二阶暂态分析.docx

《二阶暂态分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《二阶暂态分析.docx（18页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、课程设计任务书学生姓名:李军专业班级:电信0902指导教师:李庆工作单位:信息工程学院题 目：电路CAA课程设计基于PSpice的二阶电路的暂态分析初始条件：1. 提供实验室机房及其PSpice软件；2. 选RLC串联或GCL并联电路。要求完成的主要任务：(包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要 求)：1、熟练运用PSpice软件创建电路、模拟电路、显示或绘制结果；2、使用该软件进行二阶电路的零状态响应分析(分三种情况：过阻尼、欠阻尼、临界阻尼讨论)；3、独立完成课程设计说明书，课程设计说明书按学校统一规范来撰写，具体包括：(1)目录；(2)理论分析；(3) 程序运行结果及图表

2、分析和总结；(4) 课程设计的心得体会(至少800字，必须于写)；(5) 参考文献(不少于5篇)。时间安排：(1) 布置课程设计任务，查阅资料，(2) 用Pspice软件进行电路分析(3) 完成课程设计报告书及答辩学习Pspice软件两天；天半；天半；指导教师签名：系主任(或责任教师)签名：年年1月日月日目录摘要I1 Pspice 的简介 11.1 Pspice 的起源与发展11.2 Pspice 的组成11.2.1 电路原理图编辑程序 Schematics 11.2.2 激励源编辑程序Stimulus Editor 11.2.3 电路仿真程序 PSPICE A/D 11.2.4输出结果绘图程

3、序Probe 21.2.5模型参数提取程序Model Editor 21.3 Pspice 的模拟功能21.3.1 直流分析21.3.2 暂态分析21.3.3交流分析31.3.4灵敏度分析31.3.5统计分析32 原理分析42.1 二阶电路原理图42.2原理说明43 仿真、产生曲线及运行结果63.1临界阻尼情况63.2 欠阻尼情况73.3 过阻尼情况84 仿真结果分析104.1临界阻尼情况104.2过阻尼情况104.3欠阻尼情况105 总结10126 心得体会11 参考文献摘要当电路中具有一个电感和一个电感的时候，就组成了一个简单的二阶电路。二阶电路 的初始储能为零，仅由外施激励引起的响应称为

4、二阶电路的零状态响应。电路从一种稳态向另一种稳态转换的过程称为过渡过程，由于过渡过程一般都很短 暂，因此也称为暂态过程。此处选取GLC并联电路研究其在临界阻尼，过阻尼，欠阻尼的情况下的零状态响应。关键字：PSpice；二阶电路；零状态响应；临界阻尼；过阻尼；欠阻尼1 Pspice的简介1.1 PSPICE的起源与发展用于模拟电路仿真的SPICE软件于1972年由美国加州大学伯克利分校的计算机辅助 设计小组利用FORTR AN语言开发而成，主要用于大规模集成电路的计算机辅助设计。 SPICE的正式版SPICE 2G在1975年正式推出，但是该程序的运行环境至少为小型机。1985 年，加州大学伯克

5、利分校用C语言对SPICE软件进行了改写，并由MICROSIM公司推出。 1988年SPICE被定为美国国家工业标准。与此同时，各种以SPICE为核心的商用模拟电 路仿真软件，在SPICE的基础上做了大量实用化工作，从而使SPICE成为最为流行的电子 电路仿真软件。1.2 PSPICE的组成1.2.1电路原理图编辑程序SchematicsPSPICE的输入有两种形式，一种是网单文件形式，一种是电路原理图形式，相对而 言后者比前者较简单直观，它既可以生成新的电路原理图文件，又可以打开已有的原理图 文件。电路元器件符号库中备有各种原器件符号，除了电阻，电容，电感，品体管，电源 等基本器件及符号外，

6、还有运算放大器，比较器等宏观模型级符号，组成电路图，原理图 文件后缀为.sch。图形文字编辑器自动将原理图转化为电路网单文件以提供给模拟计算程 序运行仿真。1.2.2激励源编辑程序Stimulus EditorPSPICE中有很丰富的信号源，如正弦源，脉冲源，指数源，分段线性源，单频调频 源等等。该程序可用来快速完成各种模拟信号和数字信号的建立与修改，并且可以直观而 方便的显示这些信号源的波形。1.2.3电路仿真程序PSPICE A/D模拟计算程序是PSPICE A/D也叫做电路仿真程序，它是软件核心部分。在PSPICE 4.1 版本以上，该仿真程序具有数字电路和模拟电路的混合仿真能力。它接收

7、电路输入程序确 定的电路拓扑结构和原器件参数信息，经过原器件模型处理形成电路方程，然后求解电路 方程的数值解并给出计算结果，最后产生扩展名为.dat的数据文件和扩展名为.out的电路 输出文本文件。模拟计算程序只能打开扩展名为.cir的电路输入文件，而不能打开扩展名 为.sch的电路输入文件。因此在Schemayics环境下，运行模拟计算程序时，系统首先将原 理图.sch文件转换为.cir文件，而后再启动PSPICE A/D进行模拟分析。1.2.4输出结果绘图程序ProbeProbe程序是PSPICE的输出图形后处理软件包。该程序的输入文件为用户作业文本 文件或图形文件仿真运行后形成的后缀为.

8、dat的数据文件。它可以起到万用表，示波器和 扫描仪的作用，在屏幕上绘出仿真结果的波形和曲线。随着计算机图形功能的不断增强， PC机上windows95,98,2000/XP的出现，Probe的绘图能力也越来越强。1.2.5模型参数提取程序Model Editor电路仿真分析的精度和可靠性主要取决于元器件模型参数的精度。尽管PSPICE的模 型参数库中包含了上万种元器件模型，但有时用户还是根据自己的需要而采用自己确定的 元器件的模型及参数。这时可以调用模型参数提取程序Model ED从器件特性中提取该器 件的模型参数。3.6元件模型参数库LIB1.3 PSPICE的模拟功能1.3.1直流分析直

9、流工作点是电路正常工作的基础。通过对电路进行直流工作点的分析，可以知道电 路中各元件的电压和电流，从而知道电路是否正常工作以及工作的状态。一般在对电路进 行仿真的过程中，首先要对电路的静态工作点进行分析和计算。直流扫描分析主要是将电路中的直流电源、工作温度、元件参数作为扫描变量，让这 些参量以特定的规律进行扫描，从而获取这些参量变化对电路各种性能参数的影响。直流 扫描分析主要是为了获得直流大信号暂态特性。1.3.2暂态分析非线性暂态分析简称为暂态分析。暂态分析计。算电路中电压和电流随时间的变化， 即电路的时域分析。这种分析在输入信号为时变信号时显得尤为重要。时域分析是指在某 一函数激励下电路的

10、时域响应特性。通过时域分析，设计者可以清楚地了解到电路中各点 的电压和电流波形以及它们的相位关系，从而知道电路在交流信号作用下的工作状况，检 查它们是否满足电路设计的要求。1.3.3交流分析线性小信号交流分析简称为交流分析。它是SPICE程序的主要分析功能。它是在交流 小信号的条件下，对电路的非线性元件选择合适的线性模型将电路在直流工作点附近线性 化，然后在用户指定的范围内对电路输入一个扫频信号，从而计算出电路的幅频特性、相 频特性、输入电阻、输出电阻等。这种分析等效于电路的正弦稳态分析即频域分析。频域 分析用于分析电路的频域响应即频率响应特性。这种分析主要用于分析电路的幅频特性和 相频特性。

11、1.3.4灵敏度分析灵敏度分析包括直流灵敏度分析和蒙特卡罗分析两种。直流灵敏度分析业称为灵敏度分析。它是在工作点附近将所有的元件线性化后，计算 各元器件参数值变化时对电路性能影响的敏感程度。通过对电路进行灵敏度分析，可以预 先知道电路中的各个元件对电路的性能影响的重要程度。对于那些对电路性能有重要影响 的元件，要在电路的生产或元件的选择时给予特别的关注。1.3.5统计分析统计分析主要包括蒙特卡罗分析和最坏情况分析。蒙特卡罗分析是在考虑到器件参数 存在容差的情况下，分析电路在直流分析、交流分析或暂态分析时电路特性随器件容差变 化的情况。另一种统计分析是最坏情况分析，它不仅对各器件参数的变化逐一进

12、行分析， 得到单一器件对电路性能的灵敏度分析，同时分析各器件容差对电路性能的最大影响量 （最坏情况分析），从而达到优化电路的目的。2原理分析2.1二阶电路原理图图2-1二阶电路原理图2.2原理说明二阶电路的初始储能为零（即电容两端的电压和电感中的电流都为零），仅由外施激励引起的响应称为二姐电路的零状态响应。如上图所示， GCL并联，根据KVL有：i + i + i = I 可得：LCl + GL 虹 + i = Idt 2 dt L S这是二阶线性非齐次微分方程，它的解将由特解和对应的齐次方程的通解组成。其特解与激励的形式相同，通解与零输入响应形式相同，再根据初始条件确定积分常数， 从而得到全

13、解。LCl + GL虹 + i = I力2dt L 的特解与激励的形式相同，且为微分方程的一个解，则特解l= Is ；此微分方程的通解为其对应的齐次方程LCt2 + F + 的解。其特征方程为：LCP 2 + GLP +1 = p =-G土 ：（G）2一上其特征根为：1，2 2C2C LC根据G、L、C取值的不同，特征根存在三种不同的情况:1.1lc，G 气l时，特征根为两个不相等的实根，此时称为过阻尼情况。(G V 1CI I G G 2i2C )LC，即 T时当IL特征根为两个不相等的实根，此时称为过阻尼情况。特征根为一对共轭复根，此时称为欠阻尼情况。G = 2 即 L特征根为重根，此时称为临界阻尼情况。6心得体会参考文献1 丘关源.电路第五版.北京：高等教育出版社,2006.32 吴友宇.模拟电子技术基础.北京：清华教育出版社,2008.113 李永平. Pspice电路设计与实现.北京：国防工业出版社,2005.14 赵雅兴.PSpice与电子器件模型.北京：北京邮电大学出版社,2004.95 魏雄.orcad9.2实用教程.北京：北京国防工业出版社,2005.1本科生课程设计成绩评定表姓 名性 别专业、班级课程设计题目：课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字：年 月 日