电路计算机辅助分析实验报告

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

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。

（2）在上述计算结果的基础上，验证特勒根定理的正确性。

（3）舍电阻R3可以改变，其他条件不变，理论上R3应为何值，电桥处于平衡状态？用仿真方法验证结论。

（4）设R5可以在0到∞范围内变化，绘制R5消耗的功率与R5的关系曲线，找到获得最大功率的电阻R5级最大功率值。

（5）设R1、R4是随温度变化的热敏电阻，分析在条件（1）下，输出电压U5对R1和R$的灵敏度，及

（3）仿真结果与分析

1)

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=600;R5=1000;G1=1/200;G2=1/400;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];

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];

支路电压：U =[8.1097, 15.6073, 9.6398, 14.0771, 1.5301,

-23.7169];

支路电流：I =[ 0.0405, 0.0390, 0.0161, 0.0176, 0.0015,

0.0566];

2)由W=U*I= -2.8799e-13≈0；特勒根定理成立。

3)理论上R1/R2=R3/R4时，Un2=Un4=0V；此时电桥处于平衡状态此时

R3=400Ω。

MATLAB仿真令R3=1000Ω，每次减一，计算I5的电流，当I5的

电流为零时，电桥平衡，记录R3阻值为400Ω与理论结果一致。

4)做R5从0-5000每次加一，计算R5的功率，记录下来，每次比较

得到最大功率0.002678，R5=476Ω。

5) 分别设R1、R4为自变量，列写U5关于R1、R4的方程，求他们的导

数

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。

0500100015002000250030003500400045005000

0.5

1

1.5

2

2.5

3

x 10

-3

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。

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

1)

L=1e-3;Rl=0.1;C=4.7e-6;Gc=1e-3;Ro=100000;

w=2*pi*1000;

Us=6*1.414;

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

i5 =0.0139 + 0.3074i

2)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；

3)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。

由MATLAB计算的Uo=10.4164V；

4)H（jw）=Z2/Zeq;改变频率使其从1开始逐渐增加，绘制H随W

的变化曲线