《精通LabVIEW 程序设计》 一书随书课件

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1 《精通LabVIEW 程序设计》 一书随书课件
清华大学 张桐

2 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

3 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。

4 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

5 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

6 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

7 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

8 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 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

9 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
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）

10 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

11 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

12 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

13 习题与思考