multisim电子电路仿真教程第5章
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10× 103
第5章 电路基础Multisim仿真实验
(4) 采用图5-4所示的电压表内接测量方法分别测量1 Ω 、
10 Ω 、100 Ω 、1 k Ω 、10 k Ω电阻的电压和电流。将电压 表内阻设定为200 k Ω ，电流表的内阻设定为0.1 Ω 。测量的 结果填入表5-4中。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
第5章 电路基础Multisim仿真实验
3．实验电路
RLC串联电路如图5-12所示。
图5-12 RLC串联电路
第5章 电路基础Multisim仿真实验
4．实验步骤
(1) 测量各元件两端的电压。按图5-12连接电路，将万 用表全部调到交流电压挡，打开仿真开关，测得结果如图513所示。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
第5章 电路基础Multisim仿真实验
5.1.2 求戴维南及诺顿等效电路
1．实验要求与目的 (1) 求线性含源二端网络的戴维南等效电路或诺顿等效 电路。 (2) 掌握戴维南定理及诺顿定理。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
2．实验原理
根据戴维南定理和诺顿定理，任何一个线性含源二端网 络都可以等效为一个理想电压源与一个电阻串联的实际电压 源形式或一个理想电流源与一个电阻并联的实际电流源形式。 这个理想电压源的值等于二端网络端口处的开路电压，这个 理想电流源的值等于二端网络两端口短路时的电流，这个电 阻的值是将含源二端网络中的独立源全部置0后两端口间的 等效电阻。根据两种实际电源之间的互换规律，这个电阻实 际上也等于开路电压与短路电流的比值。
图5-4 电压表内接测量电路
第5章 电路基础Multisim仿真实验
表5-4 电压表内接法改变电阻时的测量结果
R/? U/V I/A U/I/? 1 10.909 10.909 1 10 11.881 1.188 1 100 11.988 0.120 99.983 1× 103 11.999 0.012 999.917 10× 103 12 1.260× 10
第5章 电路基础Multisim仿真实验
(2) 按图5-2连接电路，调节电位器可以改变电阻R2两端
的电压，依次改变电压的值，打开仿真开关，将测量结果填 入表5-2中。 表5-2 改变电压时的测量结果
R2/? U/mV I/mA 1 1.200 1.200 1 0.600 0.600 1 0.480 0.480 1 0.300 0.300 1 0.240 0.240 1 0.171 0.171 1 0.133 0.133
第5章 电路基础Multisim仿真实验
图5-8 等效电阻的测量电路和测量结果
第5章 电路基础Multisim仿真实验
(5) 画出等效电路。戴维南等效电路如图5-9(a)所示，诺
顿等效电路如图5-9(b)所示。
图5-9 戴维南等效电路和诺顿等效电路
第5章 电路基础Multisim仿真实验
5．等效电路验证
第5章 电路基础Multisim仿真实验
表5-1 改变电阻时的测量结果
R1/? U/V I/A 10 12.000 1.2000 8 12.000 1.333 6 12.000 2.000 5 12.000 2.400 4 12.000 3.000 2 12.000 6.000 1 12.000 12.000
第5章 电路基础Multisim仿真实验
第5章 电路基础Multisim仿真实验
5.1 直流电路仿真实验
5.2 正弦交流电路仿真实验
5.3 移相电路仿真实验 5.4 三相交流电路仿真实验 5.5 动态电路仿真实验 5.6 谐振电路仿真实验
5.7 非正弦周期电流电路仿真实验
第5章 电路基础Multisim仿真实验
可以在原二端网络和等效电路的端口处加同一电阻，对 该电阻上的电压电流进行测量，若完全相同，则说明原二端 网络可以用戴维南等效电路或诺顿等效电路来代替。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
5.1.3 复杂直流电路的求解
1．实验要求与目的 学会使用Multisim软件分析复杂电路。 2．实验原理 Multisim提供了直流工作点的分析方法，可以对一个复 杂的直流电路快速地分析出节点电压等。 3．实验电路 复杂电路如图5-10所示。
Байду номын сангаас
第5章 电路基础Multisim仿真实验
3．实验电路
含源二端线性网络如图5-5所示。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
图5-5 含源二端线性网络
第5章 电路基础Multisim仿真实验
4．实验步骤
(1) 在电路窗口中编辑图5-5，节点a、b的端点通过启 动Place菜单中的Place Junction命令获得；a、b文字标识 在启动Place菜单中的Place Text后，在确定位置输入所需 的文字即可。 (2) 从仪器栏中取出万用表，并设置到直流，电压挡位， 连接到a、b两端点，测量开路电压，测得开路电压Uab = 7.820 V，如图5-6所示。
1．实验要求与目的 (1) 测量各元件两端的电压、电路中的电流及电路功率，
掌握它们之间的关系。
(2) 熟悉RLC串联电路的特性。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
2．实验原理
RLC串联电路有效值之间的关系为
2 U UR (U L U C ) 2
有功功率与视在功率之间的关系为
P S cos
5.1
5.1.1
直流电路仿真实验
验证欧姆定律
1．实验要求与目的 (1) 验证欧姆定律的正确性，熟练掌握电压U、电流I和
电阻R之间的关系。
(2) 研究电压表和电流表内阻对测量的影响。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
2．实验原理
欧姆定律的表达式：
U R 采用不断地改变直流电路的相关参数的方法，监测电路
第5章 电路基础Multisim仿真实验
(3) 采用图5-3所示的电压表外接测量方法分别测量1 ?、
10 Ω 、100 Ω 、1 k Ω 、10 k Ω电阻的电压和电流。双击电 压表和电流表，打开其属性框，将电压表内阻设定为200 k Ω ，电流表的内阻设定为0.1 Ω 。测量的结果填入表5-3中。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
图5-11 仿真分析结果
第5章 电路基础Multisim仿真实验
5．数据分析与结论
由图5-11可知：φ 31.0653 V，φ
4 1
= 24 V，φ
5
2
= 8.967 05 V，φ
6
3
= =
= 9.779 02 V，φ
= -8.27572 V，φ
-2.220 98 V。若求流过R2的电流，则
第5章 电路基础Multisim仿真实验
5．数据分析及结论
(1) 当频率改变时，电路中的各响应都会随之变化，说 明电路的响应是频率的函数。 (2) 当f = 50 Hz时：
2 UR (U L U C ) 2 65.5472 (205.922 130.402) 2 100
U R , I
U IR ,
I
中电压和电流的变化，从而归纳出其规律，验证欧姆定律的 正确性。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
3．实验电路
改变电阻时欧姆定律的实验电路如图5-1所示，改变电 压时欧姆定律的实验电路如图5-2所示。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
图5-1 改变电阻时欧姆定律实验电路
第5章 电路基础Multisim仿真实验
图5-10 复杂电路
第5章 电路基础Multisim仿真实验
4．实验步骤
(1) 在电路窗口按图5-10构建一个复杂电路。 (2) 显示各节点编号。启动菜单Options/Preferences， 打开参数设置框，在Circuit页将Show node names选中，电 路就会自动显示节点的编号。 (3) 直接分析出各节点电压。启动Simulate/Analyses/DC Operating Point...命令，在打开的直流工作点参数设置对话 框中选取要分析的节点号，这里将全部变量设置为分析变量。 仿真分析后的结果如图5-11所示。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
图5-6 开路电压的测量电路及测量结果
第5章 电路基础Multisim仿真实验
图5-7 短路电流测量结果
第5章 电路基础Multisim仿真实验
(3) 将万用表设置到直流电流挡位，测量短路电流，测
得的短路电流Is=78.909 mA，如图5-7所示。 (4) 求二端网络的等效电阻。 方法一：通过测得的开路电压和短路电流，可求得该二 端网络的等效电阻。 U ab 7.820 R0 0.0991 k 99.1 Is 78.909 方法二：将二端网络中所有独立源置0，即电压源用短 路代替，电流源用开路代替，直接用万用表的欧姆挡测量a、 b两端点之间的电阻。测得R0=99.099≈99.1 Ω ，如图5-8 所示。
图5-15 测量结果
第5章 电路基础Multisim仿真实验
(3) 将交流电源的频率改为100 Hz，其他参数不变，对
以上数据重新测量一次。将结果填入表5-5中。 表5-5 RLC串联电路测量结果
f/Hz 50 100 UR/V 65.547 18.580 UL/V 205.922 116.739 UC/V 130.402 18.481 I/mA 655.471 185.796 P/W 42.933 3.456 cosφ 0.655 0.186
第5章 电路基础Multisim仿真实验
图5-2 改变电压时欧姆定律实验电路
第5章 电路基础Multisim仿真实验
4．实验步骤
(1) 按图5-1连接电路，电位器的电阻R1为10Ω，通过键 盘“a”或“shift+a”改变箭头指向部分电阻占总电阻的比例， 0%对应0 Ω ，100%对应10 Ω 。依次改变电阻的值，打开仿 真开关，将测量结果填入表5-1中。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
在以上两个测量电路中，图5-1采用的是电压表外接的
测量方法，实际测量的电压值是电阻和电流表串联后两端的 电压。电压表的读数除了电阻两端的电压，还包含了电流表 两端的电压。图5-2采用的是电压表内接的测量方法，实际 测量的电流值是电阻和电压表并联后的电流，电流表的读数 除了有电阻元件的电流外，还包括了流过电压表的电流。显 然，无论采用哪种电路都会引起测量的误差。由于Multisim 提供的电流表的默认内阻为1×10－9 Ω，电压表的内阻为1 G Ω ，所以仿真的误差很小。但在实际测量中电压表的内阻不 是足够大，电流表的内阻也不是足够小，因此在实际测量中 会引起一定的误差。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
图5-3 电压表外接测量电路
第5章 电路基础Multisim仿真实验
表5-3 电压表外接法改变电阻时的测量结果
R/? U/V I/A U/I/? 1 12 10.909 1.1 10 12 1.188 10.1 100 12 0.120 100 1× 103 12 V 0.012 1× 103 10× 103 12 1.2× 10
图5-13 万用表测量结果
第5章 电路基础Multisim仿真实验
(2) 测量电路中的电流和功率。按图5-14连接好功率表
和万用表，将万用表调到交流电流挡，打开仿真开关，测得 的结果如图5-15所示。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
图5-14 测量电路的功率和电流
第5章 电路基础Multisim仿真实验
iR2
3 2
R2
31.0653 8.96705 22.09875mA 1000
采用Multisim提供的直流工作点分析方法可以快速得到 各节点电压和电压源支路的电流，从而可以很方便地求得其 他支路的电流。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
5.2 正弦交流电路仿真实验
5.2.1 RLC串联电路
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9.524× 103
第5章 电路基础Multisim仿真实验
5．数据分析与结论
分析表5-2所列的测量数据，调节电位器，电压改变， 电流也随之改变，但U、I、R三者之间完全符合欧姆定律的 规律，即
U R I 分析表5-3和表5-4所列的测量结果，电压表和电流表的
内阻对测试结果有影响。为了减小测量误差，当被测电阻比 较大时应采用电压表外接法测量，当被测电阻比较小时，应 采用电压表内接法测量。
10× 103
第5章 电路基础Multisim仿真实验
(4) 采用图5-4所示的电压表内接测量方法分别测量1 Ω 、
10 Ω 、100 Ω 、1 k Ω 、10 k Ω电阻的电压和电流。将电压 表内阻设定为200 k Ω ，电流表的内阻设定为0.1 Ω 。测量的 结果填入表5-4中。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
第5章 电路基础Multisim仿真实验
3．实验电路
RLC串联电路如图5-12所示。
图5-12 RLC串联电路
第5章 电路基础Multisim仿真实验
4．实验步骤
(1) 测量各元件两端的电压。按图5-12连接电路，将万 用表全部调到交流电压挡，打开仿真开关，测得结果如图513所示。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
第5章 电路基础Multisim仿真实验
5.1.2 求戴维南及诺顿等效电路
1．实验要求与目的 (1) 求线性含源二端网络的戴维南等效电路或诺顿等效 电路。 (2) 掌握戴维南定理及诺顿定理。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
2．实验原理
根据戴维南定理和诺顿定理，任何一个线性含源二端网 络都可以等效为一个理想电压源与一个电阻串联的实际电压 源形式或一个理想电流源与一个电阻并联的实际电流源形式。 这个理想电压源的值等于二端网络端口处的开路电压，这个 理想电流源的值等于二端网络两端口短路时的电流，这个电 阻的值是将含源二端网络中的独立源全部置0后两端口间的 等效电阻。根据两种实际电源之间的互换规律，这个电阻实 际上也等于开路电压与短路电流的比值。
图5-4 电压表内接测量电路
第5章 电路基础Multisim仿真实验
表5-4 电压表内接法改变电阻时的测量结果
R/? U/V I/A U/I/? 1 10.909 10.909 1 10 11.881 1.188 1 100 11.988 0.120 99.983 1× 103 11.999 0.012 999.917 10× 103 12 1.260× 10
第5章 电路基础Multisim仿真实验
(2) 按图5-2连接电路，调节电位器可以改变电阻R2两端
的电压，依次改变电压的值，打开仿真开关，将测量结果填 入表5-2中。 表5-2 改变电压时的测量结果
R2/? U/mV I/mA 1 1.200 1.200 1 0.600 0.600 1 0.480 0.480 1 0.300 0.300 1 0.240 0.240 1 0.171 0.171 1 0.133 0.133
第5章 电路基础Multisim仿真实验
图5-8 等效电阻的测量电路和测量结果
第5章 电路基础Multisim仿真实验
(5) 画出等效电路。戴维南等效电路如图5-9(a)所示，诺
顿等效电路如图5-9(b)所示。
图5-9 戴维南等效电路和诺顿等效电路
第5章 电路基础Multisim仿真实验
5．等效电路验证
第5章 电路基础Multisim仿真实验
表5-1 改变电阻时的测量结果
R1/? U/V I/A 10 12.000 1.2000 8 12.000 1.333 6 12.000 2.000 5 12.000 2.400 4 12.000 3.000 2 12.000 6.000 1 12.000 12.000
第5章 电路基础Multisim仿真实验
第5章 电路基础Multisim仿真实验
5.1 直流电路仿真实验
5.2 正弦交流电路仿真实验
5.3 移相电路仿真实验 5.4 三相交流电路仿真实验 5.5 动态电路仿真实验 5.6 谐振电路仿真实验
5.7 非正弦周期电流电路仿真实验
第5章 电路基础Multisim仿真实验
可以在原二端网络和等效电路的端口处加同一电阻，对 该电阻上的电压电流进行测量，若完全相同，则说明原二端 网络可以用戴维南等效电路或诺顿等效电路来代替。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
5.1.3 复杂直流电路的求解
1．实验要求与目的 学会使用Multisim软件分析复杂电路。 2．实验原理 Multisim提供了直流工作点的分析方法，可以对一个复 杂的直流电路快速地分析出节点电压等。 3．实验电路 复杂电路如图5-10所示。
Байду номын сангаас
第5章 电路基础Multisim仿真实验
3．实验电路
含源二端线性网络如图5-5所示。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
图5-5 含源二端线性网络
第5章 电路基础Multisim仿真实验
4．实验步骤
(1) 在电路窗口中编辑图5-5，节点a、b的端点通过启 动Place菜单中的Place Junction命令获得；a、b文字标识 在启动Place菜单中的Place Text后，在确定位置输入所需 的文字即可。 (2) 从仪器栏中取出万用表，并设置到直流，电压挡位， 连接到a、b两端点，测量开路电压，测得开路电压Uab = 7.820 V，如图5-6所示。
1．实验要求与目的 (1) 测量各元件两端的电压、电路中的电流及电路功率，
掌握它们之间的关系。
(2) 熟悉RLC串联电路的特性。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
2．实验原理
RLC串联电路有效值之间的关系为
2 U UR (U L U C ) 2
有功功率与视在功率之间的关系为
P S cos
5.1
5.1.1
直流电路仿真实验
验证欧姆定律
1．实验要求与目的 (1) 验证欧姆定律的正确性，熟练掌握电压U、电流I和
电阻R之间的关系。
(2) 研究电压表和电流表内阻对测量的影响。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
2．实验原理
欧姆定律的表达式：
U R 采用不断地改变直流电路的相关参数的方法，监测电路
第5章 电路基础Multisim仿真实验
(3) 采用图5-3所示的电压表外接测量方法分别测量1 ?、
10 Ω 、100 Ω 、1 k Ω 、10 k Ω电阻的电压和电流。双击电 压表和电流表，打开其属性框，将电压表内阻设定为200 k Ω ，电流表的内阻设定为0.1 Ω 。测量的结果填入表5-3中。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
图5-11 仿真分析结果
第5章 电路基础Multisim仿真实验
5．数据分析与结论
由图5-11可知：φ 31.0653 V，φ
4 1
= 24 V，φ
5
2
= 8.967 05 V，φ
6
3
= =
= 9.779 02 V，φ
= -8.27572 V，φ
-2.220 98 V。若求流过R2的电流，则
第5章 电路基础Multisim仿真实验
5．数据分析及结论
(1) 当频率改变时，电路中的各响应都会随之变化，说 明电路的响应是频率的函数。 (2) 当f = 50 Hz时：
2 UR (U L U C ) 2 65.5472 (205.922 130.402) 2 100
U R , I
U IR ,
I
中电压和电流的变化，从而归纳出其规律，验证欧姆定律的 正确性。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
3．实验电路
改变电阻时欧姆定律的实验电路如图5-1所示，改变电 压时欧姆定律的实验电路如图5-2所示。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
图5-1 改变电阻时欧姆定律实验电路
第5章 电路基础Multisim仿真实验
图5-10 复杂电路
第5章 电路基础Multisim仿真实验
4．实验步骤
(1) 在电路窗口按图5-10构建一个复杂电路。 (2) 显示各节点编号。启动菜单Options/Preferences， 打开参数设置框，在Circuit页将Show node names选中，电 路就会自动显示节点的编号。 (3) 直接分析出各节点电压。启动Simulate/Analyses/DC Operating Point...命令，在打开的直流工作点参数设置对话 框中选取要分析的节点号，这里将全部变量设置为分析变量。 仿真分析后的结果如图5-11所示。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
图5-6 开路电压的测量电路及测量结果
第5章 电路基础Multisim仿真实验
图5-7 短路电流测量结果
第5章 电路基础Multisim仿真实验
(3) 将万用表设置到直流电流挡位，测量短路电流，测
得的短路电流Is=78.909 mA，如图5-7所示。 (4) 求二端网络的等效电阻。 方法一：通过测得的开路电压和短路电流，可求得该二 端网络的等效电阻。 U ab 7.820 R0 0.0991 k 99.1 Is 78.909 方法二：将二端网络中所有独立源置0，即电压源用短 路代替，电流源用开路代替，直接用万用表的欧姆挡测量a、 b两端点之间的电阻。测得R0=99.099≈99.1 Ω ，如图5-8 所示。
图5-15 测量结果
第5章 电路基础Multisim仿真实验
(3) 将交流电源的频率改为100 Hz，其他参数不变，对
以上数据重新测量一次。将结果填入表5-5中。 表5-5 RLC串联电路测量结果
f/Hz 50 100 UR/V 65.547 18.580 UL/V 205.922 116.739 UC/V 130.402 18.481 I/mA 655.471 185.796 P/W 42.933 3.456 cosφ 0.655 0.186
第5章 电路基础Multisim仿真实验
图5-2 改变电压时欧姆定律实验电路
第5章 电路基础Multisim仿真实验
4．实验步骤
(1) 按图5-1连接电路，电位器的电阻R1为10Ω，通过键 盘“a”或“shift+a”改变箭头指向部分电阻占总电阻的比例， 0%对应0 Ω ，100%对应10 Ω 。依次改变电阻的值，打开仿 真开关，将测量结果填入表5-1中。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
在以上两个测量电路中，图5-1采用的是电压表外接的
测量方法，实际测量的电压值是电阻和电流表串联后两端的 电压。电压表的读数除了电阻两端的电压，还包含了电流表 两端的电压。图5-2采用的是电压表内接的测量方法，实际 测量的电流值是电阻和电压表并联后的电流，电流表的读数 除了有电阻元件的电流外，还包括了流过电压表的电流。显 然，无论采用哪种电路都会引起测量的误差。由于Multisim 提供的电流表的默认内阻为1×10－9 Ω，电压表的内阻为1 G Ω ，所以仿真的误差很小。但在实际测量中电压表的内阻不 是足够大，电流表的内阻也不是足够小，因此在实际测量中 会引起一定的误差。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
图5-3 电压表外接测量电路
第5章 电路基础Multisim仿真实验
表5-3 电压表外接法改变电阻时的测量结果
R/? U/V I/A U/I/? 1 12 10.909 1.1 10 12 1.188 10.1 100 12 0.120 100 1× 103 12 V 0.012 1× 103 10× 103 12 1.2× 10
图5-13 万用表测量结果
第5章 电路基础Multisim仿真实验
(2) 测量电路中的电流和功率。按图5-14连接好功率表
和万用表，将万用表调到交流电流挡，打开仿真开关，测得 的结果如图5-15所示。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
图5-14 测量电路的功率和电流
第5章 电路基础Multisim仿真实验
iR2
3 2
R2
31.0653 8.96705 22.09875mA 1000
采用Multisim提供的直流工作点分析方法可以快速得到 各节点电压和电压源支路的电流，从而可以很方便地求得其 他支路的电流。
第5章 电路基础Multisim仿真实验
5.2 正弦交流电路仿真实验
5.2.1 RLC串联电路
－6
9.524× 103
第5章 电路基础Multisim仿真实验
5．数据分析与结论
分析表5-2所列的测量数据，调节电位器，电压改变， 电流也随之改变，但U、I、R三者之间完全符合欧姆定律的 规律，即
U R I 分析表5-3和表5-4所列的测量结果，电压表和电流表的
内阻对测试结果有影响。为了减小测量误差，当被测电阻比 较大时应采用电压表外接法测量，当被测电阻比较小时，应 采用电压表内接法测量。