电路仿真实验报告

实验1、实验2（直流）

支路电流法、节点电压法、运算放大电路学院：电气工程与自动化专业：电气工程与自动化

一、实验目的

1、熟悉在OrCAD中的功能及画图操作步骤

2、用电脑解决实际电路问题

二、实验设备

电阻、直流电压源、电压控制的电压源、

放大器

三、实验内容

1、用支路电流法求图1电路中各支路电

流，及节点电压。

（1）、支路电流法求解电路，计算各

支路电流和节点电压。

I（R1）=12\7A；I（R2）=2\7A; I（R4）=2A；U=72∕7V；←（2）用PSPISE仿真

○1在Analog库中取出电阻R分别置于R1、R2、R3、R4处，在Analog库中取出取出电压控制电压源E置于受控源处，在SOURCE库中取出支流电压源VDC 分别置于V1、V2处，设置参考节点。

○2在图中设置各电阻和电压源参数，（鼠标双击要设置参数的元件即可进行设置），双击受控源E，在其属性GAIN中设置受控源控制参数3。

○3保存电路

11.43V

-1.714V R24

285.7mA

24.00V

10.29V

R32285.7mA

12Vdc

285.7mA

2.000A

12.00V

R18

1.714A

24Vdc

1.714A

○4设置分析类型；PSPISE/NEW simulation profile/analysis/analysis type/bias point ，按确定结束设置

○5仿真电路，查看各支路电流及节点电压。仿真结果：

2、用节点电压法求图2电路中各支路电流，及节点电压。

（1）节点电压法求解电路，计算各支路电流和节点电压。（取不同的节点为参考点） ○

1、取R5及两电源之间的节点为参考点，设其余节点从左到右的节点电压分别为U1、U

2、U3，则： I （R1）=0.21A;I （R2）=0.37A;I （R3）=0.16A;I （R4）=0.61A; I （R5）=0.45A;U1=13.7V;U2=17.81V;U3=30V ○

2、取R1、R2及R3间的节点为参考点，设其余从左至右至下的节点电压分别为U1、U2、U3，则：I （R1）=0.21A;I （R2）=0.37A;I （R3）=0.16A;I （R4）=0.61A; I （R5）=0.45A;U1=4.11V;U2=16.3V;U3=-13.7V ○

3、取R3、R4及R5间的节点为参考点，设其余从左至右至下的节点电压分别

为U1、U2、U3，则：I （R1）=0.21A;I （R2）=0.37A;I （R3）=0.16A;I （R4）=0.61A; I （R5）=0.45A;U1=-4.12V;U2=12.19V;U3=-17.81V

○

4、取R4及两电源间的节点为参考点，设其余从左至右至下的节点电压分别为U1、U2、U3，则：I （R1）=0.21A;I （R2）=0.37A;I （R3）=0.16A;I （R4）=0.61A; I （R5）=0.45A;U1=-16.3V;U2=-12.19V;U3=-30V

仿真结果1：

24Vdc

206.0m A

30.00V

20Vdc

370.2m A

R540

445.2m A

370.2m A

R325

164.3m A

609.5m A

10.00V

206.0m A

17.81V

30Vdc

239.3m A

24.00V 13.70V

结果2：

239.3mA

R150

206.0mA

R325

164.3mA

R210

370.2mA

-30.00V

-12.19V

V220

370.2mA

206.0mA

-16.30V R420

609.5mA

-20.00V

-6.000V

R540

445.2mA

结果3：

-7.810V

R540

445.2mA

609.5mA

-4.107V V3

30239.3mA

R325

164.3mA

12.19V

R210

370.2mA

V220

370.2mA

-17.81V

6.191V

R150

206.0mA

结果4：

16.30V

30239.3mA

R325

164.3mA

10.30V

609.5mA

-13.70V

R540

445.2mA

R150

206.0mA

370.2mA

4.107V

R210

370.2mA

0V -3.702V

206.0mA

总结：从以上仿真结果可以看出，当参考结点改变时，各结点电压发生改变，但结点间电压差保持不变，各支路电流也不变。

3、用节点电压法求图3电路中各支路电流，及节点电压。（Opamp 库）（1）、节点电压法求解电路，计算各电路电流和节点电压。

设从左到右的节点电压分别为U1、U2、U3则： I （R1）=5mA;I （R2）=5mA ； U1=-88.52uV ；U2=-10V ；U3=0

（2）用PSPISE 仿真，求各支路电流和节点电压。

仿真结果：

15Vdc

3.320mA -88.52uV

15Vdc

8.320mA

-10.00V

5.000mA

15.00V

5.000V

5.000mA

U1A LM324

-44.79nA

-44.89nA

3.320mA

-8.320mA

5.000mA

+-V +V -

OUT -15.00V

5v dc

5.000mA

4、反相放大器（1）、计算图示电路输出电压：根据虚短: U2=U3=0V

I1=V1/R1=5/1000=0.005A=5mA 根据虚断： I2=I1=5mA

Uo=U1=-(R2*I2-U2)= -(5*2-0)= -10V （2）、用PSPISE 仿真 ○

1如图示电路用PSPISE 仿真，查看输出电压与输入电压关系。

仿真结果：

15Vdc

3.320mA -88.52uV

15Vdc

8.320mA

-10.00V

R12k

5.000mA

15.00V

5.000V

5.000mA

U1A LM324

-44.79nA

-44.89nA

3.320mA

-8.320mA

5.000mA

+-V +V -

OUT -15.00V

5v dc

5.000mA

由仿真结果可看出输出输入u u =

-=-

○

2改变R2阻值，查看输出电压与输入电压关系。若R2大于3K 查看输出电压与输入电压关系，并说明仿真结果。

R2分别为2.5K,4K 和5K,仿真结果如下：

-15.00V

-63.47uV V1

5Vdc

5.000mA

U2A LM324

-44.80nA

-44.88nA

3.320mA

-8.320mA

5.000mA

+-V +V -

OUT 15.00V

5.000V

15Vdc

8.320mA

2.5k

5.000mA

15Vdc

3.320mA

R11k

5.000mA

-12.50V

R11k

4.033mA

967.3mV V1

5Vdc

4.033mA

-15.00V

15Vdc

7.352mA

15Vdc

3.320mA

5.000V

-15.16V

U2A LM324

-89.68nA

15.97pA

3.320mA

-7.352mA

4.033mA

+-V +V -

OUT R24k 4.033mA

15.00V

R11k

4.033mA

967.3mV V1

5Vdc

4.033mA

-15.00V

15Vdc

7.352mA

15Vdc

3.320mA

5.000V

-15.16V

U2A LM324

-89.68nA

15.97pA

3.320mA

-7.352mA

4.033mA

+-V +V -

OUT R25k

4.033mA

15.00V

R2改为2.5K,可看出输出电压为-12.5V,

R R U U -=输入输出=-2.5;

R3改为4K,R3改为5K 输出电压为均为-15.16v,达到饱和,不再随R2与R1的比值

的增大而增大。

5、同相放大器（1）、计算图示电路输出电压：根据虚短：U2=U3=1V ；

I1=U2/R1=1/1000=0.001A=1mA

根据虚断:I2=I1=1mA

U1-U2=R2*I2 U1=R2*I1+U2=2V

（2）、用PSPISE 仿真

：

○1如图示电路用PSPISE 仿真，查看输出电压和输入电压的关系。仿真结果如图：

-15.00V

1.000V

1.000mA

U2A LM324

-44.31nA

-44.91nA

4.319mA

-3.320mA

-0.999mA

+-V +V -

OUT 1.999V

15.00V

15Vdc

3.320mA 1.000V

R21k

0.999mA

V41Vdc

44.31nA

15Vdc

4.319mA

1R R U +

=输出,则由上述结果可知,U 输出约为2V,与公式相符。（2）改变R2阻值，查看输出电压与输入电压关系。若R2大于15K 查看输出电压与输入电压关系，并说明仿真结果。令R2=15K ，仿真结果如下电路图：

-15.00V

3.750V

V315Vdc

15.00V

R215k

5Vdc

5.000V

-14.99V

U1A LM3243

V +V -OUT

15Vdc

结论：随着R2的扩大，到一定值时，输入电压和输出电压反相，且达到饱和。

6、三输入加法电路（1）、计算图示电路输出电压。根据虚短：

U2=U3=0 I1=V1/R1=1/1000=0.001A=1mA

I2=V2/R2=1mA I3=V3/R3=2/1000=0.002A=2mA 根据虚断：

I4=I1+I2+I3=1mA+1mA+2mA=4mA

Uo=U1-U2=-(R4*I4)=-(1*4)=-4V （2）、用PSPISE 仿真 ○1如图示电路用PSPISE 仿真，查看输出电压与输入电压关系。

仿真结果：

V21Vdc

15Vdc

-15.00V

-149.4uV

15.00V V4

15Vdc

2.000V

2Vdc

1Vdc

1.000V

1k 0

1.000V

-4.001V

1k U1A

LM324

+-V +

V -

OUT

输出电压与输入电压的关系如下：

Time

0.5us

1.0us

V(U1A:OUT)

-10V

-5V 0V

由仿真结果可看出

输出输入u u =001.41

001

.4-=- （2）改变R1 R2 R3 R4阻值，查看输出电压与输入电压关系。并说明仿真结果。

令R1、 R2、 R3 、R4均为10K 时仿真结果如下：

1.000V

10k

100.0uA

-152.1uV

U1A LM324

-44.75nA

-44.93nA

3.320mA

-3.720mA

400.1uA

+-V +V -OUT -15.00V

1Vdc

100.0uA

V415Vdc

3.720mA

15Vdc

3.320mA

-4.001V

2Vdc

200.0uA

10k

100.0uA

15.00V

1Vdc

100.0uA

R410k

400.1uA

2.000V R3

10k 200.0uA

输出电压与输入电压的关系如下：

Time 0s

0.5us

1.0us

V(R4:2)

-10V

-5V 0V

当R1,R2,R3,R4阻值都为相同时，电阻变化不会引起输入电压和输出电压比值的大小。

七、差分放大电路

1、计算图示电路输出电压。

(1/R2+1/R1)*Un2-U1/R1=V1/R2 (1/R3+1/R4)*Un3=V2/R3

代入数值解得Un3=10/3=3.33V 根据虚短得出Un2=Un3=3.33V

将Un2代入（1）式得，U1=7.33V ； Uo=U1=7.33V

2、用PSPISE 仿真

（1）如图示电路用PSPISE 仿真，查看输出电压与输入电压关系。说明输入电压和输出电压关系

（2）若R4/R1=R3/R2，查看输出电压与输入电压关系。并说明仿真结果。仿真结果如下：

V315Vdc

3.319mA

5.000V

U1A LM324

-43.34nA

-44.83nA

4.652mA

-3.319mA

-1.332mA

324

+-V +

V -

OUT R3

1k 1.667mA

2.000V

15Vdc

4.652mA

V R13k

1.332mA

3.332V V2

5Vdc

1.667mA

3.332V

V12Vdc

1.332mA

-15.00V

15.00V

3.333V 7.328V

1.667mA

R21k 1.332mA

输出电压与输入电压的关系：

Time

0.1us

0.2us

0.3us

0.4us

0.5us

0.6us

0.7us

0.8us

0.9us

1.0us

V(U1A:OUT)

2V 4V

10V

12V

○

2若R4/R1=R3/R2，查看输出电压与输入电压关系。并说明仿真结果。

仿真结果如下:

1.250mA

15.00V

3.749V

V R2

1.250mA

8.994V

-15.00V

5.000V

2.000V

3.750V

R43k

1.749mA

R11k

1.749mA

U1A LM324

-43.16nA

-44.82nA

5.068mA

-3.319mA

-1.749mA

324

+-V +V -OUT 0V

V12Vdc

1.749mA

15Vdc

3.319mA

5Vdc

1.250mA

15Vdc

5.068mA

输

出电压和输入电压的关

系

：

Time

0.5us

1.0us

V(R4:2)

0V 10V 20V

实验三仿真一阶电路

一阶电路

一、RC 零状态

1、图中电容初始值U C （0-）=0V 开关在t=0时闭合t<0时已稳态，计算图示电路中t>0电容端电压,及各个支路电流。计算时间常数

开关闭合后，Uc(0+)=Uc(0-)=0V

Us=60V, R=R1//R2=20 ， τ=RC=10s Uc=Us （1-e^(-0,1t)）=20（1-e^(-0,1t))V

Ic=c dt

duc =2.5(e(-0.1t)-1)

2、用PSPISE 仿真

（1）如图示电路用PSPISE 仿真，查看电容电压与各个支路电流。并运用示波器探头查看电容电压与各个支路电流波形。仿真结果如下：

30.00V

30Vdc

60.00V

C10.5

I12Adc 1Aac

012

1.000mV

电容电压波形如下：

Time

10s

20s

30s

40s

50s

V(U1:2)

0V 25V

50V

Time

5s 10s

15s

20s

25s

30s

35s

40s

45s

50s

I(C1)

-I(R2)

I(R1)

-3.0A

-2.0A

-1.0A

0.0A

1.0A

2.0A

（2）改变电容、电阻大小使增大到原先2倍，查看电容电压与各个支路电流。

并运用示波器探头查看电容电压与各个支路电流波形. 仿真结果如下：

R160

30.00uA

I12Adc

2.000A

2.000A 60.00V

V130Vdc

30.00uA

30.00V

V I

U10

30.00uA -30.00uA

12C11

电容电压波形如下：

Time

10s

20s

30s

40s

50s

60s

70s

80s

90s

100s

V(R1:1)

0V 20V

40V

60V

改变电容、电阻大小使减小到原先2倍，查看电容电压与各个支路电流。并运用示波器探头查看电容电压与各个支路电流波形。

仿真结果如下：

V 30.00V

R160

30.00uA

C10.25

U10

30.00uA -30.00uA

120V

V130Vdc

30.00uA

I12Adc

2.000A

60.00V

30.00V

电容电压波形如下：

Time

10s 20s

30s

40s

50s

60s

70s

80s

90s

100s

-I(R2)

I(C2)

I(R1)

-4.0A

-2.0A

2.0A

Time

10s

15s

20s

25s

V(R1:1)

0V 20V

40V

60V

二、RC 零输入

（设置IC 值即为电容初值）

1、图中电容初始值U C （0-）=30V 开关在t=0时闭合t<0时已稳态，计算图示电路中t>0电容端电压,及各个支路电流。计算时间常数。 τ=RC=10s

开关闭合时，Uc=30e^(-4t)V

Ic=-dt

duc =60e^(-4t)A 2、用PSPISE 仿真

（1）如图示电路用PSPISE 仿真，查看电容电压与各个支路电流。并运用示波器探头查看电容电压与各个支路电流波形。仿真结果：

电容电压如下：

Time

10s

15s

20s

25s

-I(R2)

I(R1)

I(C2)

-4.0A

-2.0A

2.0A

V 00V -30.00V C10.5R13030.00uA -899.9uV U10

30.00uA -30.00uA 12

R260

500.0mA

各支路电流波形如下：

2）改变电容、电阻大小使减小到原先2倍，查看电容电压与各个支路电流。

并运用示波器探头查看电容电压与各个支路电流波形。

-450.0uV

C10.5

-30.00V

R11530.00uA

U10

30.00uA -30.00uA

12R2301.000A

电压波形

Time

10s

20s

30s

40s

50s 60s

70s

80s

90s

100s

V(U1:2)

-30V

-20V

-10V

Time

10s

20s

30s

40s

50s 60s

70s

80s

90s

100s

V(U1:2)

-30V

-20V

-10V

3）改变电容、电阻大小使增大到原先2倍，查看电容电压与各个支路电流。

并运用示波器探头查看电容电压与各个支路电流波形。仿真结果如下：

Time

10s

20s

30s

40s

50s 60s

70s

80s

90s

100s

-I(R2)

I(C1)

-I(R1)

-3.0A

-2.0A

-1.0A

-0.0A

V 0V

-1.800mV U1030.00uA -30.00uA 12R2120

250.0mA

-30.00V R16030.00uA

C10.5 Time

10s 20s

30s

40s

50s 60s

70s

80s

90s

100s

V(U1:2)

-30V

-20V

-10V

三、全响应

1、图中电容初始值U C （0-）=-30V 开关在t=0时闭合t<0时已稳态，计算图示电路中t>0电容端电压,及各个支路电流。计算时间常数。 τ=RC=10s

Uc=30e^(-4t)+20（1-e^(-0,1t))V Ic=2.5e^(-0.1t)-60e^(-4t)A 2、用PSPISE 仿真

（1）如图示电路用PSPISE 仿真，查看电容电压与各个支路电流。并运用示波器探头查看电容电压与各个支路电流波形。

I12Adc

2.000A

C10.5

60.00V U10

30.00uA -30.00uA

12I

30.00V

60.00V

V130Vdc

1.000nA

2.000A

R160

1.000nA

Time

10s

20s

30s

40s

50s 60s

70s

80s

90s

100s

-I(R2)

I(C1)-I(R1)

-800mA

-400mA

Time

10s

20s

30s

40s

50s

V(U1:2)

0V 25V

50V

电流

Time

10s

20s

30s

40s

50s

-I(R2)

I(C1)

I(R1)

-2.0A

2.0A

（2）改变电容、电阻大小使增大到原先2倍，查看电容电压与各个支路电流。

并运用示波器探头查看电容电压与各个支路电流波形。

仿真结果如下：电压

I12Adc

2.000A

30.00V

C11

U1030.00uA -30.00uA

60.00V 60.00V

V130Vdc

1.000nA

30.00V R2

2.000A

R160

1.000nA

Time

20s

40s

60s

80s

100s

V(U1:2)

0V 25V

50V