电路仿真实验报告

电路仿真实验报告

上海电力学院 本科课程设计

电路计算机辅助设计

（）

院 系： 电力与自动化工程学院

专业年级（班级）： 0802w1 学生姓名： 蒋超 学号： 20083510

指导教师：杨尔滨 杨欢红 刘蓉晖 李晓华 李 俊 等 成 绩：

电路仿真实验报告

一、 RC微分和积分电路

一、仿真实验目的

1掌握有关微分和积分电路的概念。

2学会利用EWB仿真电路软件观察RC微分电路和积分电路波形。

二、仿真电路设计及理论分析

1）动态电路与瞬时分析

由于电路中含有动态元件（电感C和电感L），并在某时刻发生换路（电路的结构或元件参数发生变化），电路会从一种稳定状态逐步过渡到另一种稳定状态，称为动态电路，分析这个动态过程就是瞬态分析。

2）换路定则

电路结构或元件参数的改变称为换路。设t 0时发生换路，“换路前一瞬间”记为

t 0 ，换路后一瞬间记为t 0 。对于线性电容和电感，若电容电流和电感电压为有限值，

则换路前后瞬间电容电压和电感电流保持不变。即uc(0 ) uc(0 )，iL(0 ) iL(0 )。0 时刻等效电路，即换路前的结构，由换路前的稳定状态求uc(0 )、iL(0 )。0 的等效电路就是换路后的等效电路，电容C等效为电压源，其电压uc(0 ) uc(0 )；电感L等效为电流源，其电流iL(0 ) iL(0 )。

3）时间常数

对于RC电路， =RC；对于RL电路， =L/R；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。

反映了响应衰退的快慢， 越大，响应衰减慢； 越小，响应衰减快。过渡过程的时间一般取（3~5） 。

4）微分电路和积分电路

微分电路和积分电路是RC一阶嗲记录中比较典型的电路，它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。一个简单的RC串联电路，在方波序列的重复激励下，当满足

，且由R两端的电压作为响应输出，则该电路就 =RC T/2时（T为方波脉冲的重复周期）

是一个微分电路。因为此时电路的输出信号电压与输入电压信号的微分成正比。如图2-1所示。

C R

u

iui Rc T/2R R

T

图2-1微分电路 图2-2 积分电路

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若将图2-1中的R与C位置调换一下，如图2-2所示，由C两端的电压作为响应输出，且当电路的参数满足Rc T/2，则该RC电路称为积分电路。因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。利用积分电路可以将方波转变成为三角波。

三、仿真实验测试

通过微分和积分的电路的原始图用仿真实验观察其波形了解其特性。

具体步骤：

利用仿真电路观察微分和积分电路的波形，微分仿真电路如图2-8所示。

图2-8微分仿真电路图

通过示波器观察微分电路的图形如图2-9所示

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图2-9 微分电路波形图 积分仿真电路图如图2-10所示，

图2-10积分仿真电路图

通过用示波器观察积分电路的波形，如图2-11所示。

图2-11积分电路波形

通过观察波形图我们很容易发现微分电路与积分电路的特性。

四、结论

理论计算结果与仿真测量结果有一定的误差。主要原因是：

理论计算是理想状态的分析结果，仿真电路比较接近实际测量情况。比如，电压表和电流表都有内阻存在，会对测量产生一定的影响。通过开关观察电流值是由于开关的打开或者闭合中存在一定的时间因此误差在所难免。只要我们只要认证准备仿真试验，调整好电压电流表的内阻尽力去减小各种因素的影响，就可以得到较好的仿真结果。

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二、二阶电路响应的三种状态轨迹及其特点

一、仿真实验目的

1、熟悉二阶电路的时域分析法；

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。

二、仿真电路设计及理论分析

1、二阶电路的微分方程及响应

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uc或iL作未知量，然后根据KCL、KVL、VCR列出电路的微分方程。

（1）根据KCL、KVL及元件的VCR写出以uc或iL为变量的二阶微分方程

df(t)d2f(t)

+ a1+ a0 f(t) = s (t) 2

dtdt

当s(t) = 0时，方程为齐次方程；当s(t) ≠ 0时，方程为非齐次方程。

（2）由uc(0+)=uc(0_)和iL(0+)=iL(0_) 确定电路的初始状态，uc(0+)，

ducdiL

t 0 或iL(0+)，t 0 的值。 dtdt

（3）求稳态分量fp：即非齐次方程的特解，这是由电源的特性决定。当激励为恒定电

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）求瞬态分量fh：即齐次方程的通解。根据特征根P1和p2的不同，齐次方程的通

解一般分为三种情况：

P1不等于P2为两个不等的实根（过阻尼状态） fh=A1e

p1t

+ A2e

p2t

P1等于P2等于P为相等实根（临界状态） fh=(A1+A2t)e

pt

P1,2 = - j 为共轭复数（欠阻尼状态） fh= e

t

Asin( t+ )

2、二阶电路零输入响应

分析如图所示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

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ducd2uc

LC+ RC+ uc =0

dtdt2

以上二阶微分方程的特征方程为 LCp+ RCp + 1 = 0

2

方程的特征根为p1,2 = -

RR1

()2

2L2LLC

设uc(0+)=Uo,iL(0+)=Io,由微分方程可知，求解以uc为变量的二阶微分方程，除已知 uc(0+)外，还需知道

duc

t 0 值。 dt

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，以下分为几种情况讨论。 （1）p1和p2为不相等的负实根（R>2

L

,过阻尼） C

p1,2 = -

RR1 ()2 2L2LLC

+ A2e

p2t

uc= A1e

p1t

uc(0+)=A1+A2 iL(0+)=-C（A1p1+A2p2） 求出A1和A2

（2）p1和p2为相等的负实根（R=2

L

,临界阻尼）

C

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p1,2 = -

R

2L

pt

uc=(A1+A2t)e

uc(0+)=A1 iL(0+)=-C（A1p+A2）求出A1和A2

（3）p1和p2为共轭复数(R<2

P1,2 = - j uc= e

t

L

,欠阻尼） C

Asin( t+ ) uc(0+)=Asin iL(0+)=-C（-A sin A cos ）

求出A和

三、仿真实验测试

L=1H C=1F 过阻尼状态

电阻为3Ω，满足R>2

L

C

电感电压和电容电压波形如下图示波器所示

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电流波形如下图示波器所示

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临界阻尼状态 电阻为2Ω，满足R=2

L

C

电感电压和电容电压波形如下图示波器所示

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电流波形如下图示波器所示

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