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基于Multisim10和Matlab7.0的正弦穩(wěn)態(tài)電路分析

作者: 時間:2013-04-24 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要 使用計算機(jī)仿真軟件可以方便地幫助學(xué)生完成虛擬實驗過程和復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算。文中提供一種將仿真軟件.0結(jié)合使用方法,以計算RLC串聯(lián)正弦為例,仿真的過程和結(jié)果充分發(fā)揮了Multisim和Matlab軟件的作用,并互相彌補(bǔ)不足。此方法的引入有助于學(xué)生對基本方法的理解和掌握。
關(guān)鍵詞 ;.0;正弦電路;電路分析基礎(chǔ)

Multisim是一款專門用于電子線路仿真和設(shè)計的EDA工具軟件,其提供了一個虛擬的電子實驗工作臺,以其界面友好、功能強(qiáng)大和易用性受到電子類專業(yè)人員的青睞。Matlab是一款商業(yè)數(shù)學(xué)軟件,Matlab編程語言簡單易用,軟件具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力,可用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算等。
電子類課程教學(xué)過程中,由于教學(xué)資源的限制,并不能實際演示電路實驗,此時使用Multisim可以仿真實驗過程,用Matlab可以精確地完成電路計算。實際上,使用Multisim可以得到直觀的電路圖形界面并體現(xiàn)實驗的操作方法,但往往不能全面顯示計算結(jié)果,也無法體現(xiàn)分析方法;Matlab則以數(shù)值計算、圖形繪制見長,其編程過程反映了分析方法,但無法體現(xiàn)直觀的電路圖形。文中將兩款軟件綜合使用,以仿真分析正弦電路為例,將二者優(yōu)勢結(jié)合,全面反映電路的分析和實驗過程。

1 正弦穩(wěn)態(tài)電路及其分析方法
在正弦激勵的動態(tài)電路中,若各電壓、電流均為與激勵同頻率的正弦波,則該電路即為正弦穩(wěn)態(tài)電路。正弦穩(wěn)態(tài)分析主要包括求解其穩(wěn)態(tài)響應(yīng),計算功率以及最大功率傳輸定理等。分析正弦穩(wěn)態(tài)電路,往往采用相量分析的方法,畫出電路圖的等效相量模型,然后按照分析直流純電阻電路的方法進(jìn)行分析計算,得到復(fù)數(shù)域下的節(jié)點(diǎn)電壓和支路電流,再將其轉(zhuǎn)化為時域下的結(jié)果。
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針對于電路負(fù)載的功率,當(dāng)負(fù)載電阻及電抗均可獨(dú)立變化時,根據(jù)最大功率傳遞定律,當(dāng)負(fù)載的阻抗ZL與電路的輸出阻抗ZO滿足共軛匹配時,負(fù)載所得到的功率最大。由此可見,當(dāng)電路較為復(fù)雜時,上述過程的手工計算量較大。使用仿真軟件可以實時、動態(tài)地得到實驗數(shù)據(jù)和計算結(jié)果。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/175832.htm

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2 正弦穩(wěn)態(tài)電路的仿真與分析
下面以一道具體的正弦穩(wěn)態(tài)電路分析問題為例,闡釋Multisim仿真和Matlab仿真在電路分析上的長處和不足,并引出綜合使用的方法。
RLC正弦穩(wěn)態(tài)電路如圖2所示,其中V1為電壓源;峰值141 V;頻率100 Hz初相為0;電感L1值為15.90 mH;R1大小為5 Ω,可變電阻R2(變化范圍0~10 Ω);C1為可變電感,變化范圍0~318.60μF。

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(1)當(dāng)R2=4 Ω,C1=191.60μF時,R2兩端電壓、C1兩端電壓、電源電壓三者的幅值和相位關(guān)系,求解此時電源提供的復(fù)功率和功率因數(shù)。
(2)R2=4 Ω,則C1為何值時,電路的功率因數(shù)最大。
(3)當(dāng)電阻R2和C1的參數(shù)都任意變化時,研究負(fù)載的功率變化并求負(fù)載的最大功率。

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