二阶电路仿真

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五.实验报告 实验报告
1.根据观测结果，在方格纸上描绘二阶电路过阻 根据观测结果， 根据观测结果 尼、临界阻尼和欠阻尼的响应波形 2.测算欠阻尼振荡曲线上的衰减常数和振荡频率。 测算欠阻尼振荡曲线上的衰减常数和振荡频率。 测算欠阻尼振荡曲线上的衰减常数和振荡频率 3.归纳、总结电路元件参数的改变对响应变化趋 归纳、 归纳 势的影响。 势的影响。
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R2
r=4
图用瞬态分析方法观察 用瞬态分析方法观察RLC并联电路的零状态响应。 并联电路的零状态响应。 用瞬态分析方法观察 并联电路的零状态响应 在进行瞬态分析时，直流电源保持常数， 在进行瞬态分析时，直流电源保持常数，交流信号源 随着时间而改变，电容和电感都是能量储存模式元件。 随着时间而改变，电容和电感都是能量储存模式元件。 1 1.创建如图 创建如图13-7所示的仿真实验电路。 所示的仿真实验电路。 创建如图 所示的仿真实验电路 + 2.选择菜单栏 选择菜单栏Analysis（分 （ 选择菜单栏 1K 10mH 0.1µ 中的Transient（瞬态 析）中的 （ 1A 分析）。根据对话框的要求， ）。根据对话框的要求 分析）。根据对话框的要求， 设置参数。 设置参数。
电路元件参数 R0 k
2
图-3 电路响应理论值 理论值 ωO r/s
105
电路响应uC测量值 C uf Td s U1m v U2m v α ωd r/s
R k
L mH 10 10 10 10 10
α
ωd r/s
0.01
0.1 0.001 长江大学电工电子实验中心龙从玉

基于OrCAD/PSpice的二阶动态电路的计算机仿真分析摘要：关键词：OrCAD/PSpice；二阶动态电路；仿真分析引言OrCA D/PSpice是EDA套装软件，专门供设计电路图及相关图表，设计印刷电路板所用的印刷图，及电路的模拟之用。

它不仅可以对模拟电路、数字电路、数/模混合电路等进行直流、交流、瞬态、Fourier、参数扫描等基本电路特性的分析，而且可以进行蒙托卡诺（Monte Carlo）统计分析，最坏情况（Worst Case）分析、优化设计等复杂的电路特性分析。

它不需要人工列写复杂的方程和编写计算机程序，采用图形化和程序化相结合的操作模式。

在电路绘制程序Capture环境下绘制电路图，设置仿真分析类型及相应的分析参数，在Pspice环境下执行仿真，仿真结果可以从相应的文本文件输出，也可以从其波形模块Probe窗口输出。

在实验室中二阶电路的搭建和参数修改受时间和器件的制约。

在收集和分析实验数据时需要进行人工大量的数学运算，对电路特性的定量定性分析有不便之处。

无法从微观的角度深度分析，对电路特性的理解不够深刻。

以OrCAD为研究平台，通过电子器件模型仿真得到的电路形，具有直观性强，交互性好。

对电路特性的理解时常常要从微秒级、毫秒级和秒级等不同时间尺度入手，实验参数较多，且电压、电流和功率的等级差别较大等等，仿真分析却不受设备仪器的限制。

二阶电路理论分析二阶电路的零状态响应图 R 、L 、C 串联电路图表所示R 、L 、C 串联电路是典型的二阶电路。

其电路方程为⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧======++-++-+C I C i C i dtdu U u u u u dt du RC dt u d LC L L c c c s c cc 002)0()0()0()0()0(2电路的零状态响应只与电路的参数有关，对应不同的电路参数，其响应有不同的特点：当R ＞C L2时，零状态响应中的电压、电流具有非周期的特点，称为过阻尼状态。

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实验内容：
观察并纪录RLC串联电路,、的零输入响应、零
状态响应 。实验线路原理图如图11-8所示。
CH1 观察us波形
仿真： 选取f =5kHz 左右, C=2200PF, 5600PF, 0.01uF , L=10mH, R=10K
L
CH2
us
周期方波 发生器
+
R
C
+ uc -
观察uc波形
Td t2 t1
2 d Td
-U2m
t1
t2 t
由于: u c Ae t sin( t ) -U1m 而峰值时 sin( t ) 1
U 1m e (t2 t1 ) 得 U 2m
t1 t 2 U Ae U Ae 故： , 1m 2m
阻尼时us (t). uc (t) 波形。如图10-4所示。 方法：打开开关，按“暂停”按钮。
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仿真示例
减小R到64%左右，调节示波器参数，观察临
界阻尼时us (t). uc (t) 波形。如图10-5所示。 方法：打开开关，按“暂停”按钮。
7
仿真示例
减小R到16%左右，调节示波器参数，观察欠
2、计算 及
d
,以仿真示例中欠阻尼为例
2 2 3.14 d T d 215.4 10 6 2.9110 4 raU1m=4.45V, U2m=0.98V;
1 U1m ln Td U 2 m 1 4.45 ln 6 215.4 10 0.98 7024
R 1600 8000 2 L 2 0.1
1 1 O LC 0.1 0.0110 6 3.16 10 4 rad / s

0)1! !! !" # "! $ %! $! !-" /
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#" $%& 二阶电路的分析
在理论教学中， ,-. 二阶电路的分析是一个 教学重点和难点。分析 ,-. 二阶电路的响应， 通 常是建立描述电路的微分方程， 然后求解方程， 比 较麻烦； 若通过实验用硬件电路来实现， 对实验条 件的要求也很高。本文通过 %&’()*)+ 仿真软件对 ,-. 二阶电路的响应进行了分析和仿真， 弥补了 手工计算和实验的不足， 增强了学生分析和解决 问题的能力。 如图 # 所示的 ,-. 二阶电路， 已知 ! / 0 #" 1， " 0 # !2， # 0 $ 3" ， $ 0 # 4， 开关 / 原来闭合在触 点 # 处， % 0 " 时， 开关 / 由触点 # 接至触点 5 处， 求 解 &. ， &- 。
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#! !-" ".
图 ’" $%& 仿真电路
将电阻 # 减小为 # 3" 时， 若满足 # 6 5
’" 电路仿真
首先， 我们利用 %&’()*)+ 仿真软件建立如图5
收稿日期： 5""89"$9#:
电路的瞬态响应为振荡性的， 称为欠阻尼状态， 仿 真结果如图 $ 所示。从图上可以看出， &. 与 &- 均 ! !
・ $3,・
图 !" 过阻尼状态电路响应仿真
图 $" 临界阻尼状态响应仿真
图 #" 欠阻尼状态电路响应仿真
呈现衰减振荡的状态， 储能元件周期性交换能量。 当 ! ! " #! 时， 满足 ! ! "