电路计算机辅助设计上海电力学院,上海电力学院电路计算机辅助设计1..doc
一、基尔霍夫电流定律的验证
1.电路课程设计目的
验证基尔霍夫定律的正确性,加深对基尔霍夫定律的理解。
学习使用Multisim仿真软件进行电路模拟。
设计仿真电路原理与说明
基尔霍夫定律是电路的基本定律。测量某电路的各支路电流及每个元件两端的电压,应能分别满足基尔霍夫电流定律(KCL)和电压定律(KVL)。即对电路中的任一个节点而言,应有;对任何一个闭合回路而言,应有。
运用上述定律时必须注意各支路或闭合回路中电流的正方向,此方向可预先任意设定。
电路课程设计内容与步骤
电路原理图如下图1所示:
图1
列出KCL方程:
……(1)
列出KVL方程:
……(2)
……(3)
联立以上方程,解得
,,
且
如图2所示,设计仿真电路。
图2 Multisim仿真电路
具体步骤:
先任意设定三条支路和三个闭合回路的电流正方向。
分别将两个直流稳压源接入电路。
接入各个电阻。
接入电流表和电压表。
用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻原件上的电压值,并记录。
接入示波器观察波形:
由于电压源是直流稳压的,所以示波器的波形是一条直线。
实验数据表格如下:
被测量
I1(A)
I2(mA)
I3(A)
U1(V)
U2(V)
计算值
O.0168
O.7317
-0.0175
12
6
测量值
0.017
0.732
-0.018
12.000
6.000
相对误差
0.0002
0.0003
0.0005
0
0
被测量
UFA(V)
UAB(V)
UAD(V)
UCD(V)
UDE(V)
计算值
3.360
0.366
5.250
-0.336
-3.360
测量值
3.366
0.366
5.268
-0.366
-3.366
相对误差
0.006
0
0.018
0
0.006
误差分析:
理论计算是理想状态的分析结果,仿真电路比较接近实际测量情况。比如,电压表和电流表都有内阻存在,会对测量产生一定的影响。用示波器观测短路电流时,在短路线上串一微小电阻也会对测试产生一定的误差。
但是我们只要精心准备仿真试验,尽力减小各种因素的影响,就可以得到较好的仿真结果。
设计总结
由于刚刚接触Multisim这个软件,一开始对软件的使用还不太熟悉。在设计实验中碰到了一些问题,不过经过不断的修改和重复,最后问题得到了解决。
通过这个实验,我亲自验证了基尔霍夫定律的正确性,加深了对基尔霍夫定律的理解。并且初步学会使用Multisim软件进行电路设计仿真,感觉收获很大。在设计电路时一定要细心谨慎才能做好实验。
二、节点电压法的验证
1.电路课程设计目的
(1)验证节点电压法的正确性
(2)学习使用Multisim仿真软件进行电路模拟。
2.设计仿真电路原理与说明
节点电压法以结点电压作为未知量,应用KCL列出与节点电压数相等的独立方程数,联立求解得节点电压,然后计算支路电流等。
任意选择电路中某一节点作为参考结点,其余结点与此参考节点间的电压分别称为对应的节点电压,节点电压的参考极性均以所对应节点为正极性端,一参考节点为负极性端。
使用节点电压后,电路中所有的回路均自动满足KVL。所以节点电压法中不必再列KVL方程。
电路设计内容与步骤
指定参考节点,其余节点与参考节点间的电压就是节点电压,节点电压均以参考节点为负极性端。
列出节点电压方程。
从节点电压法方程解出各节点电压,然后求得各支路电流。
求如图1所示电路中,电流源的端电压以及电压源支路的电流。
I2
I2
I1
图1
由节点电压法列出方程:
……(1)
……(2)
……(3)
……(4)
……(5)
解得
,,
如图2,设计仿真电路
图2
通过仿真测出的电压电流值为,,
和理论计算结果一致。
观察示波器电压波形图:
由于电压源都是直流的,因此示波器波形图为两条直线。
误差分析:
仿真实验值和计算值完全一致。误差为0%。
我们只要精心准备仿真试验,尽力减小各种因素的影响,就可以得到较好的仿真结果。
设计总结
通过节点法这个实验,我对用软件设计仿真有了进一步的了解。我验证了节点电压法的正确性,学习使用了Multisim仿真软件进行电路模拟。在接仿真电路时,要注意节点的放置。由于我在实验时的疏忽大意,忘记放置了一个节点,导致仿真出的实验数据和理论数据不同。后来通过检查电路图才发现了这一问题,并改正了。所以在设计实验时一定要注意这些小细节
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