Multisim电路仿真实验

Multisim电路仿真实验

一、实验目的

熟悉电路仿真软件Multisim的功能，掌握使用Multisim进行输入电路、分析电路和仪表测试的方法。

二、使用软件

NI Multisim student V12

三、实验内容

1.研究电压表内阻对测量结果的影响

输入如图1所示的电路图，在setting 中改变电压表的内阻，使其分别为200kΩ、5kΩ等，观察其读数的变化，研究电压表内阻对测量结果的影响。并分析说明仿真结果。

图1

实验结果：

【200kΩ】

图2【5k 】

图3

分析：

①根据图1电路分析，如果不考虑电压表内阻的影响，U10=R2V1/(R1+R2)=5V；

②根据图2，电压表内阻为200kΩ时，电压表示数U10=4.878V，相对误差|4.878-5|*100%/5=2.44%

③根据图3，电压表内阻为5kΩ时，电压表示数U10=2.5V，相对误差|2.5-5|*100%/5=50%

可以看出，电压表内阻对于测量结果有影响，分析原因，可知电压表具有分流作用，与R2并联后，R2’=1/（1/R1+1/R V）

因而，电压表内阻使得测量结果偏小，并且电压表内阻越小，误差越大；电压表内阻越大，误差越小；当R V>>R2时，U10’≈U10

2. RLC串联谐振研究

输入如图4的电路，调节信号源频率，使之低于、等于、高于谐振频率时，用示波器观察波形的相位关系，并测量谐振时的电流值。用波特图仪绘制幅频特性曲线和相频特性曲线，并使用光标测量谐振频率、带宽（测量光标初始位置在最左侧，可以用鼠标拖动。将鼠标对准光标，单击右键可以调出其弹出式菜单指令，利用这些指令可以将鼠标自动对准需要的座标位置）。

图4

实验结果：

【等于：f=159.155Hz】

图5：波形

图6：谐振时的电流

图7：幅频特性曲线

图8.1：测量带宽

图8.2：测量带宽

图9：相频特性曲线【小于：f=150Hz】

图10：波形【大于：f=200Hz】

图11：波形

分析：

a.根据图5波形，当信号源频率等于谐振频率f0=159.155Hz时，其中f0=1/（2π√

LC），相位相同，谐振时的电流为99.946mA；根据图8.1及8.2，可求得带宽Δf=（175.952-143.98）Hz=31.972Hz

b.根据图10波形，当信号源频率小于谐振频率，f=150Hz时，可以观察到U R的相

位超前U，分析原因知，由于X L=2πfL,X C=1/(2πfC)，f

易知U R的相位超前U。

c.根据图11波形，当信号源频率大于谐振频率，f=200Hz时，可以观察到U R的相

位落后于U，分析原因知，由于X L=2πfL,X C=1/(2πfC)，f>f0时，X L>X C，X L-X C>0,又

易知U R的相位落后于U。

3. RC电路过渡过程的研究

利用示波器测量过渡过程。输入如图12的电路，启动后按动空格键来拨动开关，用示波器观测电容电压的过渡过程曲线，并使用光标测量时间常数 。注意，测量时使用了外触发，示波器的触发模式选择为single，适当调节触发电平（≤1mV），可以观察到电容的一次充电波形，测量时拖动光标定位，在示波器上测量时间常数（两个光标的时间差）。

图12：过渡过程时间常数的测量

实验结果：

【充电】

图13.1：充电波形时间常数的测量

图13.2：充电时间常数的测量

【放电】

图13.3：放电波形时间常数的测量

图13.4：放电时间常数的测量

分析：

①根据图13.1、13.2波形，可观察到充电波形，测得时间常数τ=1.218ms；理论值τ=R1C1=1ms，相对误差为|1-1.218|*100%/1=21.8%

②根据图13.3、13.4波形，可观察到放电波形，测得时间常数τ=0.249ms；理论值τ=R2C1=0.2ms，相对误差为|0.2-0.249|*100%/1=4.9%

4. 用瓦特计测量功率

电路如图14所示，灯泡的功率设为100W，使用瓦特计测量电路的功率。并根据测量结果计算此电路的功率因数（电压可以用万用表或动态测试笔测量），与瓦特计上读出的功率因数比较。（虚拟灯泡在“显示”组里）

图14：使用瓦特计测量功率

实验结果：

图15

分析：

根据图15，电路功率为90.471W，功率因数为0.95116，灯泡两端电压为U=209.255V；对于灯泡：

R=U2额/P额=484 ，则电路有功功率P=U2/R=209.2552/484=90.470，则功率因数为90.470/90.471=0.99998

5. 用相序指示器判断三相电源的相序

如图16（a）是星形连接的三相电源，将其参数设置成：相电压220V、频率50Hz，假设中间的相线是A相，自己设计相序指示器判断其他两相的相序。提供的元件如图16（b）所示，包括1μF的电容、两个380V/60W的灯泡。并请用四通道示波器观察三相电源的波形，验证相序指示器的测试结果（由于所使用的电压高，实际测量时请不要）。

图16

实验结果：

图17.1

分析：

根据图17，灯泡X2亮而灯泡X1未亮，判断知紫色导线是B相；

其原理为（由于在电脑上不方便书写过程，故在网上查找了相似的解答过程）：