[工学]电路分析基础课程设计8.doc

设计 1： 用网孔法和节点法求解电路a）用网孔电流法计算电压 u 的理论值及 R2 支路的电流值b）利用 multisim 进行电路仿真，用虚拟仪表验证计算结果c）用节点电位法计算电流 i 的理论值d）用虚拟仪表验证计算结果电路图：1）利用网孔电流法列出方程V 1- 2 V I 12 A I 23 A R 11 ΩR 23 ΩR 31 Ω0U aU bi 1i 2i 3iui2*(1+3+1)+i1*3+i3*1=2i1=2i3=3得：i2=1(A) 又：i=i1-i2=2-1=1(A) 而：u=ub=(i2+i3)*R3-V1=4*1-2=2(V)a) 解 利用节点电流及回路电压方法计算：V 1- 2 V I 12 A I 23 A R 11 ΩR 23 ΩR 31 Ωi 3i 2i 10ui1+i2=2 (KCL) i2+3=i3 (KCL) R2*i1-i2*R1= i3*R3-2（KVL） 利用 MATLAB 解方程组：[i1,i2,i3]=solve('i1+i2=2','i2+3=i3','3*i1-i2=i3-2')得： i1=1A ,i2=1A,i3=4;又有：u=R2*i1-i2*R2=3*1-1*1=2(V)或 u=i3*R3-2=4*1-2=2Vb)利用节点电位法演算：V 1- 2 V I 12 A I 23 A R 11 ΩR 23 ΩR 31 Ω0U aU b（1/3+1 ）*Ua – (1/1)*Ub =2 （1/1+1/1）*Ub –(1/1)*Ua =3-2/1 Ua =3V, Ub =2V iR2=1AÞÞ(b)multisim 仿真结果结论分析：使用 KVL 与 KCL 以及节点法、网孔法所算出的电流和电压与实际数值完全一样2 叠加定理和齐次定理的验证原电路图如下：V 14 V 2 A R 12 Ω1 %R 21 Ω1 %R 34 Ω1 %R 42 Ω1 %u033 u(a)使用叠加定理求解电压 u 的理论值。

b)利用 multisim 进行电路仿真，验证叠加定理c)如果电路中的电压源扩大为原来的 3 倍，电流源扩大为原来的 2 倍，使用齐次定理，计算此时的电压 ua)解当仅有电压源起作用时：解： 设 i1 为 R4 支路的电流，则 R2 支路的电流为（i1-3*u1 ）*6/7,在 V1，R2 ，R4 所形成的回路中利用 KVL 有：(i1-3*u1)*6/7*1+2*i1=4由图可知 u1 应该等于 V1 减去 R1 上的分压（i1-3*u1）*1、7*2 故有下式成立：u1=4-(i1-3*u1)*1/7*2 利用 MATLAB 求解：[i1,u1]=solve('(i1-3*u1)*6/7*1+2*i1=4','u1=4-(i1-3*u1)*1/7*2')求得：i1=9.5（A） u1=9（V ）V 14 V R 12 Ω1 %R 21 Ω1 %R 34 Ω1 %R 42 Ω1 %u 1033 u 1i1 (b) 当仅有电流源作用时：2 A R 12 Ω1 %R 21 Ω1 %R 34 Ω1 %R 42 Ω1 %u 2033 u 2u 3解：设 R1 支路电流 i1,R3 支路电流 i2，u3 如图所示，则有方程如下：i1=u2/R1=u2/2i2=2-i1u3=u2-R3*i2=u2-4*i2=u2-4*(2-i1)=u2-8+4*u2/2=3*u2-8在 u3 支点由 KCL 得:(3*u2-8)/R2+(3*u2-8)/R4=i2+3*u2 代入数据有：3*u2-8+(3*u2-8)/3=i2+3*u2由 MATLAB 求解得：[i1,i2,u2]=solve('i1=u2/2','i2=2-i1','3*u2-8+(3*u2-8)/2=i2+3*u2')i11i21解之得:i1=3.5(A) i2=-1.5(A) ,u2=7(V) u=7+9=16V\(c) 电路中电流源增加 2 倍，电压源增加 3 倍则仿真后的值如下图图中电流源增加 2 倍，电压源增加 3 倍 ，电流源单独作用的 u’=7(V),电压源单独作用 u’’=9(V) 故根据齐次原理 u=2*7+3*9=41(V)。

结果：由叠加原理和齐次定理计算出的数值和仿真电表数值完全一样结论分析：叠加定理和齐次定理完全正确3 替代定理的验证如图(a) 求 R 上的电压 u 和电流 i 的理论值(b) 利用 multisim 进行电路仿真，分别用相应的电压源 u 和电流源 i 替代电阻 R，分别测量替代前后支路的电流 和支路电压 ，验证替代1i2定理解 (a) 使用网孔法选取方向如下 4*i1-2*i2-i=2-2*i1+5*i2=-6 -i1+3*i=6i=2.186A u=4.372VÞÞ利用 MATLAB 求解：[i1,i2,i]=solve('4*i1-2*i2-i=2','-2*i1+5*i2=-6','-i1+3*i=6')(b) 用相应的电压源替代电阻 R 后测量结果用相应的电流源替代后测量结果重测量结果可知道替代定理成立4 测下图中 的戴维南等效电路的参数，并根12N据测得的参数搭建其等效电路；分别测量等效前后外部电流 I，并验证是否一致解 测量参数结果如下图根据上图参数，搭建的等效电路如下图 分别测量等效前后的外部电流等效前 等效后 显然前后一致5 设计一阶动态电路，验证零输入响应和零状态响应齐次性。

如图所示电路，t0 时的电压 , 理论值，并合理搭建求解时所需仿真电路图1()xtU1ft（b） 若 改为 16V，重新计算 理论值并用示波器观察波形找出此时s 1()xt中（a）的 关系1()xt1()xt（c） 仍为 8V, 改为 2A 重新计算 理论值 .并用示波器观察波形.找出此时ssI1()ft与（a）中 的关系1()ft1()ft（d） 若 改为 24V, 改为 8A,计算 全响应.sUsI1()tU解：当 t=0 时, 的完全响应的理论值1i（b）用试验仿真的方法求出三要素，从而求解 的完全响应，并用示波器显示相应的波1i形解：当 t0 时：图如下： 160.79iA¥=（ ）求 ：如下图：163ocuiV=+根据 KVL 求电流11362.2scscsciiiA+´==（ ）得 ：所以： 3 801()()1(0)1()651.2.100.67.()t ttRCsiiiieet -- -¥+¥=W´=-=-³所 以 ：（b）用试验仿真的方法求出三要素，从而求解 的完全响应，并用示波器显示相应的波1i形解：当 t0 时：测量电路图如下1()0.67iA¥=求 ：测量如下图3t 80t1(t)()1(0)()6R51.2Csiie0.67.e()-- -¥+¥=Wt´=³以含有示波器的电路及波形图如下：波形图：结论分析：理论值和测量值一样。

综合设计设计 1：设计二极管整流电路条件：输入正弦电压，有效值 220V，频率 50Hz要求：输出电压 20V 2V电路图：结果：结论分析：用变压器可以将提供的电压变到所需要的电压，而应用二极管的单向导通性可以将交流的二分之一周期反向 去掉， 此时向外电路所提供的电压不是稳定的，因次可以并联一补偿电容，因此可以提供稳定的输出电压注：电路中元件的参数：变压器匝数比：14：1；电容为 1.1F，向外输出电压为 21.083V设计 2：设计 1 阶 RC 滤波器条件：数字电路的工作时钟为 5MHz，工作电压 5V 但是该数字电路的+5V 电源上存在一个 100MH z 的高频干扰要求：设计一个简单的 RC 电路，高频干扰滤除电路图：结果：信号发生器发出 5MHz 的信号，示波器的波形如图结论分析：未经滤波器的波频率很高，而当经过滤波器的处理后，波的频率为信号发生器发出波的频率，可见通过滤波器后，数字电路未受到电源上的高频影响，设计成功设计 3：降低电力传输损耗电路的设计条件： 感性的电力传输线路（包含电路损耗） ，负载为感性阻抗，传输电压可变电路等效结构如图要求：设计两种降低传输损耗的方法。

不得改变整个电路的阻抗性质分别画出电路，给出详细分析电路图：测量数据原图（a） 、降低电力传输损耗方法一：（b） 、降低电力传输损耗方法二：结果：原电路输出功率及负载功率如下图原电路输出功率 原电路负载功率则原电路效率 η=24.320/25.522 ≈0.953方法一输出功率及负载功率如下图方法一输出功率 方法一负载功率则方法一效率 η=28.658/29.720 ≈0.964方法二输出功率及负载功率如下图方法二输出功率 方法二负载功率则方法二效率 η=34.711/35.060 ≈0.990结论分析：方法一在感性负载两端并联电容，是负载所需的无功功率从无功电源获得部分或全部补偿，提高了设备的利用率方法二用高压输电，采用变压器，升高电压，Z1 元件电阻不变，线路的电流增大，因而，Z1 电压增大，而 P=UIcosθ，所以 P 值增大因此，以上两种方法都能提高电力传输效率，减小电力传输损耗设计 4：设计一个积分运算电路，验证积分器的基本性质原理条件：输入方波波幅为 4V，频率为 500Hz要求：用示波器观察输出波形，纪录方波和三角波波形图。

电路图：结果：示波器观察到的波形如图淮南联合大学 机电系 系 课程设计 过程考核表学生姓名 何钼 班级/学号 电子 0605/05061157承担任务实验室（单位）所在部门实施时间 2011 年 5 月 23 日 —2011 年 5 月 29 日第一周 熟悉软件并完成了仿真设计的前半部分第二周 完成了仿真设计的后半部分和综合设计具体内容……指导教师（师傅）姓名 职务或职称 助教学习态度 □ 认真 □ 一般 □ 不认真学习纪律 □ 全勤 □ 偶尔缺勤 □ 经常缺勤指导教师（师傅）对学生的评价实践能力 □ 很强 □ 一般 □ 较差指导教师（师傅）对学生专业知识或社会实践能力等情况的意见指导教师（师傅）签字 年 月 日 。