直流電路基爾霍夫電壓定律仿真設計

一直流電路基爾霍夫電壓定律仿真設計1、電路課程設計目的（1） 了解基爾霍夫電壓定律的原理及使用方法;（2）運用仿真對該定律有一個感性的認識。2、仿真電路設計原理如圖所示，已知兩直流電壓源VI、V2分別為12v、6v，兩電阻阻值分別為6Q、6Q，通過理論分析：如上圖所示，兩個回路分別設回路1和回路2的回路電流為I1、匕,則對回路一列方程可得I(6+6)+1X6=12;(I+1)X6=6解得：1=1A，I=01 2 1 2 1 2從上述的理論分析中可以得到，在滿足電路的基本特征后，每個回路都可以列KVL方程來求解其中的未知數，KVL反映任一回路內各支路電壓之間的相互制約關系，該定律指出:在集總電路中，任何時亥U，沿任一回路，所有支路電壓的代數和恒等于零，即u=0.3、電路設計內容與步驟Q選擇正確的電壓源和電阻值，并將各元件按順序放在指定位置；⑥選擇電壓表，并將其放置在需要測量的元件兩端，務必保證電壓表為AC；@將各個元件依次用導線連接，并將電路進行接地，并運行得出數據。

—LV1—12V_LV2謳6V—LV1—12V_LV2謳6VDC10M圖2KVL電路仿真設計圖如圖2所示，在Multism11.0中對圖1的電路進行仿真設計，并測量兩負載R、R2的電壓分別為6V,則可以驗證回路1和回路2滿足的KVL方程。4、 電路課程設計注意事項（1） 使用Multism11.0仿真設計時注意選擇合適的仿真儀表，我們盡量選擇電壓表、電流表，而不要用萬用表代替，電壓表電流表可以在電路中直接顯示數值，而萬用表還需要打開；（2） 注意仿真儀表的接線是否正確；（3） 每次要通過按下操作界面右上角的“啟動/停止開關”接通電源；（4） 在列上述方程式，首先要指定回路的繞行方向，一般選擇關聯(lián)參考方向作為回路的正方向，凡支路電壓的參考方向一致者，該電壓取“+”，反之取“一”。5、 電路課程設計總結（1） 在電路設計過程中，開始我選擇了使用萬用表進行測量，這種方法不能在電路中直接顯示數值，需要雙擊后選擇電壓鍵后方可進行讀數，比較麻煩。而選用單獨的電壓表和電流表之后就可以直接進行讀數，不僅增加了其美觀性，更簡化了操作步驟。（2） 第一次利用Multism11.0進行仿真設計，該軟件的仿真真實度令我對電路仿真產生了濃厚的興趣。

直流電路疊加定理電路仿真設計.電路課程設計目的(1)了解疊加定理的使用方法及原理;（2）利用疊加定理解決電路的計算等實際問題;(1)了解疊加定理的使用方法及原理;（2）利用疊加定理解決電路的計算等實際問題;通過仿真對疊加定理有一個更加深刻的認識;.仿真電路設計原理其中氣、R?其中氣、R?、R3的值分別是皿g、皿利用疊加定理求解通過%的電流I的值。圖1疊加定理仿真設計實例R2圖1疊加定理仿真設計實例R21QI1A理論分析:R2R12QV110v圖R2R12QV110v圖3電壓源單獨作用電流源單獨作用：電壓源置零位（短路），化簡后的電路圖如圖2所示，據并聯(lián)分流的公式，此時通過R的電流I⑴乙2X1=2ATOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"3 1+2 3電壓源單獨作用：電流源置零位(開路)，化簡后的電路圖如圖3所示，據串聯(lián)電路的電壓八 1010電流關系可得通過R的電流I⑵= =A3 2+13則當電流源、電壓源共同作用時，通過R的電流I=I⑴+1⑵=2+10=4A3 33疊加定理：在線性電路中，任一電壓或電流都是電路中各個獨立電源單獨作用時，在該處產生的電壓或電流的疊加。當某一獨立源單獨作用是，其他的獨立源應置零，即獨立電壓源短路，獨立電流源開路，電阻及受控源保留。注意事項：(1)疊加定理僅適用于線性電路。電壓、電流疊加時要注意方向。功率不符合疊加定理，因為它與電壓電流為非線性關系。各獨立源單獨作用可以理解為每個獨立電源逐個作用一次或各個獨立電源分組作用各一次，但必須保證每個獨立電源只能參與疊加一次。某個獨立電源作用，同時意味著其他電源不起作用，即電壓源短路，電流源開路。受控元則保留在各分電路中。.疊加定理電路設計內容與步驟Q選擇合適的電壓源和電流源及電阻，并將其放置在合適的位置；@選擇萬用表串聯(lián)入所要測量的支路的電流，并將萬用表的選擇項設置為直流電流；@首先將電流源電壓源共同作用時電流I，而后測量電流表單獨作用時的該支路電流I⑴，此時需將電壓源視為短路；最后測量電壓源單獨作用時該支路電流I⑵，此時電流源視為開路。Q對得到的三個讀數進行比較可以得到其中的關系。a.電流源單獨作用時，設計如圖4所示的仿真電路，此時電壓源視為短路，萬用表電流檔的示數為666.667mA。

圖5仿具電路萬用表示數圖4電流源單獨作用仿真電路圖5仿具電路萬用表示數圖6電壓源單獨作用仿真電路C.電流源和電壓源共同作用時圖7仿真電路萬用表示數設計如圖8所示的仿真電路，此時萬用表電流檔的讀數為4A。圖6電壓源單獨作用仿真電路C.電流源和電壓源共同作用時圖7仿真電路萬用表示數設計如圖8所示的仿真電路，此時萬用表電流檔的讀數為4A。圖8電壓源、電流源共同作用仿真電路圖9仿真電路萬用表示數由以上電路仿真的結果可以得出通過電阻R3的電流i為當電壓源和電流源分別單獨作用時通過電阻R的電流的疊加。由此可以驗證疊加定理。3電路課程設計注意事項使用Multism11.0時注意選擇適當的仿真儀表，本次使用的萬用表與實驗1中使用單獨的電壓表與電流表可以明顯的顯示出單獨電壓表和電流表的優(yōu)勢；注意仿真儀表的接線正確性；每次要通過按下操作界面右上角的“啟動/停止開關”接通電源。電壓、電流疊加時要注意方向，方向相同取正，相反取負。某個獨立電源作用，同時意味著其他電源不起作用，即電壓源短路，電流源開路。在仿真設計時務必注意。電路課程設計總結在進行仿真設計過程中，誤將電流源置零位設置為短路，是我第一次的仿真設計失敗，后及時改正得到正確結論。在疊加定理中存在著疊加定理的一推廣定理即疊加定理的齊次性，即在線性電路中當所有的激勵都增大或縮小k倍時，其響應也同樣的增大或縮小k倍，這在解決一些電路中有很多的應用。三運算放大器電路仿真設計1、電路課程設計目的（1） 了解運算放大器電路仿真設計的原理和方法;（2）利用仿真設計解決運算放大器問題2、仿真電路設計原理如圖1所示的運算放大器u=1V，R=R=R=1kQ,R=R=2kQ,求解u1 1 3 4 2 5 0圖1運算放大器電路實例u—1Ri理論分析：如圖所示，設出a、bu—1Ri(—+—)u-—uR] R2 aR201七 u=04=ub由以上式子代入數據可得：%=4V約等于零，故稱兩輸入端為虛斷。Q虛短：在運算放大器的實際應用中，對線性區(qū)工作而言，由于u0為有限量，而AF，則u「u=號T0，即兩輸入端間電壓約等于零，兩輸入端為等電位，故稱虛短。分析含理想運算放大器的電阻電路時，一般采用節(jié)點法，或根據KCL列寫方程，運算放大器的輸出端直接連接的節(jié)點，一般不列寫KCL方程。含理想運算放大器的電阻電路的分析規(guī)則：Q含理想運算放大器的電阻電路的分析規(guī)則：Q虛斷:因RT3，所以流入輸入端的電流in3、電路設計內容與步驟如圖2所示，對原理圖進行仿真設計Q選擇運算放大器、電壓源、電阻放置在合適位置；⑥將DC電壓表連接在所要測量的u端；@將各元件進行連線，此時要注意運算放大器的連線方式，將電路接地并運行的到讀數;圖2運算放大器電路仿真設計其中％位置顯示電壓為u0=4V5、電路課程設計總結(1)注意運算放大器的接線方式；使用Multism11.0仿真設計時注意選擇合適的仿真儀表，我們盡量選擇電壓表、電流表，而不要用萬用表代替，電壓表電流表可以在電路中直接顯示數值，而萬用表還需要打開；注意仿真儀表的接線是否正確；每次要通過按下操作界面右上角的“啟動/停止開關”接通電源；4、電路課程設計注意事項務必注意運算放大器的接線方式，即其“+”“一”接線；含理想運算放大器的電路也要進行接地后，方可運行。四正弦穩(wěn)態(tài)電路諧振仿真設計.電路課程設計目的（1） 了解諧振電路的特點及仿真設計的基本原理；（2） 學會利用Multism11.0對諧振電路進行仿真；.仿真電路設計原理如圖1所示，各元件的參數已經標注，通過此例進行計算。圖1正弦穩(wěn)態(tài)電路諧振仿真實例逐=1理論分析與計算：當電路發(fā)生諧振時，XL=XC或 ①C （諧振條件）1oL= 1由 ①C可以得到02= =106rad/s,①=1000rad/s由①=2兀f,可以得到LCf=1000Hz,此時L、C上的交流電壓值為U=100/90。V,,U=100Z-90oV,電源電壓2兀 1 1 l1 %全部加在電阻R上，Ur=10Z0oV.電路發(fā)生諧振時，電路中電流值最大，電感和電容上的電壓遠大于外施電壓，這種現(xiàn)象稱為諧振過電壓，因而串聯(lián)諧振又稱電壓。在無線電技術中，當輸入信號微弱時，可利用電壓諧振來獲得一個較高的輸出電壓；而在電力工程中，過高的電壓會使電容器和電感線圈的絕緣被擊穿而造成電力設備的損壞，因而要避免諧振情況的發(fā)生。.諧振電路設計內容與步驟Q選擇合適的交流電壓源、電阻、電容、電感，并將其放置在合適的位置；⑥將四個電壓表分別放置在電阻、電感、電容、電感和電容的兩端進行測量，注意將電壓表的改為AC，交流電壓源的rms為交流電壓源的有效值，同時將①=1000rad/s化為頻率^輸入其中；e將各元件用線連接，并將電路進行接地后運行得到讀數。如圖2所示，將圖1的原理圖進行仿真設計并運行得到的數據U=9.980V，U=99.799V，U=99.804V，U。=0.020V—0R1 L1 C1 3將仿真設計的數據與理論數據進行比較可以看出其中存在一定的誤差，由于在進行計算時電壓的頻率f=—,在處理丸時，我將丸的值約等于3.14參與計算，也就導致計算中2兀f=159.15Hz，也就引起一系列的反應導致Ur、Ul、Uc的值均發(fā)生變化。U1 U2U4AC10MOhm圖U1 U2U4AC10MOhm圖2諧振電路仿真設計電路課程設計注意事項使用Multism11.0時注意選擇適當的仿真儀表，本次使用的萬用表與實驗1中使用單獨的電壓表與電流表可以明顯的顯示出單獨電壓表和電流表的優(yōu)勢，注意要將所使用的電壓表中的選項由DC更改為AC；注意仿真儀表的接線正確性；每次要通過按下操作界面右上角的“啟動/停止開關”接通電源。交流電源上所標注的Vrms為電壓的有效值，在更改電源的數值是應注意，另外pk則是代表電壓的峰值。電路課程設計總結在Vrms前輸入的為電壓的值14.14，實則為有效值，第一次輸入出錯。（2） 未將電壓表的DC（直流）更改為AC（交流），導致其中一組數據出現(xiàn)錯誤。（3） 在進行諧振電路設計時，也可以使用示波器進行演示可以得到電壓和電流同相位，也可對諧振的特點進行驗證。五三相交流穩(wěn)態(tài)電路仿真設計1.電路課程設計目的（1） 了解三相穩(wěn)態(tài)電路線電壓、線電流、相電壓、相電流的求法；（2） 掌握利用Multism11.0進行三相交流電路的仿真設計的方法；仿真電路設計原理如圖1所示，Ua=Ub=U^=220V,Z=10+j10,求各相的線電壓、相電流。圖1三相交流電路原理圖UU=220(3Z150。CA理論分析與計算：UAB=220^/3/30o,UBC=22Q\f3/-90°,U 220/0。 ,億=f==15.556/-45°a

aZ10+10j%220/-120。B=藝=10+10j

=15.556/-165°a220/120。10+10j=15.556/75。A圖1中U廣220/0°V,氣二220/-120°V,Uc=220/120。V,根據三相電路的電源星接與負載星接的計算方式可以得到上述的結果。3.三相交流穩(wěn)態(tài)電路電路設計內容與步驟

如圖2所示，將圖1的原理圖進行仿真設計Q選擇交流電壓源，設置交流電壓源220V（rms）,頻率為50Hz，角度分別為0。、-120。、120。；@將Z=10+j10，設置為R=10Q,L=32mH，中線電阻設置為10Q。為了便于觀察電流與電壓的相位關系，選擇一個受電流控制的電壓源，通過觀察電壓的變化來間接得到電流的變化。④將3個電壓表分別并聯(lián)接在A相、B相、C相兩兩之間，將4個電流表串聯(lián)接入A相、B相、C相、中線中。Q將各元件用線連接，并將示波器的A接口并聯(lián)在A相Z兩端，將示波器的B接口接在A相受控源兩端。?將電路接地并運行，得到各電壓表及電流表的示數，示波器的電壓電流圖像特征*380.930V，”=380.953V，氣=380.950V，I廣心心，［廣心1"I廣EWA，中線電流I=0.144pA—0ISC122050H220Vrms50H-120U3AC10MOhm220Vrms50Hz120°ISC122050H220Vrms50H-120U3AC10MOhm220Vrms50Hz120°10GU2AC10MOhmAC1e-009Ohm圖2三相交流穩(wěn)態(tài)電路仿真設計

由圖3可以得到電壓電流的周期為T=19.963ms,由圖4電壓與電流的的相位差為

口T=2.612ms,有時間與弧度的關系可以得到：□］二"解得：口。二47.1。T 2兀 口由此可得I=15.510/47.1oA，同樣的可以依據角度的關系得到其余各相的值。AOscilloscope-XSCl在選擇電壓源時需將三相電源的每一項電源的角度進行設置，即0。、 120。、120。，并將每一個電壓表電流表由DC更改為AC；使用Multism11.0仿真設計時注意選擇合適的仿真儀表，我們盡量選擇電壓表、電流表，而不要用萬用表代替，電壓表電流表可以在電路中直接顯示數值，而萬用表還需要打開；注意仿真儀表的接線是否正確；每次要通過按下操作界面右上角的“啟動/停止開關”接通電源；示波器無法直接對線路中的電流進行波動圖像的測量，需要借助一個受控源，也即一個小電阻，將電流轉化為電壓進行間接測量。注意示波器中電流電壓圖像的調節(jié)，將其圖像調節(jié)到合適的位置后進行觀察，從而得出其電壓電流變化關系。5.電路課程設計總結在使用交流電源時未將其角度進行更改；受控源使用錯誤，導致示波器顯示的圖像錯誤；在觀察電壓電流的曲線變化時，電流處在電壓的前面，那是不是就是說電流超前電壓？現(xiàn)在還不是很明白。六含受控源電路輔助分析1、 電路課程設計目的了解含受控源電路處理的原理和方法；掌握含受控源電路仿真設計的方法；2、 仿真電路設計原理如圖1所示，根據電路圖上所標注的數據驗證含受控源電路的電壓關系。10V1Q含受控源電路仿真實例圖110V1Q含受控源電路仿真實例圖12u對節(jié)點列節(jié)點電壓方程可以得到：11 102u―+^111 102u―+^20V3u(1+1+2)20V3由上述兩式即可得到：u=?V,則受控源兩端電壓2u受控源是一種電路模型，實際存在的一種器件。受控電壓源的特性具有電壓源的特