電路輔助設(shè)計(jì)1

1、上海電力學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)電路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（1） 院系： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)年級（班級）： 2013098 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 成 績： 2012年 4 月 22 日教師評語：目錄實(shí)驗(yàn)一、正弦激勵(lì)下的RC一階電路的響應(yīng) 1實(shí)驗(yàn)二、二階電路的響應(yīng)及其特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)三、二端口網(wǎng)絡(luò)的仿真實(shí)驗(yàn)四、對稱三相高次諧波電路的分析與仿真實(shí)驗(yàn)五、非線性電路的仿真設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)六、穩(wěn)壓濾波電路的分析與仿真實(shí)驗(yàn)七、網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的零極點(diǎn)分析與仿真實(shí)驗(yàn)一、正弦激勵(lì)下的RC一階電路的響應(yīng)1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 理解換路的概念、換路定則、動(dòng)態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析的概念；2 掌握初始值的求法；3 理解一階微分方程的列寫和求解方法；4 理解零

2、輸入相應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)、全響應(yīng)、時(shí)間常數(shù)的概念；5 掌握三要素法分析一階電路；6 學(xué)習(xí)使用multisim仿真軟件進(jìn)行電路模擬。2、 實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)例1 動(dòng)態(tài)電路與瞬態(tài)分析：由于電路中含有動(dòng)態(tài)元件（電容C和電感L），并在某時(shí)刻發(fā)生換路，電路會(huì)從一種穩(wěn)態(tài)逐步過渡到另一種穩(wěn)態(tài)，稱為動(dòng)態(tài)電路，分析這個(gè)動(dòng)態(tài)過程就是瞬態(tài)分析。2 描述動(dòng)態(tài)電路的方程：電容C和電感L的伏安關(guān)系是微分或積分的形式，所以描述動(dòng)態(tài)電路的方程是微分方程，若微分方程為一階的，稱一階動(dòng)態(tài)電路。3 換路定則：。4 。激勵(lì)為正弦電源：在正弦穩(wěn)態(tài)電路中，先用相量法或待定系數(shù)法求出換路前的穩(wěn)態(tài)值，然后令t=0_，求得。5 時(shí)刻等效電路及其他初始值

3、的計(jì)算：電容等效電壓源，電感等效電流源，電壓源、電流源分別取值，電源性質(zhì)不變，受控源、電阻不變。6 零輸入響應(yīng)：在電源激勵(lì)為零的情況下，由動(dòng)態(tài)元件的初始值引起的響應(yīng)。7 零狀態(tài)響應(yīng)：在動(dòng)態(tài)元件初值為零的狀態(tài)下，由獨(dú)立電源引起的響應(yīng)。8 全響應(yīng)：在電源激勵(lì)和動(dòng)態(tài)元件初值均不為零時(shí)所產(chǎn)生的響應(yīng)。9 全響應(yīng)=零狀態(tài)響應(yīng)+零輸入響應(yīng)10 時(shí)間常數(shù) 對于RC電路， ；對于RL電路，；特別指出：R是電容C或電感L以外的戴維寧等效電路的等效電阻。的大小反映了響應(yīng)衰減的快慢，越大，響應(yīng)衰減慢；越小，響應(yīng)衰減快。過渡過程的時(shí)間一般取（35）。11. 三要素法求解一階電路:三要素是指初始值，穩(wěn)態(tài)值，時(shí)間常數(shù)。無論

4、求零輸入響應(yīng)，零狀態(tài)響應(yīng)還是全響應(yīng)，均可用三要素法來分析計(jì)算，而無須求解微分方程。這樣大大簡化了求解過程。12. 激勵(lì)為正弦電源一階電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)其中為換路后穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，是時(shí)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的初始值。實(shí)例：把R=20，C=400的串聯(lián)電路，在t等于0時(shí)刻接到的電壓上，求接通后，電容上的電壓。3、 仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 如圖所示仿真電路：求由上可知，的峰值為：115.004V、114.140V，與理論結(jié)果115.03V近似相等由題可知，T=20ms，與理論值近似相等。由圖可知，通過仿真數(shù)據(jù)，計(jì)算所得結(jié)果和理論結(jié)果近似相等。4、 總結(jié)1 通過這次仿真，對正弦激勵(lì)下的RC一階電路更加了解，知道了初始值、穩(wěn)定值的求法及

5、一些參數(shù)的仿真方法。2 注意使用示波器時(shí)，調(diào)整到合適的幅值。3 注意時(shí)間常數(shù)的求法。 實(shí)驗(yàn)二、二階電路的響應(yīng)及其特點(diǎn)1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 熟悉二階電路的時(shí)域分析法，二階電路微分方程的列寫及求解過程2 熟悉RLC二階電路零輸入響應(yīng)及電路的過阻尼，臨界阻尼和欠阻尼狀態(tài)3 學(xué)習(xí)利用EWB仿真軟件仿真電路，并觀察三態(tài)波形狀態(tài)4 學(xué)習(xí)使用multisim仿真軟件進(jìn)行電路模擬。2、 實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)例1.如果建立的電路微分方程是二階的，被稱為二階電路。經(jīng)典法分析二階電路的基本步驟：先選擇適當(dāng)?shù)碾娐纷兞?，一般選或作未知量，然后根據(jù)KCL，KVL，VCR列出電路的微分方程，全響應(yīng)也可分解為強(qiáng)制分量和自由分量。強(qiáng)制分量

6、是由輸入強(qiáng)制作用電路最終達(dá)到的穩(wěn)態(tài)值，是非齊次方程的特解，由電源的特性決定；自由分量是齊次方程的通解，解的形式由電路本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定，與輸入無關(guān)。二階電路中過渡過程的基本特征就是自由分量的變化規(guī)律所決定。（1）根據(jù)KCL，KVL及元件的VCR寫出以或?yàn)樽兞康亩A微分方程 當(dāng)時(shí)，方程為齊次方程；當(dāng)時(shí)，方程為非其次方程。（2）由和 確定電路的初始狀態(tài)，或，的值（3）求穩(wěn)態(tài)分量：即非其次方程的特解，這是由電源的特性決定。當(dāng)極力為恒定電源 時(shí)，穩(wěn)態(tài)分量也為常數(shù)；當(dāng)激勵(lì)為正弦量時(shí)，穩(wěn)態(tài)分量也為同頻率的正弦量。（4）求穩(wěn)態(tài)分量；即齊次方程的通解。根據(jù)特征根和的不同，齊次方程的通解 一般分為三種情況：1

7、 為兩個(gè)不等的實(shí)根（稱過阻尼狀態(tài)）2 為相等實(shí)根（稱臨界狀態(tài)）3 為共軛復(fù)數(shù)（稱欠阻尼狀態(tài)）（5）全響應(yīng)：，由初始條件，由初始條件， 確定或 等待定常數(shù)，得出全響應(yīng)。2. 二階電路零輸入響應(yīng)分析如圖7-1所示RLC串聯(lián)電路的零輸入響應(yīng)，以電容電壓為變量，電路的微分方程為 以上二階微分方程的特征方程為 方程的特征根為 設(shè)，由微分方程知，求解以為變量的二階微分方程， 除已知外，還須知道值。 特征根也稱電路的固有頻率，根據(jù)P的表達(dá)式，根號內(nèi)的值有可能大于零，等于零 或小于零，以下分幾種情況進(jìn)行討論。 (1) 和為不相等的負(fù)實(shí)根（，過阻尼） 的表達(dá)式： 由初始條件： 求出和。 （2）和為相等的負(fù)實(shí)根（

8、，臨界阻尼） 的表達(dá)式： 由初始條件 ： 求出和。 （3）和為共軛復(fù)根（，欠阻尼） 的表達(dá)式： 由初始條件 ： 求出A和。 實(shí)例：如圖所示電路中開關(guān)S閉合已久，t=0時(shí)將S打開，求、。 S + + 100 1V 500 3.85H - _ 解：t0后，電路的微分方程為 特征方程： 解得特征根： 為共軛復(fù)根 其方程的通解： 根據(jù)初始條件： 解得： 所以 3、 仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) (1)R=500,電路處于過阻尼狀態(tài)。 需要觀察電容電壓的波形和電感電流的波形，由于示波器不能直接測得電流，所以使用電流控制電壓電源，V=I，測得波形極為電流的波形。 過阻尼曲線電壓波形電流波形（2） R=98，電路處于臨界阻尼狀態(tài)。臨界阻尼曲線電壓波形電流波形（3） R=50，電路處于欠阻尼狀態(tài)。欠阻尼曲線電壓波形電流波形4、 實(shí)驗(yàn)小結(jié)1 處理二階電路，在解方程時(shí)注意齊次與非其次解時(shí)的結(jié)合2 特征方程中根分