等虽然能够在一定的程度上减轻运算量,但它们均要求应用人员具有较强的编程能力和对算法有深入的研究。此外,对大多数科学工作者而言，若要运用这些高级语言对计算结果进行可视化分析以及对计算的图形进行处理，也不是一件容易的事情。
MATLAB正是在这一应用要求背景下产生的数学科技应用软件。它具有强大的数值计算和图形可视化功能、简洁易学的工作环境和编程语言，从跟泵上满足了高校师和科技人员对工程计算的要求，将他们从繁重的数学计算中解放出来，现已风靡世界，受到越来越多科技人员的喜爱和欢迎。 2. MATLAB基本运算
矩阵的输入：注意矩阵输入必须用[] 包围，行元素用空格或逗号分开。每行的末端，除最后行外，用分号指明。一个矩阵A同样能输入成三行。
矩阵的运算：基本的矩阵操作是矩阵的加（+），减（-），乘（*）和转置变换（’）。除上面的基本运算操作外，MATLAB有两种形式的矩阵除法：左除\或右除/。
数组运算：数组运算涉及元素间算术运算。前面的线性代数矩阵运算符*/ \’，通过一个点（.）指示一个数组或元素间的运算。因此，操作符.*,.\,./, .^分别表示元素间的乘，左除，右除以及乘方。对于加减法，数组和矩阵操作相同。因此，+和-能被认作数组或矩阵加法。
复数：MATLAB允许操作调用复数。复数使用i或j输入。注意当复数被输入为括号里的矩阵元素，将避免任意空白区。冒号（：）是MATLAB里面最重要的一个操作符。它能使用（1）创建向量和矩阵，（2）指定子矩阵和向量，（3）执行矩阵迭代。
3. MATLAB的可视化绘图
绘制二维图形的基本函数：plot函数，其基本调用格式为，plot（x，y），其中x、y均为向量，该函数表示以x向量作为x轴，以y向量作为Y轴；subplot函数，如果要在一个绘图窗口中显示多个图形，可用subplot函数实现。其基本调用格式为：subplot（m，n，
k）或subplot（m n k），其中m，n，k取值为1~9.该函数表示将绘图窗口划分为m?n个子窗口（子图），并在第k个子窗口中绘图。
二维图形的修饰：坐标轴名称标识函数xlable、ylable、title，调用格式：xlable（‘string’），ylable（‘string’），title（‘string’）通过xlable、ylable命令给X轴、Y轴加上名称，标注为字符串string。title命令则是给图形加上标题。坐标轴调整函数axis，调用格式：axis（[xmin xmax ymin ymax]），该命令将所画的X轴范围限定在xmin和xmax之间，Y轴范围限定在ymin到ymax之间。加画功能函数hold，若要在原来已有的图形上加画另外的图形B，而不擦除原有的图形A，只要在画B之前加一条hold on命令即可；否则原图形会被B所覆盖。用hold off 可取消加画功能。坐标网络函数grid，grid函数用于为所绘制的图形添加坐标网络（虚线），从而更方便地确定图中各点的指标位置。grid on是启动该函数；grid off是关闭该功能；MATLAB的缺省设置是grid off。
具体的实验任务
实验一：直流电路
一、实验目的：
1、加深对直流电路的节点电压法和网孔电流法的理解。 2、学习MATLAB的矩阵运算方法。 二、预习要求：
1、复习基尔霍夫KCL和KVL方程及直流电路的相关内容； 2、熟悉前面有关矩阵运算的内容。 三、实验内容：
编写以下程序，并记录程序和结果，写出简单注释。 1、 电阻电路的计算
如图1-3所示的电路，已知：R1=2?,R2=6?,R3=12?,R4=8?,R5=12?,R6=4?,R7=2?。 （1）如Us=10V,求i3,u4,u7; (2)如已知U4=4V，求Us，i3,i7。
自强弘毅求是拓新
us
图1-3 直流电路
此题编写的程序如下：
（1）Z = [20 -12 0;-12 32 -12;0 -12 18]; V = [10 0 0]"; I = inv(Z)*V; i3 = I(1)-I(2); u4 = 8*I(2); u7 = 2*I(3);
fprintf("i3=%f \n",i3) fprintf("u4=%f \n",u4) fprintf("u7=%f \n",u7) 仿真结果： i3=0.357143 u4=2.857143 u7=0.476190
（2） Z = [0 8 0;
-12 32 -12; 0 -12 18]; V = [4 0 0]"; I = inv(Z)*V;
Us = 20*I(1)-12*I(2); i3 = I(1)-I(2); i7 = I(3);
fprintf("Us=%f \n",Us) fprintf("i3=%f \n",i3) fprintf("i7=%f \n",i7) 仿真结果：
自强弘毅求是拓新
Us=14.000000 i3=0.500000 i7=0.333333
2.求解电路里的电压，例如V1，V2,?,V5
V3
5V
图1-4含受控源的电路
此题编写的程序如下：
Y = [1 -1 2 -2 0; 0 5 -13 8 0; 2 0 4 -11 0; 176 -5 5 -196 0; 0 0 0 0 1];
I = [0 -200 -120 0 24]"; V = inv(Y)*I;
fprintf("V1=%fV\nV2=%fV\nV3=%fV\nV4=%fV\nV5=%fV\n",V(1),V(2),V(3),V(4),V(5))
仿真结果：
V1=117.479167V V2=299.770833V V3=193.937500V V4=102.791667V V5=24.000000V
4. 如图1-5所示，已知R1=R2=R3=4?,R4=2?,控制常数k1=0.5,k2=4,is=2A求i1和i2。
自强弘毅求是拓新
k1
i2
图1-5含受控源的电路图
此题编写的程序如下： Z = [1 0 0 0; -4 16 -8 -4; 0 0 1 0.5; 0 -8 4 6]; V = [2 0 0 0]"; I = inv(Z)*V; i1 = I(2)-I(3); i2 = I(4);
fprintf("i1=%f A\ni2=%f A\n",i1,i2) 仿真结果： i1=1.000000 A i2=1.000000 A
实验二：直流电路（2）
一、实验目的：
1、加深对戴维南定律，等效变换等的了解。 2、进一步了解MATLAB在直流电路的应用。
二、预习要求：
1、复习戴维南等直流电路的相关原理。 2、了解MATLAB变量生成的应用。
自强弘毅求是拓新
3、了解数组的运算。
三、实验内容：
1,在图2-3中，当RL从0改变到50kΩ，绘制负载功率消耗。校验当RL为10kΩ的最大功率损耗。
+
10V
VL
-
图2-3 电阻电路
此题编写的MATLAB程序如下： R=10;U=10;
RL=10;P=U^2*(RL*1000)/((R+RL)*1000)^2
RL=0:50;p=(RL*1000*U./((R+RL)*1000)).*U./((R+RL)*1000) figure(1),plot(RL,p),grid
程序运行结果：
P =
0.0025 p =
Columns 1 through 7
0 0.0008 0.0014 0.0018 0.0020 0.0022 0.0023 Columns 8 through 14
0.0024 0.0025 0.0025 0.0025 0.0025 0.0025 0.0025 Columns 15 through 21
0.0024 0.0024 0.0024 0.0023 0.0023 0.0023 0.0022 Columns 22 through 28
0.0022 0.0021 0.0021 0.0021 0.0020 0.0020 0.0020 Columns 29 through 35
0.0019 0.0019 0.0019 0.0018 0.0018 0.0018 0.0018 Columns 36 through 42
0.0017 0.0017 0.0017 0.0016 0.0016 0.0016 0.0016 Columns 43 through 49
0.0016 0.0015 0.0015 0.0015 0.0015 0.0014 0.0014
自强弘毅求是拓新
Columns 50 through 51 0.0014 0.0014
2.5
-3
2
1.5
1
0.5
00.511.522.533.544.5
x 10
5
4
2.在图示电路中，当R1取0,2,4,6,10,18,24,42,90和186时，求RL的电压UL，电流IL和RL消耗的功率。
75V
图2-4 题2电路
此题编写的MATLAB程序如下：
A=[3/4 -1/2 0; 1/2 -33/24 5/6;
自强弘毅求是拓新
0 1 -1]; I=[15 0 0]"; U=inv(A)*I; us=U(3); R=6;
Z=[0 2 4 6 10 18 24 42 90 186]; RL=Z(1,:), i=us./(R+RL) u=us.*RL./(R+RL)
p=(RL.*us./(R+RL)).*us./(R+RL)
仿真结果：
RL =
0 2 4 6 10 18 24 42 90 186 i =
Columns 1 through 7
8.0000 6.0000 4.8000 4.0000 3.0000 2.0000 1.6000 Columns 8 through 10
1.0000 0.5000 0.2500 u =
Columns 1 through 7
0 12.0000 19.2000 24.0000 30.0000 36.0000 38.4000 Columns 8 through 10
42.0000 45.0000 46.5000 p =
Columns 1 through 7
0 72.0000 92.1600 96.0000 90.0000 72.0000 61.4400 Columns 8 through 10
42.0000 22.5000 11.6250
实验三正弦稳态
一、实验目的
1. 学习正弦交流电路的分析方法； 2. 学习MATLAB复数的运算方法。
二、预习要求
1.复习有关正弦交流电路的相关概念； 2.了解MATLAB中有关相量图的绘制。
三、实验内容
1.如图3-5所示电路，设R1=2Ω,R2=3Ω,R3=4Ω,jXL=j2,-jXC1=-j3,-jXC2=-j5,US1=
8?0。V,US2?6?0。V,US3?US1，US4?15?0。V,求各支路的电流相量和电压相量。
自强弘毅求是拓新
?
US2
图3-5 题1所示电路
此题编写的MATLAB程序如下：
clear,format compact
R1=2;R2=3;R3=4;ZL=2*j;ZC1=-3*j;ZC2=-5*j;US1=8;US2=6;US3=8;US4=15;
Y1=1/R1+1/ZL;Y2=1/ZC1+1/R2;Y3=1/R3+1/ZC2; a11=1/Y1;a12=1/Y2;a13=1/Y3; a21=0;a22=-1;a23=1; a31=-1;a32=1;a33=0;
b1=0;b2=US2/R2-US3/R3-US4/ZC2;b3=-US1/ZL-US2/R2; A=[a11,a12,a13;a21,a22,a23;a31,a32,a33]; B=[b1;b2;b3]; I=inv(A)*B;
I1=I(1),I2=I(2),I3=I(3),ua=I1/Y1,ub=I3./(-Y3),
I1R=ua/R1,I1L=(US1-ua)./ZL,I2R=(US2-ua+ub)/R2,I2C=(ua-ub)./ZC1,I3R=(US3-ub)/R3,I3C=(US4-ub)./ZC2
程序运行结果：
I1 =
1.2250 - 2.4982i I2 =
-0.7750 + 1.5018i I3 =
-0.7750 - 1.4982i ua =
3.7232 - 1.2732i ub =
4.8135 + 2.1420i I1R =
1.8616 - 0.6366i I1L =
0.6366 - 2.1384i I2R =
2.3634 + 1.1384i I2C =
1.1384 - 0.3634i I3R =
自强弘毅求是拓新
0.7966 - 0.5355i I3C =
0.4284 + 2.0373i
3. 含互感的电路：复功率
如图3-6（a）电路，已知R1=4Ω,R2=R3=2Ω,XL1=10Ω,XL2=8Ω,XM=4Ω,Xc=8Ω,Us=10∠0°V,Is=10∠0°A.求电压源，电压源发出的复功率。
Uc
US1
IS
（a） 原始电路图
Y2Y4
IS
(b)等效电路变换
图3-6 等效变换
此题编写的MATLAB程序如下：
clear,format compact
R1=4;R2=2;R3=2;XL1=10;XL2=8;XM=4;XC=8;US=10;IS=10;
Y1=1/R1+1/(-j*XC);Y2=1/(j*(XL1-XM));Y3=1/(j*XM);Y4=1/(j*(XL2-XM)+R2);Y5=1/R3;
a11=1;a12=-1;a13=0;a14=0;a15=0; a21=0;a22=0;a23=0;a24=1;a25=-1; a31=0;a32=1;a33=-1;a34=-1;a35=0; a41=1/Y1;a42=1/Y2;a43=1/Y3;a44=0;a45=0;
自强弘毅求是拓新
a51=0;a52=0;a53=-1/Y3;a54=1/Y4;a55=1/Y5;
A=[a11,a12,a13,a14,a15;a21,a22,a23,a24,a25;a31,a32,a33,a34,a35;a41,a42,a43,a44,a45;a51,a52,a53,a54,a55]; B=[-US/R1;-IS;0;0;0]; I=inv(A)*B;
I1=I(1);I2=I(2);I3=I(3);I4=I(4);I5=I(5); ua=-I1/Y1;ub=I3/Y3;uc=I5/Y5;Ii=US/R1+ua/R1; Pus=US*Ii Pis=uc*IS
程序运行结果：
Pus =
54.0488 - 9.3830i Pis =
1.7506e+002 +3.2391e+001i 4.
正弦稳态电路：利用模值求解
如图所示电路，已知IR=10A，Xc=10Ω，并且U1=U2=200V，求XL。
-jXC
+
+
U1
U2
-
Y3
-
图3-8 所示电路图
此题编写的MATLAB程序如下：
clear
U2=200;IR=10;R=U2/IR;XC=10;
U=[200*exp(-150j*pi/180);200*exp(-30j*pi/180)]; I=(U-200)./(-j*XC); X=200./(I-10); XL=imag(X)
仿真结果：
XL =
5.3590 74.6410
自强弘毅求是拓新
实验四交流分析和网络函数
一、实验目的
1、 学习交流电路的分析方法； 2、 学习交流电路的MATLAB分析方法。 二、预习要求 三、实验内容
1.电路显示如图4-2所示，求电流i1(t)和电压uc(t). 具体电路图见书，此题编写的MATLAB程序如下
Y=[1 1 -1;6-5*j 0 4-2.5*j;6-5*j -10-8*j 0]; c2=5;c3=2*exp(pi*75*j/180); v=[0;c2;c3]; i=inv(Y)*v; it_abs=abs(i(3));
it_ang=angle(i(3))*180/pi;
Vc_abs=abs(i(1)*-10*j);
Vc_ang=angle(i(1)*-10*j)*180/pi;
fprintf("voltage it,magnitude: %f \n voltage it,angle in degree: %f ",it_abs,it_ang) fprintf("voltage Vc,magnitude: %f \n voltage Vc,angle in degree: %f ",Vc_abs,Vc_ang)
程序运行结果为：
voltage it,magnitude: 0.387710 voltage it,angle in degree: 15.019255 voltage Vc,magnitude: 4.218263
voltage Vc,angle in degree: -40.861691
2.如图，显示一个不平衡wye-wye系统，求相电压VAN，VBN和VCN。 具体的电路图见书本，此题编写的MATLAB程序如下：
Y=[6+13*j 0 0;0 4+6*j 0;0 0 6-12.5*j];
c1=110;c2=110*exp(pi*(-120)*j/180);c3=110*exp(pi*120*j/180); v=[c1;c2;c3]; i=inv(Y)*v;
Van_abs=abs(i(1)*(5+12*j));
Van_ang=angle(i(1)*(5+12*j))*180/pi; Vbn_abs=abs(i(2)*(3+4*j));
Vbn_ang=angle(i(2)*(3+4*j))*180/pi; Vcn_abs=abs(i(3)*(5-12*j));
Vcn_ang=angle(i(3)*(5-12*j))*180/pi;
fprintf("voltage Van,magnitude: %f \n voltage Van,angle in degree: %f",Van_abs,Van_ang); fprintf("voltage Vbn,magnitude: %f \n voltage Vbn,angle in degree: %f ",Vbn_abs,Vbn_ang);
fprintf("voltage Vcn,magnitude: %f \n voltage Vcn,angle in degree: %f ",Vcn_abs,Vcn_ang); 程序运行结果为：
自强弘毅求是拓新
voltage Van,magnitude: 99.875532 voltage Van,angle in degree: 2.155276 voltage Vbn,magnitude: 122.983739 voltage Vbn,angle in degree: -93.434949 voltage Vcn,magnitude: 103.134238 voltage Vcn,angle in degree: 116.978859
实验五动态电路
一、实验目的
1、 学习动态电路的分析方法。 2、 学习动态电路的MATLAB计算方法。
二、预习要求
1.复习一阶二阶电路的基本概念； 2.了解MATLAB暂态电路的计算方法。
三、实验内容
1. 激励的一阶电路
如图5-5的一阶电路，已知R=2Ω，C=0.5F, 电容初始电压Uc(0+)=4V，激励的正弦电压Us(t)=Umcoswt，其中w=2rad/s。当t=0时，开关s闭合，求电容电压的全响应，区分其暂态响应与稳态响应，并画出波形。
+
C
us
-
图5-5 电路图
此题编写的MATLAB程序如下：
uc0=4;w=2;R=2;C=1; Zc=1/(j*w*C);
自强弘毅求是拓新
dt=0.1;t=0:dt:10; us=6*cos(w*t);%è?Um=6 T=R*C;
ucf=us*Zc/(Zc+R); uc1=uc0*exp(-t/T); figure(1);
subplot(3,1,1); h1=plot(t,ucf);
grid,set(h1,"linewidth",2) subplot(3,1,2); h2=plot(t,uc1);
grid,set(h2,"linewidth",2); uc=ucf+uc1; subplot(3,1,3); h3=plot(t,uc);
grid,set(h3,"linewidth",2)
执行结果为：
0.50
-0.542
050
-5
012345678910
012345678910
012345678910
uc全响应图
2、二阶欠阻尼电路的零输入响应
如图5-5所示的二阶电路，如L=0.5H，C=0.02F。初始值uc（0）=1V，iL=0，试研究R分别为1Ω，2Ω，3Ω，?，10Ω时，uc（t）和iL(t)的零输入响应，并画出波形。
自强弘毅求是拓新
此题编写的MATLAB程序如下： 当R=1时：
clear,format compact L=0.5;R=1;C=0.02; uc0=1;iL0=0;
alpha=R/2/L;wn=sqrt(1/(L*C)); p1=-alpha+sqrt(alpha^2-wn^2); p2=-alpha-sqrt(alpha^2-wn^2); dt=0.01;t=0:dt:1;
num=[uc0,R/L*uc0+iL0/C]; den=[1,R/L,1/L/C];
[r,p,k]=residue(num,den);
ucn=r(1)*exp(p(1)*t)+r(2)*exp(p(2)*t); iLn=C*diff(ucn)/dt;
figure(1),subplot(2,1,1), plot(t,ucn),grid subplot(2,1,2)
plot(t(1:end-1),iLn),grid
程序执行结果如下：
10.5
0-0.5-1
00.10.20.30.40.50.60.70.80.91
0.20.1
0-0.1-0.2
00.10.20.30.40.50.60.70.80.91
ucl和iL(t)的零输入响应波形图
当R分别为2Ω，3Ω，?，10Ω时，只需要将程序中的“R=1”改为R=相应值即可。这里只截取R=5Ω、7Ω、10Ω的图形： R=5Ω;
自强弘毅求是拓新
1
0.5
-0.5
00.10.20.30.40.50.60.70.80.91
0.050
-0.05-0.1-0.15
00.10.20.30.40.50.60.70.80.91
R=7Ω;
1
0.5
-0.5
00.10.20.30.40.50.60.70.80.91
0.10.05
0-0.05-0.1
00.10.20.30.40.50.60.70.80.91
R=10Ω;
自强弘毅求是拓新
15
10
5
00.10.20.30.40.50.60.70.80.91
0-0.5
-1-1.5-2-2.5
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
实验六 频率响应
一、实验目的
1、学习有关频率响应的的相关概念。 2、学习MATLAB的频率计算。
二、预习要求
?
?
1.频率响应函数（即正弦稳态网络函数）定义为响应（输出）相量Y与激励（输入）相量F
?
之比，即H(jw)?H(jwe
i?(w)
?
Y
?
。复习相关内容。
F
2.用MATLAB中的abs(H)和angle(H)语句可直接计算复频响应和相频响应，而且其图像的频率坐标（横坐标）可以是线性的（用plot），也可以是时半对数的（用semilogx），这给计算和绘制幅、相特性带来很大方便。了解相关函数的用法。
三、实验内容
此次实验没有具体内容，而是给出示例使我们观察图形，同时了解编程的一些基本函数的运用。实验示例如下（均来自实验教材）：
自强弘毅求是拓新
1、一阶低通电路的频率响应
如图6-1为一阶RC低通电路，若以Uc为响应，求频率响应函数，画出其幅频响应（幅频特性）∣H（jw）∣和相频的响应（相频特性）????。
+
US-
Uc
-
图 6-1 例1的电路图
编写的程序为：
clear,format compact ww=0:0.2:4; H=1./(1+j*ww); figure(1)
subplot(2,1,1),plot(ww,abs(H)),
grid,xlabel("ww"),ylabel("angle(H)") subplot(2,1,2),plot(ww,angle(H)) grid,xlabel("ww"),ylabel("angle(H)") figure(2)
subplot(2,1,1),semilogx(ww,20*log(abs(H))) grid,xlabel("ww"),ylabel("dB")
subplot(2,1,2),semilogx(ww,angle(H)) grid,xlabel("ww"), ylabel("angle(H)")
运行结果为： （a）线性频率特性
10.8
angle(H
)
0.60.40.2
ww
angle(H)
-0.5
-1
-1.5
ww
自强弘毅求是拓新
（b）对数频率特性
dB
10
ww
angle(H)
10
ww
2、频率响应：二阶低通电路 令H0=1，画出Q=
11,的幅频相频响应，当
成为最平幅度特性，32
即在通带内其幅频特性最为平坦。 编写的程序如下：
clear,format compact
for Q=[1/3,1/2,1/sqrt(2),1,2,5] ww=logspace(-1,1,50);
H=1./(1+j*ww/Q+(j*ww).^2); figure(1)
subplot(2,1,1),plot(ww,abs(H)),hold on subplot(2,1,2),plot(ww,angle(H)),hold on figure(2)
subplot(2,1,1),semilogx(ww,20*log10(abs(H))),hold on subplot(2,1,2),semilogx(ww,angle(H)),hold on end
figure(1),subplot(2,1,1),grid,xlabel("w"),ylabel("abs(H)") subplot(2,1,2),grid,xlabel("w"),ylabel("angle(H))")
figure(2),subplot(2,1,1),grid,xlabel("w"),ylabel("abs(H)") subplot(2,1,2),grid,xlabel("w"),ylabel("angle(H)")
运行结果为：
自强弘毅求是拓新
6
abs(H)
4
2
01234
5w
678910
0-1
angle(H))
-2-3-4
01234
5w
678910
(a)线性频率响应
200
abs(H)
-20-40-60
10
1
10w
10
0-1
angle(H)
-2-3-410
1
10w
10
(b)对数频率响应
自强弘毅求是拓新
3、频率响应：二阶带通电路
图6-5是互耦的串联和并联谐振电路，其频率响应函数为：
H(jw)=
H0
，
?wnw?
1?jQ??
wn??w?
+
+
I2
U1-
U2
-
（a）串联谐振电路（b）并联谐振电路
各电路的参数分别为
?
?
H(jw)=
I2
?
H(jw)=
U2
?
U1I1
wn
Q?
2
?
1LC
wn
2
?
1LC
WnLWnC
Q??WnCR RG11H0??R RG
H0?
令H0=1，画出Q=5,10,20,50,100的复频和相频响应。
复频响应若用增益表示为G(w)=20log|H(jw)|,相频响应?(w)=angle|H(jw)| 横坐标用对数坐标取
W
=0.1，,,,1，,,,10 Wn
取Q=5,10,20,50,100，作图。编写的MATLAB程序如下：
clear,format compact H0=1;wn=1;
for Q=[5,10,20,50,100] w=logspace(-1,1,50);
H=H0./(1+j*Q*(w./wn-wn./w)); figure(1)
subplot(2,1,1),plot(w,abs(H)),grid,hold on subplot(2,1,2),plot(w,angle(H)),grid,hold on figure(2)
自强弘毅求是拓新
subplot(2,1,1),semilogx(w,20*log10(abs(H))),grid,hold on subplot(2,1,2),semilogx(w,angle(H)),grid,hold on end
执行结果如下： （a）线性频率特性
10.8
0.60.40.200
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
21
0-1-2
012345678910
（b）对数频率特性
-20
-40
-60
10
210-1-210
10
10
1
10
10
1
自强弘毅求是拓新
4、复杂谐振电路的计算
具体的要求见实验课本，本题的MATLAB程序以及执行结果如下： MATLAB程序：
clear,format compact
R1=2;R2=3;L1=0.75e-3;L2=0.25e-3;C=1000e-12;Rs=28200; L=L1+L2;R=R1+R2; Rse=Rs*(L/L1)^2
f0=1/(2*pi*sqrt(C*L)) Q0=sqrt(L/C)/R,R0=L/C/R; Re=R0*Rse/(R0+Rse) Q=Q0*Re/R0,B=f0/Q s=log10(f0);
f=logspace(s-.1,s+.1,501);w=2*pi*f; z1e=R1+j*w*L;z2e=R2+1./(j*w*C); ze=1./(1./z1e+1./z2e+1./Rse);
subplot(2,1,1),loglog(w,abs(ze)),grid
axis([min(w),max(w),0.9*min(abs(ze)),1.1*max(abs(ze))]) subplot(2,1,2),semilogx(w,angle(ze)*180/pi) axis([min(w),max(w),-100,100]),grid
fh=w(find(abs(1./(1./z1e+1./z2e))>50000))/2/pi; fhmin=min(fh),fhmax=max(fh)
执行结果：Rse =
5.0133e+004 f0 =
1.5915e+005 Q0 = 200 Re =
4.0085e+004 Q =
40.0853 B =
3.9704e+003 fhmin =
1.5770e+005 fhmax =
1.6063e+005
自强弘毅求是拓新
10
10
10
实验心得：本次实验虽然没有具体的实验内容，但是通过一个个例子，我基本了解到了频率响应的实质，对频率响应加深了认识，这对以后的学习具有十分重要的意义。
实验七 simulink仿真交流电路
一、 实验目的
1、 了解simulink模块的使用 2、 学习simpowersystem模块的使用
二、预习要求
1.复习实验相关理论。
2.查阅相关资料了解simulink模块的使用。
三、实验内容
1.正弦交流电路如图7-3所示，（w=1000rad/s），试求电流I1和I2。
自强弘毅求是拓新
6?300V
I2
2Ω
I1
图7-3
通过stimulink模块做的仿真模型和仿真结果如下：
自强弘毅求是拓新
2.分析正弦稳态电路。
电路如图7-4所示，参数已标在图中，利用powergui分析电路。
j0.5Ω
-j1Ω
图7-4 电路图
仿真模型和仿真结果如下：
自强弘毅求是拓新
3.电路如图7-5所示，元件参数已标在图中，开关S在t=0时从1处置向2处，观察电容电压和电流的波形。
+
-
仿真模型如下：
自强弘毅求是拓新
范文十：电路仿真实验报告
大连理工大学实验报告学院（系）：材料科学与工程学院 专业：材料类 班级：材料1105
姓 名： 谢 夏 芬 学号：201165021
实验时间： 第7周 星期二第5/6节 实验室：综合楼116 实验台：008
指导教师签字： 成绩： 实验名称: PSpice电路仿真实验报告
一、实验目的和要求
1.通过实验了解并掌握PSpice软件的运用方法，以及电路仿真的基本方法。
2.学会用电路仿真的方法分析各种电路。
3.通过电路仿真的方法验证所学的各种电路基础定律，并了解各种电路的特性。
二、实验原理和内容
PSpice是主要用于集成电路的分析程序，PSpice起初用在大规模电子计算机上进行仿真分析，
后来推出了能在PC上运行的PSpice软件。PSpice5.0以上版本是基于windows操作环境。PSpice软件的主要用途是用于仿真设计：在实际制作电路之前，先进行计算机模拟，可根据模拟运行结果修改和优化电路设计，测试各种性能，不必涉及实际元器件及测试设备。
三、预习要求及思考题
对于简单的电阻电路，用PSpice软件进行电路的仿真分析时，先要在capture环境（即Schematics
程序）下画出电路图，然后调用分析模块、选择分析模型，就可以“自动“进行电路分析了。PSpice软件是采用节点电压法求电压的，因此，在绘制电路图时，一定要有零点（即接地点）。同时，要用电路基础理论中的方法列电路方程，求解电路中各个电压和电流。与仿真结果进行对比分析。
四、主要仪器设备
五、实验步骤与操作方法：
题1：试分析下图电路中电阻中的电流和电压。
1、建立电路：启Capture CIS Lite Edition，点击Create document(将Browse设定为F盘，并新建文
件夹dianxueshiyan)新建工程xiexiafen,点击OK，选择Create a blank pro。由于已添加元件
常用库，就不再说明添加过程。在相应的库中分别选取电压源VDC，电阻R以及IDC,添
加元器件。点击Place ground选取GND/CAPSYM以放置节点（每个电路必须有一个零节
点）。移动元器件到适当位置，点击Place/Wire将电路连接起来；双击元器件或相应参数
修改名称和值；
2、仿真：点击PSpice/New Simulation Profile,输入名称：在弹出的窗口中选中Bias Point，确定。
点击运行程序。
3、实验得分析：
IR=2A, UR=1V
题 2：用叠加定理求图中的电流I1和I2.
1、建立电路：启Capture CIS Lite Edition，点击Create document(将Browse设定为F盘，并新建文
件夹dianxueshiyan)新建工程xiexiafen,点击OK，选择Create a blank pro。由于已添加元件
常用库，就不再说明添加过程。在相应的库中分别选取电流源IDC，电阻R, 添加元器件。
点击Place ground选取GND/CAPSYM以放置节点（每个电路必须有一个零节点）。移动
元器件到适当位置，点击Place/Wire将电路连接起来；双击元器件或相应参数修改名称和
值；
2、仿真：点击PSpice/New Simulation Profile,输入名称：在弹出的窗口中选中Bias Point，确定点击 运行程序。
3、建立电路：再次启动Capture CIS Lite Edition，点击Create document(将Browse设定为F盘，并在文件夹dianxueshiyan下新建工程xiexiafen2,点击OK，选择Create a blank pro。由于已添加元件常用库，就不再说明添加过程。在相应的库中分别选取电压源VDC，电阻R, 添加元器件。点击Place ground选取GND/CAPSYM以放置节点（每个电路必须有一个零节点）。移动元器件到适当位置，点击Place/Wire将电路连接起来；双击元器件或相应参数修改名称和值；
4、仿真：点击PSpice/New Simulation Profile,输入名称：在弹出的窗口中选中Bias Point，确定点击运行程序。
5、实验结论：I1’=3A, I2’=2A
I1’’=I2’’=2A
I1=I1’+I1’’=5A
I2=I2’+I2’’=4A
六、心得体会：
本次试实验我是在同学的帮助下才完成的，特别感谢同学给予的帮助。通过对软件的熟悉和做题实践，我初步掌握了电路仿真软件PSpice的各项功能和操作方法。PSpice软件为我们在以后电工学的学习和电工学习题的完成提供了另一种方便快捷的途径，使我们的学习更为轻松有效。由于是初次接触该软件，在做题的过程中遇到了很多不懂的问题和挫折，在和同学讨论交流之后仍然不甚了解，最后我请我们班一个特别厉害的同学帮忙，我在他的协助下完成了实验。在这个过程中不但掌握了该软件的一些使用方法，而且学会了一种了要多与同学交流，多合作学习。总而言之，虽然
我做的题目很简单，但是通过实验我学到了很多关于电路仿真的知识，学会了如何更好的解决一些学习中的问题，收获颇丰。
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