CAAC实验报告第3次参考答案.docx
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CAAC实验报告第3次参考答案
计算机辅助电路分析第3次上机报告
姓名:
学号:
班级:
机器编号:
上机日期:
1.主要内容及目的
2.电路分析,问题解决方案
3.程序清单或仿真电路图
4.程序运行或电路仿真结果(数值解或波形)
5.总结(结果分析,上机的心得体会及改进意见)
文件命名方法:
学号_姓名_班级_第几次报告,如:
20091234_张三_9班_1
1.采用Multisim设计实验,求解下图电路的戴维宁等效模型。
要求画出实验接线图,写出计算过程,画出戴维宁等效电路。
分析调节
为何值时
。
提示:
(1)利用“parametersweep”功能。
(提示:
在“moreoption”中设置“DCOperatingPoint”,
分析范围1-150V)
(2)利用“DCsweep”功能。
1)求解戴维宁等效模型的电路图(见3-1a.msm):
2)绘制戴维宁等效模型(见3-1b.msm)
3)parametersweep:
(见3-1c.msm)
4)“DCsweep”:
(见3-1c.msm)
注:
本题在求解戴维宁模型时也可以采用图3-1c.msm,这时需要对4Ω电阻设置开路故障(fault>open)
本题点评:
1)题意的理解的:
很多同学面对本题时对题意未能完全理解,原因之一是未能对电路原理课学习的戴维宁原理完全理解。
题中要求绘制出戴维宁等效模型,那么首先要找到需要等效的部分,根据戴维宁原理,需要等效的是有源二端网络,显然电路图中应考虑的是除开4Ω电阻外,标有①②端的左边有效二端网络。
当然如果原电路中未给出具体的端口位置,是可以自己设定的,我们使用戴维宁原理等效的主要目的是要简化电路。
我们在进行参数扫描(parametersweep)时,要求调节U1,这里的U1是完整的原电路图中的U1,而非戴维宁等效电路中的开路电压源Uoc,尽管本题刚好都为1V,纯属巧合。
扫描的电路是也非去掉4Ω电阻后的部分电路。
2)电路图的绘制:
一要注意独立源和受控源的方向。
当电路图绘制完后,仔细检查元件的连接情况是否与给出的电路图一致。
比如,检查电压源的方向时,看其正极或负极与哪些元件的哪一端连接,检查电流源的方向时,看电流源的流入端和流出端与哪些元件的哪一端连接。
绘制电路图连线时这样做也可以避免连错。
3)受控电流源采用ANSI标准时电流方向即箭头的方向,采用DIN标准时从“+”端流入,从“-”端流出(电阻特性),由于其受控端符合与独立电流源符号相同,但独立电流源的方向是从“-”端流入,从“+”端流出,一定不要混淆,我认为这是软件中的一个小bug。
4)控制端可能为电压控或电流控,控制端相当于simulink中的电压或电流测量元件,也相当于电压表或电流表,因此电压控的控制端电流为零,而电流控的控制端两端电压是零。
5)戴维宁等效电路的求解方法,采用万用表测开路电压和短路电流,然后计算得到等效电阻。
同学们想到了另一种方法吗?
有些同学想到了,是直接利用万用表的欧姆档测,但是定要停止有源网络中的所有独立源。
6)针对原电路的参数扫描,请注意了,不需要的仪表和元件都要去掉!
!
否则,不经意的电流档和电压档将电路给短路或开路了。
7)本题要求采用两种扫描分析方式。
一种是parametersweep,另一种是DCsweep。
前者可以用于直流、交流、暂态甚至嵌套扫描分析,而后者只能用于直流扫描分析,且只能对直流电路中的直流电源扫描。
由于本题要求调节的是直流电压源U1,因此,两种方法都可以使用。
注意,在parametersweep扫描时,需要选择sweepparameter并进行相应设置,同时要对More>Moreoptions中的分析类型(Analysisto……)设置,这即是针对哪种类型的扫描(如直流、交流或者暂态,默认为暂态transientanalysis),由于本题为直流电阻电路分析,选择DCoperating。
对直流工作点扫描得到的是一系列数据,对照即得到要求的值。
DCSweep比较简单。
要注意的是,做任何一种分析,都包括初步分析参数的设置和输出变量的设置。
2、用Multisim求图1所示电路中的电感电流iL(t)。
已知iL(0)=1A。
(提示:
“InitialConditions”设置为“User-Defined”,仿真时间[02])
图1
解:
Multisim电路模型如下:
(见3-2.msm)
ANSI符号标准:
DIN符号标准:
iL(t)仿真波形如下:
注:
波形图可以直接在仿真窗口右键Copy或Edit菜单Copy后粘贴得到
本题点评:
1)动态元件初始值的设定方法。
分析时初始条件的选择。
Userdefined或?
?
2)电流控电压源的连接
3)仿真时间的设置,一般4~5τ即可。
3、电路如图所示,R1=6.2ohm,R2=2.0ohm,C1=1.8uF,L1=30mH。
(1)f=50Hz,用示波器观测电路的性质(电容性,电感性,电阻性)。
(2)用“ACAnalysis”作出幅频和相频特性图,找出并联谐振频率。
(3)求出并联谐振电路的品质因数
解:
(1)(见电路模型文件3-3a.msm)
红色、绿色波形分别为电压、电流波形,可见,电流滞后电压,呈感性
本电路谐振特征:
(1)总电流在谐振时幅值最小
(2)在谐振时电路呈电阻性质
(3)总电流和激励电压源同相
(4)功率因素等于1
(以下编程方式求解谐振频率的过程可省略,不要求)
R1=6.2;
R2=2;
C1=1.8e-6;
L1=30e-3;
w=2*pi*50;
Z1=R1+1/(j*w*C1);
Z2=R2+j*w*L1;
Z=Z1*Z2/(Z1+Z2)
Z=
2.0217+9.4729i
令:
R1=6.2;
R2=2;
C1=1.8e-6;
L1=30e-3;
w0=sqrt((C1*R2^2-L1)/(C1^2*L1*R1^2-C1*L1^2))
f0=w0/2/pi
w0=
4.3078e+003
f0=
685.6027
,
R1=6.2;
R2=2;
C1=1.8e-6;
L1=30e-3;
Us=1;
w0=4.3078e+003;
f0=685.6;
Z1=R1+1/(j*w0*C1);
Z2=R2+j*w0*L1;
I1=abs(Us/Z1);
I2=abs(Us/Z2);
Q=2*pi*f0*L1*I2^2/(I1^2*R1+I2^2*R2)
Q=
15.7351
求谐振频率(利用电路3-3a,3-3b.ms8均可测谐振频率):
测得
(精确程度跟分析参数设置有关:
Numberofpointsper)
电路谐振时的品质因数:
L1=30e-3;I2=7.72e-3;P=488.338e-6;
f0=685;
Q=2*pi*f0*L1*I2^2/P
Q=15.76
本题点评:
1)示波器的界面:
多通道示波器,示波器界面上如何调整扫描速度,即timebase,以及纵轴上(幅值)显示,scale的调整。
2)示波器的使用:
测量电压和电流,测回路电流时,采用加取样电阻的方法;多通道波形不同颜色显示,设置通道连接线的wirecolor或segmentcolor
3)通过示波器电压电流波形判断被测网络的性质(阻、容、感)。
注意,电源频率可能改变被测网络的性质。
4)交流分析ACanalysis频率参数的设置,其中的numberpointsper设置大些(如500),会使用幅频特性和相频特性曲线显示精度高些。
输出参数,本题要考查的是右端的无源网络,且电压源给定,因而输出参数设置为回路电流,即流过电压源的电流。
5)理解谐振点对于幅频特性和(或)相频特性曲线意味着什么。
根据幅频特性和(或)相频特性找谐振点的方法,游标的使用方法和技巧。
6)根据品质因数的定义求解品质因数的方法,其中用到哪些虚拟仪器,如何使用,特别是瓦特表(功率表)。
品质因数公式的计算,宜采用matlab编程。
4、RL串联电路为一老式日光灯电路的模型,已知R=250Ω,L=1.56H。
将此电路接在电压为220V、频率为50Hz的正弦电压源上。
(1)测量日光灯电路的电流,功率和功率因数;
(2)如果要将功率因数提高到0.95,试问需与日光灯电路并联多大的电容?
此时电路的总电流、总功率为多少?
日光灯电路的电流、功率是否变化?
(注:
电容值在0~5μF之间)(本题选做)
解:
见课件7.3交流电路分析中的例3
(1)见7-3-3ppt.ms8
(2)见7-3-3b-ppt.ms8
并联的电容:
5×86%=4.3μF
本题点评:
1)能根据题意绘制电路图,这是结合实际的情况。
2)测量电流、功率和功率因数采用什么虚拟仪器。
当然,答案中给出的不是唯一方法。
3)可变电容元件在元件库哪里选取?
virtualvariablecapacitor,其参数设置:
key为快捷操作键,increment为每次操作时的变化量,capacitor的值即100%的值。
如何操作可变元件?
5、在RLC串联电路中,已知L=10mH,R=51Ω,C=2uF,信号源输出频率为100Hz、幅值为5V的方波信号。
(1)利用示波器同时观察输入信号和电容电压的波形
(2)利用parametersweep方法分析R=51Ω,141Ω,300Ω时的电压电容
(本题选做)
解:
参考课件7.2动态电路分析中的例2。
电路图见7_2_3ppt.ms8
(1)见7.2中的例2
(2)参考扫描的结果:
本题点评:
1)方波,意味着占空比为50%。
2)这里用到了暂态扫描分析,在parametersweep的moreoptions设置中,要选择transientanalysis,同时在右侧出现editanalysis,可以进入transientanalysis的界面,可以进行必要的初始条件和仿真时间设置。
这里还用到了扫描中的list扫描方式。
评语及成绩评定
文件命名格式:
学号_姓名(中文)_班号_3