电路原理课程大作业案例

电路原理A(2)课程大作业

说明：

1．选题：各位同学可自选自己感兴趣的电路问题进行研究。

2．要求：完成一份完整的报告，包括要研究的电路问题简介、理论分析、仿真内容、结果分析、结论和参考文献等（可参考学术期刊论文格式）。

3．独立完成。完成过程中可讨论，但每人必须自己独立完成分析、仿真和报告。

以下电路的例子可供参考。

例1文氏桥振荡电路

由文桥选频电路和同相比例器组成的正弦波发生器如图1所示。

（1）若取R1=15kΩ，试分析该振荡电路的起振条件（R f的取值）；

（2）仿真观察R f取不同值时，运放同相输入端和输出端的电压波形；

图1 由文桥选频电路和放大器组成正弦波发生器的电路原理图

（3）若在反馈回路中加入由二极管构成的非线性环节（如图2所示），仿真观察R2取不同值时，运放同相输入端和输出端的电压波形。

也可同时改变R f和R2的值。

图2 加入非线性环节的正弦波发生器的电路原理图

例2 直流－直流开关变换器

图1所示电路为一DC-DC Boost 变换器（DC-DC Boost Converter ）的主电路图。其中S 为一压控开关（在PSpice 中可用功率MOSFET ，如IRF150实现；或用压控开关Sbreak 实现），由固定频率周期性可调脉冲控制其导通和关断，设其脉冲控制信号的低电平为0V （关断），高电平为5V （导通）；D 为整流二极管。

建议仿真内容：

（1）设其脉冲控制信号的低电平为0V ，高电平为5V ，周期为20μs ，其中导通时间为8μs 。试对电路作瞬态仿真，观察输入电流i i 、开关两端电压u DS 、二极管两端电压u D 和输出电压u o 的波形，并分析其电压变换原理。

（2）改变控制脉冲的占空比，观察输出电压的变化情况。 （3）改变负载电阻R L ，观察输出电压u o 的变换情况。 （4）讨论当负载改变时，维持稳态输出电压不变的控制措施。

参考文献

蔡宣三，龚绍文. 高频功率电子学. 北京：科学出版社，1993：53-58.

U i +−u o 图1 i

例3 模拟计算机

图1和图2所示电路可用来求解二阶微分方程，称为模拟计算机。当微分方程已知，可设计相应的电路，然后通过实验测得所需求解的变量，从而得到微分方程的解。

图1和图2的电路中，分别给定两组参数：（1）1100k R =Ω，

218//100k //20k R R R ==ΩΩ；（2）11k R =Ω，218//1k //20k R R R ==ΩΩ。

建议分析内容：

（1）对模拟计算机电路1，列写以out u 为变量的微分方程，并求解。设1(0)0C u =，

2(0) 1.5V C u =。

（2）对模拟计算机电路2，列写以out u 为变量的微分方程，并求解。设1(0)0C u =，

2(0)0C u =。

（3）分别对模拟计算机电路1和模拟计算机电路2进行仿真，输出电压out u 的波形。

u out 图1 模拟计算机电路1

u out

图2 模拟计算机电路2

例4 三阶蔡氏电路（Chua’s Circuit ）

三阶蔡氏电路如图1所示，该电路在适当的条件下，可以出现混沌现象。其中NR 为压控型非线性电阻，其伏安特性如图2所示。该非线性电阻也被称为蔡氏二极管。蔡氏二极管可用含运算放大器的电路实现，如图3所示。

建议仿真内容：

（1）用直流扫描分析蔡氏二极管的伏安特性。已知R 1=3.3k Ω，R 2=22k Ω，R 3=22k Ω，R 4=2.2k Ω，R 5=220Ω，R 6=220Ω。

（2）R =1.6k Ω，L =18mH ，C 1=10nF ，C 2=100nF ，初值为零，蔡氏二极管按（1）中参数实现。仿真观察电容电压和电感电流的动态波形，以及此时电容电压u C 1和电感电流i L 的关系。

（3）改变电阻R 的值分别为1k Ω和2k Ω，其余条件仍按（2），仿真观察电容电压和电感电流的动态波形，以及此时电容电压u C 1和电感电流i L 的关系，并说明与（2）中结果的不同之处。

（4）改变电感电流的初值，或电容电压的初值，再仿真观察电容电压和电感电流的动态波形，以及此时电容电压u C 1和电感电流i L 的关系，并说明与（2）中结果的不同之处。

参考文献

常文利，王新新. 蔡氏电路的计算机仿真研究. 兰州铁道学院学报（自然科学版），2002，21(6)：17-20.

图2 蔡氏二极管的伏安特性 u NR +−

图1 蔡氏电路

i NR

图3 用运算放大器实现蔡氏二极管