用电路仿真器验证欧姆定律

在实验课上，每个工程师都需要完成的一个基本实验是通过对真实电路的测量来验证欧姆定律。这一行为是有指导意义的，但并不是所有的工程师都有机会进行相同的模拟实验。如果有机会，基于spice的模拟器是模拟电路和验证欧姆定律的好选择。

只要你知道电路中元件的电参数，SPICE模型可以帮助你快速分析电路中的电行为。这将允许您通过模拟验证欧姆定律，验证基尔霍夫定律，或计算电路中电压和电流的瞬态行为。

使用电路模拟器验证欧姆定律

欧姆定律是一个简单的经验定律，它把材料的导电性与流过材料的电流密度联系起来。大多数人都熟悉欧姆定律的简单形式，V = IR。这两个公式是等价的，虽然方程V = IR用于分析电路。

这个等式适用于整个电路，其中一个源提供的电压等于总电流乘以整个电路的电阻。这使您可以轻松地将一个复杂的电路简化为其Thevenin或Norton等效电路。这个公式也适用于单个电路元件:流过电路元件的电流等于元件的压降除以元件的电阻。

基于spice的电路模拟器可以让你计算出电路中每个元件的电压和电流。电路通常画为示意图并将其转换成电路模拟器中使用的代码。

你需要指定电路中不同元件的电阻值。一旦指定了电路中的电压源，基于spice的模拟器将计算电路中每个元件的电流。这也可以反过来;如果使用电流源，可以计算电路中每个元件的压降。然后，你可以将这些计算结果与同一电路的测量结果进行比较，验证欧姆定律的有效性。

进一步:验证基尔霍夫定律

每个人都喜欢关注电路中的欧姆定律，因为它被视为任何电路的基本结果。电路的另外两个基本定律是基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律。

电压定律说明了电路中的能量守恒。如果你还记得保守力的定义，电场是一个保守力，沿着环的多个点之间的能量变化之和等于零。就电路中的电压源和电压降而言，电压源的总和必须等于电路中一个回路中电压降的总和。

现在的定律实际上只是关于电荷守恒的一个表述。就像流体在管道中流动，在接合处分叉，流入接合处的总电荷等于流出接合处的总电荷。换句话说，电荷在电路中既不产生也不破坏。由于导数的定义，这一说法适用于电流，即电流是守恒的。

基于spice的模拟器自然有助于验证基尔霍夫定律，因为模拟器需要计算电路中每个元件的电压降和电流。你已经用这些来验证欧姆定律了，所以你可以马上用这些结果来通过计算验证克氏定律。

一个简单的音频放大电路的模型

非线性电路元件与时间相关

虽然大多数简单的欧姆定律实验只考虑基本的线性无源元件(电阻、电容和电感)，电路模拟器也可以用于包含非线性无源电路元件的电路。一个很好的例子就是二极管电路。二极管输出的电流是二极管电压降的非线性函数。

根据欧姆定律，你可以用计算出的输出电流来计算二极管的正向或反向电阻作为输入电压的函数。如果电路中有另一个元件，比如串联电阻，你可以使用二极管的计算电阻和基尔霍夫定律来验证欧姆定律。

基于spice的仿真器也可以用于瞬态分析或时间相关的仿真。例如，您可以检查交流电路由谐波电压源驱动。当处理需要一段时间才能达到最终输出电流的电路元件时，可以检查这些电路的瞬态行为。这对于检查由数字脉冲驱动的非线性电路元件的行为是有用的。

在这两种情况下，你都可以用欧姆定律来描述阻抗电路中的元件在频域上基于电压和电流在时域上。这意味着基于spice的模拟器可以与包含电容和电感的电路自然工作，并且可以确定电路中的总阻抗作为频率的函数。

使用合适的电路模拟和分析软件包，您可以验证电路的基本定律，或分析填充了线性和非线性器件的复杂电路板。一个适应性强的程序用于OrCAD的PSpice设计器仍然是有用的你的设计变得更加复杂．这个独特的工具直接从原理图和/或PCB中获取数据，让您全面了解电路的行为。

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