理工大学电路计算机辅助分析实验报告

2) λ1=0.8；星形负载额定功率是P2=2.5kW，功率因数λ2=0.75.
a)计算负载每相等效阻抗、等效电阻和等效电感；
b)保持所有开关为接通状态，分析两种负载的线电流、总线电流和中线电流有效值，并把这些电流值作为参考；
c)S1断开，气态开关接通，定性分析哪些电流相对参考值会发生变化？用仿真结果加以验证;
3)该电路为前端一个平衡电桥后面接一个仪用放大器，平衡电桥提供电压差，在经过仪用放大器进行放大，仪用放大器的放大倍数K=-(1+2*R2/R1)=-6.6.输入端一端电压不变为U1=6V，另一端U2=12*Rsensor/R, Uo=K*(U1-U2)
从仿真结果来看与理论结果几乎一致，Uo不随RL的变化而改变，这是因为运放的输出阻抗很小只有几十欧姆，远小于负载阻抗RL，所以RL的变化对输出无影响。但当RL很小如20Ω，Rsensor=110Ω时，仿真输出只有812.172mV<1.8857V这是RL有很大影响。
3)设Us=us=12Vcos（wt）+3Vcos（3wt），计算负载电压的有效值Uo。
4)定义网络函数H（jw）=Uo/Us，绘制H（jw）的幅频特性，分析截止频率和带宽
（3）仿真结果与分析
L=1e-3;Rl=0.1;C=4.7e-6;Gc=1e-3;Ro=100000;
w=2*pi*1000;
Us=6*1.414;
支路源电压向量：Us=[0;0;0;0;0;-24];
支路源电流向量：Is=[0;0;0;0;0;0];
列写节点电压方程：
Yn=A*Yb*A'
Isn=A*Yb*Us-A*Is
Un=inv(Yn)*Isn
U=A'*Un
I=Yb*U-Yb*Us+Is
解得：
节点电压：Un =[9.6398,1.5301,-14.0771];
d)S2断开，其他电源接通，定性分析哪些电流相对参考值会发生变化？用仿真加以验证；
e)S3断开，气态开关接通，定性分析哪些电流相对参考值会发生变化？用仿真加以证明；
f)S0、S1和S2断开，其他接通，定性分析那些电流相对参考值会发生变化？用仿真加以验证。总结中线作用。
3.仿真结果与分析
（a）
在不同频率时，三个喇叭的响应不同，Speaker1是低频喇叭，Speaker2是中频喇叭，Speaker3是高频喇叭，低频时Speaker1感抗很小，Speaker1功率高；中频时Speaker2开始串联谐振，阻抗很小，Speaker2功率高；高频时Speaker2容抗很小，Speaker3功率高，三个喇叭相应不同的频率，使不同频率的声音信号都有很好的响应。
2)设周期性输入电压波形如图3.2所示，t=0是突然事假到RC电路。图中周期T1=0.6ms U1=12V,U2=-11V。绘制输出电压u2的响应曲线。
（3）仿真结果与分析
初始U=-1V，稳态值U=[1+12cos(wt)]V,按照以上迭代关系，从U=-1V开始迭代，依次求出从初始过渡到稳态时的所有数值，绘制曲线关系如图：
整体趋势是Uc从-1V积分到+1V，在这条曲线上叠加余弦信号，所以是震荡着过度到稳态过程。
1)这一问和第一问一样，只是初始状态不变，前0.6毫秒Us=12V，之后变为-11V，所以电容为先充电，再放电，图像先上去，在下来，最后稳定在-11V
（4）个人体会与总结
本次试验较前两次略难，主要是本次实验采用了迭代法，这个是以前没有用过的方式，而且还需要提前把电路的关系弄清楚，列写出电路的状态方正，提前预想出最终图像的结果，再通过仿真来验证自己的预想结果，只要掌握了该电路的原理，并列写出状态方程，本次试验还是比较容易的。
（3）仿真结果与分析
列出关联矩阵：A=[1 0 1 0 0 -1;-1 1 0 0 1 0;0 -1 0 -1 0 1];
R3=60/400;G3=1/R3;G4=1/800;G5=1/R5;G6=1/5;
列出导纳矩阵：Yb=[G1 0 0 0 0 0;0 G2 0 0 0 0;0 0 G3 0 0 0;0 0 0 G4 0 0;0 0 0 0 G5 0;0 0 0 0 0 G6];
图1.1所示电桥电路，在测量和控制技术中得到广泛应用。本仿真要求完成下列任务：
（1）给定下列参数：R1=200Ω，R2=400Ω，R3=600Ω，R4=800Ω，R5=1000Ω，Rs=5Ω，Us=24V。用网络的凸轮分析方法和MATLAB编写电路的节点电压法分析程序，计算出全部节点电压、支路电压与支路电流。
4.个人体会与总结
本次试验内容较多，但都是基本的内容，加法器，DAC数模转换器，平衡电桥与仪用放大器的仿真，内容简单，本身以前接触过Multisim，对Multisim有一定的了解，所以仿真起来更为容易，连接电路很快就能完成，之后就是计算并比较理论与仿真的结果，通过仿真对这些电路的了解更加深刻，理解也更加全面。
仿真三、线性线路暂态响应的MATLAB辅助分析
（1）仿真目的
1.掌握微分方程数值分析法的原理。
2.掌握RC积分电路的工作原理和工作条件。
（2）仿真任务
图3.1是RC积分电路，在低通滤波和相位矫正中得到广泛应用。
1)给定下列参数：us=[1+12cos（wt）]ε(t)V，w=2πf,f=1000Hz,R1=1000Ω，C=5uF，uc(0_)=-1V，负载电阻R2=10^5Ω.列出电路的微分方程，用教材14.7节介绍的方法进行数值计算，绘制输出电压u2全响应波形。
Z1=j*w*L+Rl;
Z2=1000/(1+1000*j*w*C);
Z3=Ro;
用总电压除以总阻抗即可求出总电流，在根据电流的分流关系，即可以此求出各支路电流。
i1 =0.0140 + 0.3074i
i2 = 0.0011 - 0.0338i
i3 = -0.0010 + 0.0338i
i4 =1.0414e-04 - 1.1889e-06i
XX理工大学实验报告
电路计算机辅助分析
课程名称：电路计算机辅助分析
学院（系）：电气
专业：电气工程及其自动化
班级：
学号：
学生姓名：
仿真一、线性直流电路的MATLAB辅助分析
（1）仿真目的
（1）学会运用网络的图论分析方法列些电路方程。
（2）掌握运用MATLAB吧语言编写电路分析程序的方法。
（2）仿真任务
3.图4.3是测量技术中使用的信号放大器，其中Rsensor是敏感电阻，例如光敏电阻、热敏电阻等。给定下列参数：R=100Ω，R1=20kΩ，R2=R3=56kΩ，R4=R5=R6=R7=47kΩ，RL=98kΩ。（a）分析党Rsensor=R是的输出电压；（b）分析当敏感电阻变化10%即Rsensor=R±R×10%时的输出电压；（c）在Rsensor=R±R×10%条件下，分析当负载电阻变化20%即RL′=RL±RL×20%时的输出电压。
3.仿真结果与分析
1)比较器放大倍数为-10倍，即输出电压Uo=10*（u1+u2+u3）；
（a）理论输出：-1.5V 仿真输出：-1.505V
（b）理论输出：-1.1V 仿真输出：-1.105V
仿真结果与预期结果几乎一致。
2)该电路为4为D/A转换器，输出Vo=输入数字量*Us/16。
仿真结果与预期结果几乎一致。
仿真二、正弦交流电路的MATLAB辅助分析
（1）仿真目的
1.巩固正弦交流电路、非正弦电流电路和频率特性的有关概念。
2.学习绘制滤波器的频率特性。
（2）仿真任务
图2.1是在电气工程和电子工程中常用的LC二姐低通滤波器，其中考虑了电感的等效串联寄生电阻RL和电容的等效并联漏导Gc。Ro是输出端所接负载的等效电阻。
1)给定下列参数：L=1mH，RL=0.1Ω，C=4.7uF，Gc=0.001S，Ro=100kΩ，
Us=12cos（wt）V，w=2πf，f=1000Hz.用MATLAB计算图中所标电流的有效值和初相位。
2)计算电源提供的复功率S~，滤波器连同负载的等效功率因数λ，从电源端看进去的等效复阻抗Zeq。
RL=40kΩ,分析当输入电压为下列组合是的输出电压，并与理想值加以比较：（a）u1=100mv，u2=0，u3=50mv;(b)u1=-100mv，u2=200，u3=10mv
2.图4.2是R-2R型数字量到模拟量转换器（DAC），图中的单刀双掷开关是有电子开关器件组成的电子开关，由输入的数字量控制，数字位为1时，与左侧基准电源Us接通，为0时，与右侧地电位接通。设输入的二进值数分别是：(a) 1001;(b) 1100;(c) 0110 (d) 0011 ,分别测量对应的输出电压Uo。
i5 =0.0139 + 0.3074i
1)复功率=Us^2/(2*Zeq)=0.1191 + 2.6089i；Zeq=Z1+Z2//Z3;
功率因数=0.1191/2.6089=0.0456；
2)由于Us有两个频率的输入波形，需要分开来算最后叠加在一起。可采用分压的方法求出两种电源波形对应的Uo1与Uo2，由于Uo1与Uo2频率不同，求有效值Uo时是Uo1与Uo2幅值的有效值的平方和的一半再开根号。
得：
dU1 =-179988/9840769；
dU2 =-50232/9840769；
（4）个人体会与总结
初次使用MATLAB不习惯他的编程方式，而且电路知识有少许遗忘，于是就把书看了一遍，当时上课讲的就是说关联矩阵就是为了能让计算机计算才产生的，还不是特别了解，尤其是广义支路法，通过这次仿真更加理解了使用广义支路以及关联矩阵采用节点电压法便可解决各种线性直流电路，利用计算机的计算能力，甚至可以处理庞大的电路。
仿真五、交流稳态电路的Multisim辅助分析