《電路分析實驗教程》課件-第8章

第8章EWB仿真實驗實驗17

電路的直流分析實驗18

電路定理的驗證實驗19

一階和二階電路的響應(yīng)實驗20

動態(tài)電路的瞬態(tài)分析實驗21

電路的交流分析實驗22

電路的頻率分析

實驗17電路的直流分析

一、實驗?zāi)康?/p>

(1)學(xué)習(xí)創(chuàng)建、編輯EWB電路的方法。

(2)掌握EWB的直流分析方法。

(3)學(xué)會虛擬儀器中電壓表、電流表的測量方法。

(4)加深對電路分析方法的理解。二、實驗原理與仿真示例

直流電路的分析在“電路分析基礎(chǔ)”課程中介紹了許多方法，對簡單電路可用串—并聯(lián)、分壓公式和分流公式，以及用KVL和KCL方法；對于復(fù)雜電路可用節(jié)點方程、網(wǎng)孔方程

、疊加定理、戴維南定理和諾頓定理，以及電源等效變換等。用EWB怎么分析直流電路呢？下面舉例說明。

例1

在圖8.1(a)所示電路中，求電路中R1的電壓和流過R4的電流。

解法1：用EWB建立如圖8.1(a)所示的仿真電路，注意

選擇接地點。在分析直流工作點之前，要選擇“Circuit”菜單

下“SchematicOption”中的“Shownode”（顯示節(jié)點）項，

以把電路的節(jié)點號顯示在電路上。執(zhí)行“Analysis”中的“DCOperatingPoint”，顯示結(jié)果如圖8.1(b)所示。

顯然，電阻R1的電壓為UR1=U3－U2=5.1379－4.7179=

0.42V，方向左負(fù)右正。電阻中的電流為

mA圖8.1電阻電路的直流分析

解法2：若要求直接計算出電阻R4中的電流，可以如圖8.2(a)加零值電壓源，分析結(jié)果如圖8.2(b)，其中V3電流即為R4中的電流,電流方向從上到下。圖8.2加零值電壓源求支路電流

解法3：采用虛擬儀器測量。選電壓表和電流表，如圖8.3所示進(jìn)行連接，注意粗線為負(fù)端。啟動主窗口右上角的仿真開關(guān)，觀察電壓表和電流表的顯示。圖8.3用電表直接測量

例2

在圖8.4所示的電路中，若a、b、c各點的電位相等,則有如下關(guān)系：圖8.4例2的電路

證明：用EWB建立如圖8.5(a)所示仿真電路，注意選擇接地點。在分析直流工作點之前，要選擇“Circuit”菜單下“SchematicOption”中的“Shownode”（顯示節(jié)點）項，以把電

路的節(jié)點號顯示在電路上。執(zhí)行“Analysis”中的“DCOperatingPoint”，顯示結(jié)果如圖8.5(b)所示。圖8.5例2的電路及計算由于，因此節(jié)點2、3、4是等電位，均為8V。

再用EWB的“ParameterSweep”分析功能，改變電阻R7，從3~12kΩ，選節(jié)點3為輸出，設(shè)置如圖8.6(a)所示，仿真結(jié)果如圖8.6(b)所示?？梢姡淖冸娮鑂7的值，節(jié)點3的電

壓不變。同理，改變R8也不會改變節(jié)點2、3、4的電位。圖8.6例2的參數(shù)掃描分析三、實驗內(nèi)容

(1)用EWB計算如圖8.7所示電路的U1、

U2和I3。圖8.7實驗內(nèi)容(1)的電路

(2)在圖8.8所示的電路中，若a與b及c與d分別是等電位點，則有如下關(guān)系：

R1∶R2∶R3=R4∶R5∶R6圖8.8實驗內(nèi)容(2)的電路

(3)電路如圖8.9所示，正方體每條棱的電阻為1Ω，求

A、B間的等效電阻RAB。圖8.9實驗內(nèi)容(3)的電路四、實驗步驟和方法

1.實驗內(nèi)容(1)

(1)用EWB按圖8.7所示電路創(chuàng)建原理圖，設(shè)置各元件

的值。

(2)仿照例1，用三種方法分析圖8.7所示電路。

(3)比較三種方法計算出結(jié)果的一致性。

2.實驗內(nèi)容(2)

(1)用EWB按圖8.8所示電路創(chuàng)建原理圖，設(shè)置各元件的值,使

R1∶R2∶R3=R4∶R5∶R6

(2)仿照例2，用“Analysis”中的“DCOperatingPoint”分析電路。

(3)檢驗a與b及c與d分別是等電位點。

(4)用EWB的“ParameterSweep”分析功能，分別改變電阻R7和R8，看是否對a與b及c與d的電位產(chǎn)生影響。

3.實驗內(nèi)容(3)

(1)用EWB按圖8.9所示電路創(chuàng)建原理圖，設(shè)置各元件的值。(2)在圖8.9所示電路中的A和B間加1A電流源,測量AB間的電壓。

(3)AB間的電壓就是AB間的等效電阻。五、實驗注意事項

(1)選擇“Circuit”菜單下“SchematicOption”中“Shownode”來顯示電路中的節(jié)點，“ShowreferenceID”來顯示電路中的元件標(biāo)識，如R1、V1等。

(2)在直流分析時，電路中要選擇參考點，即接地點。(3)直流電壓表和電流表的粗線端為負(fù)極，電壓表和電流表的接線可以橫接也可以縱接。

(4)用“ParameterSweep”分析時，應(yīng)選擇要掃描的變量，同時也要選擇要分析的變量。EWB彈出的曲線圖中掃描的變量為橫軸，分析的變量為縱軸。六、預(yù)習(xí)要點

(1)在EWB中如何創(chuàng)建電路圖？如何設(shè)置元件的參數(shù)

(2)如何在電路圖中顯示節(jié)點號和元件的標(biāo)識？

(3)電壓表和電流表的接法。

(4)例2的理論證明。

(5)直流分析的三種方法，參數(shù)掃描功能的應(yīng)用。七、實驗報告要求

(1)熟悉用EWB創(chuàng)建的實驗原理電路圖。

(2)敘述實驗內(nèi)容和步驟，進(jìn)行各種理論計算。

(3)給出EWB計算出的各種圖表。

(4)通過本次實驗，總結(jié)、歸納EWB仿真的步驟和方法。八、實驗設(shè)備

(1)計算機1臺。

(2)EWB5.0軟件1套。

實驗18電路定理的驗證

一、實驗?zāi)康?/p>

(1)學(xué)習(xí)創(chuàng)建、編輯EWB電路的方法。

(2)掌握EWB的直流分析方法和參數(shù)掃描方法。

(3)學(xué)會虛擬儀器中使用電壓表、電流表的測量方法。

(4)加深對電路定理的理解。二、實驗原理與仿真示例

電路定理包括疊加定理、戴維南定理、諾頓定理、特勒根定理和互易定理等。

例3

在圖8.10所示電路中，用疊加定理求電路中R1的電壓和R4中的電流。

圖8.10例3的電路解：采用虛擬儀器測量。選電壓表和電流表，如圖8.10所示進(jìn)行連接，注意粗線為負(fù)端。啟動主窗口右上角的仿真開關(guān)，觀察電壓表和電流表的顯示。

用疊加定理，使電壓源V1單獨作用，令電壓源V2為0，如圖8.11(a)所示。再令電壓源V1為0，電壓源V2單獨作用，如圖8.11(b)所示。圖8.11用疊加定理測量電路從以上三圖可知，兩個電壓源共同作用時的響應(yīng)（見圖8.10），是兩個電壓源分別單獨作用的響應(yīng)之和（見圖8.11），符合疊加定理。

例4

求如圖8.12所示電路的戴維南等效電路。

解法1：用EWB建立如圖8.13(a)所示仿真電路，注意選擇接地點。在分析直流工作點之前，要選擇“Circuit”菜單下“SchematicOption”中“Shownode”（顯示節(jié)點）項，以把

電路的節(jié)點號顯示在電路上。用EWB的“ParameterSweep”分析功能，顯示結(jié)果如圖8.13(b)所示。圖8.12例4的電路圖8.13例4的電路及參數(shù)掃描顯然，I1=0時為開路電壓，即UOC=12V，等效電阻為

。

解法2：用電壓表直接測量開路電壓，如圖8.14(a)所示，可見開路電壓為12V。測量等效電阻如圖8.14(b)所示。

顯然，開路電壓為UOC=12V，等效電阻為R0=3/1=3Ω。圖8.14例4電路的直接測量

例5

用互易定理求圖8.15(a)所示電路中8Ω電阻中的

電流。圖8.15互易定理的驗證解：用EWB創(chuàng)建電路，如圖8.15(a)所示。8Ω電阻中的電流為750mA，將激勵和響應(yīng)互換位置，如圖8.15(b)所示，電流表中的讀數(shù)仍是750mA。

例6

驗證特勒根定理二。

解：電路如圖8.16所示，兩個電路的圖完全相同，但各支路中的元件完全不同。

測得各支路的電壓和電流如下：

圖8.16(a)的測量數(shù)據(jù)：

U1=2.181V，U2=2.181V，U3=2.181V

I1=2.394mA，I2=1.515mA，I3=－3.909mA圖8.16(b)的測量數(shù)據(jù)：

=－500V，=－500V，=－500V；

=1A，=－1A，=0A。

可以證明：圖8.16特勒根定理的驗證三、實驗內(nèi)容

(1)用疊加定理計算如圖8.17所示電路的電流I。圖8.17疊加定理計算電路

(2)求圖8.18所示的電路的諾頓等效電路。圖8.18求諾頓等效電路

(3)如圖8.19所示電路，驗證互易定理。圖8.19驗證互易定理的電路(4)自擬電路，驗證特勒根定理。四、實驗步驟和方法

1.實驗內(nèi)容(1)

(1)用EWB按圖8.17所示電路創(chuàng)建原理圖，設(shè)置各元件

的值。

(2)仿照例3，用直接測量的方法測量電路。

(3)驗證疊加定理的正確性。

2.實驗內(nèi)容(2)

(1)用EWB按圖8.18所示電路創(chuàng)建原理圖，設(shè)置各元件

的值。

(2)仿照例4，用兩種方法分析電路。

(3)檢驗兩種方法分析的結(jié)果是一致的。

3.實驗內(nèi)容(3)

(1)用EWB按圖8.19所示電路創(chuàng)建原理圖，設(shè)置各元件

的值。

(2)仿照例5，將激勵源和響應(yīng)互換位置，再進(jìn)行測量。(3)驗證互易定理的正確性。

4.實驗內(nèi)容(4)

(1)用EWB創(chuàng)建自己設(shè)計的電路原理圖，設(shè)置各元件的值。

(2)仿照例6，測量兩個有相同電路結(jié)構(gòu)而電路中支路元件不同的電路。

(3)驗證特勒根定理二的正確性。五、實驗注意事項

(1)選擇“Circuit”菜單下“SchematicOption”中“Shownode”來顯示電路中的節(jié)點，“ShowreferenceID”來顯示電路中的元件標(biāo)識，如R1、V1等。

(2)在測量時，電路中要選擇參考點，即接地點。

(3)諾頓等效電路與戴維南等效電路是對偶的，用“ParameterSweep“分析時，應(yīng)選擇要掃描的變量是電壓源。

(4)驗證互易定理，在互換時應(yīng)注意激勵和響應(yīng)的方向。(5)驗證特勒根定理二時，兩個電路的圖要相同，支路中的元件可以不同，即使是非線性元件也是可以的。六、預(yù)習(xí)要點

(1)電路理論中疊加定理、戴維南定理、互易定理和特勒根定理的內(nèi)容及應(yīng)用條件。

(2)戴維南定理和諾頓定理有何區(qū)別？如何用EWB仿真實驗驗證？

(3)互易定理在互換位置時有什么規(guī)律？

(4)特勒根定理二的基本知識。如何構(gòu)造兩個電路驗證特勒根定理二的正確性?七、實驗報告要求

(1)用EWB創(chuàng)建的實驗原理電路圖。

(2)敘述實驗內(nèi)容和步驟，給出EWB計算出的各種圖表。(3)通過本次實驗，總結(jié)、歸納EWB仿真的步驟和方法。八、實驗設(shè)備

(1)計算機1臺。

(2)EWB5.0軟件1套。實驗19一階和二階電路的響應(yīng)

一、實驗?zāi)康?/p>

(1)學(xué)習(xí)創(chuàng)建、編輯EWB電路的方法。

(2)掌握EWB的測量分析方法。

(3)學(xué)會虛擬儀器中使用信號發(fā)生器、示波器的測量方法。(4)加深對一階電路和二階電路的理解。二、實驗原理與仿真示例

一階電路和二階電路的分析方法在“電路分析基礎(chǔ)”課程中已作了重點介紹。下面用EWB來測量分析，并舉例說明。

例7

觀察RC電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)，并測量

時間常數(shù)。

(1)創(chuàng)建如圖8.20所示的仿真實驗電路。

(2)信號發(fā)生器設(shè)置為方波，參數(shù)選擇如圖8.21所示。

(3)調(diào)節(jié)示波器參數(shù)，觀察充放電波形，如圖8.22所示。圖8.20例7的電路圖8.21信號發(fā)生器的設(shè)置圖8.22示波器的充放電波形方法：打開開關(guān)，按“暫?！卑粹o。

(4)測量時間常數(shù)：

改變時間軸，移動示波器上的游標(biāo)。紅色游標(biāo)對準(zhǔn)初值，藍(lán)色游標(biāo)對準(zhǔn)終值的63%。可得τ=T2－T1,如圖8.23

所示。

τ=T2－T1=103.4μs圖8.23測量時間常數(shù)

例8

觀察積分電路的波形。

(1)創(chuàng)建如圖8.24所示的仿真實驗電路。圖8.24積分電路

(2)改變R或C，觀察輸入和輸出波形，如圖8.25所示。圖8.25積分電路波形

例9

觀察微分電路的波形。

(1)創(chuàng)建如圖8.26所示的仿真實驗電路。圖8.26微分電路

(2)改變R或C，觀察輸入和輸出波形，如圖8.27所示。圖8.27微分電路波形

例10

觀察RC電路uC(t)和iC(t)的波形。

(1)創(chuàng)建如圖8.28所示的仿真實驗電路。圖8.28一階電路

(2)改變R或C，觀察uC(t)和iC(t)如何變化，如圖8.29所示。圖8.29一階電路的電容電壓和電流波形

例11

觀察RLC串聯(lián)電路uS(t)和uC(t)的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)。

(1)創(chuàng)建如圖8.30所示的仿真實驗電路。圖8.30二階電路

(2)改變R的值,觀察uS(t)和uC(t)的四種波形，信號源設(shè)

置如圖8.31所示。圖8.31信號發(fā)生器設(shè)置

uS(t)、uC(t)的波形如圖8.32(a)所示(R取84%)。

uS(t)、uC(t)的波形如圖8.32(b)所示(R取64%)。

uS(t)、

uC(t)的波形如圖8.32(c)所示(R取16%)。

uS(t)、uC(t)的波形如圖8.32(d)所示(R取接近0Ω)。圖8.32二階電路的四種波形(a)過阻尼；(b)臨界阻尼；(c)欠阻尼；(d)無阻尼

例12

計算和測量RLC串聯(lián)電路的衰減振蕩頻率ωd和衰減系數(shù)α，電路如圖8.33所示。圖8.33RLC串聯(lián)的二階電理論計算：示波器的波形如圖8.34所示，Td=t2－t1=215μs，U1m=7.8V，U2m=4.8V。測量數(shù)據(jù)計算：rad/s圖8.34二階電路的測量三、實驗內(nèi)容

(1)觀察RC電路uC(t)和iC(t)的波形。

①創(chuàng)建如圖8.35所示的仿真實驗電路。圖8.35RC仿真實驗電路②改變R或C，觀察輸入和輸出波形。

使，，，，觀察uC(t)和iC(t)如何變化，并作記錄。

(2)設(shè)計一個微分器電路，對于頻率為f=1kHz的方波信號的微分輸出滿足：

①尖脈沖的幅度大于1V。

②脈沖衰減到零的時間t<T/10,電容值取C=0.1μF。

(3)觀察RLC串聯(lián)電路uC(t)的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)。

①創(chuàng)建如圖8.36所示的仿真實驗電路。圖8.36RLC串聯(lián)仿真實驗電路②改變R的值，觀察uS(t)、uC(t)的三種波形，記下參

數(shù)和波形圖，頻率f=500Hz。

(4)在欠阻尼情況下，選取R，改變L或C的值觀察uC(t)的變化趨勢。選取L，改變R觀察衰減快慢和振蕩幅度，或改變C觀察振蕩頻率，并將參數(shù)和波形圖填入表8.1中。

(5)觀察RLC并聯(lián)電路uC(t)的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)。

①創(chuàng)建如圖8.37所示的仿真實驗電路。

②改變R的值,觀察uC(t)的三種波形，并記下參數(shù)和波形圖，頻率f=500Hz。圖8.37RLC并聯(lián)仿真實驗電路四、實驗步驟和方法

1.實驗內(nèi)容(1)

(1)用EWB按圖8.35所示電路創(chuàng)建原理圖，設(shè)置各元件

的值。

(2)5Ω電阻為取樣電阻，其上的電壓表示電容電流，改變邊線的顏色為紅色，以便在示波器上觀察波形。

(3)改變電路的時間常數(shù)，，

，，觀察波形并作記錄。

2.實驗內(nèi)容(2)

(1)設(shè)計RC微分電路，用EWB按所設(shè)計的電路創(chuàng)建原

理圖。

(2)測量電路指標(biāo)，看是否滿足要求。

3.實驗內(nèi)容(3)

(1)用EWB按圖8.36所示電路創(chuàng)建原理圖，設(shè)置各元件

的值。

(2)改變R的值,觀察uS(t)和uC(t)的過阻尼、欠阻尼和臨

界阻尼三種波形。

(3)記錄三種情況下的參數(shù)值和波形圖,以便與理論值比較。

4.實驗內(nèi)容(4)

(1)在圖8.36所示電路基礎(chǔ)上，改變各元件的值。

(2)在欠阻尼時的三種數(shù)據(jù)下，測量和計算的值填入表

8.1中。

(3)記錄三種情況下的參數(shù)值和波形圖,以便與理論值比較。5.實驗內(nèi)容(5)

(1)用EWB按圖8.37所示電路創(chuàng)建原理圖，設(shè)置各元件

的值。

(2)改變R的值,觀察uC(t)的三種波形。

(3)記錄三種情況下的參數(shù)值和波形圖,以便與理論值比較。五、實驗注意事項

(1)示波器上的波形顏色取決于與示波器連線的顏色，這樣可以區(qū)別不同變量波形的顏色。

(2)調(diào)節(jié)R時要細(xì)心，臨界阻尼要找準(zhǔn)。

(3)整個實驗過程中方波源的頻率可以改變。

(4)峰值要讀準(zhǔn)確，可用滑動的游標(biāo)查找。六、預(yù)習(xí)要點

(1)什么是積分電路和微分電路？時間常數(shù)怎么確定和測量？

(2)二階電路的響應(yīng)有什么特點？

(3)在欠阻尼情況下，衰減振蕩頻率ωd和衰減系數(shù)α的理論計算和測量方法。

(4)虛擬儀器信號發(fā)生器和示波器的使用方法。

(5)一階電路和二階電路的仿真實驗步驟和方法。七、實驗報告要求

(1)根據(jù)實驗觀測結(jié)果，總結(jié)測量時間常數(shù)的方法。

(2)實驗內(nèi)容和步驟，各種理論計算。

(3)EWB計算出的各種圖表。

(4)歸納、總結(jié)電路元件參數(shù)的改變對響應(yīng)變化趨勢的

影響。

八、實驗設(shè)備

(1)計算機1臺。

(2)EWB5.0軟件1套。

實驗20動態(tài)電路的瞬態(tài)分析

一、實驗?zāi)康?/p>

(1)學(xué)習(xí)創(chuàng)建、編輯EWB電路的方法。

(2)掌握EWB的瞬態(tài)分析方法。

(3)學(xué)會虛擬元件的使用方法。

(4)加深對電路時域分析方法的理解。二、實驗原理與仿真示例

EWB的瞬態(tài)分析即觀察所選定的節(jié)點在整個顯示周期中每一時刻的電壓波形，下面舉例說明。

例13

研究RLC串聯(lián)的二階電路中參數(shù)變化對響應(yīng)的影響。（1）用EWB建立如圖8.38(a)所示的仿真電路，注意選擇接地點。選擇“Circuit”菜單下“SchematicOption”中“Shownode”（顯示節(jié)點）項，把電路的節(jié)點號顯示在電路上。設(shè)置

時電源的頻率、占空比和電壓幅值，如圖8.38(b)所示。圖8.38仿真電路的創(chuàng)建和設(shè)置(a)RLC串聯(lián)電路；(b)時鐘電源的設(shè)置（2）執(zhí)行“Transient”命令彈出的對話框如圖8.39(a)所示。該對話框提供3種初始值，選擇好開始時間、終止時間、步長，最后選擇要分析的節(jié)點。單擊“Simulate”按鈕即可彈出EWB計算繪制的瞬態(tài)響應(yīng)曲線，如圖8.39(b)所示。圖8.39瞬態(tài)響應(yīng)分析結(jié)果（3）選擇菜單命令“Analysis”下的“ParameterSweep”項，彈出的對話框如圖8.40(a)所示。選擇要改變的參數(shù)C1，變化范圍選0.1~0.5μF，掃描方式選線性，增量選0.2μF。最后選擇要分析的節(jié)點。單擊“Simulate”按鈕即可彈出EWB計算繪制的瞬態(tài)響應(yīng)曲線，如圖8.40(b)所示。

由此可見，改變電容的值，只改變振蕩頻率，而不改

變響應(yīng)的性質(zhì)，電容越小，振蕩頻率越高。圖8.40改變電容的分析結(jié)果（4）選擇菜單命令“Analysis”下的“ParameterSweep”項，彈出的對話框如圖8.41(a)所示。選擇好要改變的參數(shù)R1，變化范圍選100~1000Ω，掃描方式選線性，增量選300Ω，最

后選擇要分析的節(jié)點。單擊“Simulate”按鈕即可彈出EWB計算繪制的瞬態(tài)響應(yīng)曲線，如圖8.41(b)所示。

由此可見，改變電阻的值，改變了響應(yīng)的性質(zhì)。圖8.41改變電阻的分析結(jié)果例14如圖8.42所示電路已處于穩(wěn)態(tài)，t=0時開關(guān)S由“

1”打向“2”，求t≥0時的uC(t)。圖8.42例2的電路解：用EWB建立如圖8.43所示仿真電路，注意選擇接地點。延時開關(guān)的設(shè)置如圖8.44所示。延時開關(guān)有兩個控制時間，即閉合時間TON和斷開時間TOFF，TON不能等于TOFF。圖8.43EWB創(chuàng)建的電路圖8.44延時開關(guān)的設(shè)置若TON<TOFF，接通開關(guān)，在0≤t≤TON的時間內(nèi)，開關(guān)閉合；在TON<t≤TOFF的時間內(nèi)，開關(guān)斷開；在t>TOFF的時間內(nèi)，開關(guān)閉合。

若TON>TOFF，接通開關(guān)，在0≤t≤TOFF的時間內(nèi)，開關(guān)斷開；在TOFF<t≤TON的時間內(nèi)，開關(guān)閉合；在t>TON的時間內(nèi)，開關(guān)斷開。

現(xiàn)設(shè)置TON為0.001ms，表示接通1的時間是0.001ms；其余時間就接通2，TOFF為0，表示接通2后不再改變。

執(zhí)行“Transient”命令后彈出的對話框如圖8.45(a)所示。單擊“Simulate”按鈕即可彈出EWB計算繪制的瞬態(tài)響應(yīng)曲線，如圖8.45(b)所示。圖8.45例2電路瞬態(tài)分析

例15

如圖8.46(a)所示電路中的電壓源的電壓波形如圖8.46(b)所示，求電壓uC(t)。圖8.46例3的電路

解1：用EWB建立如圖8.47所示的仿真電路，注意選擇接地點。延時開關(guān)的設(shè)置如圖8.48所示。TON為0s，表示接通5V的時間是0ms；TOFF為5s，表示接通10V的時間是5s。t>5s后閉合，接通5V電源。開關(guān)延遲換路的順序是：0~5s接通10V，5s后接通5V。圖8.47EWB創(chuàng)建的電路圖8.48延時開關(guān)的設(shè)置

執(zhí)行“Transient”命令可彈出EWB計算繪制的瞬態(tài)響應(yīng)圖表，如圖8.49所示。圖8.49例3的瞬態(tài)響應(yīng)

解2：電壓源的波形是分段線性函數(shù)，因此電源可用EWB的“PiecewiseLinearSource”(分段線性電源)，如圖8.50(a)所示。該電源的波形由自建的文本文件n841.txt生成，如圖8.50(b)所示。

其中，n841.txt文件中的第一列表示某個時刻，單位為s;第二列表示所定義的時刻的電壓值，單位為V。各時間段的電壓用該時間段兩端時刻電壓間的直線描述。

執(zhí)行“Transient”命令可彈出EWB計算繪制的瞬態(tài)響應(yīng)圖表，如圖8.49所示，與解1的結(jié)果相同。圖8.50例15的電路和電源的輸入文件三、實驗內(nèi)容

(1)研究RLC并聯(lián)的二階電路中參數(shù)變化對響應(yīng)的影響。

(2)用EWB計算如圖8.51所示電路，電容未充電,當(dāng)開關(guān)S在t＝0時打開，繪出uC(t)、i1(t)的波形。圖8.51一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)實驗電路

(3)電路如圖8.52(a)所示，電壓源的波形如圖8.52(b)所示，t=0時無儲能。

①在同一坐標(biāo)軸畫出uS、uC。

②R變?yōu)?0kΩ，重復(fù)①。圖8.52一階電路的實驗電路和輸入波形四、實驗步驟和方法

1.實驗內(nèi)容(1)

(1)自行設(shè)計RLC并聯(lián)電路，激勵用電流源。用EWB創(chuàng)建原理圖，設(shè)置各元件的值。

(2)仿照例13，先執(zhí)行“Transient”命令進(jìn)行電路的瞬態(tài)分析，選電容電壓為響應(yīng)。

(3)進(jìn)行參數(shù)掃描分析，選擇菜單命令“Analysis”下的“ParameterSweep”，改變的參數(shù)為電感。

(4)改變電路中的電阻，進(jìn)行參數(shù)掃描分析。

(5)參數(shù)變化對電路響應(yīng)的影響。

2.實驗內(nèi)容(2)

(1)用EWB按圖8.51所示電路創(chuàng)建原理圖，設(shè)置各元件

的值。

(2)仿照例14，設(shè)置延時開關(guān)的值。

(3)用EWB的瞬態(tài)分析，要首先選好要分析的節(jié)點。若將兩個變量的波形同時顯示的同一幅圖上，就要選兩個節(jié)點。

(4)用理論分析說明響應(yīng)波形的正確性。

3.實驗內(nèi)容(3)

(1)用EWB按圖8.52所示電路創(chuàng)建原理圖，設(shè)置各元件

的值。

(2)仿照例15，用兩種方法分析。先用延時開關(guān)的方法，關(guān)鍵是要正確地設(shè)置延時開關(guān)的參數(shù)。

(3)將電源換成分段線性電源，仿照例3的解法2進(jìn)行分析。(4)兩種方法得出的結(jié)果應(yīng)相同。五、實驗注意事項

(1)時鐘電源相當(dāng)于方波發(fā)生器，可以調(diào)節(jié)頻率、幅度和占空比。

(2)分段線性電源是自行定義的信號源，波形的值由專用的文本文件確定，在電源波形為任何分段線性函數(shù)的情況下使用，十分方便。

(3)延時開關(guān)非常有用，可以模擬電路中開關(guān)的作用，

也可以模擬分段常量函數(shù)的電源，不過時間段不超過三段，常量不超過兩個。在分段或直線較多時，采用分段線性電源較好。

(4)在用“ParameterSweep”分析時，應(yīng)選擇要掃描的變量，同時也要選擇要分析的變量。EWB彈出的曲線圖中掃描的變量為橫軸，分析的變量為縱軸。

(5)在用EWB進(jìn)行瞬態(tài)分析時，應(yīng)設(shè)置好起始時間、終止時間以及初始值，可以是多條瞬態(tài)曲線顯示在同一幅圖上。當(dāng)鼠標(biāo)指向某條曲線時，左下角會顯示是節(jié)點號，表示是第幾個節(jié)點電壓的波形。六、預(yù)習(xí)要點

(1)時鐘電源的特點是什么？分段線性電源的特點是

什么？

(2)延時開關(guān)的使用方法是什么？如何設(shè)置參數(shù)？

(3)參數(shù)掃描在瞬態(tài)分析中的應(yīng)用。

(4)瞬態(tài)分析的特點，對各種情況的處理。七、實驗報告要求

(1)用EWB創(chuàng)建實驗原理電路圖。

(2)敘述實驗內(nèi)容和步驟，給出各種理論計算，EWB計算出的各種圖表。

(3)通過本次實驗，總結(jié)、歸納EWB瞬態(tài)分析的步驟和方法。

八、實驗設(shè)備

(1)計算機1臺。

(2)EWB5.0軟件1套。實驗21電路的交流分析

一、實驗?zāi)康?/p>

(1)學(xué)習(xí)創(chuàng)建、編輯EWB電路的方法。

(2)掌握EWB的交流分析方法。

(3)學(xué)會虛擬儀器中使用電壓表、電流表和示波器的測量方法。

(4)加深對正弦交流電路分析方法的理解。二、實驗原理與仿真示例

1.RC移相電路

RC移相電路如圖8.53(a)所示，當(dāng)R由0→∞時，移相電路輸入電壓與輸出電壓的移相范圍和特點可以用相量圖8.53(b)表示。當(dāng)R→0時，與趨于同相；當(dāng)R→∞時，比超前趨于180°。所以，和的移相范圍是0~180°,并且比超前。另外，輸出電壓的幅值為半徑，即輸出電壓Uo始終是輸入電壓Ui的一半。圖8.53RC移相電路用EWB建立如圖8.54(a)所示的仿真電路，選擇B點為接地點，以便測量和的相位差。當(dāng)R=1kΩ時，各電壓表測量如圖8.54(a)所示,可以證明三個電壓值是電壓三角形的關(guān)系。和的相位差顯示結(jié)果如圖8.54(b)所示。

當(dāng)R=2.5kΩ、5.3kΩ、9kΩ時，各電壓表測量如圖8.55(a)、(c)、(e)所示,可以證明三個電壓值是電壓三角形的關(guān)系。和的相位差顯示結(jié)果如圖8.55(b)、(d)、(f)

所示。圖8.54RC移相器(可調(diào)電阻R=1kΩ)圖8.55RC移相器中可調(diào)電阻改變時的移相情況

2.三相電路的相序測試電路

圖8.56是相序測試電路，用來判別三相電路中的各相相序。由圖可見B相電阻的電壓要高于C相電阻的電壓，圖中電阻若用燈泡代替，則B相燈泡要比C相燈泡亮得多。由此可判斷：若接電容的一相為A相，則燈泡較亮的為B相，較暗的為C相。三相電壓uA、uB、uC的波形可用EWB的瞬態(tài)分析功能畫出，如圖8.57所示。圖8.56三相電路的相序測試電路圖8.57三相電壓的波形三、實驗內(nèi)容

1.RC移相電路的仿真

按圖8.58(a)所示RC移相電路接線，調(diào)節(jié)電阻R1和R2（從小到大），用示波器和電壓表觀察電位u1至u4的波形和電壓值。依次測出電位u1至u4之間的相位差以及有效值。

驗證當(dāng)時，電位、、、

依次相差90°，并且它們的有效值是輸入電壓Ui的一半。相量圖如圖8.58(b)所示。圖8.58RC移相電路

2.相序測試電路的仿真

三相電路的相序測試電路如圖8.59所示。當(dāng)發(fā)光二極管不亮?xí)r，X、Y、Z的相序為正序，當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)亮?xí)r，X、Y、

Z的相序為逆序。圖8.59相序測試電路四、實驗步驟和方法

1.實驗內(nèi)容(1)

(1)用EWB按圖8.57所示電路創(chuàng)建原理圖，根據(jù)自行選取的元件參數(shù)設(shè)置各元件的值。

(2)用四個電壓表分別測量R1、R2和兩個電容C上的電壓。(3)改變電阻R1，觀測R1和C上的電壓讀數(shù)與電源電壓，應(yīng)是電壓三角形的關(guān)系。

(4)改變電阻R1，使，用雙蹤示波器觀測u1與u2、

u2與u3的相位關(guān)系。

(5)改變電阻R2，觀測R2和C上的電壓讀數(shù)與電源電壓，應(yīng)是電壓三角形的關(guān)系。

(6)改變電阻R2，使，用雙蹤示波器觀測u1與u4、u4與u3的相位關(guān)系。

(7)用EWB的瞬態(tài)分析功能，將u1至u4四個電壓波形顯示出來。

2.實驗內(nèi)容(2)

(1)用EWB按圖8.59所示電路創(chuàng)建原理圖,設(shè)置各元件的值。(2)當(dāng)正序或逆序時，觀察發(fā)光二極管發(fā)光與否。

(3)用電壓表或電流表測量發(fā)光二極管支路的電壓或電流。(4)用理論分析解釋圖8.59所示電路的相序檢測功能。五、實驗注意事項

(1)三相電路中的三相電源，因為EWB的交流電源的相位不能是負(fù)角度，都用正角度代替，所以，正相序的電壓為

=220∠0°V，=220∠240°V，=220∠120°V。(2)在分析時，電路中要選擇參考點，即接地點,以便用示波器觀測相位差。

(3)交流電壓表和電流表的是在對話框中選擇mode中的“AC”設(shè)置的，電壓表和電流表的內(nèi)阻也可以自行設(shè)置。

(4)雙蹤示波器只能顯示兩條曲線，要顯示多條曲線，可用EWB的瞬態(tài)分析功能。六、預(yù)習(xí)要點

(1)熟悉交流電壓表、電流表和示波器的使用。

(2)分析RC移相電路的相量圖。

(3)分析三相電路的相序檢測電路的相量圖。

(4)了解EWB的瞬態(tài)分析方法的應(yīng)用。

(5)如何觀測多條波形的幅度和相位？七、實驗報告要求

(1)用EWB創(chuàng)建實驗原理電路圖。

(2)敘述實驗內(nèi)容和步驟，給出各種理論計算。

(3)改變參數(shù)對電路的影響，用EWB計算出的各種圖表

(4)通過本次實驗，總結(jié)、歸納EWB仿真得出的結(jié)論。八、實驗設(shè)備

(1)計算機1臺。

(2)EWB5.0軟件1套。

實驗22電路的頻率分析

一、實驗?zāi)康?/p>

(1)學(xué)習(xí)創(chuàng)建、編輯EWB電路的方法。

(2)掌握EWB的交流分析方法。

(3)學(xué)會虛擬儀器中使用電壓表、電流表的測量方法。

(4)加深對電路分析方法的理解。二、實驗原理與仿真示例

用EWB分析電路的頻率特性是仿真軟件的主要功能之一。不需要對電路進(jìn)行計算，只要用EWB創(chuàng)建電路，用EWB的“ACFrequencyAnalysis”命令就可以得到電路的幅頻特性和相頻特性。下面舉例說明。

例16

給出圖8.60(a)所示低通電路的幅頻特性和相頻特性。解：用EWB建立如圖8.60所示的仿真電路。選擇“Circuit”菜單下“SchematicOption”中的“Shownode”（顯示節(jié)點）項，把電路的節(jié)點號顯示在電路上。執(zhí)行“Analysis”中的“ACFrequency”，彈出的對話框如圖8.61所示。圖8.60低通電路圖8.61“ACFrequencyAnalysis”對話框選擇好起始頻率、終止頻率、掃描形式、顯示點數(shù)、垂直刻度和被分析的節(jié)點，單擊“Simulate”(仿真)按鈕，可得到如圖8.62所示節(jié)點4的幅頻特性和相頻特性波形。

用圖8.62中的游標(biāo)可以找出低通特性的截止頻率，當(dāng)y1=707mV時，x1=65.6Hz。所以，截止頻率為65.6Hz。由相頻特性知，低通網(wǎng)絡(luò)也是相位滯后網(wǎng)絡(luò)。圖8.62低通電路的頻率特性

例17

研究圖8.63所示的RLC串聯(lián)諧振電路的頻率特性。圖8.63RLC串聯(lián)諧振電路解：用EWB建立如圖8.63所示仿真電路。執(zhí)行“Analysis”中的“ACFrequency”，彈出的對話框如圖8.64所示。選擇好起始頻率、終止頻率、掃描形式、顯示點數(shù)、垂直刻度和被分析的節(jié)點，單擊“Simulate”(仿真)按鈕，可得到如圖8.64所示的幅頻特性和相頻特性波形。圖8.64“ACFrequencyAnalysis”對話框用圖8.65中的游標(biāo)可以找出諧振頻率，諧振時輸出電壓最大為1，相位為0，從圖中可知f0=5.03kHz。圖8.65RLC串聯(lián)電路的頻率特性將兩個游標(biāo)設(shè)于0.707V處，可得兩個半功率點頻率f1=4.3022kHz，f2=5.8915