直流電路分析程序DCA.pptVIP

該程序可以分析由直流電壓源、直流電流源、電阻、電感、電容、開路、短路、受控源、理想變壓器和理想運算放大器等電路元件以及單口網(wǎng)絡(luò)和雙口網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的線性時不變電路。電路的有關(guān)數(shù)據(jù)可以從鍵盤輸入或者從數(shù)據(jù)文件中讀入。,35 直流電路分析程序DCAP,供DCAP程序使用的電路數(shù)據(jù)文件的格式如下: 第一行: 注釋行, 可以輸入有關(guān)電路編號、類型、用途等數(shù)據(jù)。 第二行: 輸入一個表示電路支路數(shù)目的一個正整數(shù)。 第三行：以后輸入b條支路的數(shù)據(jù)，每一行按元件類型，支路編號，開始結(jié)點，終止結(jié)點，控制支路，元件參數(shù)1，元件參數(shù)2的次序輸入一條支路的有關(guān)數(shù)據(jù)。元件類型用一個或兩個大寫英文字母表示。元件參數(shù)用實數(shù)表示, 均采用主單位，電壓用伏特，電流用安培，電阻用歐姆，電導(dǎo)用西門子。其它幾個數(shù)據(jù)用整數(shù)表示， 每個數(shù)據(jù)之間用一個以上的空格相隔。,當(dāng)計算機讀入電路數(shù)據(jù)后，選擇屏幕上顯示的菜單可以實現(xiàn)下面的分析計算功能。 1.列出電路的支路電流方程，結(jié)點或改進結(jié)點方程, 網(wǎng)孔電流或回路電流方程。 2.計算電路各結(jié)點電壓，支路電壓，支路電流和各支路吸收功率。 3.計算電路中任兩個結(jié)點間所形成單口網(wǎng)絡(luò)的戴維寧和諾頓等效電路，以及單口向可變電阻負載提供的最大功率。,4.計算電路兩對結(jié)點間所構(gòu)成雙口網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)和包含獨立電源雙口的等效電路。 5.用疊加定理計算電路中各結(jié)點電壓，支路電壓和支路電流。 6.用三要素法計算含一個動態(tài)元件的直流一階電路各結(jié)點電壓, 各支路電壓和電流, 并可畫波形圖。 7.給定電路的任一結(jié)點電壓，任一支路電壓, 支路電流或吸收功率，計算電路任一元件的參數(shù)值。,8.改變電路中某一條支路的類型, 連接關(guān)系和元件數(shù)值。 9.從用戶指定的文件中讀入新的電路數(shù)據(jù)。 10.從鍵盤輸入新的電路數(shù)據(jù)。 11.將現(xiàn)有電路數(shù)據(jù)存入指定的文件中加以保存。 12.執(zhí)行一條 DOS命令后返回本程序。 下面舉例說明如何利用通用電路分析程序DCAP來建立電路方程并求解。,例31 用結(jié)點分析法求圖3-2(a)電路的各結(jié)點電壓。,5 V1 -3 V2 = 3 -5 V1 + 6 V2 = 0,解: 畫出基準結(jié)點，其余兩個結(jié)點用1、2編號。 用觀察法可以寫出結(jié)點方程,圖3-2,手算求解可以得到結(jié)點電壓為 V1 =1.2V , V2 =1V。,如果用DCAP程序來分析本電路, 除了用整數(shù)0、1、2對各結(jié)點編號(基準結(jié)點編號為0)外，還需要用正整數(shù)1、2、3、4、5對各支路依次編號，并選定各支路電壓電流的關(guān)聯(lián)參考方向, 寫出圖(b)所示的電路數(shù)據(jù)文件。,當(dāng)計算機正確讀入這些電路數(shù)據(jù)后, 選擇主菜單上建立結(jié)點方程的菜單, 屏幕上顯示出與手算相同的結(jié)點方程及其解答，如下所示：,* 結(jié) 點 方 程 * 5.00 V1 3.00 V2 = 3.00 5.00 V1 +6.00 V2 = .000 - 結(jié) 點 電 壓 - V 1= 1.200 V 2= 1.000,例32 用結(jié)點分析法計算圖3-3(a)電路各結(jié)點電壓。,圖3-3,解: 圖33(a)電路的數(shù)據(jù)如圖(b)所示。運行DCAP程序, 讀入這 些數(shù)據(jù)后, 選擇建立結(jié)點電壓方程的菜單，屏幕上可以顯示 出計算機建立的改進結(jié)點方程和求解出的三個結(jié)點電壓和一 個電流, 如下所示：,* 改 進 結(jié) 點 方 程 * 2.00 V1 -1.00 V2 +.000 V3 +1.00 I8 = 6.00 -1.00 V1 +2.00 V2 -.500 V3 +.000 I8 = .000 .000 V1 -2.50 V2 +1.50 V3 -1.00 I8 = .000 1.0 V1 -.500 V2 -.500 V3 +.000 I8 = .00 - 結(jié) 點 電 壓 和 支 路 電 流 - V 1= 6.000 V 2= 4.800 V 3= 7.200 I 8= -1.200,圖3-3,由于電路中有一個受控電壓源, 計算機自動增加一個電流I8來建立方程, 由于變量的增加, 因此要補充一個受控電壓源電壓的約束方程 V1V3 = 0.5(V2V3) 它就是上面方程組中的最后一個方程。這種由結(jié)點電壓和電壓源電流作為變量的結(jié)點方程, 稱為改進的結(jié)點方程。它擴大了結(jié)點電壓方程的適用范圍, 為許多工程上實用的電路分析與設(shè)計程序所采用。,例33 用網(wǎng)孔分析法求圖34(a)電路的網(wǎng)孔電流。,圖3-4,用DCAP程序來分析這個電路時, 仍然需要選定一個基準結(jié)點(編號為0)。再根據(jù)各結(jié)點編號，各支路編號和電壓電流的關(guān)聯(lián)參考方向, 以及各元件參數(shù), 寫出圖(b)所示數(shù)據(jù)文件。,當(dāng)計算機正確讀入這些電路數(shù)據(jù), 選擇建立網(wǎng)孔或回路方程后, 再選擇1 3 5 6 7為樹支(即 2 4 8 為連支), 可以得到以下計算結(jié)果。,* 回 路 或 網(wǎng) 孔 電 流 方 程 * 6.00 I2 -2.00 I4 -2.00 I8 = 16.0 -6.00 I2 +8.00 I4 +.000 I8 = -16.0 1.00 I2 -1.00 I4 -1.00 I8 = .000 - 回 路 電 流 或 網(wǎng) 孔 電 流 - I 2= 4.000 I 4= 1.000 I 8= 3.000,其方程與手算結(jié)果完全相同,求解得到的網(wǎng)孔電流為I2=4A, I4=1A 和I8=3A。,圖3-4,例34 求圖35(a)電路的各支路電壓電流和功率。,解：運行DCAP程序，讀入如圖(b)所示電路數(shù)據(jù)，選擇計 算電壓電流和功率的菜單，可以得到以下計算結(jié)果。,圖3-5,編號 類型 數(shù)值 支路電壓 支路電流 支路功率 1 V 9.000 U 1= 9.000 I 1= -11.00 P 1= -99.00 2 R 1.000 U 2= 17.00 I 2= 17.00 P 2= 289.0 3 R 2.000 U 3= -8.000 I 3= -4.000 P 3= 32.00 4 R 4.000 U 4= -24.00 I 4= -6.000 P 4= 144.0 5 I 21.00 U 5= -41.00 I 5= 21.00 P 5= -861.0 6 CV -3.000 U 6= 33.00 I 6= 15.00 P 6= 495.0,值得注意的是圖(b)所示的電路數(shù)據(jù)中，電流控制電壓源的轉(zhuǎn)移電阻r=-3，這是因為其控制電流ix的參考方向與電壓源電流i1的參考方向相反的緣故。若錯誤的采用r=+3 來進行計算，這相當(dāng)于改變電流控制電壓源極性，會得到完全不同的結(jié)果，如下所示：,編號 類型 數(shù)值 支路電壓 支路電流 支路功率 1 V 9.000 U1= 9.000 I1= -77.00 P1= -693.0 2 R 1.000 U2= 17.00 I2= 17.00 P2= 289.0 3 R 2.000 U3= -8.000 I3= -4.000 P3= 32.00 4 R 4.000 U4= 240.0 I4= 60.00 P4= 1.4400E+04 5 I 21.00 U5= 223.0 I5= 21.00 P5= 4683. 6 CV 3.000 U6= -231.0 I6= 81.00 P6= -1.8711E+04 各支路功率之和 P = .0000,從以上兩組數(shù)據(jù)可以看出元件連接方式或元件參數(shù)改變時，對電路特性會產(chǎn)生重大的影響。,例3-5 求圖36(a)電路的結(jié)點電壓，并分析用內(nèi)阻分別為 1k,10k和100k的電壓表測量結(jié)點2的電壓時， 對各結(jié)點電壓所帶來的影響。,圖3-6,解：電路數(shù)據(jù)如圖(b)所示，其中第8條支路是一條開路， 它表示電壓表未接入或電壓表的內(nèi)阻為的情況。運 行DCAP程序，讀入如圖(b)所示電路數(shù)據(jù)，選擇計算 電壓電流和功率的菜單，可以得到以下結(jié)點電壓。,結(jié) 點 電 壓 V 1= 10.00 V 2= 5.000 V 3= 5.000 V 4= 5.000,圖3-6,因為內(nèi)阻為1k電壓表相當(dāng)于1k的電阻，我們可以用改變圖(b)電路數(shù)據(jù)的方法或在程序運行時選擇改變支路參數(shù)的菜單，將第8條支路改為1k的電阻，此時所計算得到的結(jié)點電壓如下：,結(jié) 點 電 壓 V 1= 10.00 V 2= 2.778 V 3= 5.000 V 4= 4.444,圖3-6,從以上計算結(jié)果可見，電壓表接入后，對結(jié)點電壓V1和V3沒有影響(其原因請讀者自行解釋)，對結(jié)點電壓V2的影響遠比對結(jié)點電壓V4的影響大。再將第八條電阻支路的參數(shù)改變?yōu)?0k和100k，求得相應(yīng)的結(jié)點電壓后，將全部計算結(jié)果整理如下：,從由上數(shù)據(jù)可見，電壓表的接入將改變電路中某些電壓的數(shù)值，其內(nèi)阻越小，影響越大。 下面舉例說明在給定支路電壓電流和功率條件下，可以利用DCAP程序來求電路元件參數(shù)。,例3-6 欲使圖37(a)電路中10電阻吸收1.5W的功率， 求各元件參數(shù)應(yīng)如何變化。,解：運行DCAP程序，正確讀入圖(b)所示電路數(shù)據(jù)，選擇 已知電壓電流計算元件參數(shù)的菜單，可以得到以下計 算結(jié)果,圖3-7,你 選 擇 的 輸 出 變 量 值 P 5= 1.50 求 出 的 元 件 數(shù) 值 如 下 : 編號 類型 數(shù)值 1 數(shù)值 2 P 5 1 V 9.68249 1.50001 2 R 5.45551 1.50000 3 R 16.5980 1.50000 4 R 6.65594 1.50000 5 R 6.00001 1.50000,計算結(jié)果表明，當(dāng)電壓源電壓由10V改為9.68249V，或5電阻改為5.45551，或20電阻改為16.5980，或6電阻改為6.65594，或10電阻改為6.00001時，均可以使10電阻吸收1.5W功率。,例3-7 欲使圖38(a)電路中的電流i6=3A，求電壓源的電 壓以及電流源的電流值。,圖3-8,你 選 擇 的 輸