电路仿真实验报告书

西安郵電學院

电路分析基础课程设计

报告书

报告内容

综合设计

设计1：设计二极管整流电路。

条件：输入正弦电压，有效值220v，频率50Hz；

要求：输出直流电压20V+/-2V

电路图：

波形图如下：

结果：通过电路，将220V的交流电转化成了大约20V的直流电。

结论分析：先用变压器将220V的交流电转化为20V的交流电，再用二极管将20V交流电的负值滤掉，电容充当电源放电而且电压保持不变，因为一直有来自二极管的电流充电，而且周期为0.02秒，即电容两端电压能维持不变的放电到输出端。将电容的C调的小一点可

以使充放电的速度加快，就可以使得输出电压变化幅度很小。

设计2：设计风扇无损调速器。

条件：风扇转速与风扇电机的端电压成正比；风扇电机的电感线圈的内阻为200欧姆，线圈的电感系数为500mH。风扇工作电源为市电，即有效值220V，频率50Hz的交流电。

要求：无损调速器，将风扇转速由最高至停止分为4档，即0，1，2，3档，其中0档停止，3档最高。

电路图：（开关从下至上依次为0，1，2，3档）

开关置0档，风扇停止，其两端电压波形如下图：

开关置1档，风扇转速最慢，其两端电压波形如下图：

开关置2档，风扇转速适中，其两端电压波形如下图：

开关置3档，风扇转速最快，其两端电压波形如下图：

结果：由图可知，当开关分别置0，1，2，3时，风扇两端的电压依次增大，其中当风扇置0档时，电压为零，满足风扇转速与风扇电机的端电压成正比的条件。

结论分析：

设计3：设计1阶RC 滤波器。

条件：一数字电路的工作时钟为5MHz ，工作电压5V 。但是该数字电路的+5v 电源上

存在一个100MHz 的高频干扰。

要求：设计一个简单的RC 电路，将高频干扰滤除。 电路图：

结果：由图知，滤过的波形的频率与5MHz 基本一致，将高频100MHz 滤去，符合题意要求。 结论分析：通过简单的RC 电路，用低通函数H （jw ）=H 0Wc/(jw+Wc),计算出了电路中所需

的电阻大小及电容大小。最终达到滤除电源电压中的高频成分，使低频成分通过的目的。

设计4：降低电力传输损耗电路的设计

条件：一感性的电力传输线（包含电路损耗），负载为感性阻抗，传输电压可变。电路等效结构如图4。2-1所示。 电路图：

+ 1

r 1jX

1Z

U

_

I

_

+

2

图4.2-1

解：

有如下两种方案：

第一种：提高负载的电压。

对一个变压器：

001

110

,U N I U N I == 00U I ， 为原线圈电压，电流， 11,U I 为副线圈电压，电流。

当我们降低

1

N N 的比值时，即相应的提高1U ，降低1I ，以提高了2U 。

2

11P I r

=损耗 减少。 第二种：当负载端口并联电容 ，若电容电流为c I （其超前电压090），

原理电路图如下：

则线路电流为c L I I I =+其向量关系如图：

由图可以看出：线路电流I 明显减少。由向量知道12∠<∠，并联电容C

后cos 1cos 2∠>∠，功率因数增加了， 所以2

2

11222cos P P I r r U θ

==损耗

会减小 。

仿真电路如下：

第一种方法：（提高负载的电压）

未升压时的功率，左边为传输损耗，右边为所需功率：

升压后的功率，左边为传输损耗，明显减小，右边为所需功率却几乎不变：

由结果看出，提高负载的电压，使的保证所需功率不变条件下，大大的减少了传输损耗，符合题意要求。

第二种方法：（加大功率因数法，即负载端口并联电容）

并联电容前：

测得11.120

59.00%22.241

η=

=

并联电容后：

测得39.597

91.06%43.477

η=

=

由结果看出，并联电容提高电力传输效率，减小电力传输损耗，符合题意要求。

结论分析：输电过程中，输电线损耗功率很大，为减少损耗，输电线应采用导电性能良好

的金属制成，并减小输电线电流，设负载的功率因数为cos θ

设负载电压2U 的初相为零，即 0

220()U U V =∠

由于负载吸收功率 2cos P U I θ=，故线路电流2cos P

I U θ

=

所以线路损耗功率为：2

2

11222cos P P I r r U θ

==损耗

；

所以，要减少损耗就应该提高2U 或功率因数cos θ。由上面的分析及电路仿真结果可知，两

种降低电力传输损耗的功能，且未改变整个电路的阻抗性质，达到题目要求。

设计9：电路中的灯只有在灯电压达到Vmax 值时开始导通。在灯导通期间可将其模拟成一个电阻Rl ，灯一直导通到其电压降到Vmax 时为止。灯不导通时，相当于开路。 仿真电路图如下：

R

(a)分析闪光灯闪光的原理；（只需作定性的分析）

(b)假设电路的的电源为4节1.5V的电池，电容值为10uF。设灯的电压达到

4V时开始导通，当电压降到1V时停止导通，当灯导通时，它的阻值为20K Ω,当它不导通时电阻无穷大。

①假设两次闪光之间的时间为10s，需要多大的电阻R才能满足要求？

②若要闪光灯每分钟闪12次，R应为多大？

（先进行理论性计算，再根据计算结果给出输出波形）

1、理论分析：闪光灯是一种有电压门限的发光装置，当其电压高过一定门限时，

闪光灯开始发光，当电压低于一定门限时，闪光灯熄灭，电阻变

为无穷大。这就需要在电路中加一能充电、放电的装置：电容器，

使闪光灯进行一定频率的闪光。

2、理论计算