基于Multisim10的动态电路仿真研究

1、基于Multisim10的动态电路仿真研究论文导读：动态电路是指含有储能元件L、C的电路，储能元件在电路中有充能量聚集、放能量释放电现象。RL电路的零状态、零输入响应类似于RC电路，我们这里不再赘述原理，直接对电路进行仿真，观察其响应波形。Multisim10仿真软件有其自身的优点，诸如仿真界面直观、操作简便、易学易用、仿真分析功能强大等，通过上述电路设计仿真实例可以看出，使用该软件可以较简便的建立所需的设计电路，并能够快速且准确地对所设计的电路进行性能仿真与分析，与传统的实验方法比拟，节省了时间及实际元器件的电路搭接和调试的过程，不仅省时省力，提高了电路设计的质量，还调动了学生的积极性。关键

2、词：动态电路，仿真，Multisim100.引 言动态电路是指含有储能元件L、C的电路，储能元件在电路中有充能量聚集、放能量释放电现象。L、C的能量不能突变，也就是说，能量的聚集或耗散是需要时间的。动态电路的分析是指当电路发生换路后,电路中电压、电流随时间变化的规律。描述动态电路的方程用微分方程，电路的阶数决定微分方程的阶数。1. 一阶电路分析与仿真含有一个储能元件和电阻的电路称为一阶电路，有RC、RL电路两种。一阶电路的暂态特性公式为：式中，为电压或电流信号；为电压或电流的稳态值；为初始值；为时间常数。1.1 RC电路RC电路在阶跃信号作用下，电容器充电，电容器上的电压按指数规律上升，即：，

3、随时间上升的规律可用曲线表示，如图1(a)。当电路到达稳态后，并将电源撤掉时，电容器C通过电阻放电，其电压按指数规律衰减，即：，随时间衰减的规律可用曲线表示, 如图1(b)。成为电路的时间常数，它的大小决定了过渡过程进行的快慢，其物理意义是电路零输入响应衰减到初始值的36.8%所需要的时间，或者是电路零状态响应上升到稳态值的62.3%所需要的时间。虽然真正到达稳态所需要的时间为无穷大，但通常认为经过(3-5)的时间，过渡过程就根本结束，电路进入稳态。动态电路的过渡过程是十分短暂的单次变化过程，而且时间常数均较小，在毫秒甚至微秒级，电路会很快到达稳态，一般仪表尚来不及反映，过渡过程就已经消失。因

4、此，我们在设计电路的时候，以能够完整观测到一阶电路的零输入响应、零状态响应的过渡过程为目的，选择适当的R、C以及相应的外加鼓励源串连构成RC电路，用示波器观察周期变化的电压波形。本文中使用脉冲信号源作为实验电源，电容器通过电阻充、放电，方波周期性重复出现，电路就不断地进行充电、放电。用同样地方法也可观察RL电路地过渡过程。RC仿真电路如图2所示。在图2中电路输入端口加上幅度为10V，频率为1KHz的方波信号时，在输出端口的响应曲线如图3所示。图2 RC电路(a) (b)图3 电容充放电波形图结果分析：因为,即上升时间(下降时间)在电容值一定时，其时间与电阻值成正比，也就是说，在图2中，当电容值

5、为不变，电阻值从变为时，时间常数值发生变化，波形的上升时间和下降时间都增加了，如图3(a)(b)所示。1.2 RL电路RL电路的零状态、零输入响应类似于RC电路，我们这里不再赘述原理，直接对电路进行仿真，观察其响应波形。RL仿真电路如图4所示。当鼓励信号幅度为5V，频率为1000Hz时，在输出端口的响应曲线如图5所示。图4 RL电路(a)(b)图5 电感上的响应曲线结果分析：因为,即上升时间(下降时间)在电感值一定时，其时间与电阻值成反比，也就是说，在图4中，当电感值为不变，值随电阻值的增大而减小，如图5(a)(b)所示。值的计算非常简单，这里不再详细列举。2. 二阶电路分析与仿真二阶电路的组

6、合形式较多，我们以一个RLC串连电路为例分析其电特性，其对阶跃信号响应的微分方程为：其特征方程为：方程的根为：式中，为衰减系数，为自然谐振频率。1，即时，称为过阻尼，响应为非振荡型；2，即时，称为临界阻尼，响应为临界振荡型；3，即时，称为欠阻尼，响应为振幅按指数衰减的正弦振荡。当鼓励信号幅度为5V，频率为50Hz方波时，在输出端口的响应曲线如图7所示。图6 RLC串联电路图7 RLC串连电路的输出响应曲线结果分析：从电路图中的元件参数可进行简单计算，显然，,即，电路处于欠阻尼状态，响应曲线为振幅按指数衰减的正弦振荡。3. 结束语Multisim10仿真软件有其自身的优点，诸如仿真界面直观、操作简便、易学易用、仿真分析功能强大等，通过上述电路设计仿真实例可以看出，使用该软件可以较简便的建立所需的设计电路，并能够快速且准确地对所设计的电路进行性能仿真与分析，与传统的实验方法比拟，节省了时间及实际元器件的电路搭接和调试的过程，不仅省时省力，提高了电路设计的质量，还调动了学生的积极性。【参考文献】【1】 金波.电路分析实验教程. 西安:西安电子科技大学出版社,2021: 168-176。【2】 王廷才. 电工电子技术 EDA仿真实验. 北京: 机械工业出版社，2002。【3】 金波.电路分析根底. 西安:西安电子