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

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。

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

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RL中电流IRL随电压源Us1的变化曲线。

图1-3 选做实验电路图

2、仿真结果

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+00

9.000E+00 2.300E+00

1.000E+01 2.400E+00

1.100E+01 2.500E+00

1.200E+01 2.600E+00

从图1-3可以得到IRL与USI的函数关系为：

IRL=1.4+(1.2/12)US1=1.4+0.1US1 (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。

怎样理解式(1-1)表示的电流IRL随US1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)IRL=1.4+(1.2/12)US1=1.4+0.1US1表示负载电阻RL中的电流IRL与电压源US1的电压成线性关系。式中1.4表示电压源US1置零时其他激励在负载电阻RL上产生的电流响应，0.1US1表示仅保留电压源US1，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。

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RL的电流IRL随负载电阻RL变化(设RL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RL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