电路计算机辅助分析实验报告

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由上得wl=28.33,对于所选50Hz电源,w=2 f=100 ,则电感选取90.177mH,电阻选取32.58Ω。
对于三角形连接:
λ=cos(Φ)= =0.8 Z=
计算过程同星形连接,则电感选取330.94mH,电阻选取138.623Ω。
3.仿真结果与分析
1)
(a)
表 5.1
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。
功率因数λ=0.0456;从电源端看进去的等效复阻抗Zeq=1.2568 -27.5400i;
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再开根号。
由MATLAB计算的Uo=10.8864V;
2.掌握电压、电流的测量方法。
3.巩固线性直流电路的基本知识。
4.加深对加法放大器、仪器放大器、D/A转换器的理解。
2.
仿真任务一
如图4.1所示为加法器电路。利用虚短及虚短的概念,即同、反相输入电压相等,if=i,写出输入端节点电流方程为
i1+i2+i3=i=if
即 =-
由此可得Vo=
由次,即可实现反相加法的功能
(2)
根据图3.1及图3.2可以列出电路的微分方程为
=C
根据梯形法所得的递推公式
即可写出电路的迭代方程。
则 = =>
= ]
由上即可得出所需要的电路Matlab程序。
(3)仿真结果与分析
1)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3.3所示
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];
(2)本次实验是我第一次对Matlab的实际应用,上手之后一开始无从下手,但是经过对教材及指导书的研究于是慢慢找到了感觉。Matlab作为一种简洁的程序语言可以替代人工的计算,并且能够迅速给出各参量的特性曲线,十分方便,准确性高。
仿真二、正弦交流电路的
(1)
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。
图 3.4
(4)个人体会与总结
(1)本次实验的难点在于对电路微分方程的列写即电路迭代方程的推导,一定要准确无误的写出微分方程及迭代方程才能得到正确的结果。在这两个问题解决过后,比较麻烦的就是迭代的步长与采样点的选取,总之难度较前几次比较大。而当仿真结果出来之后,可以直观的看到RC积分电路的工作,对RC积分电路也有了一个更加深刻的认识。
图 1.1.1
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
=-0.0183 =-0.0051
(4)个人体会与总结
(1)本次实验增进了我对网络的图论的分析方法的认识,同时自己动手,验证了特勒根定理的正确性,并且在实验中学会了利用Matlab求方程的微分,还学会了用Matlab绘制简单的函数曲线,在曲线中还可以直接直观的读出参数变化中的各个量的具体数值,十分方便,可谓受益匪浅。
4.个人体会与总结
(1)本次实验让我对音频扬声器系统有了一个更深的认识与理解,波形在一定误差范围内会出现小幅度失真,并且在不同输入,不同频率的输入信号也对输出波形有一定的影响。而在三相电路的仿真中,出现了很多错误,不过在仔细的更正参数以及电路自查之后出现了满意的结果,自己对于三相电路也有了更深入的了解,实践了学习的理论知识,受益匪浅。
当开关1单独作用时
图4.2.1
当开关2单独作用时
图4.2.2
可得输入电压表达式Vi=
则由左图可知电路的模拟输出电压为
图4.2.3
由于A节点前存在2R电阻,则
由上式可得题所求四种模拟量下的理论值(见表4.4)
仿真任务三
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);
当u1=100mv,u2=0,u3=50mv时,Vo理论值由上式可求出为-1.5v
当u1=-100mv,u2=200mv,u3=10mv时,Vo理论值由上式可求出为-1.1v
仿真任务二
为了便于分析,将开关从左至右编号为1、2、3、4,将开关1上方节点视为A节点其余依次为B、C、D)。用戴维南定理,把各位数字量单独作用在A点的等效电路推到出来,然后叠加,即可得到输出电压Vo的表达式如下图4.2.1~4.2.2所示(例举两位数字量为例)
(b)
图5.4图5.5
在不同频率时电路总电流峰峰值有所不同,但整体上相差不大,1kHz方波时电流波形图见图5.4,电流峰峰值为1.21A;10kHz时,电流波形图5.5,电流峰峰值为1.03A。
2)
a)
b)
c)
d)
e)
f)
上述各电流值见表5.2、表5.3及表5.4所示
表5.2
表5.3
表5.4
S1断开,i1A、i1C由线电流变为相电流;同理S0、S1、S2断开,i1A、i1C由线电流变为相电流。由以上结果可知,中线不仅可以检察每一相电路的故障,还可以测试三相的平衡性。当平衡遭到破坏时,中线能起到平衡电流的作用。
(2)同时,本次实验仿真进一步帮助我更好的运用Matlab的plot()函数,在原有的Matlab运用基础上增长了经验,使我能够运用Matlab研究更多的电路,进行更多的电路仿真与实验,受益匪浅。
仿真三、线性线路暂态响应的
(1)
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)本次仿真实验主要运用的是Multisim,这个软件从整体上用起来非常顺手,易上手,好操作,对于仿真的结果也显示的比较精确,合理的运用好Multisim就可以避免在实验中走弯路,还能节省实验经费,一举多得。
仿真五、交流稳态电路的
1.
1.学习电路仿真软件Multisim的功能和操作方法
2.巩固正弦交流电路阻抗、功率、相位等概念;熟悉三相电路三角形接法和星形接法。
4)改变频率使其从1开始逐渐增加,绘制H随W的变化曲线如图2.2所示
图 2.2
截止频率为H衰减3dB的时候对应的频率,也就是峰值的0.707倍,从图中可以找出H(jw)的截止频率为2396Hz与2246Hz,则可求出相应的带宽为50Hz;
(4)个人体会与总结
(1)本次实验让我对正弦交流电路的相量有了一个全面而深刻的认知,使我对于阻抗的应用更加得心应手,同时,借助Matlab,我很清晰直观的看到了网络函数的输出波形,对于我加深对电路理论知识的认识有了很大的提高和帮助。通过对电路的分析,我了解了滤波电路只允许特定的频率的波通过,而当电路中输入频率不同的两种信号时,则应运用叠加原理,分别计算然后叠加。
大连
电路计算机辅助分析
课程名称:电路计算机Байду номын сангаас助分析与设计
学部(学院):电子信息与电气工程学部
专业:电气工程及其自动化
班级:电气1301
学号:
学生姓名:
仿真一、线性直流电路的
(1)
(1)学会运用网络的图论分析方法列写电路方程。
(2)掌握运用MATLAB语言编写电路分析程序的方法。
(2)
由题图可画出网络的图如图1.1.1所示,由图可列出关联矩阵并计算相关参量。
3.理解音频扬声器系统的工作原理;加深对故障条件下三相电路规律的认识
2.
仿真任务一
根据左图5.1所示连接仿真电路,并按照图5.2更换输入电压源,可得到相应波形如结果所示
仿真任务二
电路右侧属于星形连接,下方属于三角形连接
对于星形连接:
λ=cos(Φ)= =0.75 Z=
则可求出所需阻抗为 41.4 Ω=(32.58+j28.33)Ω
(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)仿真结果如下
表4.4.1
仿真结果与预期结果几乎一致。
3)该电路为前端一个平衡电桥后面接一个放大器,平衡电桥提压差,在经过放大器进行放大,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+Rsensor), Uo=K*(U1-U2)。所得结果如表4.4.2所示
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)第二问基础上可求出最大功率与电阻R5的关系表达式为P=(36864*R5)/(25*(17*R5+ 8096)^2,用ezplot函数可求得函数图像(如图1.1.2所示),由图读得最大功P=0.002678R5=480Ω
图3.3
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。(在这其中可不断调整步长以及采样点的个数,来使所得图像达到最清晰的状态,图3.3即为所求u2的比较理想的曲线)
2)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,其波形如图3.4所示:
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=-2.8816e-013≈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。
(2)本次实验进一步的加强了我对Matlab的使用熟练程度,尤其在循环的使用及画图函数的应用。同时我发现,在画图阶段,一定要对步长以及采样点的数量有一个较好的把握才能得到比较理想的曲线。并且,本次实验也让我对于语言准确性的把握上也有了进一步的提高,可谓受益匪浅。
仿真四、线性直流电路的
1.
1.了解电路仿真软件包Multisim的功能和操作方法。
i1 =0.0140 + 0.3075i
i2 = 0.0104- 0.0338i
i3 =0.0035+ 0.3076i
i4 =0.0139- 1.1889e-06i
i5 =0.0139 + 0.3074i
各电流有效值及其初相位如表2.1所示
表2.1
2)复功率=电源电压与电流的乘积,即S=0.1191 + 2.6089i
2.学习绘制滤波器的频率特性。
(2)
由图可知,可将电路各部分用复阻抗的形式表示出来,求出总电流,再用分流公式即可求出各支路电流
(3)仿真结果与分析
1)Ro=100000;L=0.001;C=4.7e-6;Gc=0.001;f1=1000;Rl=0.1;w1=2* *f1;us1=12/ ;
用总电压除以总阻抗即可求出总电流i1,在根据电流的分流关系,即可以此求出各支路电流。
表4.4.2
由上表可知,从仿真结果来看,理论值与实际值相差不大,输出不随负载变化而改变。其原因是运放的输出阻抗很小只有几十欧姆,远小于负载阻抗RL,所以相对负载来说可以忽略(即RL的变化对输出无影响),但当负载取较小的值时,输出会出现较大的误差。
4.个人体会与总结
(1)本次实验让我对加法器电路有了更深入的了解,并且对常用运放有了一个整体上的认识。运用模电虚短、虚断的概念能够很方便的设计出加法器电路。在实验中,对数字电路中学到的DAC也进行了简单的仿真实验,对DAC的工作原理也有了更进一步的了解。同时,信号放大器的实验加深了我对运放的认识,同时复习了平衡电桥的相关知识,受益匪浅。
(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];
G1=1/200; G2=1/400; G3=1/600; G4=1/800;G5=1/1000; 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];
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