直流電路分析程序

當(dāng)計(jì)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(shí)現(xiàn)下面的分析計(jì)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,網(wǎng)孔電流或回路電流方程。

2.計(jì)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。

3.計(jì)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)載提供的最大功率。第1頁/共25頁第一頁，共26頁。4.計(jì)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。

5.用疊加定理計(jì)算電路中各結(jié)點(diǎn)電壓，支路電壓和支路電流。

6.用三要素法計(jì)算含一個動態(tài)元件的直流一階電路各結(jié)點(diǎn)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(diǎn)電壓，任一支路電壓,支路電流或吸收功率，計(jì)算電路任一元件的參數(shù)值。第2頁/共25頁第二頁，共26頁。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。第3頁/共25頁第三頁，共26頁。例3－1用結(jié)點(diǎn)分析法求圖3-2(a)電路的各結(jié)點(diǎn)電壓。5V1-3V2=3-5V1+6V2=0解:畫出基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)，其余兩個結(jié)點(diǎn)用1、2編號。用觀察法可以寫出結(jié)點(diǎn)方程圖3-2手算求解可以得到結(jié)點(diǎn)電壓為V1=1.2V,V2=1V。第4頁/共25頁第四頁，共26頁。

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(diǎn)編號(基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)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(jì)算機(jī)正確讀入這些電路數(shù)據(jù)后,選擇主菜單上建立結(jié)點(diǎn)方程的菜單,屏幕上顯示出與手算相同的結(jié)點(diǎn)方程及其解答，如下所示：

*****結(jié)點(diǎn)方程******

5.00V1－3.00V2=3.00

－5.00V1+6.00V2=.000

-----結(jié)點(diǎn)電壓-----

V1=1.200V2=1.000第5頁/共25頁第五頁，共26頁。例3－2用結(jié)點(diǎn)分析法計(jì)算圖3-3(a)電路各結(jié)點(diǎn)電壓。圖3-3解:圖3－3(a)電路的數(shù)據(jù)如圖(b)所示。運(yùn)行DCAP程序,讀入這些數(shù)據(jù)后,選擇建立結(jié)點(diǎn)電壓方程的菜單，屏幕上可以顯示出計(jì)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,如下所示：第6頁/共25頁第六頁，共26頁。*****改進(jìn)結(jié)點(diǎn)方程*****

2.00V1-1.00V2+.000V3+1.00I8=6.00-1.00V1+2.00V2-.500V3+.000I8=.000.000V1-2.50V2+1.50V3-1.00I8=.0001.0

V1-.500V2-.500V3+.000I8=.00-----結(jié)點(diǎn)電壓和支路電流-----

V1=6.000V2=4.800V3=7.200I8=-1.200圖3-3第7頁/共25頁第七頁，共26頁。

由于電路中有一個受控電壓源,計(jì)算機(jī)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(bǔ)充一個受控電壓源電壓的約束方程

V1－V3=0.5(V2－V3)

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,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,為許多工程上實(shí)用的電路分析與設(shè)計(jì)程序所采用。第8頁/共25頁第八頁，共26頁。例3－3用網(wǎng)孔分析法求圖3－4(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(zhǔn)結(jié)點(diǎn)(編號為0)。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,以及各元件參數(shù),寫出圖(b)所示數(shù)據(jù)文件。第9頁/共25頁第九頁，共26頁。

當(dāng)計(jì)算機(jī)正確讀入這些電路數(shù)據(jù),選擇建立網(wǎng)孔或回路方程后,再選擇13567為樹支(即248為連支),可以得到以下計(jì)算結(jié)果。

***回路或網(wǎng)孔電流方程***

6.00I2-2.00I4-2.00I8=16.0-6.00I2+8.00I4+.000I8=-16.01.00I2-1.00I4-1.00I8=.000-----回路電流或網(wǎng)孔電流-----I2=4.000I4=1.000I8=3.000第10頁/共25頁第十頁，共26頁。

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第11頁/共25頁第十一頁，共26頁。例3－4求圖3－5(a)電路的各支路電壓電流和功率。解：運(yùn)行DCAP程序，讀入如圖(b)所示電路數(shù)據(jù)，選擇計(jì)

算電壓電流和功率的菜單，可以得到以下計(jì)算結(jié)果。圖3-5第12頁/共25頁第十二頁，共26頁。編號類型數(shù)值支路電壓支路電流支路功率

1V9.000U1=9.000I1=-11.00P1=-99.002R1.000U2=17.00I2=17.00P2=289.03R2.000U3=-8.000I3=-4.000P3=32.004R4.000U4=-24.00I4=-6.000P4=144.05I21.00U5=-41.00I5=21.00P5=-861.06CV-3.000U6=33.00I6=15.00P6=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?yàn)槠淇刂齐娏鱥x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(jìn)行計(jì)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：第13頁/共25頁第十三頁，共26頁。

編號類型數(shù)值支路電壓支路電流支路功率1V9.000U1=9.000I1=-77.00P1=-693.02R1.000U2=17.00I2=17.00P2=289.03R2.000U3=-8.000I3=-4.000P3=32.004R4.000U4=240.0I4=60.00P4=1.4400E+045I21.00U5=223.0I5=21.00P5=4683.6CV

3.000U6=-231.0I6=81.00P6=-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。第14頁/共25頁第十四頁，共26頁。例3-5求圖3－6(a)電路的結(jié)點(diǎn)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(diǎn)2的電壓時，

對各結(jié)點(diǎn)電壓所帶來的影響。圖3-6第15頁/共25頁第十五頁，共26頁。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(yùn)

行DCAP程序，讀入如圖(b)所示電路數(shù)據(jù)，選擇計(jì)算

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

V1=10.00V2=5.000V3=5.000V4=5.000圖3-6第16頁/共25頁第十六頁，共26頁。

因?yàn)閮?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(yùn)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(jì)算得到的結(jié)點(diǎn)電壓如下：

結(jié)點(diǎn)電壓

V1=10.00V2=2.778V3=5.000V4=4.444

圖3-6第17頁/共25頁第十七頁，共26頁。電壓表電阻值∞100kΩ10kΩ1kΩ結(jié)點(diǎn)電壓值V25V4.960V4.630V2.778V結(jié)點(diǎn)電壓值V45V4.990V4.907V4.444V

從以上計(jì)算結(jié)果可見，電壓表接入后，對結(jié)點(diǎn)電壓V1和V3沒有影響(其原因請讀者自行解釋)，對結(jié)點(diǎn)電壓V2的影響遠(yuǎn)比對結(jié)點(diǎn)電壓V4的影響大。再將第八條電阻支路的參數(shù)改變?yōu)?0k和100k，求得相應(yīng)的結(jié)點(diǎn)電壓后，將全部計(jì)算結(jié)果整理如下：第18頁/共25頁第十八頁，共26頁。

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)。電壓表電阻值∞100kΩ10kΩ1kΩ結(jié)點(diǎn)電壓值V25V4.960V4.630V2.778V結(jié)點(diǎn)電壓值V45V4.990V4.907V4.444V第19頁/共25頁第十九頁，共26頁。例3-6欲使圖3－7(a)電路中10Ω電阻吸收1.5W的功率，

求各元件參數(shù)應(yīng)如何變化。

解：運(yùn)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(jì)算元件參數(shù)的菜單，可以得到以下計(jì)

算結(jié)果圖3-7第20頁/共25頁第二十頁，共26頁。你選擇的輸出變量值P5=1.50

求出的元件數(shù)值如下:

編號類型數(shù)值1數(shù)值2P51V9.682491.500012R5.455511.500003R16.59801.500004R6.655941.500005R6.000011.50000

計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)電壓源電壓由10V改為9.68249V，或5Ω電阻改為5.45551Ω，或20Ω電阻改為16.5980Ω，或6Ω電阻改為6.65594Ω，或10Ω電阻改為6.00001Ω時，均可以使10Ω電阻吸收1.5W功率。第21頁/共25頁第二十一頁，共26頁。

例3-7欲使圖3－8(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第22頁/共25頁第二十二頁，共26頁。