电路计算机辅助设计
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仿真实验二
一阶电路暂态响应
1.仿真实验目的：
（1）对一阶电路暂态响应进行更加深入的了解
（2）学会分析和计算一阶电路暂态响应
（3）学会使用Multisim对一阶电路暂态响应进行仿真
2.一阶电路暂态响应分析
例：电路如图2-1所示， ， , , ,电容 ，开关 闭合前电路已达到稳定，求 时，求电压 的零状态响应、零输入响应和全响应。
又：
当 >0时：
又：
解得:
故：
3．二阶电路动态响应仿真模拟验证
仿真电路图如图3-2所示：
图3-2
，示波器输出波形如图3-3所示：
图3-3
，示波器输出波形如图3-4所示：
图3-4
，示波器输出波形如图3-5所示：
图3-5
4.仿真结果分析
图3-3、3-4、3-5表现出来的电容电压的变化趋势与上述理论计算中不同 值对应的电容电压 表达式相吻合，仿真效果良好。
（1）了解二端口网络的概念
（2）学会分析和求解二端口网络
（3）学会分析和求解二端口网络的级联
（4）学会使用Multisim对二端口网络进行仿真
2.二端口网络级联分析
例：如图4-1所示两个无源二端口按级联方式连接构成符合二端口，二端口内部组成如图4-2,图4-2所示，请求出 ， 的传输参数以及符合二端口的传输参数。
设置输入/输出变量如图5-4所示：
图5-4
1点、极点分析结果如图5-5所示：
图5-5
4.仿真结果分析
如图5-5所示，仿真实验得到的零点、极点数据与上述理论计算得到的数据相同，仿真效果良好，成功的验证了理论计算的正确性。
5.总结
仿真实验六
非线性电路分析及仿真
1.仿真实验目的：
（1）了解三极管的一般工作原理
仿真实验三
二阶电路动态响应及其特点
1.仿真实验目的：
（1）了解二阶电路响应的三种（欠阻尼、过阻尼及临界阻尼）的特点；
（2）学会使用Multisim对二阶电路动态响应进行仿真。
2.二阶电路动态响应分析
例：电路如图3-1所示， ， ， ， <0时，开关 断开， 时，开关 闭合，求当 >0时， ， ，电容 两
图2-1
解：如图2-2所示：
图2-2
设通过 、 的电流为 、 。
对结点 使用基尔霍夫电流定律得：
又：
带入数据可得：
再对结点 使用基尔霍夫电流定律：
由天0
又：
带入数据求得：
开关闭合后：
可求得：
用外施电源法可算得：
零输入响应：
全响应：
3．一阶电路暂态响应仿真模拟验证
一阶电路暂态响应仿真实验图如图2-3所示：
图2-3
开关断开时电压表示数如图2-4所示：
图2-4
开关闭合后，经过一段时间，电压表读数如图2-5所示：
图2-5
为了更加清晰反映电容两端电压的变化，使用示波器将电容两端电压的变化表示出来，如图2-6所示：
图2-6
4.仿真结果分析
图2-4、图2-5所示读数与上述理论计算值相同，示波器输出的波形较好的反映了电容两端电压的变化，仿真效果良好
3．正弦电路仿真模拟验证
正弦仿真电路如图1-2所示：
图1-2
各表读数如下图1-3所示：
图1-3
示波器波形显示如图1-4所示：
图1-4
4.仿真结果分析
上图显示的电压表、电流表、功率表测得的电路的各项数值与计算值近似，但有些许误差，这与电感、电容均取的是约值有关。
5.实验小结
在设计仿真电路时，要注意题目中所给的值不是有效值，因此导致一开始犯了该错误使得仿真电路的误差值特别的大。而第二次的仿真得到的数据与理论计算大致相同，误差可能是由于电感、电容取的都是约值有关，并且示波器等仪器本身也存在内阻造成的。在仿真过程中我也遇到一些问题，在一次谐波和二次谐波共同作用的时候，电流表、电压表、功率表的读数十分不稳定，经过反复测试并且询问老师之后，我将直流、一次谐波、二次谐波单独作用下的功率表读数分别测出并相加再次验证，得出了总的有功功率。
仿真实验一
非正弦周期电路仿真
1.仿真实验目的：
（1）验证非正弦周期电路的性质。
（2）深入电路中个器件在非正弦周期电路下的工作状态。
（3）掌握使用Multisim进行仿真实验。
2、非正弦电路理论分析
例：图1-1所示对称三相电源电路，已知 ， ， ， ， ，求：各相电流 、百度文库、 以及中线电流 的有效值大小。
仿真得到的数据经过处理与上述理论部分计算得的的数值几乎相同，成功验证了二端口网络级联的传输参数与二端口参数之间的关系，仿真效果良好。
5.总结
仿真实验五
网络函数分析及仿真
1.仿真实验目的：
（1）了解网络函数性质和特点
（2）学会分析和计算极点和零点
（3）学会使用Multisim对网络函数进行仿真
2.网络函数分析
（2）学会分析和计算存在三极管的电路
（3）学会使用Multisim仿真含三极管电路
2.非线性电路分析
例：已知图6-1所示电路中， ， ， ， ， ， ， 的 ， 。设电容 、 对交流信号可视为短路。试估算出静态电流 、 和电压 并计算 。
图6-1
解：
小型号等效电路如图6-2所示：
图6-2
3.非线性电路仿真模拟验证
图4-6
对于 输出结果如下：
时，两表读数如图4-7所示：
图4-7
故
，两表读数如图4-8所示：
图4-8
对于 输出结果如下：
时，两表读数如图4-9所示：
图4-9
，两表读数如图4-10所示：
图4-10
对于级联网络
时，两表读数如图4-11所示：
图4-11
，两表读数如图4-12所示：
图4-12
4.仿真结果分析
图3-1
解：
当 时：
<0时，开关 断开。电容两端电压与 两端电压相同。
通过电感的电流为：
又：
当 >0时：
由于 >
又：
解得：
故：
当 时：
<0时，开关 断开。电容两端电压与 两端电压相同。
通过电感的电流为：
又：
当 >0时：
由于 =
又：
解得：
故：
当 时：
<0时，开关 断开。电容两端电压与 两端电压相同。
通过电感的电流为：
例：电路如图5-1所示，一无源低通滤波电路，已知元件参数分别为 ， ， ， ， ， ，激励电压为 ，试求的零点和极点。
图5-1
解：
图5-2
如图5-2所示，由回路电流方程得：
解得：
由分子多项式
则 的两个零点为：
借助MATLAB：
故：
的两个极点为：
3.网络函数仿真模拟验证
仿真实验图如图5-3所示：
图5-3
图4-1
：
图4-2
： 图4-3
解：
对 ：
列写结点电压方程如下：
整理得：
故：
对 ：
把2-2’端口短路，端口1-1’上外施电压 ，可得：
同理。把1-1’端口短路，在端口2-2‘上外施电压 ，可得：
故：
故：
3．二端口网络级联仿真模拟验证
仿真电路图如图4-4所示：
图4-4
仿真电路图如图4-5所示：
图4-5
级联仿真电路图如图4-6所示：
5.实验小结
通过本次实验，我对二阶电路的知识有了进一步的理解，特别是对于其临界阻尼、过阻尼、欠阻尼三种状态有了更深的体会，认识到电路具体处于什么状态要根据电路的实际情况具体问题具体分析，而不能按照书上的公式生搬硬套，相信本次试验对我今后的学习会有一定的积极作用。
仿真实验四
二端口网络级联分析及仿真
1.仿真实验目的：
5.实验小结
一阶RL电路理论计算与仿真结果符合，需要注意在开关闭合时，电感L相当于电流源，如果是电容的话，应该为电压源。在通过网孔法或者节点法计算出相应数值。通过仿真实验的示波器，我真切的看到了波形，并且可以与所列的方程以及求出的值进行比较，基本吻合，本次实验应注意开关应该断开让电路运行一段时间再闭合，这样才会有波形的变化。实验中我也遇到了不少的困难，由于电感选择数值可能过大的问题，导致示波器波形变化的十分缓慢，经过反复确认和查阅资料，重新调试示波器后这一问题得到了解决，在这个过程中，我也锻炼了自己的耐心和细心，更加熟练了multisim软件的使用，对一阶电路暂态响应的理解也加深了一层，感觉受益匪浅。
仿真电路如图6-3a、图6-3b所示：
图6-3a
图6-3b
各表读数如图6-4a、图6-4b所示：
图6-4a
图6-4b
故：
为了反映输出电压与输入电压的相位关系，接入示波器，示波器输出如图6-5所示：
图6-5
4.仿真结果分析
仿真实验得到的结果与理论计算得到的结果近似相同，仿真效果良好，成功验证了小信号模型的正确性。
5.总结
图1-1
三相电源为非正弦周期电压的对称电源，每相电源可相当于三个不同频率电源串联构成。按3个不同频率分别讨论。
基波分量电源作用时：
这三个电源为正序对称三相电源，由于各项负载为对称负载， ，中线电流
三次谐波作用时：
利用结点法可先求出中线电压
由此可得各相电流及中线电流分别为：
五次谐波作用时：
由于三相负载对称， ，
一阶电路暂态响应
1.仿真实验目的：
（1）对一阶电路暂态响应进行更加深入的了解
（2）学会分析和计算一阶电路暂态响应
（3）学会使用Multisim对一阶电路暂态响应进行仿真
2.一阶电路暂态响应分析
例：电路如图2-1所示， ， , , ,电容 ，开关 闭合前电路已达到稳定，求 时，求电压 的零状态响应、零输入响应和全响应。
又：
当 >0时：
又：
解得:
故：
3．二阶电路动态响应仿真模拟验证
仿真电路图如图3-2所示：
图3-2
，示波器输出波形如图3-3所示：
图3-3
，示波器输出波形如图3-4所示：
图3-4
，示波器输出波形如图3-5所示：
图3-5
4.仿真结果分析
图3-3、3-4、3-5表现出来的电容电压的变化趋势与上述理论计算中不同 值对应的电容电压 表达式相吻合，仿真效果良好。
（1）了解二端口网络的概念
（2）学会分析和求解二端口网络
（3）学会分析和求解二端口网络的级联
（4）学会使用Multisim对二端口网络进行仿真
2.二端口网络级联分析
例：如图4-1所示两个无源二端口按级联方式连接构成符合二端口，二端口内部组成如图4-2,图4-2所示，请求出 ， 的传输参数以及符合二端口的传输参数。
设置输入/输出变量如图5-4所示：
图5-4
1点、极点分析结果如图5-5所示：
图5-5
4.仿真结果分析
如图5-5所示，仿真实验得到的零点、极点数据与上述理论计算得到的数据相同，仿真效果良好，成功的验证了理论计算的正确性。
5.总结
仿真实验六
非线性电路分析及仿真
1.仿真实验目的：
（1）了解三极管的一般工作原理
仿真实验三
二阶电路动态响应及其特点
1.仿真实验目的：
（1）了解二阶电路响应的三种（欠阻尼、过阻尼及临界阻尼）的特点；
（2）学会使用Multisim对二阶电路动态响应进行仿真。
2.二阶电路动态响应分析
例：电路如图3-1所示， ， ， ， <0时，开关 断开， 时，开关 闭合，求当 >0时， ， ，电容 两
图2-1
解：如图2-2所示：
图2-2
设通过 、 的电流为 、 。
对结点 使用基尔霍夫电流定律得：
又：
带入数据可得：
再对结点 使用基尔霍夫电流定律：
由天0
又：
带入数据求得：
开关闭合后：
可求得：
用外施电源法可算得：
零输入响应：
全响应：
3．一阶电路暂态响应仿真模拟验证
一阶电路暂态响应仿真实验图如图2-3所示：
图2-3
开关断开时电压表示数如图2-4所示：
图2-4
开关闭合后，经过一段时间，电压表读数如图2-5所示：
图2-5
为了更加清晰反映电容两端电压的变化，使用示波器将电容两端电压的变化表示出来，如图2-6所示：
图2-6
4.仿真结果分析
图2-4、图2-5所示读数与上述理论计算值相同，示波器输出的波形较好的反映了电容两端电压的变化，仿真效果良好
3．正弦电路仿真模拟验证
正弦仿真电路如图1-2所示：
图1-2
各表读数如下图1-3所示：
图1-3
示波器波形显示如图1-4所示：
图1-4
4.仿真结果分析
上图显示的电压表、电流表、功率表测得的电路的各项数值与计算值近似，但有些许误差，这与电感、电容均取的是约值有关。
5.实验小结
在设计仿真电路时，要注意题目中所给的值不是有效值，因此导致一开始犯了该错误使得仿真电路的误差值特别的大。而第二次的仿真得到的数据与理论计算大致相同，误差可能是由于电感、电容取的都是约值有关，并且示波器等仪器本身也存在内阻造成的。在仿真过程中我也遇到一些问题，在一次谐波和二次谐波共同作用的时候，电流表、电压表、功率表的读数十分不稳定，经过反复测试并且询问老师之后，我将直流、一次谐波、二次谐波单独作用下的功率表读数分别测出并相加再次验证，得出了总的有功功率。
仿真实验一
非正弦周期电路仿真
1.仿真实验目的：
（1）验证非正弦周期电路的性质。
（2）深入电路中个器件在非正弦周期电路下的工作状态。
（3）掌握使用Multisim进行仿真实验。
2、非正弦电路理论分析
例：图1-1所示对称三相电源电路，已知 ， ， ， ， ，求：各相电流 、百度文库、 以及中线电流 的有效值大小。
仿真得到的数据经过处理与上述理论部分计算得的的数值几乎相同，成功验证了二端口网络级联的传输参数与二端口参数之间的关系，仿真效果良好。
5.总结
仿真实验五
网络函数分析及仿真
1.仿真实验目的：
（1）了解网络函数性质和特点
（2）学会分析和计算极点和零点
（3）学会使用Multisim对网络函数进行仿真
2.网络函数分析
（2）学会分析和计算存在三极管的电路
（3）学会使用Multisim仿真含三极管电路
2.非线性电路分析
例：已知图6-1所示电路中， ， ， ， ， ， ， 的 ， 。设电容 、 对交流信号可视为短路。试估算出静态电流 、 和电压 并计算 。
图6-1
解：
小型号等效电路如图6-2所示：
图6-2
3.非线性电路仿真模拟验证
图4-6
对于 输出结果如下：
时，两表读数如图4-7所示：
图4-7
故
，两表读数如图4-8所示：
图4-8
对于 输出结果如下：
时，两表读数如图4-9所示：
图4-9
，两表读数如图4-10所示：
图4-10
对于级联网络
时，两表读数如图4-11所示：
图4-11
，两表读数如图4-12所示：
图4-12
4.仿真结果分析
图3-1
解：
当 时：
<0时，开关 断开。电容两端电压与 两端电压相同。
通过电感的电流为：
又：
当 >0时：
由于 >
又：
解得：
故：
当 时：
<0时，开关 断开。电容两端电压与 两端电压相同。
通过电感的电流为：
又：
当 >0时：
由于 =
又：
解得：
故：
当 时：
<0时，开关 断开。电容两端电压与 两端电压相同。
通过电感的电流为：
例：电路如图5-1所示，一无源低通滤波电路，已知元件参数分别为 ， ， ， ， ， ，激励电压为 ，试求的零点和极点。
图5-1
解：
图5-2
如图5-2所示，由回路电流方程得：
解得：
由分子多项式
则 的两个零点为：
借助MATLAB：
故：
的两个极点为：
3.网络函数仿真模拟验证
仿真实验图如图5-3所示：
图5-3
图4-1
：
图4-2
： 图4-3
解：
对 ：
列写结点电压方程如下：
整理得：
故：
对 ：
把2-2’端口短路，端口1-1’上外施电压 ，可得：
同理。把1-1’端口短路，在端口2-2‘上外施电压 ，可得：
故：
故：
3．二端口网络级联仿真模拟验证
仿真电路图如图4-4所示：
图4-4
仿真电路图如图4-5所示：
图4-5
级联仿真电路图如图4-6所示：
5.实验小结
通过本次实验，我对二阶电路的知识有了进一步的理解，特别是对于其临界阻尼、过阻尼、欠阻尼三种状态有了更深的体会，认识到电路具体处于什么状态要根据电路的实际情况具体问题具体分析，而不能按照书上的公式生搬硬套，相信本次试验对我今后的学习会有一定的积极作用。
仿真实验四
二端口网络级联分析及仿真
1.仿真实验目的：
5.实验小结
一阶RL电路理论计算与仿真结果符合，需要注意在开关闭合时，电感L相当于电流源，如果是电容的话，应该为电压源。在通过网孔法或者节点法计算出相应数值。通过仿真实验的示波器，我真切的看到了波形，并且可以与所列的方程以及求出的值进行比较，基本吻合，本次实验应注意开关应该断开让电路运行一段时间再闭合，这样才会有波形的变化。实验中我也遇到了不少的困难，由于电感选择数值可能过大的问题，导致示波器波形变化的十分缓慢，经过反复确认和查阅资料，重新调试示波器后这一问题得到了解决，在这个过程中，我也锻炼了自己的耐心和细心，更加熟练了multisim软件的使用，对一阶电路暂态响应的理解也加深了一层，感觉受益匪浅。
仿真电路如图6-3a、图6-3b所示：
图6-3a
图6-3b
各表读数如图6-4a、图6-4b所示：
图6-4a
图6-4b
故：
为了反映输出电压与输入电压的相位关系，接入示波器，示波器输出如图6-5所示：
图6-5
4.仿真结果分析
仿真实验得到的结果与理论计算得到的结果近似相同，仿真效果良好，成功验证了小信号模型的正确性。
5.总结
图1-1
三相电源为非正弦周期电压的对称电源，每相电源可相当于三个不同频率电源串联构成。按3个不同频率分别讨论。
基波分量电源作用时：
这三个电源为正序对称三相电源，由于各项负载为对称负载， ，中线电流
三次谐波作用时：
利用结点法可先求出中线电压
由此可得各相电流及中线电流分别为：
五次谐波作用时：
由于三相负载对称， ，