6Multisim在电路分析中的应用

第6章Multisim在电路分析中的应用第6章Multisim在电路分析中的应用6.1戴维南等效电路的计算6.2叠加定理6.3电容充放电6.4暂态响应6.5互易定理6.6串联谐振电路6.7微分和积分电路习题第6章Multisim在电路分析中的应用6.1戴维南等效电路的计算在电路分析中，戴维南定理是一个非常重要的内容，利用其求解电路也是一个难点。但在Multisim中用万用表分别测量电路的端口电压和端口短路电流，就可以轻松求出线性电路的戴维南等效电路。我们以图6-1所示电路为例，利用戴维南定理求解戴维南等效电路，同时，熟悉在Multisim中选取元件、连接电路、表头测量的基本操作过程。第6章Multisim在电路分析中的应用V112VR13kohmR26kohmR32kohmAB－＋图6-1戴维南定理应用电路图第6章Multisim在电路分析中的应用基本操作：(1)首先从元件库中选取电压源和电阻，创建图6-1所示电路。(2)启动Place菜单中的PlaceJunction命令，再启动Place菜单中的PlaceText命令，在需添加端点的位置上点击鼠标，输入文字A、B。从右边仪表库中选出数字万用表(Multimeter)，并接至端点A、B：表头“+”与A连接，“-”与B连接，如图6-2所示。双击XMM1，在面板上选择“V”和“DC”。启动仿真开关，万用表读数为8.0V，此为A、B两端开路电压值。第6章Multisim在电路分析中的应用(3)仍将万用表接至A、B两端，在面板上选择“A”和“DC”，启动仿真开关，万用表读数为2mA，此为A、B两端短路电流的值。(4)根据戴维南定理，戴维南等效电阻等于电路的端口开路电压和端口短路电流的比值。故该电路的戴维南等效电阻R=8/2=4kohm。(5)据此可画出戴维南等效电路，如图6-3所示。第6章Multisim在电路分析中的应用V112VR13kohmR26kohmR32kohmAB－＋XMM1－＋图6-2测量开路电压和短路电流第6章Multisim在电路分析中的应用Uoc8VRo4kohmA－＋B图6-3戴维南等效电路第6章Multisim在电路分析中的应用6.2叠加定理叠加定理是电路中一个很重要的定理，可利用Multisim来验证此定理。以图6-4所示电路为例，利用叠加定理求解电压源、电流源共同作用下R2两端的电压。基本操作：(1)从元件库中选取电流源、电压源以及电阻R1和R2，再从元件库中选取电压表并选择适当的参数，创建图6-4所示电路。第6章Multisim在电路分析中的应用图6-4叠加定理应用图V112VR12ohm－＋I11A－＋R21ohm－＋U第6章Multisim在电路分析中的应用(2)测量电流源开路时R2两端的电压。双击电流源图标，将电流源设置为开路。此时，启动仿真开关，电压表读数为4V，测量等效电路如图6-5所示。(3)测量电压源短路时R2两端的电压。双击电压源图标，将电压源设置为短路。此时，启动仿真开关，电压表读数为0.667V，测量等效电路如图6-6所示。第6章Multisim在电路分析中的应用V212VR12ohm4.000V－＋R21ohm－＋U＋－图6-5电压源单独作用图第6章Multisim在电路分析中的应用I11AR12ohm0.667V－＋R21ohm－＋U＋－图6-6电流源单独作用图第6章Multisim在电路分析中的应用(4)测量电压源、电流源两个电源共同作用时R2两端的电压。启动仿真开关，电压表读数4.667V，测量等效电路如图6-4所示。可以看出，图6-4中R2两端电压(电压源、电流源同时作用)等于图6-5(只有12V电压源单独作用)中的R2两端电压和图6-6(只有1A电流源单独作用)中的R2两端电压之和。这正验证了叠加定理。第6章Multisim在电路分析中的应用6.3电 容 充 放 电基本操作：(1)从元件库中选取电阻、电压源和电键，从仪器库选取示波器，连接为图6-7所示电路。在该电路中，用电键来控制充放电路的转换。电键由Space健控制。按一下Space键，电键从一边连接到另一边。(2)当J1打在右边时，电容通过R2放电；当J1打在左边时，电源V1通过R1对电容C1充电。(3)双击示波器图标，运行仿真开关，再反复按下空格键，使电键J1反复打开和闭合，就会在示波器的屏幕上观测到图6-8所示的输出波形，这就是电容的充放电曲线。第6章Multisim在电路分析中的应用V112VC110uFJ1Key=SpaceaR11kohmR22kohm－＋ABTGXSC1图6-7电容充放电原理图第6章Multisim在电路分析中的应用图6-8电容电压波形图第6章Multisim在电路分析中的应用6.4暂态响应过渡过程持续的时间长短、发生的快慢与电路中的元件参数有关。本节将利用虚拟示波器来观察参数改变前后的波形变化。图6-9所示电路为一个RC电路，电路中有两个电压源V1和V2，电键J1用于控制哪个电压源接入电路。当V1接入电路时，电容C1充电；当V2接入电路时，电容C1反向充电。电容器充放电是一个暂态过程，按指数规律变化，暂态过程持续的时间由时间常数τ=RC来决定，式中，R和C分别为电容器充放电回路中的电阻和电容。第6章Multisim在电路分析中的应用J1Key=SpaceABTGXSC1C110uFR11kohmR32kohmV112V－＋V212V－＋R21kohm图6-9暂态响应电路图第6章Multisim在电路分析中的应用基本操作：(1)从元件库中选取所需元件，并选择适当参数，连接成图6-9所示电路。从仪器库中选取示波器并接在C1的两端。运行仿真开关，反复按下空格键，使电键J1反复打开和闭合，在示波器上可观察到图6-10所示的波形。第6章Multisim在电路分析中的应用图6-10电容电压波形图第6章Multisim在电路分析中的应用(2)暂停电路运行，改变C1的大小，使C1=1uF。保持示波器面板其他选项不变，再运行仿真开关。反复按下空格键，使电键J1反复打开和闭合，在示波器上可观察到如图6-11所示的波形。比较图6-10和图6-11，可以看到：电容减小后，暂态过程所经历的时间变短了，波形上升沿和下降沿变陡了。第6章Multisim在电路分析中的应用图6-11改变电容参数后的电压波形图第6章Multisim在电路分析中的应用6.5互易定理互易定理对于简化求解过程和进一步深入分析电路都有较大的作用。在Multisim中，可设计电路来验证此定理。图6-12所示电路为一个简单的电阻网络，含有电压源V1和电流表。由互易定理可知，交换电压源和电流表的位置，电流表读数不变。第6章Multisim在电路分析中的应用V112VR13ohm0.800A－＋R33ohm＋－R26ohm图6-12互易前电路图第6章Multisim在电路分析中的应用基本操作：(1)从元件库中选取所需元件并选择适当参数，创建图6-12所示电路。在R2支路串联电流表，电流表读数为0.800 A。(2)交换电压源和电流表的位置，如图6-13所示，保持其他元件位置不变，电流表读数为0.800A。由此可见，电压源与电流表位置互换前后，电流表读数不变。这正好验证了互易定理。第6章Multisim在电路分析中的应用图6-13互易后电路图V112VR26ohm－＋R33ohmR13ohm0.800A＋－第6章Multisim在电路分析中的应用6.6串联谐振电路谐振是正弦电路中可能发生的一种电路现象。在实际的应用中，对它进行频率分析并不是很直观、准确。但在Multisim中，利用虚拟波特图仪可以很容易地测出电路在谐振时的频率特性。图6-14所示电路是由电阻、电容和电感组成的串联谐振电路。XBP1为波特图仪，用来测量频率特性。第6章Multisim在电路分析中的应用V110V～7.07V_rms1590Hz0DegC11.0uFL110mHR110ohmXBP1outin＋＋－－图6-14串联谐振电路图第6章Multisim在电路分析中的应用基本操作：(1)创建图6-14所示电路，运行仿真开关，双击波特图仪图标，这时在波特图仪的显示屏上显示出图6-15所示的幅频特性曲线。第6章Multisim在电路分析中的应用图6-15幅频特性曲线第6章Multisim在电路分析中的应用(2)由图6-15所示幅频特性曲线可以看出，谐振频率ω0=1.479kHz。用光标拖动波特图仪面板上的红色指针，可读出任意频率时的幅值。如果点击波特图仪面板上的Phase，则可以看到图6-14所示电路的相频特性。第6章Multisim在电路分析中的应用6.7微分和积分电路微分和积分电路是工程上常用的电路。在电路分析中，微分和积分电路可以由电容与电阻元件或电感与电阻元件组成。在Multisim中，可利用虚拟示波器方便地观察微分和积分电路的输入输出波形。本节以RC微分电路为例，如图6-16所示。第6章Multisim在电路分析中的应用ABTGXSC1R11kohmC110nFXFG1＋－图6-16微分电路图第6章Multisim在电路分析中的应用基本操作：(1)创建图6-16所示电路，需要注意的是，输入源是一个函数发生器。双击函数发生器图标，弹出函数发生器面板，如图6-17所示。面板参数设置如下：Waveforms栏选择三角波输入；SignalOptions栏选择Frequency：1kHz，DutyCycle：50%，Amplitude：10V，Offet：0。(2)运行仿真开关，在示波器屏幕上会出现图6-18所示的波形，三角波(蓝色)是输入波形，方波(红色)是输出波形。由图6-18可以清晰地看出，输入和输出之间呈现的是微分关系。移动指针1和指针2，可以测出输入、输出波形的幅值和周期等参数。第6章Multisim在电路分析中的应用图6-17函数发生器面板第6章Multisim在电路分析中的应用图6-18微分波形图第6章Multisim在电路分析中的应用习题1.仿真图6-19所示电路，利用戴维南等效电路求U。V124VI12AR14kohmR26kohmR33kohmR42kohmU＋－＋－＋－图6-19戴维南应用实践一第6章Multisim在电路分析中的应用2.仿真图6-20所示电路，利用戴维南等效电路求IAB。V15VI16AV27VR13kohmR22kohmR34kohmR41kohmB＋－＋－A＋－图6-20戴维南应用实践二第6章Multisim在电路分析中的应用3．利用叠加定理求图6-21所示电路中的U。V154VI16AR19kohmR218kohmU＋－＋－＋－图6-21叠加定理应用练习第6章Multisim在电路分析中的应用4．利用示波器观察图6-22所示电路的电容的充放电情况。V110VR12ohmR23ohmR37ohmC10.1FJ1Key=Space＋－图6-22电容充放电练习第6章Multisim在电路分析中的应用5．已知图6-23所示电路在t0时已达稳态，t=0时开关断开。改变L1大小，观察改变前后UL(t)的波形变化。V13VR12ohmR21ohmL13HJ1Key=Space＋－图6-23暂态响应练习第6章Multisim在电路分析中的应用6．验证互易定理。(将6A电流源与R5支路互易。)I16AR14ohmR31ohmR45ohmR53ohmUR22ohm＋－＋－图6-24互易定理练习第6章Multisim在电路分析中的应用7．RC积分电路如图6-25所示，用示波器观察积分电路的工作过程。R11kohmC11uFV11000Hz5VABTGXSC1＋－图6-25RC积分电路图