Multisim电路仿真实验

Multisim电路仿真实验

一、实验目的

熟悉电路仿真软件Multisim的功能，掌握使用Multisim进行输入电路、分析电路和仪表测试的方法。

二、使用软件

NI Multisim student V12 三、实验内容

1. 研究电压表内阻对测量结果的影响

输入如图1所示的电路图，在setting 中改变电压表的内阻，使其分别为200k 、5k 等，观察其读数的变化，研究电压表内阻对测量结果的影响。并分析说明仿真结果。

图1

实验结果： 【200k 】

图2

【5k 】

图3 分析：

① 根据图1电路分析，如果不考虑电压表内阻的影响，U10=R2V1/(R1+R2)=5V； ② 根据图2，电压表内阻为200k 时，电压表示数U10=4.878V，相对误差|4.878-5|*100%/5=2.44%

③ 根据图3，电压表内阻为5k 时，电压表示数U10=2.5V，相对误差|2.5-5|*100%/5=50%

可以看出，电压表内阻对于测量结果有影响，分析原因，可知电压表具有分流作用，与R2

‘’‘

并联后，R2’=1/（1/R1+1/RV）<R2，U10’=R2V1/(R1+R2)=V1/(R1/R2+1)<U10；

因而，电压表内阻使得测量结果偏小，并且电压表内阻越小，误差越大；电压表内阻越大，误差越小；当RV>>R2时，U10’≈U10 2. RLC串联谐振研究

输入如图4的电路，调节信号源频率，使之低于、等于、高于谐振频率时，用示波器观察波形的相位关系，并测量谐振时的电流值。用波特图仪绘制幅频特性曲线和相频特性曲线，并使用光标测量谐振频率、带宽（测量光标初始位置在最左侧，可以用鼠标拖动。将鼠标对准光标，单击右键可以调出其弹出式菜单指令，利用这些指令可以将鼠标自动对准需要的座标位置）。

图4

实验结果：

【等于：f=159.155Hz】

图5：波形

图6：谐振时的电流

图7

：幅频特性曲线

图8.1：测量带宽

图8.2：测量带宽

图9：相频特性曲线

【小于：f=150Hz】

图10：波形

【大于：f=200Hz】

图11：波形

分析：

a. 根据图5波形，当信号源频率等于谐振频率f0=159.155Hz时，其中f0=1/（2π√LC），相位相同，谐振时的电流为99.946mA；根据图8.1及8.2，可求得带宽Δf=

（175.952-143.98）Hz=31.972Hz

b. 根据图10波形，当信号源频率小于谐振频率，f=150Hz时，可以观察到UR的相位超前U，分析原因知，由于XL=2πfL,XC=1/(2πfC)，f<f0时，XL<XC，XL-XC<0,

又

易知UR的相位超前U。

c. 根据图11波形，当信号源频率大于谐振频率，f=200Hz时，可以观察到UR的相位落后于U，分析原因知，由于XL=2πfL,XC=1/(2πfC)，f>f0时，XL>XC，XL-XC>0,

又

易知UR的相位落后于U。

3. RC电路过渡过程的研究

利用示波器测量过渡过程。输入如图12的电路，启动后按动空格键来拨动开关，用示波器观测电容电压的过渡过程曲线，并使用光标测量时间常数 。注意，测量时使用了外触发，示波器的触发模式选择为single，适当调节触发电平（≤1mV），可以观察到电容的一次充电波形，测量时拖动光标定位，在示波器上测量时间常数（两个光标的时间差）。

图12：过渡过程时间常数的测量

实验结果： 【充电】

图13.1：充电波形时间常数的测量

图13.2：充电时间常数的测量 【放电】

图13.3：放电波形时间常数的测量

图13.4：放电时间常数的测量

分析：

① 根据图13.1、13.2波形，可观察到充电波形，测得时间常数 =1.218ms；理论值

=R1C1=1ms，相对误差为|1-1.218|*100%/1=21.8%

② 根据图13.3、13.4波形，可观察到放电波形，测得时间常数 =0.249ms；理论值 =R2C1=0.2ms，相对误差为|0.2-0.249|*100%/1=4.9% 4. 用瓦特计测量功率

电路如图14所示，灯泡的功率设为100W，使用瓦特计测量电路的功率。并根据测量结果计算此电路的功率因数（电压可以用万用表或动态测试笔测量），与瓦特计上读出的功率因数比较。（虚拟灯泡在“显示”组里）

图14：使用瓦特计测量功率

实验结果：

图15

分析：

根据图15，电路功率为90.471W，功率因数为0.95116，灯泡两端电压为U=209.255V； 对于灯泡：

R=U2额/P额=484 ，则电路有功功率P=U2/R=209.2552/484=90.470，则功率因数为90.470/90.471=0.99998

5. 用相序指示器判断三相电源的相序

如图16（a）是星形连接的三相电源，将其参数设置成：相电压220V、频率50Hz，假设中间的相线是A相，自己设计相序指示器判断其他两相的相序。提供的元件如图16（b）所示，包括1μF的电容、两个380V/60W的灯泡。并请用四通道示波器观察三相电源的波形，

验证相序指示器的测试结果（由于所使用的电压高，实际测量时请不要）。

图16

实验结果：

图17.1

分析：

根据图17，灯泡X2亮而灯泡X1未亮，判断知紫色导线是B相；

其原理为（由于在电脑上不方便书写过程，故在网上查找了相似的解答过程）：

经过四通道示波器观察可以发现，判断结果是正确的，示波器波形见下图17.2

图17.2

四、实验总结

通过本次实验，掌握了Multisim这一软件的使用方法，可以看出该方法有诸多优点：比如可以完成实际中比较危险的任务，如实验5；可以快捷高效的观察电路的各种特性，如实验1、2、3等；与实际实验相比它更为灵活，一方面可以用实际中的电路元件，另一方面可以使用虚拟的理想元件，这对于对电路相关过程的理解有着很大的意义。当然，仿真实验不能代替现实，科学研究过程依然需要实际的操作来观察各种计算机所不能预测的可能性。