电路理论的仿真Word格式文档下载.docx
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图3—1直流电路原理图
在工作区建立原理电路图后,也可以选择命令菜单中Circuit(电路菜单)的SchematicOptions(原理图选项)操作命令,在启动的对话框中,选定ShowNodes(显示节点),把电路的节点标号显示在原理图上,如图3—3所示;
然后选择命令菜单中Analysis(分析菜单)的DCOperatingPoint(直流工作点)操作命令,EWB对电路作直流工作点分析,分析的结果显示在AnalysisGraphs(分析图)窗口的DCBias(直流偏压)栏中,其中显示的有各结点的电压和电压源支路的电流,如图3—4所示。
对于含有受控源的电路,在建立原理电路时,将受控源元件接入相应的受控位置,而把该受控源元件的控制元件接到相应的控制支路,即把电流控制元件(
)串入控制支路,
图3—2仿真直流电路接线图
图3—3标记结点的电路图3—4直流分析结果
把电压控制元件(
)并在控制电压上,图3—5所示为含有电流控制电压源的电路,可与上一电路一样,在电路中接入电流表和电压表来测量各支路的电流和电压;
或选择命令菜单中Circuit(电路菜单)的SchematicOptions(原理图选项)操作命令,从中选定ShowNodes(显示节点),然后选择命令菜单中Analysis(分析菜单)的DCOperatingPoint(直流工作点)操作命令,直流工作点分析的结果显示在AnalysisGraphs(分析图)窗口的DCBias(直流偏压)栏中,如图3—6所示。
图3—5含受控源的电路图3—6含受控源的电路的分析结果
3—2正弦交流电路的仿真
对于交流电路,求取结点电压和支路电流的有效值时,和直流电路一样,可以将电流表串入支路中,将电压表与需测电压的部分并联,只是电流表和电压表要设置为交流,启动仿真开关后,即可从表计上读取电流和电压数值。
图3—7所示为交流移相电路,通过接入交流电流表和电压表可测得电路的电流和电阻上的电压,并且还可从示波器显示的波形观察到,电阻上电压的相位(即电流的相位)超前电源电压(60°
),见图3—8。
图—7交流电路
图3—8交流电路中电流与电压的波形
图3—9所示为一交流梯形电路,已知电阻R=100Ω,要求电容C为多大时,输出电压与输入电压相位相反。
为此,在电路中接入示波器,.它的A、B两个通道分别接到结点
(输入)和结点
(输出),如图3—10(a)所示,当调节电容C的大小为78μF时,示波器显示的输出与输入波形恰好反相,如图3—10(b)所示。
图3—9交流梯形电路
(a)交流梯形电路(b)输入和输出波形
图3—10交流梯形电路输入和输出波形
对于交流电路还可以进行频率特性分析,在工作区建立原理电路图后,选择命令菜单中Analysis(分析菜单)的ACFreqency(交流频率分析)操作命令,在弹出的对话框中,需要设定的参数有:
NodesforAnalysis(需要分析的电路结点);
StartFreqency(分析的起始频率);
EndFreqency(分析的终点频率);
Sweeptype(扫描形式);
Numberofpoint(显示点数);
Verticalscale(纵轴尺度)。
例如在图3—9所示电路中选择结点
进行分析,然后单击Simulate按钮,分析完成后,在AnalysisGraphs窗口的ACAnalysis栏中可以看到幅频和相频特性曲线。
图3—9所示电路的频率分析结果如图3—11所示。
图3—11幅频特性和相频特性
3—3非正弦交流电路的仿真
图3—12(a)所示为非正弦周期电流电路,电源含有一、三、五、七次谐波分量,电压表显示的读数是非正弦电源电压的有效值。
图3—12(b)为示波器显示的电源的波形和电感元件上的电压波形,可以看出,由四个谐波分量叠加而成的电源的波形为脉动的矩形波,电感上的电压为非正弦波。
(a)非正弦电路(b)非正弦电源和负载的波形
图3—12非正弦电源电压的波形和有效值
图3—13所示的电路是一个滤波器电路,电源电压中含基波和三次谐波分量。
滤波器由电感和电容组成,其中LC并联部分对基波频率发生谐振,将基波分量阻隔;
整个滤波器对三次谐波频率发生串联谐振,故三次谐波分量能全部到达负载,使负载电阻电压中只有三次谐波分量。
图3—14中示波器显示的是电源和负载的电压波形,可见,负载电压的波形基本上为三次谐波分量。
图3—13滤波器电路
图—14滤波器电源和负载的电压波形
3—4暂态电路的仿真
暂态电路中电流和电压的变化,可通过将相关的电压和电流(即电阻上的电压)接入示波器,按下电路中开关设置值按钮(缺省设置时为Space键),即电路进行换路,此时在示波器上显示的即为相应的波形。
图3—15所示为RC电路及电容电压的变化波形。
当图3—15(a)所示RC电路,用函数信号发生器中的方波电压作为电源,如图3—16(a)所示,从示波器上可观察到,随着方波电压方向的改变,电容不断地进行着充电和放电,见图3—16(b)。
(a)RC电路(b)电容电压的波形
图3—15RC电路及电容电压的变化波形
(a)RC电路(b)方波电压作用下的电容电压波形
图3—16方波电源作用下的电容电压变化波形
电路的暂态分析还可以通过设置分析菜单中的Transient(暂态分析)选项来进行。
对输入的原理电路,选择菜单命令Analysis(分析菜单)中的Transient(暂态分析)选项,在弹出的对话框中选择NodesforAnalysis(要分析的结点),并设置暂态分析参数,这包括初始条件
选择和分析时间与步长选择。
初始条件的选择有:
SettoZero(设置为零);
User-defined(采用用户定义的结点电压的初始值);
CalculateDCOperatingPoint(先计算直流工作点,取其作为初始条件)。
分析时间与步长的选择有:
TSTART(起点时间);
TSTOP(终点时间)。
步长通常可以选择Generatetimestepsautomatically(自动步长)。
然后单击Simulate按钮开始分析,分析结果显示在AnalysisGraphs窗口的Transiet栏中。
例如对图3—17(a)所示的RC电路,选结点
作分析,即选电容电压作分析,其暂态分析结果如图3—17(b)所示。
对于图3—18所示RLC串联的二阶电路,选择菜单命令Analysis(分析菜单)中的Transient(暂态分析)选项,对电容电压进行分析。
暂态分析参数设置为:
初始条件为零,起
(a)RC电路(b)电容电压的分析结果
图3—17RC电路暂态分析结果
始时间为零,终点时间为1.5秒,步长设为自动步长。
在AnalysisGraphs窗口的Transiet栏显示的分析结果如图3—19所示。
图3—18RLC串联电路图3—19暂态分析结果
由于暂态分析的结果为衰减振荡,说明描述该电路的二阶微分方程的特征根应是一对共轭复根,或关于电容电压的网络函数的极点,是一对处于复频率平面的左半平面上的共轭极点,这个结果也可通过零极点分析来得到。
零极点分析可选择菜单命令Analysis(分析菜单)中Pole-Zero(零极点分析)选项,在弹出的对话框中设定参数:
AnalysisType(分析类型):
有四种类型的传输函数供选择,即电压增益分析(GainAnalysis),转移阻抗分析(ImpedanceAnalysis),输入阻抗分析(InputImpedance)和输出阻抗分析(OutputImpedance)。
Nodes(结点对):
输入结点对和输出结点对。
Analysis(分析):
是否包含零点分析(ZeroAnalysis)或极点分析(PoleAnalysis)。
然后按Simulate按钮开始分析。
对RLC串联电路,进行电容电压增益转移函数零极点分析,选定输入结点对为5-0,输出结点为2-0,如图3—20(a)所示,可得到图3-20(b)所示的零极点分析结果,结果显示该网络函数有一对共轭极点-5±
31.225,这与uC衰减振荡的变化规律相符。
(a)RLC串联电路(b)零极点分析结果
图3—20电压增益传输函数的零极点分析结果
3—5运算放大器电路的仿真
运算放大器
图3—21倒向比例器电路
图3—224位数字模拟转换器电路
图3—22运算放大器构成的低通放大电路
图3—23低通电路的输入与输出波形
3—6二端口网络的仿真
图3—24二端口输入导纳的测量
图3—25二端口转移导纳的测量
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