Multisim9的仿真与测试.ppt

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1、第六章 Multisim 9 在电路基础中的应用,6.1 基本电路的分析与测试6.2 节点分析法的仿真分析6.3 戴维南等效电路的仿真分析6.4 叠加定理的仿真分析6.5 受控源电路分析6.6 三相电路的仿真分析,本章通过介绍电路基础中的主要分析方法和电路定理的仿真分析，使同学们一方面明确Multisim在电路基础中的应用方法，另一方面也可以加深对电路基础中的基本理论、基本概念的理解和掌握，同时也为电路实验课奠定良好的基础。,6.1 基本电路的分析与测试6.1.1 串联电路的测试 串联电路的基本原理：串联电路中各部分电流相等；串联电路中的总电压等于各部分电压之和。串联电路的实验电路如图6-1所

2、示。,图6-1 串联电路的实验电路,实验步骤：(1)建立电路；(2)添加仪表 从快捷工具条中点击 图标，选择 放置电压表，如图6-2所示。(3)仿真 点击仿真开关，其结果如图6-3所示,图6-2 仿真实验图,电路的总电压为电源电压，即U=12v；串联电路中 U=U1+U2+U3 即 U=0.840+4.280+6.880=12v,图6-3 串联电路电压测试结果图,(4)分析 实验结果表明，串联电路的总电压等于各部分电路的电压之和。此外，进行电流的仿真，添加电流表仿真仪后电路如图6-4所示，其仿真结果也示于图中。,图 6-4 串联电路电流仿真结果,6.1.2 并联电路测试 并联电路的实验电路如图

3、6-5所示，其仿真分析方法同上节串联电路测试一致，故不详加分析，同学们课后自行分析通过仿真分析，我们可得：并联电路的总电压等于各支路电压；并联电路的总电流等于各支路电流之和。,图6-5 并联电路的实验电路,6.1.3 欧姆定律的验证 欧姆定律 I=U/R，其实验电路如图6-6所示，从图中可以看出，电源电压10V，负载电阻为10欧，则I=U/R=1A；运用Multisim 9 分析的实验电路如图6-7所示，其结果也示于图中，可见实验数据与理论计算结果相吻合。,图6-6 欧姆定律实验原理图,图6-7 欧姆定律仿真结果图,6.1.4 电路功率的测量 电路功率是一个重要的参数，主要是指电源提供的功率和

4、电路消耗的功率两大类。如图6-8所示电路中电源提供的最大功率是指电源提供的最大电压Umax与其输出的最大电流Imax的之积，P=Umax*Imax电路消耗的功率是指通过用电器的电流与在用电器上产生的电压降之积，P=IU。,图6-8 原理图,图6-9 实验电路图,一般情况下，电源提供的功率等于用电器消耗的功率。实验电路如图6-9所示。电路中电源电压为12v，负载等效电阻为10欧，则电路消耗的功率理论计算为：P=14.4w。其功率连接如图6-10所示，运行仿真，测试结果于图中,图6-10 电路功率仿真结果图,6.2 节点分析法的仿真分析 节点分析法是以电路的独立节点的电压为变量，求出电路中相对于参

5、考节点的各独立节点电压后，进而求出指定支路的电压和电流。本节以节点分析法电路为例，分别用DC Operating Point(静态工作点)分析法和采用虚拟仪器分析电路的输出电压U0，说明用Multisim 分析计算电路中各节点电压的过程。6.2.1 节点分析法的仿真分析(1)创建电路，如图6-11所示。(2)放置字符：选择Place菜单中的Place Text命令，在如图6-11所示的电路中，放置“+”、“-”、“U0”字符。(3)给节点编号，其方法在第四章已经介绍过。(4)仿真分析：选择Simulate/Analysis/DC Operating Point分析节点电压，分析结果如图6-12

6、所示。,图6-11 节点分析法电路,图6-12 节点分析法仿真结果图,从图6-12中，可以看出，4号节点的电压为15.04605V，则电路的输出电压约等于15v,6.2.2 用虚拟仪器直接测量各节点电压分析步骤如下：(1)同6.2.1节中的第一步，创建电路如图6-13所示。(2)同6.2.1节中的第二步，放置字符。(3)放置万用表，将其与电路的输出端连接。(4)仿真运行：单击运行按钮，双击万用表图标，弹出万用表显示界面，如图6-14所示。,图6-13 节点分析法电路,图6-14 万用表显示界面,6.3 戴维南等效电路的仿真分析 在电路分析中，戴维南定理是一项重要内容，利用戴维南定理可以将有源一

7、端口表示为电压源和等效电阻的串联，从而简化电路，给电路分析带来方便。以图6-15所示的电路为例，运用戴维南定理求出支路电流I。,图6-15 戴维南定理原理图,分析步骤：(1)创建电路(2)求等效电阻Req：将图6-15电路中电压源短路，电流源开路，输出端接上万用表，将万用表调制欧姆档，求等效电阻仿真图如图6-16所示。,图6-16 等效电阻仿真图,(3)求开路电压Uoc。按上述方法，创建图6-17的仿真电路。在端口处，接入万用表，直接测量开路电压Uoc。(4)将开路电压Uoc和等效电阻Req仿真出结果后，在Multisim中创建图6-18的电路，在端口处接入直流电流表，仿真出最终结果，即支路电

8、流。,图6-17 计算开路电压的仿真图,6.4 叠加定理的仿真分析 叠加定理是电路理论中的重要定理，可用Multisim分析验证。叠加定理是指在线性电路中，电路中的响应是电路中各独立源单独作用时引起的响应的代数和。以图6-19所示的电路为例，求电路中的电压U。,图6-18 等效电路图,分析步骤如下：(1)创建电路：如图6-19所示，同时接入万用表XMM1，测得电压U=-4.718v，如图6-20所示。(2)让电压源U1(图6-21中的 U2)单独作用是，电流源I1开路处理，同时接入万用表XMM2，测得电压的第一个分量U(1)=20.219v,如图6-21、图6-22所示。,图6-19 叠加定理

9、应用电路,图6-20 电压U,(3)让电流源(图6-23中的I2)单独作用，电压源V1短路处理，同时接入万用表XMM3，测得电压的第二个分量U(2)=-24.937v,如图6-23、图6-24所示。,图6-21 电压源v1单独作用电路,图6-22 电压U(1),图6-23 电流源I2单独作用电路,图6-23 电压U(2),(4)叠加：U=U(1)+U(2)=20.219-24.937=4.718v,该结果验证了叠加定理。6.5 受控源电路分析 电源有独立源(如电池、发动机)与受控源之分，受控源与独立源的不同点是：独立源的电压Us或电流Is是某一固定值或某一时间的函数，它不随电路其余部分的状态变

10、化而变化；而受控源的电压或电流则受电路中其他支路的电压或电流控制。根据受控量和控制量的不同，受控源有电压控制电压源(VCVS)、电压控制电流源(VCCS)、电流控制电压源(CCVS)、电流源控制电流源(CCCS)四种，在Multisim中对应的受控源如图6-26所示。,这4中线性受控源的伏安关系为：VCVS：U2=uU1；VCCS：i2=gU1；CCVS：U2=r i1；CCCS：i2=a i1；其中，u称为转移电压或电压增益；g称为转移电导；r称为转移电阻；a称为转移电流或电流增益。,图 6-26 受控源,a),b),c),d),a)VCVS b)VCCS c)CCVS d)CCCS,VCV

11、S测试电路如图6-27所示，求图6-27中的电压U和电流I的值。分析步骤：(1)创建电路，如图6-28所示。(2)放置仪表，在电路中接入万用表和电压表。(3)仿真运行，其结果如图6-29所示。,图6-27 VCVS测试电路,图6-28 仿真电路图,图6-29 仿真结果图,含受控源电路的分析也可以用Multisim提供的电路分析方法中的直流工作点分析法，对电路进行分析。CCCS电路如图6-30所示，利用直流工作点选项仿真出结点的电压数值及流过电压源支路的电流源的两端电压值。,图6-30 CCCS测试电路,分析步骤如下：(1)创建电路，如图6-31所示。(2)选择Simulate/Analysis

12、/DC Operating Point选项，打开仿真开关，仿真出结点的电位数值及流过电压源支路的电流数值，如图6-32所示。,图6-31 CCCS测试电路,图6-32 节点分析结果,6.6 三相电路的仿真分析 三相电路是电路理论中的一个重要内容，本节以对称三相电路为例，用Multisim软件对其进行仿真分析，一方面验证并加深理解三相电路理论，另一方面使学生初步了解三相电路的仿真分析方法。6.6.1 对称三相电路的电压分析步骤如下：(1)创建电路：如图6-33所示，从元器件库中选择电压源V1、V2、V3，设定电压的有效值为220v，相位分别为0、-120、120，频率均为50Hz；选择四通道示波

13、器XSC1，将A、B、C三个输入通道分别接入V1、V2、V3的正极；选择万用表XMM1，将“+”、“-”两个输入端分别接入电源的中性点和负载的中性点。,(2)对称电路的中线电流测量：单击运行按钮，双击万用表，如图6-34所示。,图6-33 对称三相电路,图6-34 三相电路中线电流,(3)对称三相电源电压测量：双击示波器，得到图6-35所示界面。,图6-35 对称三相电源电压波形,从图6-35中可以看出，三相电压幅值相同，都为220v(有效值)，拖动示波器上红色指针到A相峰值处，显示A通道电压有效值为220v，B、C通道电压有效值均为-110v，三相电压的相位差均为120。从电压的幅值和相位来

14、看，测量结果反映了三相电源的基本特征。6.6.2 三相电路的功率分析步骤如下：(1)创建电路，如图6-36所示，将瓦特表XWM1的电压表并接在A、C相之间，瓦特表XWM1的电流表串入A相电路，将瓦特表XWM2的电压表并接在B、C相之间，瓦特表XWM2的电流表串入B相电路。,图 6-36 三相对称电路功率测量电路,(2)三相电路功率测量：单击运行按钮，双击瓦特表XWM1和XWM2，得到三相电路的功率，如图6-37所示。(3)结果分析：仿真结果，负载功率 P=P1+P2,图6-37 三相对称电路的功率,小结：本章介绍了Multisim在电路基础分析中的应用。电路基础仿真分析中涉及到的分析方法主要有

15、电路的静态分析、瞬态分析和零极点分析，涉及到的测试仪器有万用表、示波器及瓦特表。文中介绍了电路仿真的基本步骤，并对仿真结果进行分析。从仿真结果来看，基本符合理论结果，加深了学生对电路理论的认识和理解，同时为电路设计打下良好的基础。,习题：1、运用Multisim验证基尔霍夫定律，实验电路如图6-38所示。,图6-38 习题1,2、利用Multisim仿真出支路电流I1、I2、I3和I4的值(节点法或直接运用虚拟仪表进行测量)。,图6-39 习题2,3、利用EWB，通过采用戴维南定理求电路中的R3两端的电压U。,图6-40 习题3,4、观察下图所示电路的振荡波形。要求：1）按图连接电路，观察电容C1两端的波形。2）分别改变图中R2、L1、C1的值（多次），观察C1两端的波形。,图6-41 习题4,5、回顾交流分析和瞬态分析步骤，对下图所示的电路分别进行交流、瞬态分析。,6、回顾参数扫描分析步骤，对下图所示的电路进行参数扫描分析，绘出结果图。（提示：以偏置电阻R1为参数进行分析）7、回顾温度扫描分析步骤，对图6所示的电路温度扫描分析，并绘出结果。,