【毕业学位论文】(Word原稿)基于Multisim7动态电路仿真实验研究-电气自动化技术

义乌工商职业技术学院 毕业设计（论文） ( 2007 届 ) 题目 ： 基于 态电路 仿真实验研究 系 别 计算机工程系 专 业 计算机技术与应用 班 级 04 计 1 班 学生姓名 赵 娜 学 号 04111108 导师姓名 张恩沛 成 绩 2007 年 5 月 25 日 - 1 - 目 录 摘要 2 一、引言 3 二、一阶动态电路 3 （一）电容器充电和放电 3 3 4 （二）零输入响应 4 4 4 （三）零状态响应 4 4 5 （四）全响应 5 5 6 三、二阶动态电路 6 （一）基本概念 6 （二）零输入响应 6 6 7 （三）全响应 7 7 7 四、总结 7 参考文献 7 谢辞 8 - 2 - 基于 态电路仿真实验研究 计算机工程系 04 计 1 班 赵 娜 指导教师：张恩沛 摘 要 :含有电容和电感元件的电路称为动态电路，动态电路方程是以电流和电压为变量的微分方程。在动态电路中，电路响应不仅与激励有关，而且与动态元件的初始储能有关。电路的响应可分为零输入响应、零状态响应和全响应，动态电路又分为一阶电路和二阶电路，使用常规实验分析非常复杂。 本课题提出了基于 真实验研究的方案，解决动态电路的实验分析困难。许多难以理解的内容，通过仿真实验平台，模拟动态环境，电路波形直观易懂地显示出来，收到了事半功倍的效果。 关键词 : 动态电路 仿真 实验 - 3 - 基于 态电路仿 真实验研究 一、引言 许多电路不仅包含电阻元件，而且还包含电容元件和电感元件。电感和电容被称为动态元件。含有动态元件的电路称为动态电路。 在动态电路中，电路的响应不仅与激励有关，而且与各动态元件的初始储能有关。从产生电路响应的原因上分析，电路的响应可分为零输入响应、零状态响应和全响应。 描述动态电路的方程是微分方程，通常可以通过 元件的伏安关系(建立。如果电路中只有一个动态元件，则所得的是一阶微分方程，相应的电路称为一阶电路，如果电路中含有两个动态元件，则称为二阶电路，其所得的方程为 二阶微分方程。 通过动态电路仿真实验研究，可以加深对动态电路特性的理解，加深对 路、 路和 路的动态过程的理解。 二、一阶动态电路 （一）电容器充电和放电 电容元件是储存电能的元件，是实际电容器的理想模型。在电容元件上电压与电荷参考极性一致的条件下，在任意时刻，电荷量与其端电压的关系为： Q(t) C U(t) 1、仿真实验 电路如图 1 所示，当电容器充、放电时，用示波器观察电容器两端电压波形。 图 1 电容器充放电电路 当开关 合时，电容通过 电；当开关 开时，电容通过 电，电容器的充、放电时间一般为 4 。将开关 复打开和闭合，就会在示波器的屏幕上观测到如图 2 所示的输出波形，这就是电容器充、放电时电容器两端的电压波形。 - 4 - 2、电压波形 图 2 电容两端的电压波形 （二）零输入响应 1、仿真实验 一阶电路仅有一个动态元件 (电容或电感 )，如果在换路瞬间动态元件已储存有能量，那么即使电路中无外加激励电源，电路中的动态元件将通过电路放电，在电路中产生响应，即零输入响应。对于图 1 所示电路，当开关 合时电容通过 电，电路达稳定状态，电容储存有能量。当开关 开时，电容 通过 电路中产生响应，即零输入响应，仿真波形如图 3 所示。 2、电压波形 图 3 零输入响应波形 （三）零状态响应 1、仿真实验 当动态电路初始储能为零 (即初始状态为零 )时，仅由外加激励产生的响应就是零状态响应。对于图 1 所示的电路，若电容的初始储能为零。当开关 合时电容通过 电，响应由外加激励产生，即零状态响应，波形如图 示。 2、电压波形 图 4 零状态响应波形 - 5 - （四）全响应 1、仿真实验 当一个非零初始状态的电路受到激励时，电路的响应称为全响应。对于线性电路，全响应是零输入响 应和零状态响应之和。用 真该电路的全响应。电路如图 5 所示。 图 5 全响应电路图 该电路有两个电压源，当 入电路时电容充电，当 入电路时电容放电(或反方向充电 )，其响应是初始储能和外加激励同时作用的结果，即为全响应。反复按下空格键使开关反复打开和闭合，通过 真软件中的示波器就可观察到电路全响应波形，如图 6 所示。 2、电压波形 图 6 全响应波形 三、二阶动态电路 （一）基本概念 当电路中含有两个独立的动态元件时，描述电路的方程就是二阶常系数微分方程。对于 联电路可以用二阶常系数微分方程来描述，当外加激励为零时，描述电路的微分方程为： 0 d R C Ud t d t - 6 - （二）零输入响应 1、仿真实验 仿真电路如图 7 所示，试用 真该电路的零输入响应。 图 7 联电路 当开关 合时，电源给储能元件提供能量，其响应是外加激励产生的，即零状态响应。当闭合的开关打开后，电路的响应是储能元件的储能产生的，即零输入响应。由于 R2 /电路的响应为欠阻尼的衰减振荡过 程。通过 图 8 所示。 2、电压波形 图 8 阻尼波形图 （三）全响应 1、仿真实验 仿真电路如图 9 所示，用 仿真该电路的响应。 - 7 - 图 9 联电路 该电路中，信号源为 件中的函数信号发生器，输出频率为 响应是初始储能和外加激励同时作用的结果，即为全响应。通过 仿真软件中的示波器就可观察到全响应过程，该电路的输入、输出信号如图 10 所示。 2、 电压波形 图 10 过阻尼波形图 四 总 结 包含电容和电感动态元件的电路称为动态电路，动态电路的方程是以电流和电压为变量的微分方程。电路的响应可分为零输入响应、零状态响应和全响应，电路分析非常复杂。 本课题提出了采用基于 真实验研究的方案，解决动态电路的实验研究困难。许多用难以理解的内容，可以通过仿真波形直观易懂地表现出来。实施软硬结合、虚实结合，模拟逼真的实验环境，收到了事半功倍的效果。 通过动态电路仿真实验研究，可以加深理解动态电路的基本原理和动态元件L、 C 的基本特性，加深理解 路、 路和 路的动态过程。 - 8 - 参考文献： 1 熊 伟 主编 路实践及仿真应用 M华大学出版社 2 赵世强等编 术 M子工业出版社 3 朱力恒主编 M子工业出版社 4 李新平编著 M械工业出版社 5 李中发主编 M国水利水电出版社 - 9 - 谢 辞 : 在这次的毕业设计中，让我深深地体会到动态电路的仿真实验研究不是一件简单的事情，它需要有全面的专业知识、缜密的思维、严谨的工作态度以及较高的分析问题、解决问题的能力，而我在很多方面还有欠缺。 在张恩沛老师的耐心指导和帮助下，使我能够一步步地去认识并掌握基本原理和实验研究技术。我衷心地感谢老师和