Multisim_9_的仿真與測(cè)試.ppt

1、第六章Multisim 9在電路基礎(chǔ)中的應(yīng)用，6.1基本電路的分析與測(cè)試，6.2節(jié)點(diǎn)分析法的仿真分析，6.3戴維南等效電路的仿真分析，6.4疊加定理的仿真分析，6.5受控源電路的分析，6.6三相電路的仿真分析，一方面可以使學(xué)生明確Multisim在電路基礎(chǔ)中應(yīng)該使用的方法，另一方面可以加深對(duì)電路基礎(chǔ)中基本理論和概念的理解和掌握，同時(shí)為電路實(shí)驗(yàn)課打下良好的基礎(chǔ)。6.1基本電路的分析與測(cè)試6.1.1串聯(lián)電路的測(cè)試串聯(lián)電路的基本原理：串聯(lián)電路中各部分的電流相等；串聯(lián)電路中的總電壓等于各部分電壓之和。串聯(lián)電路的實(shí)驗(yàn)電路如圖6-1所示。圖6-1串聯(lián)電路實(shí)驗(yàn)電路，實(shí)驗(yàn)步驟：(1)建立電路；(2)添加儀器點(diǎn)

2、擊快捷欄中的圖標(biāo)，選擇放置電壓表，如圖6-2所示。(3)點(diǎn)擊模擬開關(guān)，結(jié)果如圖6-3所示。圖6-2顯示了模擬實(shí)驗(yàn)圖。電路的總電壓是電源電壓，即，U=12V；U=U1 U2 U3串聯(lián)電路，即U=0.840 4.280 6.880=12v，圖6-3串聯(lián)電路電壓測(cè)試結(jié)果圖，(4)分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，串聯(lián)電路的總電壓等于各電路電壓之和。此外，還模擬了電流。增加電流表模擬器后的電路如圖6-4所示，仿真結(jié)果也如圖所示。圖6-4串聯(lián)電路的電流仿真結(jié)果，6.1.2并聯(lián)電路測(cè)試的實(shí)驗(yàn)電路如圖6-5所示，其仿真分析方法與前一節(jié)串聯(lián)電路測(cè)試相同，因此無(wú)需分析。學(xué)生課后自己分析。通過(guò)仿真分析，得出并聯(lián)電路的總電壓等于

3、各支路的電壓；并聯(lián)電路的總電流等于支路電流之和。圖6-5并聯(lián)電路實(shí)驗(yàn)電路，6.1.3歐姆定律的驗(yàn)證，其實(shí)驗(yàn)電路如圖6-6所示。從圖中可以看出，如果電源電壓為10V，負(fù)載電阻為10歐姆，則I=U/R=1a；Multisim 9分析的實(shí)驗(yàn)電路如圖6-7所示，結(jié)果也如圖所示。可以看出，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算結(jié)果是一致的。圖6-6歐姆定律實(shí)驗(yàn)示意圖，圖6-7歐姆定律模擬結(jié)果圖，6.1.4電路功率的測(cè)量電路功率是一個(gè)重要的參數(shù)，主要指電源提供的功率和電路消耗的功率。圖6-8所示電路中電源提供的最大功率是指電源提供的最大電壓Umax和電源輸出的最大電流Imax的乘積，電路消耗的功率是指流過(guò)用戶的電流和用戶產(chǎn)生

4、的壓降的乘積，P=IU。圖6-8原理圖和圖6-9實(shí)驗(yàn)電路圖。通常，電源提供的功率等于電器消耗的功率。實(shí)驗(yàn)電路如圖6-9所示。如果電路中的電源電壓為12v，負(fù)載的等效電阻為10歐姆，電路消耗功率的理論計(jì)算為：p=14.4w瓦。電源連接如圖6-10所示，并進(jìn)行仿真。測(cè)試結(jié)果如圖6-10所示。6.2節(jié)點(diǎn)分析法的仿真分析節(jié)點(diǎn)分析法以電路獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的電壓為變量，計(jì)算電路中每個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)相對(duì)于參考節(jié)點(diǎn)的電壓，然后計(jì)算指定支路的電壓和電流。本節(jié)以節(jié)點(diǎn)分析電路為例，利用DC工作點(diǎn)分析法和虛擬儀器分析電路輸出電壓U0，說(shuō)明了利用Multisim分析計(jì)算電路中各節(jié)點(diǎn)電壓的過(guò)程。6.2.1節(jié)點(diǎn)分析法仿真分析(1)創(chuàng)建電

5、路，如圖6-11所示。(2)放置字符：在“放置”菜單中選擇“放置文本”命令，將字符“、“-”和“U0”放置在電路中，如圖6-11所示。(3)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，該方法已在第4章中介紹。(4)模擬分析：選擇模擬/分析/DC操作訂單圖6-11節(jié)點(diǎn)分析電路和圖6-12節(jié)點(diǎn)分析仿真結(jié)果圖。從圖6-12可以看出，當(dāng)節(jié)點(diǎn)4的電壓為15.04605v15v時(shí)，電路的輸出電壓約為15v，6.2.2用虛擬儀器直接測(cè)量每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓。分析步驟如下：(1)與第6.2.1節(jié)中的第一步相同，創(chuàng)建(2)與第6.2.1節(jié)中的第二步相同，放置字符。(3)放置萬(wàn)用表，并將其連接到電路的輸出端。(4)模擬操作：點(diǎn)擊操作按鈕，雙擊萬(wàn)用

6、表圖標(biāo)，彈出萬(wàn)用表顯示界面，如圖6-14所示。圖6-13節(jié)點(diǎn)分析電路，圖6-14萬(wàn)用表顯示界面，6.3戴維寧等效電路仿真分析在電路分析中，戴維寧定理是一個(gè)重要內(nèi)容。利用戴維南定理，有源端口可以表示為電壓源和等效電阻的串聯(lián)，簡(jiǎn)化了電路，方便了電路分析。以圖6-15所示電路為例，利用達(dá)文南定理得到支路電流I。圖6-15，達(dá)文南定理的示意圖，分析步驟：(1)創(chuàng)建電路；(2)計(jì)算等效電阻Req:將圖6-15所示電路中的電壓源短路，電流源開路，將輸出端接至萬(wàn)用表，將萬(wàn)用表調(diào)至歐姆檔，計(jì)算等效電阻仿真圖，如圖6-16所示。圖6-16等效電阻模擬圖，(3)計(jì)算開路電壓Uoc。根據(jù)上述方法，創(chuàng)建圖6-17的模

7、擬電路。在端口處，連接萬(wàn)用表直接測(cè)量開路電壓Uoc。(4)在模擬開路電壓Uoc和等效電阻Req后，在Multisim中創(chuàng)建如圖6-18所示的電路，并在端口連接直流電流表以模擬最終結(jié)果，即支路電流。圖6-17計(jì)算開路電壓的仿真圖，6.4疊加定理的仿真分析疊加定理是電路理論中的一個(gè)重要定理，可以通過(guò)Multisim分析進(jìn)行驗(yàn)證。疊加定理意味著在線性電路中，電路中的響應(yīng)是由單獨(dú)作用的獨(dú)立源引起的響應(yīng)的代數(shù)和。以圖6-19所示電路為例，求出電路中的電壓u。圖6-18為等效電路圖，分析步驟如下：(1)創(chuàng)建如圖6-19所示的電路，同時(shí)連接萬(wàn)用表XMM1，測(cè)量電壓U=-4.718v，如圖6-20所示。(2)

8、讓電壓源U1(圖6-21中的U2)單獨(dú)動(dòng)作，即電流源I1開路，同時(shí)連接萬(wàn)用表XMM2，測(cè)量電壓的第一個(gè)分量U (1)為20.219伏，如圖6-21和6-22所示。圖6-19疊加定理應(yīng)用電路，圖6-20電壓U，(3)讓電流源(圖6-23中的I2)單獨(dú)動(dòng)作，短路電壓源V1，同時(shí)連接萬(wàn)用表XMM3，測(cè)量電壓U(2)=-24.937v的第二分量，如圖6-23和6-24所示。圖6-21電壓源v1單獨(dú)作用，圖6-22電壓U(1)，圖6-23電流源I2單獨(dú)作用，圖6-23電壓U(2)，(4)疊加：U=U(1)U(2)=20.219-24.937=4.718v。6.5受控源電路分析電源可分為獨(dú)立源(如電池和發(fā)

9、動(dòng)機(jī))和受控源。受控源與獨(dú)立源的區(qū)別在于，獨(dú)立源的電壓Us或電流is是某一固定值或某一時(shí)間的函數(shù)，不隨電路其余部分的狀態(tài)變化而變化；受控源的電壓或電流由電路中其他分支的電壓或電流控制。根據(jù)被控量和被控量的不同，有四種受控源：壓控電壓源(VCVS)、壓控電流源(VCCS)、電流控制電壓源(CCVS)和電流源控制電流源(CCCS)。Multisim中相應(yīng)的受控源如圖6-26所示。這四個(gè)線性受控源的伏安關(guān)系是：VCVS:U2=Uu1；VCCS:I2=Gu1；CCVS:U2=R1；CCCS:I2=i1；u稱為轉(zhuǎn)移電壓或電壓增益；g叫做轉(zhuǎn)移電導(dǎo)；r被稱為轉(zhuǎn)移阻力；a稱為轉(zhuǎn)移電流或電流增益。圖6-26中的

10、受控源a)，b)，c)，d)，a) vcvs b) vccs c) ccvs d) cccs，vcvs測(cè)試電路如圖6-27所示，計(jì)算圖6-27中的電壓u和電流I的值。分析步驟：(1)創(chuàng)建一個(gè)電路，如圖6-28所示。(2)地點(diǎn)CCCS電路如圖6-30所示，連接點(diǎn)的電壓值和流經(jīng)電壓源支路的電流源兩端的電壓值用DC工作點(diǎn)選項(xiàng)模擬。圖6-30 CCCS測(cè)試電路，分析步驟如下：(1)創(chuàng)建電路，如圖6-31所示。(2)選擇模擬/分析/DC工作點(diǎn)選項(xiàng)，打開模擬開關(guān)，模擬節(jié)點(diǎn)的電位值和流經(jīng)電壓源支路的電流值，如圖6-32所示。圖6-31 CCCS測(cè)試電路，圖6-32節(jié)點(diǎn)分析結(jié)果，6.6三相電路仿真分析是電路理

11、論中的重要內(nèi)容。本節(jié)以對(duì)稱三相電路為例，用Multisim軟件進(jìn)行仿真分析。一方面，它驗(yàn)證和深化了對(duì)三相電路理論的理解，另一方面，它使學(xué)生初步了解了三相電路的仿真分析方法。6.6.1對(duì)稱三相電路的電壓分析步驟如下：(1)創(chuàng)建電路：如圖6-33所示，從元件庫(kù)中選擇電壓源V1、V2和V3，將電壓有效值設(shè)置為220伏，相位分別為0、-120和120，頻率為50Hz；選擇四通道示波器XSC1，將三個(gè)輸入通道a、b和c分別連接到V1、V2和V3的陽(yáng)極；選擇萬(wàn)用表XMM1，將 和-輸入端子分別連接到電源和負(fù)載的中性點(diǎn)。(2)對(duì)稱電路中性電流測(cè)量：點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，雙擊萬(wàn)用表，如圖6-34所示。圖6-33對(duì)稱三

12、相電路，圖6-34三相電路中性電流，(3)對(duì)稱三相電源電壓測(cè)量：雙擊示波器，出現(xiàn)圖6-35所示界面。圖6-35對(duì)稱三相電源電壓波形。從圖6-35可以看出，三相電壓幅值相同，為220伏(有效值)。將示波器上的紅色指針拖動(dòng)到a相的峰值，顯示通道a的有效電壓為220v，通道b和c的有效電壓為-110v，三相電壓的相位差為120。從電壓幅值和相位來(lái)看，測(cè)量結(jié)果反映了三相電源的基本特性。6.6.2三相電路的功率分析步驟如下：(1)創(chuàng)建一個(gè)電路，如圖6-36所示，將電能表XWM1的電壓表并聯(lián)在A相和C相之間，將電能表XWM1的電壓表并聯(lián)在B相和C相之間，將電能表XWM2的電流表串聯(lián)在B相.圖6-36三相對(duì)

13、稱電路功率測(cè)量電路(2)三相電路功率測(cè)量：點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，雙擊瓦特表XWM1和XWM2，得到三相電路的功率，如圖6-37所示。(3)結(jié)果分析：仿真結(jié)果，負(fù)載功率P=P1P2，圖6-37三相對(duì)稱電路的功率，概要：本章介紹Multisim在電路基礎(chǔ)分析中的應(yīng)用。電路基本仿真分析涉及的分析方法主要有靜態(tài)分析、瞬態(tài)分析和零極點(diǎn)分析，涉及的測(cè)試儀器有萬(wàn)用表、示波器和瓦特表。介紹了電路仿真的基本步驟，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。從仿真結(jié)果來(lái)看，與理論結(jié)果基本一致，加深了學(xué)生對(duì)電路理論的理解，為電路設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。練習(xí)：1 .用Multisim驗(yàn)證基爾霍夫定律。實(shí)驗(yàn)電路如圖6-38所示。圖6-38練習(xí)1和2。用Multisim(節(jié)點(diǎn)法或虛擬儀器直接測(cè)量)模擬支路電流I1、I2、I3和I4的值。圖6-39練習(xí)2，3。利用EWB，利用戴維