上海电力学院电路计算机辅助设计1

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.0168O.7317-0.0175126测量值0.0170.732-0.01812.0006.000相对误差0.00020.00030.000500

被测量UFA(V)UAB(V)UAD(V)UCD(V) UDE(V)计算值3.3600.3665.250-0.336-3.360测量值3.3660.3665.268-0.366-3.366相对误差0.00600.01800.006

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。

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