直流电路分析程序DCAP(1).ppt

该程序可以分析由直流电压源、直流电流源、该程序可以分析由直流电压源、直流电流源、电阻、电感、电容、开路、短路、受控源、理想电阻、电感、电容、开路、短路、受控源、理想变压器和理想运算放大器等电路元件以及单口网变压器和理想运算放大器等电路元件以及单口网络和双口网络构成的线性时不变电路。电路的有络和双口网络构成的线性时不变电路。电路的有关数据可以从键盘输入或者从数据文件中读入。关数据可以从键盘输入或者从数据文件中读入。35直流电路分析程序直流电路分析程序DCAP供供DCAP程序使用的电路数据文件的格式如下程序使用的电路数据文件的格式如下:第第一一行行:注注释释行行,可可以以输输入入有有关关电电路路编编号号、类类型型、用用途途等数据。等数据。第二行第二行:输入一个表示电路支路数目的一个正整数。输入一个表示电路支路数目的一个正整数。第三行：以后输入第三行：以后输入b条支路的数据，每一行按元件类型，条支路的数据，每一行按元件类型，支路编号，开始结点，终止结点，控制支路，元件参数支路编号，开始结点，终止结点，控制支路，元件参数1，元件参数元件参数2的次序输入一条支路的有关数据。元件类型用一的次序输入一条支路的有关数据。元件类型用一个或两个大写英文字母表示。元件参数用实数表示个或两个大写英文字母表示。元件参数用实数表示,均采均采用主单位，电压用伏特，电流用安培，电阻用欧姆，电导用主单位，电压用伏特，电流用安培，电阻用欧姆，电导用西门子。其它几个数据用整数表示，用西门子。其它几个数据用整数表示，每个数据之间用一每个数据之间用一个以上的空格相隔。个以上的空格相隔。当当计计算算机机读读入入电电路路数数据据后后，选选择择屏屏幕幕上上显显示示的的菜菜单单可可以实现下面的分析计算功能。以实现下面的分析计算功能。1.列列出出电电路路的的支支路路电电流流方方程程，结结点点或或改改进进结结点点方方程程,网网孔电流或回路电流方程。孔电流或回路电流方程。2.计计算算电电路路各各结结点点电电压压，支支路路电电压压，支支路路电电流流和和各各支支路吸收功率。路吸收功率。3.计计算算电电路路中中任任两两个个结结点点间间所所形形成成单单口口网网络络的的戴戴维维宁宁和和诺诺顿顿等等效效电电路路，以以及及单单口口向向可可变变电电阻阻负负载载提提供供的的最最大大功功率。率。4.计算电路两对结点间所构成双口网络的参数和包含计算电路两对结点间所构成双口网络的参数和包含独立电源双口的等效电路。独立电源双口的等效电路。5.用叠加定理计算电路中各结点电压，支路电压和支用叠加定理计算电路中各结点电压，支路电压和支路电流。路电流。6.用三要素法计算含一个动态元件的直流一阶电路各用三要素法计算含一个动态元件的直流一阶电路各结点电压结点电压,各支路电压和电流各支路电压和电流,并可画波形图。并可画波形图。7.给定电路的任一结点电压，任一支路电压给定电路的任一结点电压，任一支路电压,支路电流支路电流或吸收功率，计算电路任一元件的参数值。或吸收功率，计算电路任一元件的参数值。8.改变电路中某一条支路的类型改变电路中某一条支路的类型,连接关系和元件数值。连接关系和元件数值。9.从用户指定的文件中读入新的电路数据。从用户指定的文件中读入新的电路数据。10.从键盘输入新的电路数据。从键盘输入新的电路数据。11.将现有电路数据存入指定的文件中加以保存。将现有电路数据存入指定的文件中加以保存。12.执行一条执行一条DOS命令后返回本程序。命令后返回本程序。下面举例说明如何利用通用电路分析程序下面举例说明如何利用通用电路分析程序DCAP来建来建立电路方程并求解。立电路方程并求解。例例31用结点分析法求图用结点分析法求图3-2(a)电路的各结点电压。电路的各结点电压。5V1-3V2=3-5V1+6V2=0解解:画出基准结点，其余两个结点用画出基准结点，其余两个结点用1、2编号。编号。用观察法可以写出结点方程用观察法可以写出结点方程图图3-2手算求解可以得到结点电压为手算求解可以得到结点电压为V1=1.2V,V2=1V。如如果果用用DCAP程程序序来来分分析析本本电电路路,除除了了用用整整数数0、1、2对对各各结结点点编编号号(基基准准结结点点编编号号为为0)外外，还还需需要要用用正正整整数数1、2、3、4、5对对各各支支路路依依次次编编号号，并并选选定定各各支支路路电电压压电电流流的的关关联联参考方向参考方向,写出图写出图(b)所示的电路数据文件。所示的电路数据文件。当计算机正确读入这些电路数据后当计算机正确读入这些电路数据后,选择主菜单上建选择主菜单上建立结点方程的菜单立结点方程的菜单,屏幕上显示出与手算相同的结点方程屏幕上显示出与手算相同的结点方程及其解答，如下所示：及其解答，如下所示：*结点方程*5.00V13.00V2=3.005.00V1+6.00V2=.000-结点电压-V1=1.200V2=1.000例例32用结点分析法计算图用结点分析法计算图3-3(a)电路各结点电压。电路各结点电压。图图3-3解解:图图33(a)电电路路的的数数据据如如图图(b)所所示示。运运行行DCAP程程序序,读读入入这这些数据后些数据后,选择建立结点电压方程的菜单，屏幕上可以显示选择建立结点电压方程的菜单，屏幕上可以显示出计算机建立的改进结点方程和求解出的三个结点电压和一出计算机建立的改进结点方程和求解出的三个结点电压和一个电流个电流,如下所示：如下所示：*改进结点方程*2.00V1-1.00V2+.000V3+1.00I8=6.00-1.00V1+2.00V2-.500V3+.000I8=.000.000V1-2.50V2+1.50V3-1.00I8=.0001.0V1-.500V2-.500V3+.000I8=.00-结点电压和支路电流-V1=6.000V2=4.800V3=7.200I8=-1.200图图3-3由由于于电电路路中中有有一一个个受受控控电电压压源源,计计算算机机自自动动增增加加一一个个电电流流I8来来建建立立方方程程,由由于于变变量量的的增增加加,因因此此要要补补充充一一个个受受控控电压源电压的约束方程电压源电压的约束方程V1V3=0.5(V2V3)它它就就是是上上面面方方程程组组中中的的最最后后一一个个方方程程。这这种种由由结结点点电电压压和和电电压压源源电电流流作作为为变变量量的的结结点点方方程程,称称为为改改进进的的结结点点方方程程。它它扩扩大大了了结结点点电电压压方方程程的的适适用用范范围围,为为许许多多工工程程上上实实用的电路分析与设计程序所采用。用的电路分析与设计程序所采用。例例33用网孔分析法求图用网孔分析法求图34(a)电路的网孔电流。电路的网孔电流。图图3-4用用DCAP程序来分析这个电路时程序来分析这个电路时,仍然需要选定一个基仍然需要选定一个基准结点准结点(编号为编号为0)。再根据各结点编号，各支路编号和电压。再根据各结点编号，各支路编号和电压电流的关联参考方向电流的关联参考方向,以及各元件参数以及各元件参数,写出图写出图(b)所示数所示数据文件。据文件。当计算机正确读入这些电路数据当计算机正确读入这些电路数据,选择建立网孔或回选择建立网孔或回路方程后路方程后,再选择再选择13567为树支为树支(即即248为连支为连支),可以得可以得到以下计算结果。到以下计算结果。*回回 路路 或或 网网 孔孔 电电 流流 方方 程程 *6.00 6.00 I2 -2.00 I4 -2.00 I8=16.0I2 -2.00 I4 -2.00 I8=16.0-6.00 I2 +8.00 I4 +.000 I8=-16.0-6.00 I2 +8.00 I4 +.000 I8=-16.0 1.00 I2 -1.00 I4 -1.00 I8=.000 1.00 I2 -1.00 I4 -1.00 I8=.000 -回回 路路 电电 流流 或或 网网 孔孔 电电 流流 -I 2=4.000 I 4=1.000 I 8=3.000I 2=4.000 I 4=1.000 I 8=3.000其方程与手算结果完全相同其方程与手算结果完全相同,求解得到的网孔电流为求解得到的网孔电流为I2=4A,I4=1A 和和I8=3A。图图3-4例例34求图求图35(a)电路的各支路电压电流和功率。电路的各支路电压电流和功率。解解：运运行行DCAP程程序序，读读入入如如图图(b)所所示示电电路路数数据据，选选择择计计算电压电流和功率的菜单，可以得到以下计算结果。算电压电流和功率的菜单，可以得到以下计算结果。图图3-5编号 类型 数值 支路电压 支路电流 支路功率 1 V 9.000 U 1=9.000 I 1=-11.00 P 1=-99.00 2 R 1.000 U 2=17.00 I 2=17.00 P 2=289.0 3 R 2.000 U 3=-8.000 I 3=-4.000 P 3=32.00 4 R 4.000 U 4=-24.00 I 4=-6.000 P 4=144.0 5 I 21.00 U 5=-41.00 I 5=21.00 P 5=-861.0 6 CV -3.000 U 6=33.00 I 6=15.00 P 6=495.0 值值得得注注意意的的是是图图(b)所所示示的的电电路路数数据据中中，电电流流控控制制电电压压源源的的转转移移电电阻阻r=-3，这这是是因因为为其其控控制制电电流流ix的的参参考考方方向向与与电电压压源源电电流流i1的的参参考考方方向向相相反反的的缘缘故故。若若错错误误的的采采用用r=+3 来来进进行行计计算算，这这相相当当于于改改变变电电流流控控制制电电压压源源极极性性，会会得得到到完全不同的结果，如下所示：完全不同的结果，如下所示：编号 类型 数值 支路电压 支路电流 支路功率1 V 9.000 U1=9.000 I1=-77.00 P1=-693.0 2 R 1.000 U2=17.00 I2=17.00 P2=289.0 3 R 2.000 U3=-8.000 I3=-4.000 P3=32.00 4 R 4.000 U4=240.0 I4=60.00 P4=1.4400E+045 I 21.00 U5=223.0 I5=21.00 P5=4683.6 CV 3.000 U6=-231.0 I6=81.00 P6=-1.8711E+04 各支路功率之和 P =.0000从从以以上上两两组组数数据据可可以以看看出出元元件件连连接接方方式式或或元元件件参参数数改改变时，对电路特性会产生重大的影响。变时，对电路特性会产生重大的影响。例例3-5求图求图36(a)电路的结点电压，并分析用内阻分别为电路的结点电压，并分析用内阻分别为1k,10k 和和100k 的电压表测量结点的电压表测量结点2的电压时，的电压时，对各结点电压所带来的影响。对各结点电压所带来的影响。图图3-6解：电路数据如图解：电路数据如图(b)所示，其中第所示，其中第8条支路是一条开路，条支路是一条开路，它表示电压表未接入或电压表的内阻为它表示电压表未接入或电压表的内阻为的情况。运的情况。运行行DCAP程序，读入如图程序，读入如图(b)所示电路数据，选择计算所示电路数据，选择计算电压电流和功率的菜单，可以得到以下结点电压。电压电流和功率的菜单，可以得到以下结点电压。结 点 电 压 V 1=10.00 V 2=5.000 V 3=5.000 V 4=5.000图图3-6因因为为内内阻阻为为1k 电电压压表表相相当当于于1k 的的电电阻阻，我我们们可可以以用用改改变变图图(b)电电路路数数据据的的方方法法或或在在程程序序运运行行时时选选择择改改变变支支路路参参数数的的菜菜单单，将将第第8条条支支路路改改为为1k 的的电电阻阻，此此时时所所计计算算得得到到的结点电压如下：的结点电压如下：结 点 电 压 V 1=10.00 V 2=2.778 V 3=5.000 V 4=4.444图图3-6电压表电阻值 100k10k1k结点电压值V25V4.960V4.630V2.778V结点电压值V45V4.990V4.907V4.444V从以上计算结果可见，电压表接入后，对结点电压从以上计算结果可见，电压表接入后，对结点电压V1和和V3没有影响没有影响(其原因请读者自行解释其原因请读者自行解释)，对结点电压，对结点电压V2的的影响远比对结点电压影响远比对结点电压V4的影响大。再将第八条电阻支路的的影响大。再将第八条电阻支路的参数改变为参数改变为10k 和和100k，求得相应的结点电压后，将全求得相应的结点电压后，将全部计算结果整理如下：部计算结果整理如下：从从由由上上数数据据可可见见，电电压压表表的的接接入入将将改改变变电电路路中中某某些些电电压的数值，其内阻越小，影响越大。压的数值，其内阻越小，影响越大。下下面面举举例例说说明明在在给给定定支支路路电电压压电电流流和和功功率率条条件件下下，可可以利用以利用DCAP程序来求电路元件参数。程序来求电路元件参数。电压表电阻值 100k10k1k结点电压值V25V4.960V4.630V2.778V结点电压值V45V4.990V4.907V4.444V例例3-6欲使图欲使图37(a)电路中电路中10电阻吸收电阻吸收1.5W的功率，的功率，求各元件参数应如何变化。求各元件参数应如何变化。解解：运运行行DCAP程程序序，正正确确读读入入图图(b)所所示示电电路路数数据据，选选择择已已知知电电压压电电流流计计算算元元件件参参数数的的菜菜单单，可可以以得得到到以以下下计计算结果算结果图图3-7你你选选择择的的输输出出变变量量值值P5=1.50求求出出的的元元件件数数值值如如下下:编号编号类型类型数值数值1数值数值2P51V9.682491.500012R5.455511.500003R16.59801.500004R6.655941.500005R6.000011.50000计计算算结结果果表表明明，当当电电压压源源电电压压由由10V改改为为9.68249V，或或5电电阻阻改改为为5.45551，或或20电电阻阻改改为为16.5980，或或6电电阻阻改改为为6.65594，或或10电电阻阻改改为为6.00001时时，均均可可以以使使10电阻吸收电阻吸收1.5W功率。功率。例例3-7欲使图欲使图38(a)电路中的电流电路中的电流i6=3A，求电压源的电求电压源的电压以及电流源的电流值。压以及电流源的电流值。图图3-8你你选选择择的的输输出出变变量量值值I6=3.00求求出出的的元元件件数数值值如如下下:编号编号类型类型数值数值1数值数值2I61V14.00002.999993I26.00003.00000计算结果表明，当电压源电压为计算结果表明，当电压源电压为14V，或电流源电流或电流源电流为为26A时，支路电流时，支路电流i6=3A。解解：运运行行DCAP程程序序，正正确确读读入入图图(b)所所示示电电路路数数据据，选选择择已已知知电电压压电电流流计计算算元元件件参参数数的的菜菜单单，可可以以得得到到以以下下计计算结果算结果2002年春节摄于成都人民公园