郑州航空工业管理学院
《电子信息系统仿真》课程设计级专业班级
题目一阶动态电路特性分析与仿真
姓名学号
指导教师
二О一一年十二月八日
内容摘要
本次设计通过MATALAB编程可以对一阶动态电路特性进行可视化的观测与分析，构建各种响应的波形图，其中包括RC串联电路及RL并联电路的零输入响应、零状态响应、正态激励响应、及冲击响应等。MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。通过MATALAB绘制波形图能够更加直观的观测到各个响应的动态工作状况。
关键字
MATLAB；测试和仿真；图形处理；一阶动态电路特性
一、M ATLAB软件简介
MATLAB功能丰富，可扩展性强。MA TLAB软件包括基本部分和专业扩展两大部分的功能。基本部分包括：矩阵的运算和各种变换；代数和超越方程的求解；数据处理和傅立叶变换；数值部分等等，可以充分满足大学理工科本科的计算需要。扩展部分称为工具箱。它实际上是用MATLAB的基本语句辩称的各种子程序集，用于解决某一方面的专门问题，或实现某一类的新算法。
MATLAB 具有以下基本功能：
（1）数值计算功能；
（2）符号计算功能；
（3）图形处理及可视化功能；
（3）可视化建模及动态仿真功能。
MATLAB有数百个核心内部函数，数十个形形色色的工具箱。工具箱大致可以分为两大类，——类是学科性工具箱，另一类是功能性工具箱。学科性工具箱大都涵盖了本学科所有的已有的基本概念和基本运算，大都十分专业。如符号数学工具箱，简直就是一个高等数学、工程数学解题器。极限、导数、微分、积分、级数运算与展开、微分方程求解、Laplace变换等应有尽有。还有控制系统、信号处理、模糊逻辑、神经网络、小波分析、统计；优化、金融预测等工具箱，无一不是非常优秀的运算工具。这些工具箱都可以添加自己根据需要编写的函数，用户可以不断更新自己的工具箱，使之更适合于自己的研究和计算
二、 理论分析
2.RC 串联电路及RL 并联电路的零输入响应
动态电路中无外施激励电源，仅由动态元件初始储能所产生的响应，称为动态电路的零输入响应。 2.1 RC 串联电路的零输入响应
在图3.1所示的RC 电路中，开关S 打向2前，电容C 充电，
U
u u C R =+。当开关S 打向2后，电压C R u u =，电容储存的能量将通过
电阻以热能的形式释放出来
图2.1 RC 电路的零输入响应
此时可知RC 电路零输入时电路中的电流为t
RC o e
R U i 1
-=；电阻上的
电压为t RC
o C R e
U u u 1
-
==；
源程序：
U0=2;R=2;C=0.5; t=[0:0.05:1.5];
Ic=U0/R*exp(-t/(R*C)); Uc=U0*exp(-t/(R*C)); subplot(1,2,1 );
plot(t,Uc);
xlabel('t')
ylabel('Uc')
subplot(1,2,2 );
plot(t,Ic );
xlabel('t')
ylabel('Ic')
2.2 RL并联电路的零输入响应
在图2.3所示的RL电路中，开关S动作之前，电压和电流已恒
定不变，电感中有电流
)
0(
-
=
=i
R
U
I o
o。在t=0时开关由1打到2，具有
初始电流o I的电感L和电阻R相连接，构成一个闭合回路。
图2.2 RL电路的零输入响应
此时可知RL电路零输入时电路中的电压为
t
L
R
o
e
RI
u-
=；电感上
的电流为
t
L
R
o
R
L
e
I
i
i-
=
=；
源程序：
I0=2;R=2;L=0.5;
t=0:0.05:1.5;
IL=I0*exp(-t*R/L);
UL=I0*R*exp(-t*R/L); subplot(1,2,1 ); plot(t,UL);
xlabel('t');
ylabel('UL');
subplot(1,2,2 );
plot(t,IL);
xlabel('t');
ylabel('IL');
3.RC 串联及RL 并联电路的直流激励的零状态响应
零状态响应就是电路在零初始状态下（动态元件初始储能为零）由外施激励引起的响应。
3.1 RC 串联电路的直流激励的零状态响应
在图3.1所示的RC 串联电路中，开关S 闭合前电路处于零初始状态，即0)0(=-C u 。在t=0时刻，开关S 闭合，电路接入直流电压源
s
U 。根据KVL ，有s C R U u u =+。
图3.1 RC 电路零状态响应
此时可知RC电路零状态时电路中的电流为
t
RC
s e
R
U
i
1
-
=
；电阻上的
电压为
t
RC
s
R
e
U
u
1
-
=，电容上的电压为)
1(
1
t
RC
s
C
e
U
u-
-
=；
Us=2;R=2;C=0.5;
t=0:0.05:10;
Ic=Us/R*exp(-t/(R*C));
Uc=Us*(1-exp(-t/(R*C)));
subplot(1,2,1 );
plot(t,Uc);
xlabel('t')
ylabel('Uc')
subplot(1,2,2 );
plot(t,Ic );
xlabel('t')
ylabel('Ic')
3.2 RL并联电路的直流激励的零状态响应
