电路计算机仿真分析实验报告实验一直流电路工作点分析和直流扫描分析一、实验目的1、学习使用Pspice软件，熟悉它的工作流程，即绘制电路图、元件类别的选择及其参数的赋值、分析类型的建立及其参数的设置、Probe窗口的设置和分析的运行过程等。

2、学习使用Pspice进行直流工作点分析和直流扫描分析的操作步骤。

二、原理与说明对于电阻电路，可以用直观法（支路电流法、节点电压法、回路电流法）列写电路方程，求解电路中各个电压和电流。

PSPICE软件是采用节点电压法对电路进行分析的。

使用PSPICE软件进行电路的计算机辅助分析时，首先在capture环境下编辑电路，用PSPICE的元件符号库绘制电路图并进行编辑、存盘。

然后调用分析模块、选择分析类型，就可以“自动”进行电路分析了。

需要强调的是，PSPICE软件是采用节点电压法“自动”列写节点电压方程的，因此，在绘制电路图时，一定要有参考节点（即接地点）。

此外，一个元件为一条“支路”（branch）,要注意支路（也就是元件）的参考方向。

对于二端元件的参考方向定义为正端子指向负端子。

三、示例实验应用PSPICE求解图1-1所示电路个节点电压和各支路电流。

图1-1 直流电路分析电路图R2图1-2 仿真结果四、选做实验1、实验电路图（1）直流工作点分析，即求各节点电压和各元件电压和电流。

（2）直流扫描分析，即当电压源Us1的电压在0-12V之间变化时，求负载电阻R L中电流I RL随电压源Us1的变化曲线。

IPRINT图1-3 选做实验电路图2、仿真结果Is21Adc1.000AVs35Vdc3.200A R431.200A23.20VVs47Vdc1.200A 0VR142.800AIs32Adc 2.000A12Vdc2.800AIIPRINT3.200A10.60V 12.00V Is11Adc 1.000A18.80V 28.80V15.60V3.600VR222.800ARL13.200A18.80VVs210Vdc2.800A Is53Adc3.000AI42Adc图1-4 选做实验仿真结果3、直流扫描分析的输出波形图1-5 选做实验直流扫描分析的输出波形4、数据输出V_Vs1 I(V_PRINT2)0.000E+00 1.400E+00 1.000E+00 1.500E+00 2.000E+00 1.600E+00 3.000E+00 1.700E+00 4.000E+00 1.800E+00 5.000E+00 1.900E+00 6.000E+00 2.000E+00 7.000E+00 2.100E+00 8.000E+00 2.200E+009.000E+00 2.300E+001.000E+012.400E+001.100E+012.500E+001.200E+012.600E+00从图1-3可以得到IRL与USI的函数关系为：I RL=1.4+(1.2/12)U S1=1.4+0.1U S1 (公式1-1)五、思考题与讨论：1、根据图1-1、1-3及所得仿真结果验证基尔霍夫定律。

答：根据图1-1、1-3及所得仿真结果图1-2、1-4的数据显示可以得出，回路的电压满足KVL方程，各个节点的电流满足KCL方程，验证了基儿霍夫定律。

2、怎样理解式（1-1）表示的电流I RL随U S1变化的函数关系？这个式子中的各项分别表示什么物理意义？答：式（1-1）I RL=1.4+（1.2/12）U S1=1.4+0.1U S1表示负载电阻R L中的电流I RL与电压源U S1的电压成线性关系。

式中1.4表示电压源U S1置零时其他激励在负载电阻R L上产生的电流响应，0.1U S1表示仅保留电压源U S1，其他电源置零（电流源开路，电压源短路）时，负载上产生的电流响应。

3、对图1-3的电路，若想确定节点电压UN1随US1变化的函数关系，如何使用Pspice 软件？操作分几步进行？答：1）、在节点n1处放置节点电压探针；2）、进行直流扫描分析：a、单击PSpice/Edit Simulation Profile,打开分析类型对话框，选择“DC Sweep”。

在“Sweep Var. Type”选择“Voltage Source”，在“Sweep Type”选择“Linear”，在“Name”选择“Vs1”，在“Start Value”输入“0”，“End Value”输入“12”，“Increment”输入“0.5”。

b、运行PSPICE的仿真计算程序，进行直流扫描分析，即得节点电压UN1随US1变化的函数关系。

4、对上述电路，若想确定负载电阻R L的电流I RL随负载电阻R L变化（设R L变化范围为0.1Ω-100Ω）的波形，又该如何使用Pspice软件进行仿真分析？答：应在图1-3负载电阻R L处放置电流探针，将负载电阻的阻值设置为全局变量var，添加PARAM，对其相应参数进行设置。

然后单击Pspice/Edit Simulation Profile，选择“Global parameter”，将“Parameter”设为“var”，”Sweep Type”选择“Linear”，“Start”设为”0.1”，“End”设为“100”，”Increment”设为“1”，然后运行仿真，即可得到负载电流随负载电阻变化的曲线。

实验二戴维南定理和诺顿定理的仿真一.实验目的1、进一步熟悉Pspice仿真软件中绘制电路图，初步掌握符号参数、分析类型的设置。

学习Probe窗口的简单设置。

2、加深对戴维南定理与诺顿定理的理解。

二．原理与说明戴维南定理指出，任一线性有源一端口网络，对外电路来说，可以用一个电压源与电阻串联的支路来代替，该电压源的电压Us 等于原网络的开路电压Uoc ，电阻Ro 等于原网络的全部独立电源置零后的输入电阻Req 。

诺顿定理指出，任一线性有源一端口网络，对外电路来说，可以用一个电流源与电导并联的支路来代替，该电流源的饿电流Is 等于原网络的短路电流Isc ，其电导Go 等于原网络的全部独立电源置零后的输入电导Geq （Geq=1/Req ）。

三、示例实验1、实验电路图测量有源一端口网络（如图2-1）等效输入端电阻Req 和对外电路的伏安特性。

RL {v ar}RLn {v ar}RLd {v ar}PARAMETERS:测得I(RL)最大值即短路电流Isc＝130mA，V(RL:2)最大值即Uoc为3.5455V。

则输入端电阻Req=3.5455/0.13=27.273 Ω。

块，数值列表中将显示相应坐标中的坐标值。

用鼠标拖动十字交叉线，可显示不同电压时的相应电流值。

三个电源对外伏安特性曲线完全相同,从而验证了戴维南定理和诺顿定理。

二、思考题与讨论1、戴维南定理和诺顿定理的使用条件分别是什么？答：戴维南定理和诺顿定理使用条件均要求等效替代网络为线性有源一端口网络。

2、如果图2-4出现渐增的波形，则是由于电流的正负不一致，但是并不影响实验的结果。

实验三正弦稳态电路分析和交流扫描分析一.实验目的1、学习用Pspice进行正弦稳态电路分析。

2、学习用Pspice进行正弦稳态电路的交流扫描分析。

3、熟悉含受控源电路的连接方式。

二．原理与说明在“电路”课中已学过，对于正弦稳态电路，可以用相量法列写电路方程（支路电流法、节点电压法、回路电流法），求解电路中各个电压和电流的振幅（有效值）和初相位（初相角）。

PSPICE软件是用相量形式的节点电压法对正弦稳态电路进行分析的。

三．示例实验（1）正弦稳态分析。

以图3-1的电路为例。

其中正弦电源的角频率为10Krad/s ,要求计算两个回路中的电流。

IPRINTC110uIPRINT图3-1（2）仿真计算的输出结果：FREQ IM(V_PRINT1)IP(V_PRINT1)IR(V_PRINT1)II(V_PRINT1) 1.592E+03 2.268E-03 8.987E+01 5.145E-06 2.268E-03 FREQIM(V_PRINT2)IP(V_PRINT2)IR(V_PRINT2)II(V_PRINT2) 1.592E+03 2.004E+00 8.987E+01 4.546E-03 2.004E+00由以上结果可知，电源回路中的电流振幅近似等于0，而负载回路中的电流振幅近似等于2A 。

四．选做实验1、实验电路图VOFF = 0C11000uF图3-2 选做实验的电路图2、各元件的电流如下图所示：图3-3 各元件电流源3、电流随电容变化的曲线：1.64A1.62A1.60A(14.340u,1.5773)1.58A1.56A10u11u12u13u14u15u16u17u18u19u20u I(V2)VAR图3-4 电流随电容变化曲线由图可明显看出电容对功率因素的影响为一抛物线图形,这与理论是相当吻合的,从图也得出电容为14.34μF时，电路发生并联谐振，此时电流最小，功率因数为1。

五、思考与讨论1、为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流之路，试问电路的总电流时增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？答：在感性负载上并联电容器后，电路的总电流可能增大也可能减小，具体的变化要看电容的大小，令电路发生谐振时的电容为μ0，则当μ<μ0时，电流随着电容的增大而减小，当μ>μ0时,电流随着电容的增大而增大,当μ=μ0时,电流最小.此时感性元件上的电流和功率不会改变.2、提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？所并的电容器是否越大越好？答：并联电容的容性无功功率可以补偿感性负载的感性无功功率而不会改变负载的工作状态，如果采用串联电容法来提高功率因数，会导致负载的工作状态改变，故不用串联电容法来提高功率因数。

所并的电容并不是越来越好，太大可能导致过补偿。

实验四 一阶动态电路的研究一.实验目的1、掌握Pspice 编缉动态电路、设置动态元件的初始条件、掌握周期激励的属性及对动态电路仿真的方法。

2、理解一阶RC 电路在方波激励下逐步实现稳定充放电的过程。

3、理解一阶RL 电路在正弦激励下，全响应与激励接入角的关系。

二、原理与说明电路在一定条件下有一定的稳定状态，当条件改变，就要过度到新的稳定状态。

从一种稳定状态转到另一种新的稳定状态往往不能跃变，而是需要一定的过渡过程（时间）的，这个物理过程就称为电路的过渡过程。

电路的过渡过程往往为时短暂，所以在过渡过程中的工作状态成为暂态，因而过渡过程又称为暂态过程。

三、示例实验1．分析图4-1所示RC 串联电路在方波激励下的全响应。

电容初始电压为2V （电容Ic 设为2V ）。