multisim電路仿真課程設(shè)計

1、實用文檔4.1仿真設(shè)計1、用網(wǎng)孔法和節(jié)點法求解電路。如圖4.1-1所示電路：文案大全(a)用網(wǎng)孔電流法計算電壓 u的理論值。(b)利用multisi4岸行電路仿真，用虛擬儀表驗證計算結(jié)果。(c)用節(jié)點電位法計算電流 i的理論值。(d)用虛擬儀表驗證計算結(jié)果。解：電路圖：解得ii=22= 13=-3u=2 viJLIHOhta(a)i 1=25i 2-3 i-i 3=2L i 3=-3(b)如圖所示:(c)列出方程l 4/3 U i- U 2=2解得 Ui = 3 v U 2=2 vi=1 A2U- U 2=2結(jié)果：計算結(jié)果與電路仿真結(jié)果一致。結(jié)論分析：理論值與仿真軟件的結(jié)果一致。2、疊加定理和

2、齊次定理的驗證。如圖4.1-2所示電路：(a)使用疊加定理求解電壓 u的理論值；(b)利用multisim進行電路仿真，驗證疊加定理。(c)如果電路中的電壓源擴大為原來的3倍，電流源擴大為原來的2倍，使用齊次定理，計算此時的電壓u;(d)利用multisim對(c)進行電路仿真，驗證齊次定理。電路圖：(a)11 =27 I 2-2 I 1- I 3=0<3 I 3- I 2-2 I 4=0解得 Ui=7 (V)14=-3 U 1I U1=2 (I i- I 2)如圖所示電壓源單獨作用時根據(jù)網(wǎng)孔法列方程得：-3 I 1-2 I 2- I 3=4I2=-3 U 2| 7 I 3 - I 1=

3、0解得 U2=9 (V)L U2=4-2 I 3所以 U= U 1+ U2=16 (V)(b)如圖所示。(c)根據(jù)齊次定理，U=2U+3U2=14+27=41 v(d)結(jié)果：理論值與仿真電路計算的值一樣。結(jié)論分析：齊次定理和疊加定理成立。三、替代定理的驗證。(a)求R上的電壓u和電流I的理論值；(b)利用multisim 進行電路仿真，分別用相應(yīng)的電壓源u和電流源I替代電阻R,分別測量替代前后支路1的電流ii和支路的電壓U2,驗證替代定理。電路圖:VI解得:II0.588(A)t 2= -0.977(A)I 3 =2.186(A)I= I 3=2.186(A)U=2I=4.372(V)U2=

4、-3 I 2=2.931(V)(b)分別用電壓源和電流源代替。0U3PC lpOSCluaJ Z VP6-VW1 OhoKB-wv1 OhiNS 4.372 V用相應(yīng)的電流誨替代結(jié)果：替代前后，電路的各個數(shù)值沒變。結(jié)論分析：替代前后結(jié)果一致，替代定理成立。四、測圖4.1-4電路中N1 N2的戴維南等效電路圖的參數(shù)，并根據(jù)測得參數(shù)搭建其等效電 路；分別測量等效前后外部電流I ,并驗證是否一致。電路圖：用由原的電麻課替代戴維南等效后等效后的圖O9R 4_ILSS<結(jié)果：等效前后，外電路的電流不變。結(jié)論分析：戴維南等效，等效前后，外電路不變。五、設(shè)計一階動態(tài)電路，驗證零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)齊次

5、性。如下圖所示電路，t<0時，S位于“1”，電路以達穩(wěn)態(tài)。今于t=0時刻S由“1”閉合至“2”。(a)計算t>0時的電壓Ux(t), U if(t)理論值，并合理搭建求解時所需仿真電路圖。(b)若US改為16V,重新計算Uix(t)理論值。并用示波器觀察波形。找出此時Uix(t)與(a)中Ulx(t)的關(guān)系。(c) US仍為8V,Is改為2A,重新計算U1f(t)理論值。并用示波器觀察波形。找出此時U1f(t)與(a)中U1f(t)的關(guān)系。(d)若US改為24V, Is改為8A,計算U1(t)全響應(yīng)。電路圖:零輸入響應(yīng)（t 0+）零輸入七=0+圖（-之叮）-AWn2 OhJa萬用表

6、XME2S3戴維南等效電阻等效電阻圖R41VA2 Qhm霉狀態(tài)的S0+圖 (4廿)LMOhin.零優(yōu)態(tài)穩(wěn)態(tài)圖C0v>iHOtua(a)、計算過程：當t>0零輸入時刻電容相當于一個電壓源，在 t<0時,Uc(0-)=-4v;所以 Uc(0+)=-4v;此時當開關(guān)位于 2時，電流源開路，此時由換路定理有Uc(0-尸Uc(0+)Uix(o+)=Uc(0+)/(36+2)；8從而解得Uix(o+)=-2v;當電路達到穩(wěn)態(tài)時，電容放電完畢，此時Uix(8)=0v；所以零輸入時刻為Uix=-2 e-250t ;(t>=0)當t>0時，零狀態(tài)時刻電容相當短路，此時有Uif(o+

7、)=Is*【(2/6) / (3/6/2);解得 Uif (0+)=4v;當電路達到穩(wěn)態(tài)時，電容相當于開路此時有U1*(1/3+1/6)=4;解得 Uif(oo)=8v；所以電路的零狀態(tài)響應(yīng)為Uif(t)=8-4 e-250t;(t>=0)(b)、若Us改為16v,重新計算Uix理論值。并觀察示波器的波形，找出此時Uix(t)與(a)Uix的關(guān)系。解：當 Us=16v所得 Uc(0+)=-8v;根據(jù)齊次定理解得Uix(0+)=-4v;當電路達到穩(wěn)態(tài)時Uc(8 )=0v；所以當 Us 改為 16v 時 Uix(t)=-4 e-25°t;(t>=0)U1f(t)(c) Us仍

8、為8V, Is改為2A,重新計算Ulf理論值。并用示波器觀察波形。找出此時 的關(guān)系；解：當電流源改為 2A時，此時有Uif(o+)=Is*【(2/6) / (36/2);解得 Uif(0+)=2v;當電路達到穩(wěn)態(tài)時此時有Uif(8)* (1/3+1/6)=2;解得 Uif(8)=4v;綜上所述可得到Uif=4-2 e-250t；(t>=0)(d)、若Us改為24v,Is改為8A,計算U1(t)全響應(yīng)。解：因為滿足齊次性，所以得到Uix(t)=-6 e-25°t;(t>=0)Uif(x)=16-8 e-25°t;(t>=0)根據(jù)戴維南等效的Req=4所以t=

9、Rc=0.004;帶入三要素公式得到U1(t)=16-14 e-25°t;(t>=0)結(jié)果：滿足零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)的齊次性；結(jié)論分析：零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)的齊次性成立。六、計算從下圖a,b端看入的戴維南等效電路理論值，搭建仿真電路，測量驗證理論值是否正確。電路圖：戴維南等效后，電路如圖:1 OR 1計算：Roc=(Ri/R 5+R0/R 4=10 Q由節(jié)點法(1/20+1/20+1/10)U1-(1/10)Uoc=50/20;-(1/10)U1+(1/10+1/20)Uoc=50/20解得 Uoc=37.5V;結(jié)果：戴維南等效前后，電阻的電壓不變。40mA 80mA 50

10、mA結(jié)論分析：戴維南等效后，電路與原電路等效。七、如圖所示電路，設(shè)毫安表內(nèi)阻為零，已知各毫安表計讀數(shù)依次為求總電流I。仿真電路值計算(所用值都為有效值)：R=U/i 1=10/0.04=250 Q ; L=U/ 3 i 2=10/(50*0.08)=0.398; C=is/U co =0,05/(10*50)=15.9uF理論值計算：1=0.04+0.08 / 900+0.05 / -90 0=0.04+0.03j最終I的有效值為：I=50mA結(jié)論分析：在正弦穩(wěn)態(tài)激勵下基爾霍夫電流定律仍然成立。八、如下圖所示一階動態(tài)電路，在 t<0時開關(guān)位于“1”，電路已達到穩(wěn)態(tài)。t=0時開關(guān)閉合 到

11、“2”。(a)用三要素法求解t>=0時，Ii的完全響應(yīng)的理論值。(b)用實驗仿真的方法求出三要素，從而求解Ii的完全響應(yīng)，并用示波器顯示相應(yīng)的波形。電路圖：(B口-圖) v=-4vR5jWV*5 Ohm穩(wěn)態(tài)圖R1WV3 OhmU1DC le-0090hmI ;4 V3 Du"(a )、設(shè)路端電壓為 Uoc,則 Uoc=-2i 3+63; 3i 2=-6i 1； i 2=i 1+i 3；解得 Req=Uoc/-i 3=5 歐姆； 于是 t=Req*C=0.1*5=0.5;所以ii的完全響應(yīng)為i=2/3(1-e-2t) ;(t>=0)(b)波形結(jié)果：仿真結(jié)果和計算結(jié)果相符結(jié)論

12、分析：三要素法適用于解決直流電源作用下的一階電路響應(yīng)。九、設(shè)計積分電路，要求合理設(shè)置元件參數(shù)，使輸入占空比為50%的方波時，穩(wěn)態(tài)輸出為三角波，觀察電路工作過程。電路圖：XFGJ.uiXSC1結(jié)論分析：由于電容對電流有記憶作用，電容兩端的電壓就等于電流對時間的積分，當輸入占空比為5 0的電流方波時，積分就會出現(xiàn)如圖所示的電壓波形。綜合設(shè)計設(shè)計1:設(shè)計二極管整流電路。條件：輸入正弦電壓，有效值 220v,頻率50Hz;要求：輸出直流電壓 20電路圖：結(jié)論分析：根據(jù)二極管的單向?qū)ㄔ恚旊娐钒凑杖鐖D所示輸入時，經(jīng)二極管的整流作用后，1 00電阻上端總是為正極，下端為負極，且輸出電壓值恒定，即達到了

13、輸出直流電壓 的目的。設(shè)計2:設(shè)計風(fēng)扇無損調(diào)速器。條件：風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與風(fēng)扇電機的端電壓成正比；風(fēng)扇電機的電感線圈的內(nèi)阻為200歐姆，線圈的電感系數(shù)為 500mH風(fēng)扇工作電源為市電， 即有效值220V,頻率50Hz 的交流電。要求：無損調(diào)速器，將風(fēng)扇車t速由最高至停止分為4檔，即0, 1, 2, 3檔，其中0檔停止，3檔最高。電路圖:結(jié)論分析：當開關(guān)（從左向右）依次置于圖示位置時，電扇上的電壓依次增大，即從左向右 為0, 1, 2, 3檔，從而實現(xiàn)了調(diào)節(jié)風(fēng)扇風(fēng)俗的作用。設(shè)計3:設(shè)計1階RCg波器。條件：一數(shù)字電路的工作時鐘為5MHz工作電壓5V。但是該數(shù)字電路的+5v電源上存在一個100MHz的高頻干擾。要求：設(shè)計一個簡單的 RC電路，將高頻干擾濾除。電路圖:結(jié)論分析：電容有通高頻的作用， 當電路中有高頻干擾時， 可在電路中接近電源的地方加一 小電容，即可將高頻干擾濾過，得到我們想要的工作電壓。設(shè)計10、設(shè)計一個指示