1、上海電力學院本科課程設計電路計算機幫助設計 院系： 電力工程學院 專業班級（班級）： 電力工程與管理2011192班 同學姓名： 學號： 201129 指導老師：楊爾濱、楊歡紅 成 績： 2013年 07 月 06 日老師評語：名目仿真試驗一 節點電壓法分析直流穩態電路··························1仿真試驗二 戴維

2、寧定理的仿真設計································5仿真試驗三 疊加定理的驗證··············&#

3、183;·······················8仿真試驗四 正弦溝通電路諧振電路的仿真······················11仿真試驗

4、五 兩表法測量三相電路的功率····························14仿真試驗六 含受控源的RL電路響應的爭辯················

5、········18仿真試驗七 含有耦合互感的電路的仿真試驗························21仿真試驗八 二階電路零輸入響應的三種狀態軌跡··········&#

6、183;·········27仿真試驗九 二端口電路的設計與分析······························32歡迎下載試驗一 節點電壓法分析電路一、電路課程設計目的（1）通過較簡易的電路設計初

7、步接觸生疏Multisim11.0。 （2）學會用Multisim11.0獵取某電路元件的某個參數。 （3）通過仿真試驗加深對節點分析法的理解及應用。二、試驗原理及實例 節點分析法是在電路中任意選擇一個節點為非獨立節點，稱此節點為參考點。其它獨立節點與參考點之間的電壓，稱為該節點的節點電壓。 節點分析法是以節點電壓為求解電路的未知量，利用基爾霍夫電流定律和歐姆定律導出（n 1）個獨立節點電壓為未知量的方程，聯立求解，得出各節點電壓。然后進一步求出各待求量。 下圖所示是具有三個節點的電路，下面以該圖為例說明用節點分析法進行的電路分析方法和求解步驟，導出節點電壓方程式的一般形式。 圖11首先選擇節

8、點為參考節點，則u3 = 0。設節點的電壓為u1、節點的電壓為u2，各支路電流及參考方向見圖中的標示。應用基爾霍夫電流定律，對節點、節點分別列出節點電流方程：節點 節點 用節點電壓表示支路電流：代入節點、節點電流方程，得到： 整理后可得：分析上述節點方程，可知： 節點方程中的（G1 + G2）是與節點相連接的各支路的電導之和，稱為節點的自電導，用G11表示。 節點方程中的-G2是連接節點和節點之間支路的電導之和，稱為節點和節點之間的互電導，用G12表示。G12 = - G2，故G12取負值。 節點方程中的（G2 + G3）是與節點相連接的各支路的電導之和，稱為節點的自電導，用G22表示。 節點

9、方程中的-G2是連接節點和節點之間各支路的電導之和，稱為節點和節點之間的互電導，用G21表示。且G12 = G21 ，故G21取負值。iS1 + iS2是流向節點的抱負電流源電流的代數和，用iS11表示。流入節點的電流取“+”； 流出節點的電流取“ ”。iS3 iS2是流向節點的抱負電流源電流的代數和，用iS22表示。iS3、iS2前的符號取向同上，即流入節點的電流取“+”； 流出節點的電流取“ ”。依據以上分析，節點電壓方程可寫成：這是具有兩個獨立節點的電路的節點電壓方程的一般形式。 也可以將其推廣到具有n個節點（獨立節點為n 1 個）的電路 。綜合以上分析，用節點分析法分析電路的一般步驟為

10、：（1）指定電路中某一節點為參考點，標出各獨立節點的電位符號。（2）依據節點電壓方程的一般形式，依據實際電路直接列出各節點的節點電壓方程。 留意：在節點方程中，自電導為該節點上連接的全部電導之和，自電導總取正值；互電導為連接相鄰兩個節點的全部電導之和，并取負值；在線性電路中，G12=G21，G23=G32，G31=G13；在節點方程的右邊，流入節點的抱負電流源的電流取“+”號，流出節點的則取“ ”號。 例：用節點電壓法求如下電驢的節點電壓 ； 圖12解：節點編號如圖12所示，一節點4為參考節點，節點2的節點電壓為已知量=10V，可以少列一個方程，節點1、3 的KCL方程為：聯立求解上述方程組得

11、： = V三、仿真設計步驟：1.依據題目要求設計電路；2.對設計出來的電路原理圖進行理論分析和運算；3.對設計的電路用軟件進行仿真模擬；4.觀看仿真結果，與理論值進行比較；5.對結果進行分析，作出小結。四、仿真試驗電路及仿真結果仿真電路圖如下所示： 圖13約等于3.333，電壓值的仿真結果與理論值相等。五、設計總結1、嫻熟了仿真軟件的使用；2、通過仿真試驗，加強了對節點電壓法的理解和應用；3、仿真分析方法簡潔便利，并且直觀的測出所需數據；4、通過這次簡潔的的仿真試驗，熬煉了動手實踐和獨立思考的力量。試驗二 戴維寧定理的仿真設計一、電路課程設計目的1. 驗證戴維寧定理的正確性，加深對該定理的理解

12、。2. 把握測量有源二端網絡等效參數的一般方法。3. 嫻熟應用Multisim軟件仿真電路并把握分析數據。2、 試驗原理及實例1. 任何一個線性含源網絡，假如僅爭辯其中一條支路的電壓和電流，則可將電路的其余部分看作是一個有源二端網絡（或稱為含源一端口網絡）。2. 戴維寧定理指出：任何一個線性有源二端網絡，總可以用一個電壓源與一個電阻的串聯來等效代替，此電壓源的電動勢等于這個有源二端網絡的開路電壓，其等效內阻等于該網絡中全部獨立源均置零（抱負電壓源視為短接，抱負電流源視為開路）時的等效電阻。3. 有源二端網絡等效參數的測量方法（1） 開路電壓短路電流法測在有源二端網絡輸出端開路時，用電壓表直接測

13、其輸出端的開路電壓UOC, 然后再將其輸出端短路，測其短路電流IS，且內阻為：（2） 串并聯法測若含源一端口網絡內部無受控源，將內部獨立電壓源短路，獨立電流源開路，所得的無源一端口網絡中電阻消滅簡潔的串并聯結構，應用串并聯公式直接求等效電阻。（3） 外加電源法測若一端口網絡內部有受控源，則按等效電阻的定義，將含源一端口網絡內全部獨立電源變為零，將其獨立電壓源短路，獨立電流源開路，在端口處外加一電源u，產生電流i，則 式中，u并不肯定是給出確定的值，只要找出u與i的關系即可。例：求解下列含源一端口網絡的戴維寧等效電路。（1） 求開路電壓 圖21（a） 圖21（b）如圖（a）所示，端口斷開，以b點

14、為參考節點，由節點電壓法列點a，c的KCL方程如下：聯立，可得：（2） 求短路電流如圖（b）所示，端口短路，以b點為參考節點，由節點電壓法列節點a，c的KCL方程如下：聯立，可得： 戴維南等效電路如下圖所示：圖22三、仿真設計步驟：1.依據題目要求設計電路；2.對設計出來的電路原理圖進行理論分析和運算；3.對設計的電路用軟件進行仿真模擬；4.觀看仿真結果，與理論值進行比較；5.對結果進行分析，作出小結。4、 仿真試驗電路及仿真結果仿真電路圖如下所示： 圖23 圖24仿真試驗所得開路電壓；均與理論值相等； 五、設計小結（1）通過仿真再一次驗證了戴維南定理的精確性，加深了對其的理解，對我們在以后的

15、學習中會更有掛念的。（2）在連接各個電路元件的時候留意其正負，否則會導致數據錯誤。（3）通過該試驗，熬煉了我分析問題、解決問題的力量，讓我進一步嫻熟把握了用Multisim11.0獵取某電路元件的某個參數，并將結果與理論分析課程和試驗課程所闡述的原理與概念進行對比，從而加深對電路學問的生疏。試驗三 疊加定理的驗證一、電路課程設計目的 （1）驗證線性電路疊加定理的正確性。 （2）學習使用Multisim仿真軟件進行電路疊加定理模擬。 （3）加深對線性電路的疊加性和齊次性的生疏理解及應用。二、仿真電路設計原理 疊加原理指出，在有多個獨立源共同作用下的線性電路中，通過每一個元件的電流或其兩端的電壓，

16、可以看成是由每一個獨立源單獨作用是在該元件上所產生的電流或電壓的代數和。 本次設計的電路圖如圖所示： 圖311）當2V電壓源單獨作用時： 圖32 由上述電路圖得： 2) 當電流源獨立作用時： 圖33 由電路圖得： KCL KVL 得 得： 依據疊加定理得三、仿真試驗內容與步驟（1）由2V電源單獨作用，記錄下電壓；（2）由1A電源單獨作用，記錄下電壓；（3）兩個電源共同作用，記錄電壓；（4）分析以上記錄的數據，且與理論值進行比較，分析數據。疊加定理驗證明驗原理仿真圖如下： 1）當獨立電壓源作用時： 圖342）當獨立電流源作用時： 圖35 3）當二者共同作用時： 圖36 仿真試驗符合電路疊加定理，

17、即驗證了疊加定理的正確性，而且，仿真試驗中得到的值與理論計算值完全相等，可認為誤差接近零。四、 試驗留意事項 1）在仿真試驗中，要留意右上角的開關按鈕，在每次改動時，要關閉開關。 2)要正確理解獨立的含義。當獨立電壓源作用時，電流源斷路；當獨立電流源作用時，電壓源短路。并且當含有受控源時，受控源不能獨立作用，始終保持在電路中。 3）疊加時，要留意電壓或電流的方向，全都取正號，相反取負號。 4）疊加定理只適用于線性電路求電壓和電流，不適用于非線性電路。五仿真小結 疊加定理是線性電路重要定理之一，是分析線性電路的基礎。但是假如在含有多個獨立電源的電路中，簡潔遺留。并且將電流源短路、電壓源斷路者不乏

18、少數，所以很少得到應用，但是通過動手測試，將會更好的記住每一步驟。加深對其了解，更加簡潔運用以后。試驗四 正弦溝通電路諧振電路的仿真一、 電路課程設計的目的（1）設計仿真電路，加深理解電路發生諧振的條件、特點；（2）驗證RLC串聯諧振電路的諧振條件；（3）學習使用Multisim仿真軟件進行仿真。二、 試驗原理說明：如下圖31所示的RLC串聯電路，發生諧振時，具有以下特點：圖41（1） 諧振頻率發生諧振時滿足，則RLC諧振角頻率為：從這個式子可以看出調整L、C的任一參數，只要滿足上述關系，就會發生諧振。可見諧振頻率僅與L、C有關。（2） 復阻抗 可見當諧振的復阻抗的模最小，。（3）特性阻抗和品

19、質因數Q 僅與電路參數有關。 Q反映電路選擇性能好壞的指標，也僅與電路參數有關。（4）弦振電流大小I=，可見諧振時電流最大。例： 圖42當頻率，電路總電阻則復阻抗值虛部為0，外電阻對外呈現電阻性，發生串聯諧振。三、仿真設計步驟：1.依據題目要求設計電路；2.對設計出來的電路原理圖進行理論分析和運算；3.對設計的電路用軟件進行仿真模擬；4.觀看仿真結果，與理論值進行比較；5.對結果進行分析，作出小結。四、仿真試驗電路及仿真結果仿真電路圖如下所示： 圖43 仿真結果如下： 圖45 由電源兩端電壓及電流的波形圖可得出結論：在此頻率下，電源兩端電壓及電流的相位差為 ，所以，電路發生串聯諧振，與理論結果

20、全都。五、仿真試驗小結（1）諧振電路原來不是特殊難，但我在這一個試驗仿真過程中卻 遇到了困難：第一次做諧振電路的仿真試驗時，示波器調試結果顯示電源兩端電壓及電流的相位差為 ，在同學掛念下我發覺了我的錯誤：示波器兩端接反了，導致方向相反，經過訂正，最終我順當完成了試驗。（2）諧振時，電流最大，轉變L、C的值不影響電流的大小。（3）諧振時電壓和電流的相位差為零。（4）由于示波器不能分析電流，所以在用示波器分析電流時，我們要用一個電流把握的電壓源來替代，或者直接測相關電阻的電壓來反映所需電流的波樣子況。 試驗五 三相電路的仿真試驗一、 電路課程設計的目的（1）嫻熟把握三相電路的特點以及電源和電壓的三

21、角形和星形變化之間的關系；（2）通過模擬試驗驗證二瓦特計法測量三相電路的有功功率，加深對于三項電路的理解和鞏固如何測量三相電路的有功功率;（3）進一步強化學習Multisim仿真軟件的使用，熬煉自學力量，實踐力量。二、試驗原理及實例對稱三相電路：由三相溝通電源供電的電路。簡稱三相電路。3個頻率相同、振幅相同、相位互差120°的正弦電壓源所構成的三相電源供電并且負載也為對稱三項負載的電路成為對稱三相電路。三相負載連接：星形連接時，線電流等于相電流，線電壓是相電壓的倍，相位超前相電壓；三角形連接時，線電壓等于相電壓，線電流是相電流的倍，相位滯后相電流。二瓦特計法：在一個三相系統中,任何一

22、相都可以成為另一相的參考點(或基準點)。假如將三相中的某一相作為參考點，就可以用兩只瓦特計測量整個三相系統的功率。仿真試驗原理電路：如右圖，已知的讀數為219.915W, 的讀數為308.065W,求電路中的有功功率。理論計算過程：由題目及由圖可知，作為基準點所在電流，為典型的二瓦特計法測功率，由于：則依據公式：圖51三、仿真設計步驟：1.依據要求設計電路；2.對設計出來的電路原理圖進行理論分析和運算；3.對設計的電路用軟件進行仿真模擬；4.觀看仿真結果，與理論值進行比較；5.對結果進行分析，作出小結。四、仿真試驗電路及仿真結果1、兩表法側功率的仿真電路圖如下所示： 圖52如圖，功率表1,3為

23、兩表法測三相電路電功率，功率表2測對稱三相電路中一相的功率；三個功率表的讀數分別如下： 圖531）量表法測出該電路的有功功率：2）由功率表2的測量結果可得，電路的有功功率：3）試驗結果與誤差分析：在這次模擬試驗中，通過測量三相電路的有功功率，驗證了兩表法測功率的精確性，從數據上來看，存在著±0.01的誤差，但考慮到在數據處理過程中，對P存在著“四舍五入”的化簡狀況，而且誤差在允許范圍之內，所以照舊可以驗證出二瓦特計法側功率的正確性。2、三角形連接時，驗證三角形連接時，線電壓等于相電壓，線電流是相電流的倍，相位滯后相電流，設計仿真電路圖如下： 圖54由電路圖易得線電壓等于相電壓，如圖用

24、示波器分別測出相電流和線電流，得到如下所示波形： 圖55通道A為線電流波形，通道B為相電流波形，由波形圖可得，線電流滯后相電流時，線電流達到峰值，為5.088，則時，相電流達到峰值，為2.937，則則三角形連接時，線電壓等于相電壓，線電流是相電流的倍，相位滯后相電流這一結論得到驗證。五、仿真試驗小結（1）通過本次試驗，我加強了對三相電路的結構以及如何利用功率表測量有功功率的記把握，而且在試驗中了解把握了功率表接法。（2）這一個簡潔試驗讓我對這一款軟件更生疏。（3）假如將仿真試驗電路改成星形負載，我們也可以通過將三角形負載轉化成星形負載來仿真，其結果應當是全都的。試驗六 含受控源的RL電路響應的

25、爭辯一、 試驗目的1、生疏含受控源的RL電路的特點及分析方式，加深對其的理解和生疏；2、學習使用Multisim軟件對電路模型進行仿真，仿真分析一階RL電路的響應及其波形二、 試驗原理及實例當電路中含有儲能元件，即電感和電容元件，這類元件的電壓和電流關系是微分、積分關系而不是代數關系，因此依據基爾霍夫定律和元件特性方程所列寫的電路方程，是以電流或電壓為變量的微分方程。這類元件稱為動態元件，只含一個動態元件的電路稱為一階電路。 三要素法能快速的求出直流一階電路的響應。對于RL一階電路： 是換路后電感元件所接的電阻性的有源一端口網絡的戴維寧等效電阻。是相應的穩態值，是響應的初始值。 例：如圖所示的

26、電路中，已知該電路為零狀態響應，求其電感電流及電壓并用Multisim軟件觀看電感電流及電壓的波形。 圖61理論分析：求換路后電感元件所接的電阻性的有源一端口網絡(如右上圖所示)的戴維寧等效電阻。 三、 仿真設計步驟：1.依據題目要求設計電路；2.對設計出來的電路原理圖進行理論分析和運算；3.對設計的電路用軟件進行仿真模擬；4.觀看仿真結果，與理論值進行比較；5.對結果進行分析，作出小結。四、 仿真試驗結果如圖所示，設計仿真電路：圖62仿真結果如下波形圖所示，仿真波形與計算表達式基本相符。電感電流由零上升至平穩，電感電壓在0時刻越變為最大后漸漸衰減至零。 圖63五、 仿真試驗小結1、嫻熟了仿真

27、軟件的使用；2、通過對含受控源的RL一階電路的瞬變分析，生疏了一階電路的三要素求法；3、通過軟件的仿真分析，學會了用Multisim軟件分析一階電路，并學會了用軟件的分析方法來分析波形，分析方法簡潔便利，并且可以觀測多組數據，是仿真觀看電路波形的很好的工具。4、熬煉了動手實踐和獨立思考的力量。試驗七 含有耦合互感的電路的仿真試驗一、電路課程設計目的（1）了解耦合互感電路的特點以及耦合互感電路的計算 ；（2）通過模擬試驗驗證含有耦合互感的電路的消去，加深對互感消去法的理解和鞏固；（3）進一步強化學習Multisim仿真軟件的使用，熬煉自學力量，實踐力量。2、 試驗原理及實例1、 互感系數：M12

28、和M21稱為互感系數（簡稱互感）。運用電磁場的學問可以證明： M12 = M21。統用符號M來表示，單位為H（亨），M恒取正值。2、互感線圈的伏安關系依據： 可得： 耦合電感的電壓是自感電壓和互感電壓相疊加的結果。其中，互感電壓的“”由線圈的同（異）名端打算。通常在線圈的端子上標以星號“*”用以表示線圈的繞向。星號的標法是：當兩線圈的電流都從星號端流入（流出）線圈時，兩線圈的磁通是加強的。即，帶有星號的一對端子為耦合電感線圈的同名端。3、耦合電感的并聯 圖71 圖(a)同側并聯（同名端相聯） 圖(b)異側并聯（異名端相聯）： 4、互感消去法 圖72例 如圖（a）所示具有互感電路的電路中，求：(

29、1)電流；(2)電壓； 圖(a) 圖（b） 圖73解：（1）電路中兩耦合線圈為異側連接，消去互感后電路如圖（b）所示，此時電路的復阻抗為：（2）由于消去互感后，A、B之間增加了新的節點，所以電壓 三、仿真設計步驟：1.依據題目要求設計電路；2.對設計出來的電路原理圖進行理論分析和運算；3.對設計的電路用軟件進行仿真模擬；4.觀看仿真結果，與理論值進行比較；5.對結果進行分析，作出小結。四、仿真試驗電路及仿真結果1、通過仿真電路測出仿真電路圖如下所示： 圖74通道A：通道B：仿真結果如下： 圖75（1） 電壓的有效值：時，通道A，即AB端電壓達到峰值，則（2）電壓的相位：由仿真試驗結果可得，,則

30、可得2、 通過仿真電路測出仿真電路圖如下所示： 圖76通道A：通道B：仿真結果如下： 圖77（1） 電壓的有效值：時，通道A，即干路電流值達到峰值，則（2）電壓的相位： 有仿真結果可得：，可得3、試驗結果與誤差分析：通過仿真試驗得出結果與理論值相比，從數據上來看，存在著±0.01的誤差，但考慮到在數據處理過程中，存在著“四舍五入”的化簡狀況，而且誤差在允許范圍之內，仿真試驗得出結果與理論值在誤差范圍內相等，驗證了對電感的消去的正確性。五、設計總結（1） 通過本次試驗，加強我對含有耦合電路的結構及原理的把握，（2） 該仿真試驗驗證了互感消去法的正確性； （3）這一個試驗讓我把握了如何使

31、用示波器測出正弦溝通電路的電流電壓有效值及相位，讓我能越來嫻熟地使用這一款仿真軟件。（4）該試驗過程有些繁瑣，用示波器測電流、電壓時，需要有足夠的急躁，只有通過精細地調整才能測出更精確的數據，我不斷克服困難，最終順當完成試驗。試驗八 二階電路零輸入響應的三種狀態軌跡欠阻尼、過阻尼、臨界阻尼一、 試驗目的1、生疏二階電路響應的三種狀態軌跡的發生條件及其分析方式，加深對其的理解和生疏；2、學習使用Multisim軟件對電路模型進行仿真設計，并將結果與理論分析課程和試驗課程所闡述的原理與概念進行對比，從而加深對電路學問的生疏。二、 試驗原理及實例二階電路是含有兩個獨立儲能元件的電路。電磁過程的基本形

32、式有兩種類型：電阻數值較大，、i等電路變量類似一階電路零輸入響應單調下降；電阻值小于某一數值，、i等會發生周期性振蕩變化，這是由L和C元件之間的電磁能量交換所引起的，也是一階電路的暫態過程所沒有的。暫態屬非振蕩類型，稱電路是過阻尼的，電路處在臨界阻尼，暫態是非振蕩的暫態屬振蕩類型，稱電路是欠阻尼的例：如圖所示電路：0時刻時，開關由1打到2，L=0.25H,C=0.25F。（1）R=2.5；（2）R=2；（3）R=1。 分別求在上述電阻式電路中的電壓和電流i。 圖81分析過程如下： (1) R=2.5時，過阻尼狀態（2）R=2，臨界阻尼狀態。 （3）R=1,欠阻尼狀態，振蕩放電過程 三、 仿真設

33、計步驟：1、依據電路設計題目要求設計電路；2、用visio做出電路原理圖并對其進行理論計算分析；3、依據電路模擬圖在電路仿真軟件上做出仿真模型，通過示波器分析電容電壓和電流變化過程，進行電路仿真；4、將測量的結果與理論計算值進行比較，對仿真結果進行分析；5、做出試驗小結四、 仿真試驗結果如圖所示，設計仿真電路 圖82 R=2.5時，過阻尼狀態波形如下所示： 圖83當將R值換成2時，；臨界阻尼波形圖如下 圖84當將R值換成1時，欠阻尼振蕩放電波形圖如下： 圖85圖中藍色為電感電流波形軌跡，紅色為電容電壓波形軌跡。過阻尼與臨界阻尼均為非振蕩放電過程，最終都衰減至零，第三個圖為欠阻尼震蕩過程，在震蕩過程中電容周期性的充放電，電感周期性的吸取和放出能量，由于電阻的存在，電磁能量不斷消耗，震蕩漸漸衰減。從圖中可以看出波形周期衰減的趨勢。符合理論分析。五、 誤差分析及小結 1、由波形可以