电路计算机辅助分析实验报告.docx

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1、XX理工大学实验报告电路计算机辅助分析课程名称：电路计算机辅助分析学院（系）：电气专业：电气工程及其自动化班级：学号：学生姓名：仿真一、线性直流电路的MATLAB辅助分析（1）仿真目的（1）学会运用网络的图论分析方法列些电路方程。（2）掌握运用MATLAB吧语言编写电路分析程序的方法。（2）仿真任务图LI所示电桥电路，在测量和控制技术中得到广泛应用。本仿真要求完成下列 任务：UJ4(1) 给定下列参数:Rl=200, R2=400, R3=600 , R4=800, R5=1000 。，Rs=5, Us=24V0用网络的凸轮分析方法和MATLAB编写电路的 节点电压法分析程序，计算出全部节点电

2、压、支路电压与支路电流。(2)在上述计算结果的基础上，验证特勒根定理的正确性。(3)舍电阻R3可以改变，其他条件不变，理论上R3应为何值，电桥处于 平衡状态？用仿真方法验证结论。(4)设R5可以在0到8范围内变化，绘制R5消耗的功率与R5的关系曲 线，找到获得最大功率的电阻R5级最大功率值。(5)设RI、R4是随温度变化的热敏电阻，分析在条件(1)下，输出电压 U5对Rl和1的灵敏度，及(3)仿真结果与分析1)列出关联矩阵：A=l OlOO -1;-1 1 0 0 1 0;0 -1 0 -1 011;R3=600;R5=1000;Gl=l200;G2=l400;G3=1R3;G4=l800;G

3、5=l R5jG6=l5;列出导纳矩阵：Yb=Gl O O O 0 O;O G2 O O 0 O;O O G3 O 00;0 0 0 G4 0 O;O O O O G5 O;O O O O O G6;支路源电压向量：Us=0;0;0;0;0;-24;支路源电流向量：Is=0;0;0;0;0;0;列写节点电压方程：Yn=A*Yb*A,Isn=A*Yb*Us-A*IsUn=inv(Yn)*IsnU=A, *UnI=Yb*U-Yb*Us+Is解得：节点电压：Un = 9. 6398, 1.5301,-14. 0771;支路电压：U =8. 1097, 15. 6073, 9. 6398, 14. 0

4、771, 1.5301, -23.7169;支路电流：I = 0. 0405, 0. 0390, 0.0161, 0.0176, 0. 0015, 0. 0566;2)由11*1=-2.879%-13-0；特勒根定理成立。3)理论上R1R2=R3R4时，Un2=Un4=0V;此时电桥处于平衡状态此时R3=400OMATLAB仿真令R3=1000 Q ,每次减一，计算15的电流，当15的 电流为零时，电桥平衡，记录R3阻值为400 Q与理论结果一致。4) 做R5从0-5000每次加一，计算R5的功率，记录下来，每次比较得到最大功率 0.002678 ,R5=476 5）分别设RI、R4为自变量，

5、列写U5关于RI、R4的方程，求他们的导 数得：dUl =-179988/9840769；dU2 =-50232/9840769；（4）个人体会与总结初次使用MATLAB不习惯他的编程方式，而且电路知识有少 许遗忘，于是就把书看了一遍，当时上课讲的就是说关联矩阵 就是为了能让计算机计算才产生的，还不是特别了解，尤其是 广义支路法，通过这次仿真更加理解了使用广义支路以及关联 矩阵采用节点电压法便可解决各种线性直流电路，利用计算机 的计算能力，甚至可以处理庞大的电路。仿真二、正弦交流电路的MATLAB辅助分析（1）仿真目的1 .巩固正弦交流电路、非正弦电流电路和频率特性的有关概念。2 .学习绘制滤

6、波器的频率特性。（2）仿真任务图2.1是在电气工程和电子工程中常用的LC二姐低通滤波器，其中考虑了电感 的等效串联寄生电阻RL和电容的等效并联漏导Gc0Ro是输出端所接负载的等效 电阻。图2JL1）给定下列参数：L=ImII, RL=O. 1 , C=4. 7uF, Gc=O. OOIS, Ro=IOOkQ, Us=12cos （wt） V, w=2f, f =IOOOHz.用MATLAB计算图中所标电流的有效 值和初相位。2）计算电源提供的复功率Sl滤波器连同负裁的等效功率因数入，从电源端看 进去的等效复阻抗Zeq03）设US=US=I2Vcos （wt） +3Vcos （3wt）,计算负载

7、电压的有效值Uo。4)定义网络函数H (jw) =UoUs,绘制H (jw)的幅频特性，分析截止频率和 带宽(3)仿真结果与分析DL=Ie-3;Rl=O. 1;04. 7e-6;Gc=le-3;Ro=IOOOOO;w=2*pi*1000;Us=6*l. 414;Zl=j*w*L+Rl;Z2=1000/(1+1000*j*w*C);Z3=Ro;用总电压除以总阻抗即可求出总电流，在根据电流的分流关系，即可以此求出各支路电流。11 =0.0140+ 0.3074i12 = 0.0011-0.0338i13 = -0.0010 + 0.0338i14 =1.0414e-04 - 1.1889e-06i

8、15 =0.0139 + 0.3074i2)复功率=USC2(2*Zeq)= 0 口 + 2.6089i; Zeq=Z 1+Z2/Z3;功率因数=0. 1191/2. 6089=0. 0456；3)由于US有两个频率的输入波形，需要分开来算最后叠加在一起。可采用分压的方法求出两种电源波形对应的Uol与Uo2,由于Uol 与Uo2频率不同，求有效值Uo时是Uol与Uo2幅值的有效值的平 方和的一半再开根号。由 MATLAB 计算的 Uo=10. 4164V；4) H ( jw) =Z2Zeq;改变频率使其从1开始逐渐增加，绘制H随W的变化曲线截止频率为H衰减3dB的时候对应的频率，也就是峰值的0

9、. 707 倍，从图中可以找出H (jw)的截止频率为 带宽为(4)个人体会与总结由于已经接触了 MATLAB,有了一定的了解，可惜啊又仔细的看了例程，又把书 看了一遍，电路分析后列出等式代入数值，用MATLAB来计算，可以快速的解 决带虚数的运算，并且可以通过大量的计算出大连数据来绘制幅频特性曲线， 通过仿真得到了该电路相当于一个带通滤波器，只允许特定带宽内频率信号通 过，经过这次仿真对电路有了更加深入的了解。仿真三、线性线路暂态响应的MATLAB辅助分析（1）仿真目的1 .掌握微分方程数值分析法的原理。2 .掌握RC积分电路的工作原理和工作条件。（2）仿真任务图3. 1是RC积分电路，在低

10、通滤波和相位矫正中得到广泛应用。1）给定下列参数：us=l + 12cos （ wt ） （t）V , w=2 f, f=1000Hz, Rl=1000, C=5uF, uc（0j=-lV,负载电阻 R2=1（5 Q.列出电路的微分方程，用教材14. 7节否绍的方法进行数值计算，绘 制输出电压u2全响应波形。2）设周期性输入电压波形如图3. 2所示，t=0是突然事假到RC电路。图中周期Tl=O. 6ms U1=12V, U2=T1V。绘制输出电压u2的响应曲线。（3）仿真结果与分析D初始U=-IV,稳态值U=l+12cos（wt）V,按照以上迭代关系，从U=-IV开始迭 代，依次求出从初始过渡

11、到稳态时的所有数值，绘制曲线关系如图：整体趋势是UC从-IV积分到+IV,在这条曲线上叠加余弦信号，所以是震荡 着过度到稳态过程。2）这一问和第一问一样，只是初始状态不变，前0.6毫秒US=I2V,之后变为11V,所以电容为先充电，再放电，图像先上去，在下来, 最后稳定在-IIV3)（4）个人体会与总结本次试验较前两次略难，主要是本次实验采用了迭代法，这个是以前没 有用过的方式，而且还需要提前把电路的关系弄清楚，列写出电路的状 态方正，提前预想出最终图像的结果，再通过仿真来验证自己的预想结 果，只要掌握了该电路的原理，并列写Hl状态方程，本次试验还是比较 容易的。仿真四、线性线路暂态响应的MA

12、TLAB辅助分析1.仿真目的1 . 了解电路仿真软件包Multisim的功能和操作方法。2 .掌握电压、电流的测量方法。3 .巩固线性直流电路的基本知识。4 .加深对加法放大器、仪器放大器、D/A转黄七的理解。2 .仿真任务1 .图4.1是加法器电路，给定电路参数：Rl=R2=R3=lk, Rf=IOk, RL=40kQ,分析当输入电压为下列组合是的输出电压，并与理想值加以比 较：(a) ul-100mv, u2=0, u3-50mv;(b)Ul-IOOmv, u2=200, u3-10mv图42 .图4. 2是R-2R型数字量到模拟量转换器(DAC),图中的单刀双掷开关是 有电子开关器件组成

13、的电子开关，由输入的数字量控制，数字位为1时, 与左侧基准电源US接通，为0时，与右侧地电位接通。设输入的二进值 数分别是：(a) 1001 ;(b) 1100; (c) 0110 (d) OoIl ,分别测量对应的输 出电压UooU3 .图4. 3是测量技术中使用的信号放大器，其中Rsensor是敏感电阻，例如 光敏电阻、热敏电阻等。给定下列参数：R=100 , Rl=20k, R2=R3=56k , R4=R5=R6=R7=47k, RL=98ko (a)分析党 RSenSor=R 是的输出电 压；(b)分析当敏感电阻变化10%BP RSCnSOr二RRX10%时的输出电压;(c)在RSC

14、nSOr二RRX 10%条件下，分析当负载电阻变化20%即RI =RL 士 RL X 20*时的输出电压。图4.33 .仿真结果与分析1)比较器放大倍数为TO倍，即输出电压UO=IO* (ul+u2+u3);(a)理论输出:-1.5V 仿真输出:-1. 505V(b)理论输出：-1. IV 仿真输出:-1.105V 仿真结果与预期结果几乎一致。2)该电路为4为D/A转换器，输出Vo=输入数字量*Us16Us输入理论输出(V)实际输出(V)a5V1001-2.8125-2.813b5V1100-3.75-3. 75C5V110-1.875-1.875d5V11-0. 9375-0.93783仿真结果与预期结果几乎致。3)该电路为前端一个平衡电桥后面接一个仪用放大器，平衡电桥提供电压 差，在经过仪用放大器进行放大，仪用放大器的放大倍数 K=-(l+2*R2Rl)=-6.6.输入端一端电压不变为U1=6V ,另一、端 2=12*RsensorRzo=K*(l-2)E (V)RL(k)Rsensor (Q)理论输出Uo(V)仿真输出Uo(V)a12981000-0.00234b12981101.88571.882129890-2. 0842-2.085C1278.41101.88751.88212117.61101.88751.882从仿真结果来看与理论结果几乎一致，Uo不随RL的变化