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1、新疆大学实习（实训）报告实习（实训）名称： 电路EDA实践 学 院： 电气工程学院 专 业、 班 级： 自动化093 指 导 教 师： 报告人（学号） ： 时 间： 2011/7/8 实习主要内容：1. 熟悉Multisim软件的基本功能，掌握应用Multisim元件模型对电路进行建模、分析的基本方法。2. 学会用Multisim软件对三相电路实验进行模拟仿真，对三相电路实验的各种情况进行分析，使我们对三相电路的性质有更好的掌握。3. 学会用Multisim软件设计一个微分积分电路，并掌握微分积分电路的性质，学会如何设计一个电路将方波转变成尖脉冲波或三角波。4. 学会用Multisim软件设计
2、一个RLC串联谐振电路，验证RLC串联谐振电路的条件和特点，并加深对其理论的认识和理解。主要收获体会与存在的问题：1. 用Multisim仿真软件对实验电路进行仿真，并且验证各实验电路的运行是否正确，以及相应出现的波形是否与实验电路相对应。2. 运用Multisim仿真软件对三相电路、微分积分电路、RLC串联谐振电路，这三种实验电路进行仿真分析，加深了对这三种实验电路理论的理解，并且将仿真出来的结果与实际相比较，使我们对这三种实验电路的实验原理以及出现的实验结果有更深刻的理解。3. 在用Multisim仿真软件进行连接实验电路时，注意不要出现虚断以及导线短路等情况，以免导致实验分析结果出现错误
3、，与实际理论不相符。4. 在实际做电路实验时，出现的误差比较大，然而用Multisim仿真软件对实验进行仿真时，出现的误差比较小，更好的将实验结果与相应的实验电路进行分析。指导教师意见： 指导教师签字：年 月 日备注：Multisim仿真软件的简要介绍Multisim是Interctive Image Technologies公司推出的一个专门用于电子电路仿真和设计的软件，目前在电路分析、仿真与设计等应用中较为广泛。该软件以图形界面为主，采用菜单栏、工具栏和热键相结合的方式，具有一般Windows应用软件的界面风格，用户可以根据自己的习惯和熟练程度自如使用。尤其是多种可放置到设计电路中的虚拟仪
4、表，使电路的仿真分析操作更符合工程技术人员的工作习惯。下面主要针对Multisim11.0软件中基本的仿真与分析方法做简单介绍。EDA就是“Electronic Design Automation”的缩写技术已经在电子设计领域得到广泛应用。发达国家目前已经基本上不存在电子产品的手工设计。一台电子产品的设计过程，从概念的确立，到包括电路原理、PCB版图、单片机程序、机内结构、FPGA的构建及仿真、外观界面、热稳定分析、电磁兼容分析在内的物理级设计再到PCB钻孔图、自动贴片、焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产所需资料等等全部在计算机上完成。EDA已经成为集成电路、印制电路板、电子整机系统设计的主
5、要技术手段。功能：1直观的图形界面 整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的； 2丰富的元器件 提供了世界主流元件提供商的超过17000多种元件，同时能方便的对元件各种参数进行编辑修改，能利用模型生成器以及代码模式创建模型等功能，创建自己的元器件。 3强大的仿真能力 以SPICE3F5和Xspice的内核作为仿真的引擎，通过Electronic workbench 带有的增强设计功能将数字和混合模式的仿真性能进行优化。
6、包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、电路向导等功能。 4丰富的测试仪器 提供了22种虚拟仪器进行电路动作的测量： Multimeter(万用表) Function Generatoer(函数信号发生器) Wattmeter(瓦特表) Oscilloscope(示波器) Bode Plotter(波特仪) Word Generator(字符发生器 Logic Analyzer(逻辑分析仪) Logic Converter(逻辑转换仪) Distortion Analyer(失真度仪) Spectrum Analyzer(频谱仪) Network Analyzer(网络分析仪)
7、 Measurement Pribe(测量探针)Four Channel Oscilloscope(四踪示波器) Frequency Counter(频率计数器) IV Analyzer(伏安特性分析仪) Agilent Simulated Instruments(安捷伦仿真仪器) Agilent Oscilloscope(安捷伦示波器) Tektronix Simulated Oscilloscope(泰克仿真示波器) Voltmeter(伏特表) Ammeter(安培表) Current Probe(电流探针) Lab VIEW Instrument(Lab VIEW仪器) 这些仪器的设置
8、和使用与真实的一样，动态互交显示。除了Multisim提供的默认的仪器外，还可以创建LabVIEW的自定义仪器，使得图形环境中可以灵活地可升级地测试、测量及控制应用程序的仪器。 5 完备的分析手段 Multisimt提供了许多分析功能： DC Operating Point Analysis（直流工作点分析 ） AC Analysis（交流分析） Transient Analysis（瞬态分析） Fourier Analysis（傅里叶分析） Noise Analysis（噪声分析） Distortion Analysis（失真度分析） DC Sweep Analysis（直流扫描分析） DC
9、 and AC Sensitvity Analysis（直流和交流灵敏度分析） Parameter Sweep Analysis（参数扫描分析） Temperature Sweep Analysis（温度扫描分析） Transfer Function Analysis（传输函数分析） Worst Case Analysis（最差情况分析） Pole Zero Analysis（零级分析） Monte Carlo Analysis（蒙特卡罗分析） Trace Width Analysis（线宽分析） Nested Sweep Analysis（嵌套扫描分析） Batched Analysis（批
10、处理分析） User Defined Analysis（用户自定义分析） 它们利用仿真产生的数据执行分析，分析范围很广，从基本的到极端的到不常见的都有，并可以将一个分析作为另一个分析的一部分的自动执行。集成LabVIEW和Signalexpress快速进行原型开发和测试设计，具有符合行业标准的交互式测量和分析功能； 6独特的射频(RF)模块 提供基本射频电路的设计、分析和仿真。射频模块由RF-specific（射频特殊元件，包括自定义的RF SPICE模型）、用于创建用户自定义的RF模型的模型生成器、两个RF-specific仪器（Spectrum Analyzer频谱分析仪和Network
11、Analyzer网络分析仪）、一些RF-specific分析（电路特性、匹配网络单元、噪声系数）等组成； 7强大的MCU模块 支持4种类型的单片机芯片,支持对外部RAM、外部ROM、键盘和LCD等外围设备的仿真，分别对4 种类型芯片提供汇编和编译支持；所建项目支持C代码、汇编代码以及16进制代码,并兼容第三方工具源代码； 包含设置断点、编辑内部RAM、特殊功能寄存器等高级调试功能。学员可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。极大地提高了学员的学习热情和积极性。真正的做到了变被动学习为主动学习。这些在教学活动中已经得到了
12、很好的体现。还有很重要的一点就是：计算机仿真与虚拟仪器对教员的教学也是一个很好的提高和促进。三相电路的分析1. 实践目的（1） 掌握三相电路的负载作三角形和星行连接的连接方法。（2） 测量三相负载在对称与不对称，有中线与无中线时的相电压与线电压、相电流与线电流的及功率之间的关系。并与理论对比。（3） 掌握用二瓦计法测量三相电路的有功功率。（4） 熟悉并掌握Multisim的使用及基本操作。2. 实验内容与步骤21负载为星形联接的三相电路 用Multisim仿真软件，按图1所示的实验电路进行连线。开启电源，分别测量三相负载的线电压、相电压、电源与负载间的中点电压、线电流和中线电流，并将所测结果记
13、录到表1中。图1 负载为星形联接的三相实验电路表1 负载为Y形联接的三相电路电压与电流的测量数据表测量项目对称负载不对称负载Y0联接Y联接Y0联接Y联接线电流相电流IA（mA）431.368431.375326.346297.852IB（mA）431.372431.373238.977246.715IC（mA）431.364431.372173.454181.711中线电流IN（mA）055.784线电压UAB（V）381.055381.055381.055381.055UBC（V）381.055381.055381.055381.055UCA（V）381.055381.055381.0553
14、81.055相电压UAN（V）220.002220.002220.002220.002UBN（V）220.002220.002220.002220.002UCN（V）220.002220.002220.002220.002中点电压UNN236.073PV55.778V备注Y0联接表示有中线；Y联接表示无中线；不对称负载指改变负载值。22负载为三角形联接的三相电路用Multisim仿真软件，按图2所示的实验电路进行连线。开启电源，分别测量三相负载的线电压、线电流、相电流，并将所测结果记录到表2中。图2 负载为三角形联接的三相实验电路表2 负载为三角形联接的三相电路电压与电流的测量数据表测量项目对
15、称三相负载不对称三相负载线电压相电压UAB（V）381.055381.055UBC（V）381.055381.055UCA（V）381.055381.055线电流IA（A）1.320915.942mAIB（A）1.320873.155 mAIC（A）1.320386.355 mA相电流IAB（mA）762.099762.099IBC（mA）762.099190.538ICA（mA）762.099254.02备注不对称三相负载是指改变负载阻值23三相三线制供电电路有功功率的测量（二瓦计法） 用Multisim仿真软件，按图3所示的实验电路进行连线。开启电源，分别测量对称三相负载和不对称三相负载的
16、总功率P，并将所测结果记录到表3中。图3 二瓦计法的实验电路表3 三相有功功率的测量数据表测量方法测量项目量纲对称三相负载不对称三相负载二瓦计法测量数据P1W145.20192.411P2W145.19565.968总功率P= P1+P2W290.396158.3793. 实验数据处理与分析3.1负载为星形联接的三相电路的分析在负载为星形电路中，当负载R4 、R5 、R6相等，均为1Kohm的对称负载时，电路中的线电压与相电压，线电流与相电流之间的关系为：电压向量关系： 有效值关系：;此时，流过中线的电流，并且负载中点与电源中点之间的电压。因此，有无中线对电路中的电压和电流无任何影响。在三相实
17、验电路中，三相电源的实验数据可知A相电源相压=220.002V,线电压=381.055V,A相负载电压为=217.824V。表1中数据，,与所测值381.055V近似相等。同理可得，线电压与相电压之间的关系为，根据数据处理可知，实验数据中的相电压与线电压之间的关系满足理论关系。通过分析实测值与理论值相等，证明实验接线正确。三相电路中的电源，UA 、UB 、UC为频率相同、波形相同而变动进程不相同的三个交变电源，也就是说，这三个电源为对称三相电源，波形相同，振幅相同，相位互相之间相差1200。如下图所示：图4 A相B相电源输出波形图该图为A相与B相电源的波形输出，由此图可知，两相电源的频率和振幅
18、一样，A相电源波形超前B相电源1200。同理可知，B相与C相以及C相A相都是相差1200，波形一样，频率振幅相同。当三相星形负载不对称时，即R4 =1Kohm、R5 =2Kohm、R6 =3Kohm时联接的实验电路图。此时的线电压与相电压的关系也满足理论关系，。当有中线时，有中线电流和中线电压，中线上的电阻为R7=1Kohm，与实际测得的=55.784mA相差不大，近似相等。因此若要保证三相不对称负载的相电压对称，则必须采用三相四线制接法，即必须有中线。倘若无中线，则有，即负载中性点会出现位移，会导致三相负载相电压的不对称，使负载不能正常工作。3.2负载为三角形联接的三相电路的分析 在负载为三
19、角形的电路中，当负载R4 、R5 、R6相等，均为1Kohm的对称负载时，电路中的线电压与相电压，线电流与相电流之间的关系为：电流向量关系： ;有效值关系：; 在三相负载为三角形联接的电路中，线电压与相电压相等均为381.005V。此时线电流与相电流的关系与实际测得的=1.320A相等，同理可得， 根据数据处理可知，实验数据中的相电流与线电流之间的关系满足理论关系。通过分析实测值与理论值相等，证明实验接线正确。 三相电路中的电源，UA 、UB 、UC为频率相同、波形相同而变动进程不相同的三个交变电源，也就是说，这三个电源为对称三相电源，波形相同，振幅相同，相位互相之间相差1200。如下图所示三
20、相电路负载为三角形时电源输出波形：图5 A相C相电源输出波形图该图为A相与C相电源的波形输出，由此图可知，两相电源的频率和振幅一样，A相电源波形超前C相电源1200。同理可知，B相与C相以及A相B相都是相差1200，波形一样，频率振幅相同,因此，无论三相电路的负载为星形联接还是三角形连接，其交变电源的幅值频率均相等，各相位相差1200 。当三相三角形负载不对称联接时，即即R4 =1Kohm、R5 =2Kohm、R6 =3Kohm时联接的实验电路图。此时的线电流与相电流的关系也满足理论关系 , , ,然而实际中测得的数据IA=915.942mA IB=873.155mA IC=386.355mA
21、与理论值有差距，但相差不大，其原因是因为负载不对称。3.3二瓦计法分析对三相电路功率测量时，用的是二瓦计法。用二挖计法测量对称星形负载的功率的计算方法为两个功率表的代数和。当三相负载是对称的时，即负载R4 、R5 、R6相等，两块表的功率因素为，P1=145.201W, P2=145.195W,总功率为145.201+145.195=290.396W，当三相电路负载不对称时，即负载R4 、R5 、R6不相等。功率表一的功率因素为，功率表二的功率因素为，P1=92.411W，P2=65.968W。由于负荷不对称，因此所测功率不相同，总功率92.411+65.968=158.379W。实验结果：该
22、三相电路的实验验证了负载为星形电路联接时线电压与相电压，相电流与线电流的关系相等 ，同时对电路的负载为不对称或对称，以及有无中线对星形负载电路无什么影响。对于负载为三角形的电路，相电压与相电压相等，线电流与相电流的关系为。负载对称与不对称对三角形负载联接有很大的影响，电流的值与理论值出现误差，因为其负载阻值相差较大。用二瓦计法测量电路的功率时，方法简单，且很容易测出功率值。负载不对称时，所测功率不同。误差分析：在实验中，如果连接电路图时出现错误，或者在用Multisim软件联接电路时，尽量不要出现虚断或者导线连接错误，以免导致实验结果不准确。体会：本次实验用Multisim仿真软件对三相电路进
23、行仿真，不仅对Multisim软件的功能有了更多的了解，对三相电路的性质也有了更多的认识。积分电路与微分电路1.实践目的（1）进一步掌握微分电路和积分电路的相关知识。（2）学会用运算放大器组成积分微分电路。（3）设计一个RC微分电路，将方波变换成尖脉冲波。（4）设计一个RC积分电路，将方波变换成三角波。（5）进一步学习和熟悉Multisim软件的使用。 2.实验内容与步骤1.积分电路连接积分电路，检查无误后接通+12v和-12v直流电源。图1 积分电路图（1）取ui=-1v,用示波器观察波形u。，并测量运放输出电压的正向饱和电压值。（即为积分带最大时，为11.118v）（2）取ui=1v,测量
24、运放的负向饱和电压值。（为-11.118v）由于波形上下波动很快，所以无法在实验实测其饱和电压值。（3）将电路中的ui分别输入1KHz，2KHz,500Hz幅值为2v的方波信号观察ui和u。的大小及相位关系，并记录波形，计算电路的有效积分时间。444.32453.039216.874当输入信号为方波时，输入输出波形如下图：图2 积分电路输入输出波形因而可以得出输出电压:上式表明输出电压U0（t）与输入电压Ui（t）近似的成为积分关系：2.微分电路连接微分电路，检查无误后接通+12v和-12v直流电源。图3 微分电路图在输入端串联滑动变阻，改进微分电路,滑动变阻器可以减少电路反馈滞后与内部滞后产
25、生自激引起的失真。输入方波，f=1KHz，U=2v,用示波器观察U。波形。随着频率的增大，幅值也在增大，相位没有变化。仿真波形：图4 微分电路输入输出波形因而可以得出输出电压:上式表明输出电压U0（t）与输入电压Ui（t）近似的成为微分关系：误差分析：1. 仪器损耗及器件损耗产生误差。2. 读数误差。3. 信号干扰及接线时导线缠绕产生的误差。体会：输出电压与输入电压成微分关系的电路为微分电路，通常由电容和电阻组成；输出电压与输入电压成微分关系的电路为积分电路，通常由电阻和电容组成。广泛应用于计算机、自动控制和电子仪器中。学会如何将方波转变成三角波或者是尖脉冲波。RLC串联谐振电路1.实践目的（
26、1）设计电路（包括参数的选择）。（2）不断改变函数信号发生器的频率，测量三个元件两端的电压，以验证幅频特性。（3）不断改变函数信号发生器的频率，利用示波器观察端口电压与电流相位，以验证发生谐振时的频率与电路参数的关系。（4）用波特图示仪观察幅频特性。（5）得出结论并写出仿真体会。2.实验内容与步骤2.1实验电路 自选元器件及设定参数，通过仿真软件观察并确定RLC串联谐振的频率，通过改变信号发生器的频率，当电阻上的电压达到最大值时的频率就是谐振频率。设计RLC串联电路图如下图：图1 RLC串联谐振电路当电路发生谐振时，或（谐振条件）。其中，C1=2200pF,L1=1mH,R1=510ohm，根
27、据公式可以得出，当该电路发生谐振时，频率。RLC串联电路谐振时，电路的阻抗最小，电流最大；电源电压与电流同相；谐振时电感两端电压与电容两端电压大小相等，相位相反。2.2用调节频率法测量RLC串联谐振电路的谐振频率在用Multisim仿真软件连接的RLC串联谐振电路，电容选用C1=2200pF,电感选用L1=1mH,电阻选用R1=510ohm。电源电压处接低频正弦函数信号发生器，电阻电压处接交流毫伏表。保持低频正弦函数信号发生器输出电压不变，改变信号发生器的频率（由小逐渐变大），观察交流毫伏表的电压值。当电阻电压的读数达到最大值（即电流达到最大值）时所对应的频率值即为谐振频率。将此时的谐振频率记
28、录下来。表1 谐振曲线的测量数据表f(KHz)60708090100106110120130140150UR(V)163203244282306310.9310298277253231UC(V)386411433444434416400352302257218UL(V)120175241313377406421441443437427 当频率为106KHz时，电阻电压的读数达到最大值，即此时电路发生谐振。当频率为70KHz时：图2 时的波形图观察波形，函数信号发生器输出电压和电阻电压相位不同，此时电路呈现电感性。当频率106kHz时：图3 106kHz时波形图观察波形，函数信号发生器输出电压和
29、电阻电压同相位，可以得出，此时电路发生谐振，验证了实验电路的正确，与之前得出的理论值相等。因此证明实验电路的连接是正确的。当频率为150kHz时：图 4 150kHz时波形图观察波形，函数信号发生器输出电压和电阻电压相位不同，此时电路呈现出电容性。2.3用波特图示仪观察幅频特性。按下图所示，将波特图仪XBP1连接到电路图中。双击波特图仪图标打开面板，面板上各项参数设置如图下图所示。打开仿真开关，在波特图仪面板上出现输出的幅频特性，拖动红色指针，使之对应在幅值最高点，此时在面板上显示出谐振频率。图5 波特图4. 结论： 一个正弦稳态电路，当其两端的电压和通过的电流同相位，则称为电路发生谐振，此时
30、的电路称为谐振电路。 实现谐振的方法：（1）角频率（或频率）不变，调节电感L值和电容C值；（2）电感L不变，调节角频率（或频率）值和电容C值；（3）电容C不变，调节角频率（或频率）值和电感L值； 实验中测量谐振频率的方法有：调节频率法、示波器法、电感电容法。本次实验选择的是调节频率法。体会：本次实验用Multisim仿真软件对RLC串联谐振电路进行分析，设计出了准确的电路模型，也仿真出了正确的结果。并且得到了RLC串联谐振电路有几个主要特征：（1）谐振时，电路为阻性，阻抗最小，电流最大。可在电路中串入一电流表，在改变电路参数的同时观察电流的读数，并记录，测试电路发生谐振时电流是否为最大。（2）谐振时，电源电压与电流同相。这可以通过示波器观察电源电压和电阻负载两端电压的波形中否同相得到。（3）谐振时，电感电压与电容电压大小相等，相位相反。这可以通过示波器观察电感和电容两端的波形是否反相得出，还可用电压表测量其大小。总的来说，本次实验比较成功，不仅仿真出了正确的结果，也对Multisim仿真软件的功能及其应用也有了更深的提高。
