《精通LabVIEW 程序设计》 一书随书课件 清华大学 张桐 2009.1
第8章 LabVIEW在电路中的应用 8.1 概述 8.2 线性电阻电路 8.3 动态电路 8.4 正弦电流电路 8.5 频率特性 8.1 概述 8.2 线性电阻电路 8.3 动态电路 8.4 正弦电流电路 8.5 频率特性 8.6 谐振电路
内容提要 主要讲述LabVIEW在电路中的应用 主要内容 学习目的 读者应能够自行独立设计基于LabVIEW的大多数电路仿真实验，并能够结合理论对常见电路现象做出分析。对于有进一步研究兴趣的读者，可以再结合数据采集、MATLAB混合编程等其他方面的应用深入学习。
8.1 概述 LabVIEW中各种强大而灵活的数学分析功能，为电路仿真和计算提供了便利的支持 矩阵型数据 复数计算 线性代数函数库 8.1 概述 LabVIEW中各种强大而灵活的数学分析功能，为电路仿真和计算提供了便利的支持 矩阵型数据 复数计算 线性代数函数库 图8-2 复数计算函数 图8-1 矩阵型控件 图8-3 线性代数函数库
8.2 线性电阻电路 支路电流法实例，具体步骤如下： 8.2 线性电阻电路 支路电流法实例，具体步骤如下： 新建“支路电流法.vi”，使用第4章中例4-13通过自定义控件方法所实现的电阻元件来搭建电路图。 为了显示清楚起见，前面板背景色设置为白色，并去掉网格。各个电阻元件和电压源元件都是数值型控件，具体数值在将来程序运行时可随时调整。 在前面板上添加其他另外5个数值型显示器，用来表示5个支路电流I1~I5。 考虑到引入线性代数函数库的使用，又结合脚本与公式节点的优势，这里使用MathScript节点生成线性方程组的系数矩阵和已知向量，再利用求解线性方程VI（Solve Linear Equations.vi）求出解向量，向量的各个元素值就是待求的I1~I5等五个支路电流值。 图8-5 “支路电流法.vi”的前面板 图8-6 “支路电流法.vi”的框图
8.2.2 回路电流法 具体步骤如下： 新建“回路电流法.vi”，与例8-1类似，仍然使用自定义控件搭建前面板电路图。另外，计算出的电流结果从5个支路电流变为3个回路电流。 仍然使用MathScript节点生成线性方程组的系数矩阵和已知向量，再利用求解线性方程VI（Solve Linear Equations.vi）求出解向量，向量的各个元素值就是待求的IL1~IL3等三个回路电流值。 图8-7 “回路电流法.vi”的前面板 图8-8 “回路电流法.vi”的框图
8.2.3 节点电压法 具体步骤如下： 新建“节点电压法.vi”，仍使用自定义控件搭建前面板电路图。不同之处在于计算出的变量从电流变为两个节点电压。 仍然使用MathScript节点生成线性方程组的系数矩阵和已知向量，再利用求解线性方程VI（Solve Linear Equations.vi）求出解向量，向量的各个元素值就是待求的U1和U2节点电压。 图8-10 “节点电压法.vi”的前面板 图8-11 “节点电压法.vi”的框图
图8-13 “三要素法分析电路.vi”的前面板和框图 8.3 动态电路 8.3.1 一阶动态电路分析法 一阶动态电路求解实例 建立如图8-13所示的“三要素法分析电路.vi”，对于已有现成公式的计算，最易实现的方法就是使用公式节点了，这里使用公式节点分别计算出IL、I1和I2，组成数组后再绘制成曲线，就可得到图中所示的指数型衰减（增长）曲线，与理论估计也是相符的。 公式节点中唯一的输入变量就是R2，读者可以随意改变R2的值然后重新运行程序，就能直接地观察到电流曲线随R2的变化情况，这也正是虚拟仪器程序与传统计算方法相比灵活性和直观性的体现。 图8-13 “三要素法分析电路.vi”的前面板和框图
8.3.2 二阶动态电路分析法 图8-16 “二阶电路的零输入响应.vi”的前面板 图8-20 不同阻尼情况下的波形比较图 8.3.2 二阶动态电路分析法 图8-16 “二阶电路的零输入响应.vi”的前面板 图8-20 不同阻尼情况下的波形比较图 图8-18 “二阶电路的零输入响应.vi”的框图程序（过阻尼或欠阻尼情况）
8.4 正弦电流电路 图8-23 计算电路参数 图8-24 “形式转换vi”的前面板和框图 图8-25 “绘制相量图.vi”的前面板和框图
8.5 频率特性 使用LabVIEW中计算复数模和幅角的相关VI，可以直接绘出网络函数的幅频响应和相频响应，十分方便. 8.5 频率特性 使用LabVIEW中计算复数模和幅角的相关VI，可以直接绘出网络函数的幅频响应和相频响应，十分方便. 图8-28 “一阶低通电路的频率响应.vi”的前面板和框图
8.6 谐振电路 具体步骤： 新建“RLC串联电路的频率特性.vi”，使用第4章中例4-13通过自定义控件方法所实现的电阻、电容和电感元件来搭建电路图。 按照前文中推导出的公式编写程序，观察到整个电流曲线的全貌。将计算到的曲线送至XY图上绘制。 通过改变R的值来改变品质因数Q，从XY图中可以看到不同品质因数下的电路的频率特性曲线。 图8-30 “RLC串联电路的频率特性.vi”的前面板和框图 图8-31 不同品质因数下的曲线
习题与思考