基于Multisim10和Matlab7．0的正弦稳态电路分析

摘要 使用计算机仿真软件可以方便地帮助学生完成虚拟实验过程和复杂的数学计算。文中提供一种将仿真软件Multisim10和Matlab7．0结合使用分析电路方法，以分析计算RLC串联正弦稳态电路为例，仿真的过程和结果充分发挥了Multisim和Matlab软件的作用，并互相弥补不足。此方法的引入有助于学生对电路分析基本方法的理解和掌握。
关键词 Multisim10；Matlab7．0；正弦稳态电路；电路分析基础

Multisim是一款专门用于电子线路仿真和设计的EDA工具软件，其提供了一个虚拟的电子实验工作台，以其界面友好、功能强大和易用性受到电子类专业人员的青睐。Matlab是一款商业数学软件，Matlab编程语言简单易用，软件具有强大的数据处理能力，可用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算等。
电子类课程教学过程中，由于教学资源的限制，并不能实际演示电路实验，此时使用Multisim可以仿真实验过程，用Matlab可以精确地完成电路计算。实际上，使用Multisim可以得到直观的电路图形界面并体现实验的操作方法，但往往不能全面显示计算结果，也无法体现分析方法；Matlab则以数值计算、图形绘制见长，其编程过程反映了分析方法，但无法体现直观的电路图形。文中将两款软件综合使用，以仿真分析正弦稳态电路为例，将二者优势结合，全面反映电路的分析和实验过程。

1 正弦稳态电路及其分析方法
在正弦激励的动态电路中，若各电压、电流均为与激励同频率的正弦波，则该电路即为正弦稳态电路。正弦稳态分析主要包括求解其稳态响应，计算功率以及最大功率传输定理等。分析正弦稳态电路，往往采用相量分析的方法，画出电路图的等效相量模型，然后按照分析直流纯电阻电路的方法进行分析计算，得到复数域下的节点电压和支路电流，再将其转化为时域下的结果。

针对于电路负载的功率，当负载电阻及电抗均可独立变化时，根据最大功率传递定律，当负载的阻抗ZL与电路的输出阻抗ZO满足共轭匹配时，负载所得到的功率最大。由此可见，当电路较为复杂时，上述过程的手工计算量较大。使用仿真软件可以实时、动态地得到实验数据和计算结果。

2 正弦稳态电路的仿真与分析
下面以一道具体的正弦稳态电路分析问题为例，阐释Multisim仿真和Matlab仿真在电路分析上的长处和不足，并引出综合使用的方法。
RLC正弦稳态电路如图2所示，其中V1为电压源；峰值141 V；频率100 Hz初相为0；电感L1值为15．90 mH；R1大小为5 Ω，可变电阻R2(变化范围0～10 Ω)；C1为可变电感，变化范围0～318．60μF。

(1)当R2=4 Ω，C1=191．60μF时，R2两端电压、C1两端电压、电源电压三者的幅值和相位关系，求解此时电源提供的复功率和功率因数。
(2)R2=4 Ω，则C1为何值时，电路的功率因数最大。
(3)当电阻R2和C1的参数都任意变化时，研究负载的功率变化并求负载的最大功率。