multisim 电路仿真 课程设计

4.1 仿真设计

1、用网孔法和节点法求解电路。 如图4.1-1所示电路： 3Ω

（a ） 用网孔电流法计算电压u 的理论值。

（b ） 利用multisim 进行电路仿真，用虚拟仪表验证计算结果。 （c ） 用节点电位法计算电流i 的理论值。 （d ） 用虚拟仪表验证计算结果。 解：

电路图：

（a ）

i 1=2 解得 i 1=2 5i 2-31-i 3=2 i 2＝1

i 3=-3 i 3=-3 u=2 v （b ）如图所示：

（c ）列出方程

4/3 U 1- U 2=2 解得

U 1＝3 v U 2=2 v

2A

1Ω

_ +

1Ω

2V - 3A

图4.1-1 i

2U 1- U 2=2 i=1 A

结果：计算结果与电路仿真结果一致。 结论分析：理论值与仿真软件的结果一致。 2、叠加定理和齐次定理的验证。 如图4.1-2所示电路：

(a)使用叠加定理求解电压u 的理论值；

(b)利用multisim 进行电路仿真，验证叠加定理。

(c)如果电路中的电压源扩大为原来的3倍，电流源扩大为原来的2倍，使用齐次定理，计算此时的电压u ；

(d)利用multisim 对（c ）进行电路仿真，验证齐次定理。 电路图：

（a ） I 1=2

7 I 2-2 I 1- I 3=0

3 I 3- I 2-2 I 4=0 解得 U 1=7（V ） I 4=-3 U 1

U 1=2（I 1- I 2）

如图所示电压源单独作用时根据网孔法列方程得：

3 I 1-2 I 2- I 3=

4 I 2=-3 U 2

7 I 3 - I 1=0 解得 U 2=9（V ） U 2=4-2 I 3

所以 U= U 1+ U 2=16（V ） （b ）如图所示。

2Ω 1Ω 2Ω 4Ω 2A 3u + 4V - + u

-

图4.1-2

（c）根据齐次定理，U=2U1+3U2=14+27=41 v

（d）

结果：理论值与仿真电路计算的值一样。

结论分析：齐次定理和叠加定理成立。

三、替代定理的验证。

（a）求R上的电压u和电流I的理论值；

（b）利用multisim进行电路仿真，分别用相应的电压源u和电流源I替代电阻R，分别测量替代前后支路1的电流i1和支路的电压u2，验证替代定理。

电路图：

（a）如图3-1所示根据网孔法列方程得：

4 I1-2 I2- I3=2

5 I2-2 I1= -6

3 I3- I1=6

解得： I1=0.588(A)

I2= -0.977(A)

I3 =2.186(A)

I= I3=2.186(A) U=2I=4.372(V)

U2= -3 I2=2.931(V) （b）分别用电压源和电流源代替。

结果：替代前后，电路的各个数值没变。

结论分析：替代前后结果一致，替代定理成立。

四、测图4.1-4电路中N1 N2的戴维南等效电路图的参数，并根据测得参数搭建其等效电

路；分别测量等效前后外部电流I，并验证是否一致。

电路图：

戴维南等效后

结果：等效前后，外电路的电流不变。

结论分析：戴维南等效，等效前后，外电路不变。

五、设计一阶动态电路，验证零输入响应和零状态响应齐次性。

如下图所示电路，t<0时，S位于“1”，电路以达稳态。今于t=0时刻S由“1”闭合至“2”。（a）计算t>0时的电压U1x(t), U1f(t)理论值，并合理搭建求解时所需仿真电路图。

（b）若U s改为16V，重新计算U1x(t)理论值。并用示波器观察波形。找出此时U1x(t)与(a)中U1x(t)的关系。

（c）U s仍为8V，I s改为2A，重新计算U1f(t)理论值。并用示波器观察波形。找出此时U1f(t)与(a)中U1f(t)的关系。

（d）若U s改为24V，I s改为8A，计算U1(t)全响应。

电路图：

当t=0-时

零输入响应（ｔ０＋）戴维南等效电阻

（a）、①计算过程：当t>0零输入时刻电容相当于一个电压源，在t<0时,Uc(0-)=-4v;所以Uc(0+)=-4v;

此时当开关位于2时，电流源开路，此时由换路定理有Uc(0-)=Uc(0+)

U1x(0+)=Uc(0+)/(3//6+2);∞

从而解得U1x(0+)=-2v;

当电路达到稳态时，电容放电完毕，此时U1x(∞)=0v;

所以零输入时刻为U1x(t)=-2 e-250t;(t>=0)

②当t>0时，零状态时刻电容相当短路，此时有

U1f(0+)=I s* 【(2//6) / (3//6//2) 】;

解得U1f (0+)=4v;

当电路达到稳态时，电容相当于开路此时有U1*(1/3+1/6)=4;

解得U1f(∞)=8v;

所以电路的零状态响应为U1f(t)=8-4 e-250t;(t>=0)

（b）、若Us改为16v，重新计算U1x(t)理论值。并观察示波器的波形，找出此时U1x(t)与(a)中

U1x(t)的关系。

解：当Us=16v,所得Uc(0+)=-8v;

根据齐次定理解得U1x(0+)=-4v;

当电路达到稳态时Uc(∞)=0v;

所以当Us改为16v时U1x(t)=-4 e-250t;(t>=0)