3.2直流電路分析程序DCAPppt課件

1、 該程序可以分析由直流電壓源、直流電流源、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、理想電阻、電感、電容、開路、短路、受控源、理想變壓器和理想運(yùn)算放大器等電路元件以及單口網(wǎng)變壓器和理想運(yùn)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。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 直流電路分析程序直流電路分析程序DCAP 供供DCAP程序使用的電路數(shù)據(jù)文件的格式如下程序使用的電路數(shù)據(jù)文件的格式如下: 第一行第一行: 注釋行注釋行, 可以輸入有關(guān)電路編號、

2、類型、用途可以輸入有關(guān)電路編號、類型、用途等數(shù)據(jù)。等數(shù)據(jù)。 第二行第二行: 輸入一個表示電路支路數(shù)目的一個正整數(shù)。輸入一個表示電路支路數(shù)目的一個正整數(shù)。 第三行：以后輸入第三行：以后輸入b條支路的數(shù)據(jù)，每一行按元件類條支路的數(shù)據(jù)，每一行按元件類型，支路編號，開始結(jié)點(diǎn)，終止結(jié)點(diǎn)，控制支路，元件參型，支路編號，開始結(jié)點(diǎn)，終止結(jié)點(diǎn)，控制支路，元件參數(shù)數(shù)1，元件參數(shù)，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，均

3、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，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)之間每個數(shù)據(jù)之間用一個以上的空格相隔。用一個以上的空格相隔。 當(dāng)計算機(jī)讀入電路數(shù)據(jù)后，選擇屏幕上顯示的菜單可當(dāng)計算機(jī)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。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(diǎn)或改進(jìn)結(jié)點(diǎn)方程列出電路的支路電流方程，結(jié)點(diǎn)或改進(jìn)結(jié)點(diǎn)方程, 網(wǎng)網(wǎng)孔電流或回路電流方程?？纂娏骰蚧芈冯娏鞣匠?。 2.計算電路各結(jié)點(diǎn)電壓，支路電壓，支路電流和各支計算電路各結(jié)點(diǎn)電壓，支路電壓，支路電流和各支路吸收功率。路吸收功率。

4、 3.計算電路中任兩個結(jié)點(diǎn)間所形成單口網(wǎng)絡(luò)的戴維寧計算電路中任兩個結(jié)點(diǎn)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(fù)載提供的最大功和諾頓等效電路，以及單口向可變電阻負(fù)載提供的最大功率。率。 4.計算電路兩對結(jié)點(diǎn)間所構(gòu)成雙口網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)和包含計算電路兩對結(jié)點(diǎn)間所構(gòu)成雙口網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)和包含獨(dú)立電源雙口的等效電路。獨(dú)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(diǎn)電壓，支路電壓和支用疊加定理計算電路中各結(jié)點(diǎn)電壓，支路電壓和支路電流。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(diǎn)電壓結(jié)點(diǎn)電壓, 各支路電壓和電流各支路電壓和電流

5、, 并可畫波形圖。并可畫波形圖。 7.給定電路的任一結(jié)點(diǎn)電壓，任一支路電壓給定電路的任一結(jié)點(diǎn)電壓，任一支路電壓, 支路電流支路電流或吸收功率，計算電路任一元件的參數(shù)值?；蛭展β剩嬎汶娐啡我辉膮?shù)值。 8.改變電路中某一條支路的類型改變電路中某一條支路的類型, 連接關(guān)系和元件數(shù)值。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)。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)。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。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)行一條執(zhí)行一條 DOS命令后返回本程序。命令后返回本程序。

6、下面舉例說明如何利用通用電路分析程序下面舉例說明如何利用通用電路分析程序DCAP來建來建立電路方程并求解。立電路方程并求解。 例例31 用結(jié)點(diǎn)分析法求圖用結(jié)點(diǎn)分析法求圖3-2(a)電路的各結(jié)點(diǎn)電壓。電路的各結(jié)點(diǎn)電壓。 5 V1 -3 V2 = 3-5 V1 + 6 V2 = 0解解: 畫出基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)，其余兩個結(jié)點(diǎn)用畫出基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)，其余兩個結(jié)點(diǎn)用1、2編號。編號。 用觀察法可以寫出結(jié)點(diǎn)方程用觀察法可以寫出結(jié)點(diǎn)方程圖圖3-2手算求解可以得到結(jié)點(diǎn)電壓為手算求解可以得到結(jié)點(diǎn)電壓為 V1 =1.2V , V2 =1V。 如果用如果用DCAP程序來分析本電路程序來分析本電路, 除了用整數(shù)除了用整數(shù)0、1、2對

7、各結(jié)點(diǎn)編號對各結(jié)點(diǎn)編號(基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)編號為基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)編號為0)外，還需要用正整數(shù)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)對各支路依次編號，并選定各支路電壓電流的關(guān)聯(lián)參考方向參考方向, 寫出圖寫出圖(b)所示的電路數(shù)據(jù)文件。所示的電路數(shù)據(jù)文件。 當(dāng)計算機(jī)正確讀入這些電路數(shù)據(jù)后當(dāng)計算機(jī)正確讀入這些電路數(shù)據(jù)后, 選擇主菜單上建立選擇主菜單上建立結(jié)點(diǎn)方程的菜單結(jié)點(diǎn)方程的菜單, 屏幕上顯示出與手算相同的結(jié)點(diǎn)方程及其屏幕上顯示出與手算相同的結(jié)點(diǎn)方程及其解答，如下所示：解答，如下所示： * 結(jié) 點(diǎn) 方 程 * 5.00 V1 3.00 V2 = 3.00 5.00 V1 +

8、6.00 V2 = .000 - 結(jié) 點(diǎn) 電 壓 - V 1= 1.200 V 2= 1.000例例32 用結(jié)點(diǎn)分析法計算圖用結(jié)點(diǎn)分析法計算圖3-3(a)電路各結(jié)點(diǎn)電壓。電路各結(jié)點(diǎn)電壓。 圖圖3-3解解: 圖圖33(a)電路的數(shù)據(jù)如圖電路的數(shù)據(jù)如圖(b)所示。運(yùn)行所示。運(yùn)行DCAP程序程序, 讀入這讀入這 些數(shù)據(jù)后些數(shù)據(jù)后, 選擇建立結(jié)點(diǎn)電壓方程的菜單，屏幕上可以顯示選擇建立結(jié)點(diǎn)電壓方程的菜單，屏幕上可以顯示 出計算機(jī)建立的改進(jìn)結(jié)點(diǎn)方程和求解出的三個結(jié)點(diǎn)電壓和一出計算機(jī)建立的改進(jìn)結(jié)點(diǎn)方程和求解出的三個結(jié)點(diǎn)電壓和一 個電流個電流, 如下所示：如下所示： * 改 進(jìn) 結(jié) 點(diǎn) 方 程 * 2.00

9、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(diǎn) 電 壓 和 支 路 電 流 - V 1= 6.000 V 2= 4.800 V 3= 7.200 I 8= -1.200圖圖3-3 由于電路中有一個受控電壓源由于電路中有一個受控電壓源, 計算機(jī)自動增加一個電計算機(jī)自動增加一個電流流I8來建立方程來建立方程, 由于

10、變量的增加由于變量的增加, 因此要補(bǔ)充一個受控電因此要補(bǔ)充一個受控電壓源電壓的約束方程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(diǎn)電它就是上面方程組中的最后一個方程。這種由結(jié)點(diǎn)電壓和電壓源電流作為變量的結(jié)點(diǎn)方程壓和電壓源電流作為變量的結(jié)點(diǎn)方程, 稱為改進(jìn)的結(jié)點(diǎn)方程。稱為改進(jìn)的結(jié)點(diǎn)方程。它擴(kuò)大了結(jié)點(diǎn)電壓方程的適用范圍它擴(kuò)大了結(jié)點(diǎn)電壓方程的適用范圍, 為許多工程上實用的電為許多工程上實用的電路分析與設(shè)計程序所采用。路分析與設(shè)計程序所采用。例例33 用網(wǎng)孔分析法求圖用網(wǎng)孔分析法求圖34(a)電路的網(wǎng)孔電流。電路的網(wǎng)孔電流。 圖圖3-4 用用DCA

11、P程序來分析這個電路時程序來分析這個電路時, 仍然需要選定一個基仍然需要選定一個基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)(編號為編號為0)。再根據(jù)各結(jié)點(diǎn)編號，各支路編號和電壓。再根據(jù)各結(jié)點(diǎn)編號，各支路編號和電壓電流的關(guān)聯(lián)參考方向電流的關(guān)聯(lián)參考方向, 以及各元件參數(shù)以及各元件參數(shù), 寫出圖寫出圖(b)所示數(shù)據(jù)所示數(shù)據(jù)文件。文件。 當(dāng)計算機(jī)正確讀入這些電路數(shù)據(jù)當(dāng)計算機(jī)正確讀入這些電路數(shù)據(jù), 選擇建立網(wǎng)孔或回路選擇建立網(wǎng)孔或回路方程后方程后, 再選擇再選擇1 3 5 6 7為樹支為樹支(即即 2 4 8 為連支為連支), 可以得到可以得到以下計算結(jié)果。以下計算結(jié)果。 * * * * 回回 路路 或或 網(wǎng)網(wǎng) 孔孔 電電 流流

12、方方 程程 * * * * 6.00 I2 -2.00 I4 -2.00 I8 = 16.0 6.00 I2 -2.00 I4 -2.00 I8 = 16.0 -6.00 I2 +8.00 I4 +.000 I8 = -16.0 -6.00 I2 +8.00 I4 +.000 I8 = -16.0 1.00 I2 -1.00 I4 -1.00 I8 = .000 1.00 I2 -1.00 I4 -1.00 I8 = .000 - - 回回 路路 電電 流流 或或 網(wǎng)網(wǎng) 孔孔 電電 流流 - I 2= 4.000 I 4= 1.000 I 8= 3.000 I 2= 4.000 I 4= 1.

13、000 I 8= 3.000016861622684242842IIIIIIII 其方程與手算結(jié)果完全相同其方程與手算結(jié)果完全相同, 求解得到的網(wǎng)孔電流為求解得到的網(wǎng)孔電流為I2=4A, I4=1A 和和I8=3A。圖圖3-4例例34 求圖求圖35(a)電路的各支路電壓電流和功率。電路的各支路電壓電流和功率。 解：運(yùn)行解：運(yùn)行DCAP程序，讀入如圖程序，讀入如圖(b)所示電路數(shù)據(jù)，選擇計所示電路數(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。算電壓電流和功率的菜單，可以得到以下計算結(jié)果。圖圖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= 9.00

14、0 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 值得注意的是圖值得注意的是圖(b)所示的電路數(shù)據(jù)中，電流控制電壓所示的電路數(shù)據(jù)中，電流控制電壓源的轉(zhuǎn)移

15、電阻源的轉(zhuǎn)移電阻r=-3，這是因為其控制電流，這是因為其控制電流ix的參考方向的參考方向與電壓源電流與電壓源電流i1的參考方向相反的緣故。若錯誤的采用的參考方向相反的緣故。若錯誤的采用r=+3 來進(jìn)行計算，這相當(dāng)于改變電流控制電壓源極性，來進(jìn)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：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

16、I3= -4.000 P3= 32.00 4 R 4.000 U4= 240.0 I4= 60.00 P4= 1.4400E+045 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。變時，對電路特性會產(chǎn)生重大的影響。例例3-5 求圖求圖36(a)電路的結(jié)點(diǎn)電壓，并分析用內(nèi)阻分別為電路的結(jié)點(diǎn)電壓，并分析用內(nèi)阻分別為

17、 1k,10k和和100k的電壓表測量結(jié)點(diǎn)的電壓表測量結(jié)點(diǎn)2的電壓時，的電壓時， 對各結(jié)點(diǎn)電壓所帶來的影響。對各結(jié)點(diǎn)電壓所帶來的影響。 圖圖3-6解：電路數(shù)據(jù)如圖解：電路數(shù)據(jù)如圖(b)所示，其中第所示，其中第8條支路是一條開路，條支路是一條開路， 它表示電壓表未接入或電壓表的內(nèi)阻為它表示電壓表未接入或電壓表的內(nèi)阻為的情況。運(yùn)的情況。運(yùn) 行行DCAP程序，讀入如圖程序，讀入如圖(b)所示電路數(shù)據(jù)，選擇計算所示電路數(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(diǎn)電壓。電壓電流和功率的菜單，可以得到以下結(jié)點(diǎn)電壓。 結(jié) 點(diǎn) 電 壓 V 1= 10.00 V 2= 5.000 V 3= 5.000

18、 V 4= 5.000圖圖3-6 因為內(nèi)阻為因為內(nèi)阻為1k電壓表相當(dāng)于電壓表相當(dāng)于1k的電阻，我們可以的電阻，我們可以用改變圖用改變圖(b)電路數(shù)據(jù)的方法或在程序運(yùn)行時選擇改變支路電路數(shù)據(jù)的方法或在程序運(yùn)行時選擇改變支路參數(shù)的菜單，將第參數(shù)的菜單，將第8條支路改為條支路改為1k的電阻，此時所計算的電阻，此時所計算得到的結(jié)點(diǎn)電壓如下：得到的結(jié)點(diǎn)電壓如下： 結(jié) 點(diǎn) 電 壓 V 1= 10.00 V 2= 2.778 V 3= 5.000 V 4= 4.444 圖圖3-6電壓表電阻值 100k10k1k結(jié)點(diǎn)電壓值V25V4.960V4.630V2.778V結(jié)點(diǎn)電壓值V45V4.990V4.907V4

19、.444V 從以上計算結(jié)果可見，電壓表接入后，對結(jié)點(diǎn)電壓從以上計算結(jié)果可見，電壓表接入后，對結(jié)點(diǎn)電壓V1和和V3沒有影響沒有影響(其原因請讀者自行解釋其原因請讀者自行解釋)，對結(jié)點(diǎn)電壓，對結(jié)點(diǎn)電壓V2的的影響遠(yuǎn)比對結(jié)點(diǎn)電壓影響遠(yuǎn)比對結(jié)點(diǎn)電壓V4的影響大。再將第八條電阻支路的的影響大。再將第八條電阻支路的參數(shù)改變?yōu)閰?shù)改變?yōu)?0k和和100k，求得相應(yīng)的結(jié)點(diǎn)電壓后，將，求得相應(yīng)的結(jié)點(diǎn)電壓后，將全部計算結(jié)果整理如下：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。壓的數(shù)值，其內(nèi)阻越小，影響越大。 下

20、面舉例說明在給定支路電壓電流和功率條件下，可下面舉例說明在給定支路電壓電流和功率條件下，可以利用以利用DCAP程序來求電路元件參數(shù)。程序來求電路元件參數(shù)。電壓表電阻值 100k10k1k結(jié)點(diǎn)電壓值V25V4.960V4.630V2.778V結(jié)點(diǎn)電壓值V45V4.990V4.907V4.444V例例3-6 欲使圖欲使圖37(a)電路中電路中10電阻吸收電阻吸收1.5W的功率，的功率， 求各元件參數(shù)應(yīng)如何變化。求各元件參數(shù)應(yīng)如何變化。 解：運(yùn)行解：運(yùn)行DCAP程序，正確讀入圖程序，正確讀入圖(b)所示電路數(shù)據(jù)，選擇所示電路數(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)果算結(jié)果圖圖3-7你你 選選 擇擇 的的 輸輸 出出 變變 量量 值值 P 5= 1.50 求求 出出 的的 元元 件件 數(shù)數(shù) 值值 如如 下下 : 編號編號 類