电路仿真实验报告

一、电路图

二、实验步骤 1.原理图编辑:

分别调出接地符、电阻R1、R2、R3、R4，直流电压源、直流电流 源，电流表电压表（注意电流表和电压表的参考方向），并按上图 连接； 2.设置电路参数：

电阻R1=R2=R3=R4=1Ω，直流电压源V1为12V，直流电流源 I1为 10A。 3.实验步骤：

1）、点击运行按钮记录电压表电流表的值U1和I1；

2）、点击停止按钮记录，将直流电压源的电压值设置为0V，再次点击运行按钮记录电压表电流表的值U2和I2；

3）、点击停止按钮记录，将直流电压源的电压值设置为12V，将直流电流源的电流值设置为0A，再次点击运行按钮记录电压表电流表的值U3和I3；

根据电路分析原理，解释三者是什么关系？并在实验报告中验证原理。

三、实验数据： 第一组 第二组 第三组

四、实验数据处理：

U2 + U3 = 2.000V + 4.800V = 6.800V = U3 I2 + I3 = (-4.000A) + 2.400A= -1.600A = I1

五、实验结论：

由电路分析叠加原理知：由线性电路、线性受控源及独立源组成的电路中，每一元件的电流或电压可以看成是每一个独立源单独作用

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电压 12V 0V 12V 电流 10A 10A 0A U/V 6.800 2.000 4.800 I/A -1.600 -4.000 2.400 时，在该元件上产生的的电流或电压的代数和。

本次实验中，第一组各数据等于第二组与第三组各对应实验数据之和，与叠加原理吻合，验证了叠加原理的正确性，即每一元件的电流或电压可以看成是每一个独立源单独作用时，在该元件上产生的的电流或电压的代数和。

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实验2 并联谐振电路仿真

一、电路图：

二、实验步骤： 1.原理图编辑:

分别调出接地符、电阻R1、R2，电容C1，电感L1，信号源V1，并 按上图连接； 2.设置电路参数：

将交流分析量值设置为5V，电压源V1设置为5V，频率设为500Hz， 设置电阻R1=10Ω，电阻R2=2KΩ，电感L1=2.5mH，电容C1=40uF。 并如图所示对电容上方的线名称改为“out”。 3.分析参数设置： （1）AC分析 ①类型设置

仿真→分析→交流分析。 ②参数设置

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起始频率设为1Hz，停止频率设为100MHz，扫描类型 为十倍频程，每十倍频程点数设为10，垂直刻度设为线性， 其他保持默认，单击“确定”。然后选择对话框菜单栏的“输 出”按钮，在左侧的“所有变量”中选择“V(out)”（双击）。 ③仿真

在交流分析参数都设置好以后，单击对话框中的“仿真” 按钮，开始仿真。 ④记录结果

在所得图形上点击右键，将图片复制并粘贴在新建word文 档中。之后单击“工具”菜单，选择“导出到Excel”选 项，将实验数据以excel的形式保存。 （2）瞬态分析 ①类型设置

仿真→分析→瞬态分析。 ②参数设置

由信号源f=500Hz，可得周期为0.002s，五个周期即0.01s。 参数设置起始时间设为0s，结束时间设为0.01s，其他参 数保持默认，单击“确定”。然后选择对话框菜单栏的“输 出”按钮，在左侧的“所有变量”中选择“V(out)”。 ③仿真

在瞬态分析参数都设置好以后，单击对话框中的“仿真” 按钮，开始仿真。

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④记录结果

在所得图形上点击右键，将图片复制并粘贴在新建word文 档中。之后单击“工具”菜单，选择“导出到Excel”选项， 将实验数据以excel的形式保存。 4.实验结果：

要求将实验分析的数据保存 (包括图形和数据)，并验证结果是否 正确，最后提交实验报告时需要将实验结果附在实验报告后。

三、仿真结果：

按上述步骤进行完毕后，得到仿真结果如下图所示： 1.交流分析仿真结果：

2.瞬态分析仿真结果：

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四、实验结果分析

将电路化作等效向量模型，计算其阻抗得电路谐振条件：L=1/C,其谐振频率为

f012πLC。

本实验中的电路满足谐振条件，并联谐振电路呈电阻性，当f=f0时，电路为纯电阻电路，其阻抗模最小，电路中电流最大，此时，R2两端电压最大。由仿真结果可知，当f=510.03Hz时，其输出达到最大值，与理论结果相接近，得以验证。

由瞬态分析结果计算可知，时域波形的频率为500Hz，幅值约为7.09，与理论值基本吻合。

综上所述，结果与理论值相符，正确。

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实验3 含运算放大器的比例器仿真

一、电路图：

二、实验步骤 1.原理图编辑:

分别调出电阻R1、R2，虚拟运算放大器OPAMP_3T_VIRTUA（在ANALOG 库中的ANALOG_VIRTUAL中，放置时注意同相和方向引脚的方向）； 调用虚拟仪器函数发生器Function Generator与虚拟示波器 Oscilloscope。 2.设置电路参数：

电阻R1=1KΩ，电阻R2=5KΩ。信号源V1设置为Voltage=1v。 函数发生器分别为正弦波信号、方波信号与三角波信号。频率均为 1khz，电压值均为1。其中方波信号和三角波信号占空比均为50%。 3.分析示波器测量结果：

实验结果:只记录数据（并考虑B通道输入波形和信号发生器的设 置什么关系）

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将测量结果保存，并利用电路分析理论计算结果验证。

三、仿真结果：

按照上述步骤操作完成之后，可在示波器上观察到如下波形：

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四、实验结果分析

对与节点2可列节点方程：

U2G1USG2U00 （G1G2）由理想运放特点可知: u2=0（虚断）

由仿真结果可知，输出信号与输入信号反相，且被放大R2/R1=5倍，与理论一致。故测量结果得以验证。

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U0R2USR1

实验4 二阶电路瞬态仿真

一、电路图：

二、实验步骤 1.初步设置

C1的电容值分别取1000u、500u、100u、10u，并设置初始值为5V， 电感L1=1mH，使用瞬态分析求出上图中各节点的V(out)节点的时 域响应,并能通过数据计算出对应电路谐振频率(零输入响应)。 2.分析电路 （1）参数扫描分析 ①类型设置

仿真→分析→参数扫描。 ②参数设置

选择扫描参数的器件类型为“电容”，扫描变量类型为“列 表”，分别将0.001, 0.0005, 0.0001, 1e-005输入“值列 表”选框内。然后选择“输出”，在左侧的“所有变量”中

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选择“V(out)”。 ③仿真

单击参数扫描分析对话框的“仿真”按钮，开始仿真。 ④记录结果

在所得图形上点击右键，将图片复制并粘贴在新建word文档 中。之后单击“工具”菜单，选择“导出到Excel”选项， 将实验数据以excel的形式保存。 （2）瞬态分析 ①类型设置

参数扫描分更多选项待扫描的分析瞬态分析。 ②参数设置

单击“编辑分析”，初始条件设为“用户自定义”，起始时间 设为0，结束时间设为0.01，单击“确定”。 ③仿真 ④记录结果

在所得图形上点击右键，将图片复制并粘贴在新建word文档 中。之后单击“工具”菜单，选择“导出到Excel”选项， 将实验数据以excel的形式保存。

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三、仿真结果：

四、实验结果分析

LC电路的零输入响应是按正弦方式变化的等幅振荡，由仿真数据计算得对应的谐振频率如下：

电容C/uF 周期/ms 频率/Hz ω/(rad/s)

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1000 6.3 158.73 997.33 500 4.7 212.77 1336.87 100 2.0 500 3141.59 10 0.653 1531.09 9620.11 实验5 戴维南等效定理的验证

一、电路图 Figure 1：

Figure 2：

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Figure 3：

Figure 4：

二、实验步骤 1.原理图编辑:

1)分别调出接地符、电阻R，直流电压源电流表电压表（注意电流表 和电压表的参考方向），并按Figure 1连接运行，并记录电压表和 电流表的值；

2)如Figure 2连接，将电压源从电路中移除，并使用虚拟一下数字 万用表测量电路阻抗

3)如Figure 3连接，将电阻RL从电路中移除，并使用电压表测量开

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路电压；

4)如Figure 4连接，验证戴维南定理； 2.设置电路参数：

电阻、电源参数如上述图中所示。 3实验步骤：

如原理通编辑步骤，分别测试对应电路的电压、电流和电阻值。 4.实验结果：

比较Figure 1和Figure 4中电压表和电流表的值的异同，并解释 原因。

三、实验数据 Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4

四、实验数据处理：

电压 U1 = 2.713V = U4 电流 I1 = 5.772mA = I4

五、实验结论：

由电路分析戴维南定理知：含独立电源的线性电阻单口网络N，

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电压2.713V 电阻223 Ohm 开路电压4.000V 电压2.713V 电流5.772mA 电流5.772mA 就端口特性而言，可以等效为一个电压源和电阻串联的单口网络。电压源的电压等于单口网络在负载开路时的电压uoc；电阻R0是单口网络内全部独立电源为零值时所得单口网络N0的等效电阻。

本次实验中，Figure 2实验测定了戴维南等效电阻R0的值为223 Ohm，Figure 3实验测定了戴维南开路电压uoc的值为4.000V，在Figure 4中，原电路已由等效电阻R0和开路电压uoc代替，端口特性完全吻合，电压及电流的数值匹配，验证了戴维南等效电路的正确性。

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实验6 元件模型参数的并联谐振电路

一、电路图

二、实验步骤 1.原理图编辑

分别调出电阻R1、R2，电容C1、电感L1、信号源V1，并正确连接。 2.初步设置

设置电阻R1=10Ω，电阻R2=2KΩ，电感L1=2.5mH，电容C1=40uF。 信号源V1设置频率为500Hz，电压峰值设为5V，交流分析量值设 为5V。 3.分析电路 （1）参数扫描分析 ①类型设置

仿真分析参数扫描。 ②参数设置

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选择扫描参数的器件类型为“电容”，扫描变量类型为“列 表”，分别将4e-007, 4e-006, 4e-005, 4e-004输入“值列 表”选框内。然后选择对话框菜单栏的“输出”按钮，在左 侧的“所有变量”中选择“V(out)”。 ③仿真 ④记录结果 （2)AC分析 ①类型设置

参数扫描分析更多选项待扫描的分析交流分析。 ②参数设置

单击“编辑分析”，起始频率设为1Hz，停止频率设为100MHz， 扫描类型为十倍频程，每十倍频程点数设为10，垂直刻度 设为线性，其他保持默认，单击“确定”。 ③仿真 ④记录结果 ⑤重复试验

之后再依次将交流分析扫描对话框中的“每十倍频程点数” 分别改为100和1000，分别得到三种情况下的仿真结果。 4.参数扫描分析设置：simulate –>Parameter Sweep：

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AC分析设置：扫描范围1Hz~100MHz,横坐标扫描模式为Decade,纵坐标为线性。每十倍频程扫描点数为10点，同学们自己设置100和1000点并分析所得结果的异同。

观察电容的容值发生变化时，记录电路的幅频响应。在实验报告中重点分析响应波形不同的原因。并介绍AC分析和参数分析的特点。

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三、仿真结果：

按上述步骤进行完毕后，得到仿真结果如下图所示：

①每十倍频程点数为10：

②每十倍频程点数为100：

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③每十倍频程点数为1000：

四、实验结果分析 1.影响波形不同的原因

谐振条件：电容大小满足L=1/C。 L>1/C，电路显电感性，电流滞后于电压； L<1/C，电路显电容性，电压滞后于电流。

2. AC分析是在正弦小信号工作条件下的一种频域分析。在进行交流频率分析时，首先分析电路的直流工作点，并在直流工作点处对各个

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非线性元件做线性化处理，得到线性化的交流小信号等效电路，并用交流小信号等效电路计算电路输出交流信号的变化。

参数扫描分析是在用户指定参数数值变化的情况下，对电路的特性进行分析。

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实验7 电路过渡过程的仿真分析

一、电路图

二、实验步骤

1.原理图编辑，设置参数：

分别调出电阻R、电感L、电容C、接地符和信号源V1，其中，信 号源是Source库SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES组中调用

PULSE_VOLTAGE，参数如下：Initial Value 1V，Pulsed Value 0V， Delay Time 0s，Rise Time 0s，Fall Time 0s，Pulse Width 60 μs，Period 120μs。（该电压源用于产生方波信号） 2.分析电路 （1）瞬态分析 ①类型设置

仿真→分析→瞬态分析 ②参数设置

起始时间设为0，结束时间设为5*120us=0.0006s（5个周

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期），其他保持默认。然后选择对话框菜单栏的“输出”按 钮，在左侧的“所有变量”中选择“V(out)”。 ③仿真 ④记录结果 （2）参数扫描分析

①类型设置

仿真→分析→参数扫描 ②参数设置

选择扫描参数的器件类型为“电阻”，名称为“R1”，参数为 “阻抗”，扫描变量类型为“列表”，分别将500, 2000, 5000 输入“值列表”选框内。然后选择“更多选项→待扫描的分 析→瞬态分析→编辑分析”，调出瞬态分析扫描对话框，起 始时间设为0，结束时间设为0.0006s，其他保持默认，单 击“确定”。 ③仿真 ④记录结果

3.观察电容上的电压波形（使用瞬态分析，分析时间为5倍的方波信 号周期），并判断UC(t)的响应属于何种形式(过阻尼/欠阻尼/临界 阻尼)。

4.通过计算的阻尼电阻，使用参数分析方法设置三个电阻值（分别对 应过阻尼/欠阻尼/临界阻尼状态），观察出其它三种响应形式（过 阻尼/欠阻尼/临界阻尼)。在实验报告中重点分析响应波形不同的

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原因（根据计算得到的仿真电路的时域特性来解释）。并介绍瞬态 分析和参数分析的特点。

三、仿真结果 过阻尼：

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临界阻尼：

欠阻尼：

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四、实验结果分析 1.波形不同的原因

在电路中，电感电容串联，它们的电流相位相同，两端电压相位相反。电源在其一个周期内对电容充电，因而电容电压上升，当电路中电流下降为零时，电容储能达到最大，电压也最大；以后电容放电，将能量转移给电感，同时在电阻上消耗一部分。

当电路中电阻较小（小于临界阻尼）时，能量可以在电感电容两部分之间来回转移，并在电阻上不断消耗，直至能量耗尽，被电源再一次充电，进而产生震荡性响应；当电阻增大时，能量在电阻上消耗的部分增多，于是电路的震荡次数减少，甚至一次完整的震荡都无法完成，故形成了临界阻尼与过阻尼状态下的非震荡型波形图。 2.三种分析方法的特点

瞬态分析是一种非线性时域分析方法，是在给定输入激励信号时，分析电路输出端的瞬态响应。在进行瞬态分析时，首先计算电路的初始状态，然后从初始时刻起，到某个给定的时间范围内，选择合理的时间步长，计算输出端在每个时间点的输出电压，输出电压由一个完整周期中的各个时间点的电压来决定。

参数扫描分析是在用户指定参数数值变化的情况下，对电路的特性进行分析。

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