电路辅助设计1

1、上海电力学院本科课程设计电路计算机辅助设计（1） 院系： 电气工程学院 专业年级（班级）： 2013098 学生姓名： 学号： 指导教师： 成 绩： 2012年 4 月 22 日教师评语：目录实验一、正弦激励下的RC一阶电路的响应 1实验二、二阶电路的响应及其特点实验三、二端口网络的仿真实验四、对称三相高次谐波电路的分析与仿真实验五、非线性电路的仿真设计实验六、稳压滤波电路的分析与仿真实验七、网络函数的零极点分析与仿真实验一、正弦激励下的RC一阶电路的响应1、 实验目的1 理解换路的概念、换路定则、动态分析和稳态分析的概念；2 掌握初始值的求法；3 理解一阶微分方程的列写和求解方法；4 理解零

2、输入相应、零状态响应、全响应、时间常数的概念；5 掌握三要素法分析一阶电路；6 学习使用multisim仿真软件进行电路模拟。2、 实验原理及实例1 动态电路与瞬态分析：由于电路中含有动态元件（电容C和电感L），并在某时刻发生换路，电路会从一种稳态逐步过渡到另一种稳态，称为动态电路，分析这个动态过程就是瞬态分析。2 描述动态电路的方程：电容C和电感L的伏安关系是微分或积分的形式，所以描述动态电路的方程是微分方程，若微分方程为一阶的，称一阶动态电路。3 换路定则：。4 。激励为正弦电源：在正弦稳态电路中，先用相量法或待定系数法求出换路前的稳态值，然后令t=0_，求得。5 时刻等效电路及其他初始值

3、的计算：电容等效电压源，电感等效电流源，电压源、电流源分别取值，电源性质不变，受控源、电阻不变。6 零输入响应：在电源激励为零的情况下，由动态元件的初始值引起的响应。7 零状态响应：在动态元件初值为零的状态下，由独立电源引起的响应。8 全响应：在电源激励和动态元件初值均不为零时所产生的响应。9 全响应=零状态响应+零输入响应10 时间常数 对于RC电路， ；对于RL电路，；特别指出：R是电容C或电感L以外的戴维宁等效电路的等效电阻。的大小反映了响应衰减的快慢，越大，响应衰减慢；越小，响应衰减快。过渡过程的时间一般取（35）。11. 三要素法求解一阶电路:三要素是指初始值，稳态值，时间常数。无论

4、求零输入响应，零状态响应还是全响应，均可用三要素法来分析计算，而无须求解微分方程。这样大大简化了求解过程。12. 激励为正弦电源一阶电路的动态响应其中为换路后稳态响应，是时稳态响应的初始值。实例：把R=20，C=400的串联电路，在t等于0时刻接到的电压上，求接通后，电容上的电压。3、 仿真实验设计 如图所示仿真电路：求由上可知，的峰值为：115.004V、114.140V，与理论结果115.03V近似相等由题可知，T=20ms，与理论值近似相等。由图可知，通过仿真数据，计算所得结果和理论结果近似相等。4、 总结1 通过这次仿真，对正弦激励下的RC一阶电路更加了解，知道了初始值、稳定值的求法及

5、一些参数的仿真方法。2 注意使用示波器时，调整到合适的幅值。3 注意时间常数的求法。 实验二、二阶电路的响应及其特点1、 实验目的1 熟悉二阶电路的时域分析法，二阶电路微分方程的列写及求解过程2 熟悉RLC二阶电路零输入响应及电路的过阻尼，临界阻尼和欠阻尼状态3 学习利用EWB仿真软件仿真电路，并观察三态波形状态4 学习使用multisim仿真软件进行电路模拟。2、 实验原理及实例1.如果建立的电路微分方程是二阶的，被称为二阶电路。经典法分析二阶电路的基本步骤：先选择适当的电路变量，一般选或作未知量，然后根据KCL，KVL，VCR列出电路的微分方程，全响应也可分解为强制分量和自由分量。强制分量

6、是由输入强制作用电路最终达到的稳态值，是非齐次方程的特解，由电源的特性决定；自由分量是齐次方程的通解，解的形式由电路本身的结构和参数决定，与输入无关。二阶电路中过渡过程的基本特征就是自由分量的变化规律所决定。（1）根据KCL，KVL及元件的VCR写出以或为变量的二阶微分方程 当时，方程为齐次方程；当时，方程为非其次方程。（2）由和 确定电路的初始状态，或，的值（3）求稳态分量：即非其次方程的特解，这是由电源的特性决定。当极力为恒定电源 时，稳态分量也为常数；当激励为正弦量时，稳态分量也为同频率的正弦量。（4）求稳态分量；即齐次方程的通解。根据特征根和的不同，齐次方程的通解 一般分为三种情况：1

7、 为两个不等的实根（称过阻尼状态）2 为相等实根（称临界状态）3 为共轭复数（称欠阻尼状态）（5）全响应：，由初始条件，由初始条件， 确定或 等待定常数，得出全响应。2. 二阶电路零输入响应分析如图7-1所示RLC串联电路的零输入响应，以电容电压为变量，电路的微分方程为 以上二阶微分方程的特征方程为 方程的特征根为 设，由微分方程知，求解以为变量的二阶微分方程， 除已知外，还须知道值。 特征根也称电路的固有频率，根据P的表达式，根号内的值有可能大于零，等于零 或小于零，以下分几种情况进行讨论。 (1) 和为不相等的负实根（，过阻尼） 的表达式： 由初始条件： 求出和。 （2）和为相等的负实根（

8、，临界阻尼） 的表达式： 由初始条件 ： 求出和。 （3）和为共轭复根（，欠阻尼） 的表达式： 由初始条件 ： 求出A和。 实例：如图所示电路中开关S闭合已久，t=0时将S打开，求、。 S + + 100 1V 500 3.85H - _ 解：t0后，电路的微分方程为 特征方程： 解得特征根： 为共轭复根 其方程的通解： 根据初始条件： 解得： 所以 3、 仿真实验设计 (1)R=500,电路处于过阻尼状态。 需要观察电容电压的波形和电感电流的波形，由于示波器不能直接测得电流，所以使用电流控制电压电源，V=I，测得波形极为电流的波形。 过阻尼曲线电压波形电流波形（2） R=98，电路处于临界阻尼状态。临界阻尼曲线电压波形电流波形（3） R=50，电路处于欠阻尼状态。欠阻尼曲线电压波形电流波形4、 实验小结1 处理二阶电路，在解方程时注意齐次与非其次解时的结合2 特征方程中根分