上海电力学院本科课程设计电路计算机辅助设计（1）院系：电力与自动化工程学院专业年级（班级）：学生姓名：学号：指导教师：成绩：年月日教师评语：目录（一）电路模型和电路定律及功率测量，含受控源电路分析仿真-----------------------------------------------------------------------1 （二）戴维宁定理诺顿定理结点电压法及回路电流法的仿真----------------------------------------------------------------------4 （三）运算放大器电路分析仿真----------------------------------------------------------------------8 （四）正弦稳态电路的分析（1、谐振电路）---------------------------------------------------------------------10（五）三相交流稳态电路辅助分析仿真---------------------------------------------------------------------14（六）非正弦交流电路的分析仿真---------------------------------------------------------------------17（七）正弦稳态电路分析仿真（2、互感电路仿真）---------------------------------------------------------------------24（一）电路模型和电路定律及功率测量的仿真含受控源电路分析仿真1、电路课程设计目的（1）学习电路图的绘制方法，掌握电路中元件的模型表示；（2）用仿真电路验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫刑律的理解； （3）学习仿真电路中功率表的接法用法，功率、电流、电压的测量； （4）用仿真电路分析含有受控源的电路。

2、仿真电路设计原理与说明例，求如图一所示电路中的电流I 及受控源的功率。

图一 由KVL 得：I I V 3312=⨯-解得：A I 2=又由KVL 得：AI I V i 231211=⨯-=⨯-Ω解得：A i 61-=Ω由KCL 得：I A i i =++Ω51解得：A i 3=非关联参考方向受控源的电压和电流去W W I i UI P 18633--=⨯-=•=-=∴控WP 18=∴发出受控源发出功率3、仿真实验设计与测试 步骤：1、启动Multisim 7软件，在电路窗口中建立一个名为“电路基本概念与定律”的文件。

2、按电路图的顺序依次放置电阻、直流电流源、直流电压源、电流控制电压源，以及电压表、电流表、功率表，并将一个结点接地。

3、调整各电路元件的方向，绘制导线连接各电路元件。

先将电源、电阻和电流表连接好，然后接入电压表，将受控源的控制部分串接在电压源所在的支路，先将功率表的电压部分并在受控源两侧，然后将电流部分串接在受控源所在的支路。

4、更改各电路元件的序号和数值。

使得Ω=Ω====1,3,5,2,1221121R R A I I U V U 5、运行电路，记录数值，并与计算值相比较。

仿真截图：由图可知W P V I U A I 6,63,2-====控控与计算结果形同。

4、结果与误差分析1、此次测量理论数值和测量值一致，但由于理论计算只是理想结果，忽略了导线电压表电流表的内阻，而仿真电路较接近实际情况，所以一般情况下会存在一定误差。

2、由于接线方向的原因可能会造成测量值与计算值正负号的差异。

5．设计总结1、此次实验所用各元件参数为：Ω=Ω====1,3,5,2,1221121R R A I I U V U2、实验过程中电压表和电流表正负极方向不同度数也会不同，功率表读数亦是如此，所以功率表电压和电流短的接线方向要与电路图中所取方向一致，才能得到与计算结果相同的正负性。

3、受控源的控制端及功率表的电流端一定要串入相应支路，即电流线路端点之间的导线要去掉。

否则不能得出正确结果。

(二)戴维宁定理诺顿定理结点电压法及回路电流法的仿真1、电路课程设计目的（1）验证戴维宁定理的正确性，用结点电压法和回路电流法分析电路；（2）学会用仿真电路模拟直流电路。

2、仿真电路设计原理与说明例求如图所示一端口网络的戴维宁等效电路和诺顿等效电路。

图一戴维宁等效电路图二诺顿等效电路理论分析：如图一开路电压：用回路电流法：A I V I I L L L 332)12(221==⨯-⨯+AI A I L L 3321==V V V V V I I U L L oc 1566362121=++=+⨯+⨯=用结点电压法 :35.0)15.05.0(35.05.02313221=+-=--+++=-i U U A U U U Ai U U n n n n n n n 解得：V U U n oc 153==内阻：Ω=Ω+⨯=5.0)11()11(eq R如图二短路电流：由回路电流法：62333221221=--==--L L sc L sc L L I I I AI I I I解得：A I sc 6=3、仿真实验设计与测试如图，设计仿真电路 步骤：1、启动Multisim 7软件，在电路窗口中建立一个名为“戴维宁定理结点电压法及回路电流法”的文件。

2、按电路图的顺序依次放置电阻、直流电流源、直流电压源、以及电压表，并将一个结点接地。

a 、连接好原电路和戴维宁等效电路，并在端口处分别接一电压表；b 、连接好原电路和诺顿等效电路，在端口处分别接一电流表；c 、在端口处接一电阻及电压表。

3、调整各电路元件的方向，绘制导线连接各电路元件。

4、更改各电路元件的序号和数值。

使得V U R R R R 6,2,1,1,214321=Ω=Ω=Ω=Ω=5、运行电路，记录数值，并与计算值比较。

仿真截图：戴维宁等效电路戴维宁等效电路测电压 由图可知，测得的开路电压和短路电流分别为AI V U sc oc 615==所以戴维宁等效电路的内阻Ω=Ω=5.2615eqR测短路电流诺顿等效电路4、结果与误差分析此次测量理论值和测量值一致，并且由图可知用戴维宁等效电路和诺顿等效电路得出的结果与原电路相同，从而证明了带未名定理和诺顿定理的正确性。

但由于理论计算只是理想结果，忽略了导线电压表电流表的内阻，而仿真电路较接近实际情况，所以一般情况下会存在一定误差。

5、设计总结此次设计中，所用电压源和电流源均为直流U1=6V U2=3V I1=3A电阻参数为：R1=2ΩR2=1ΩR3=1ΩR4=2Ω在电路仿真过程中有多个结点电路中需要有一结点接地，否则系统提示错误电路无法导通。

在实验过程因为直流原因没有出现误差，可见仿真过程和实际过程中还有一定差别。

(三)运算放大器电路分析仿真1、电路课程设计目的（1）进一步了解运算放大器的原理； （2）学会仿真电路中预算放大器的使用；（3）用仿真电路分析含有运算放大器的电路。

2、仿真电路设计原理与说明例，已知u1=10V 求如图一所示运算放大器电路的输出电压u0。

图一 由“虚短”的规则得：V U U a 02== 由“虚断”的规则得：A I a 0=对结点a 有：21I I = 对结点c 有：43I I =即211)()(R U U R U U b a a -=-403)()(R U U R U U c c b -=-将Ω===Ω==121043211R R R VR U V U a 0=A I a 0=带入 得：V U 50=3、仿真实验设计与测试如图，设计仿真电路 步骤：1、启动Multisim 7软件，在电路窗口中建立一个名为“运算放大器电路仿真”的文件。

2、按电路图的顺序依次放置电阻、运算放大器，直流电压源，电压表，并将一个结点接地。

3、调整各电路元件的方向，绘制导线连接各电路元件。

4、更改各电路元件的序号和数值。

使得Ω===Ω==121043211R R R VR U5、运行电路，记录电压表U3数值，并与计算值比较。

仿真截图：由图可知测量值V U 001.50=与计算值V U 50=有微小误差。

4、结果与误差分析由图可知测量值V U 001.50=与计算值V U 50=有微小误差。

误差分析：理论计算是将运算放大器当成理想元件来计算的∞→→∞→A R R o in ,0,即存在虚短语虚断：0,0,0≈-≈≈a b b au u A i A i但电路仿真接近实际过程，实际运算放大器由于三极管的β不可能做到无限大，所以放大倍数不可能做到无限，还有输出电阻虽然经过放大也不可能无穷，输入电阻也不可能为0。

另外由于电压表本身的内阻和导线的内阻，所以存在微小误差。

5、设计总结本实验中各元件参数为Ω===Ω==121043211R R R VR U1、首先要注意有一个结点接地，2、由于仿真电路中运放不是理想的，所以运算放大器的反向输入端和正向输入端不能接反，否则不等得出与理论值接近一致的结果。

（四）正弦稳态电路的分析（1、谐振电路）1、电路课程设计目的（1）以RLC 并联谐振电路为例理解并验证电路发生谐振的条件、特点。

（2）用仿真电路对并联谐振电路进行模拟。

2、仿真电路设计原理与说明例，如图所示的ＲＬＣ并联电路，mH L mF C R 183.3,183.3,20==Ω=，求串联谐振的谐振角频率ω。

图一根据并联谐振的条件Ｕ与ｉ相位相同，即电感和电容合复阻抗大小为0。

即：LC1=ω 将,183.3,183.3,201mH L mF C R ==Ω=带入得：s rad πω100=Hz f 502==πω3、仿真实验设计与测试步骤：1、启动Multisim 7软件，在电路窗口中建立一个名为“谐振电路仿真”的文件。

2、按电路图的顺序依次放置电阻、电阻、电感、电容、电压表、示波器，并将一个结点接地。

3、调整各电路元件的方向，绘制导线连接各电路元件。

4、更改各电路元件的序号和数值。

使得V U mH L mF C R i 10,183.3,183.3,201===Ω=5、运行电路，记录电压表的数值，调节示波器，观察示波器图像。

图二 仿真电路图图三 并联谐振电容电感波形图HZ=时的波形图f40f60=时的波形图HZ由波形可知，=两波波形振幅相等相位相反，所以电感和电容的电压大小相等f50HZ相位相反，而有效值大小相等方向相反，所以电路表现出电阻性，发生谐振。

所以发生谐振的条件是总复阻抗的虚部为零。

HZ f 40=两波相位相反大小不同，电容电压大于电感电压，不发生谐振，表现出容性。