动态电路分析仿真实验

动态电路分析仿真实验
一、实验目的
1、掌握 Multisim 编辑动态电路、设置动态元件的初始条件、掌握周期激励的属性及对动态电路仿真的方法。

2、理解一阶 RC 电路在方波激励下逐步实现稳态充放电的过程。

3、理解一阶 RL 电路在正弦激励下，全响应与激励接入角的关系。

二、实验器材
计算机、Multisim 软件
三、实验内容及分析
RC 一阶动态电路仿真实验
1． 一阶RC 电路的充、放电
在 Multisim 10中，搭建RC 充、放电仿真实验电路，如图2.2.1所示。

当动态元件（电容或电感）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称为零状态响应；如果在换路瞬间动态元件（电容或电感）已储存有能量，那么即使电路中没有外加激励电源，电路中的动态元件（电容或电感）将通过电路放电，在电路中产生响应，即零输入响应。

在 Multisim 10中，单击图2.2.1所示电路中开关J 1的控制键A ，选择RC 电路分别工作在充电（零状态响应）、放电（零输入响应）状态。

（1）RC 充电（零状态响应）
J1
C1 1uF
R110kΩV113 V J1Key = Space
C1
1uF
IC=13V 3120
7020911022易小辉7020911037谢剑萍
（2）RC 放电（零输入响应）
2． 一阶RC 电路的仿真实验。

当一个非零初始状态的一阶电路受到激励时，电路产生的响应称为全响应。

对于线性电路，全响应是零输入响应和零状态响应之和。

R1
10kΩ
C11uF
7020911022易小辉7020911037谢剑萍
XFG1
XSC1
A B
Ext Trig
+
+
_
_
+_
1
2
R=4.5K C=1UF
C=5uf R=20k
实验结论：通过实验，发现电容电压波形受 R,C 元件参数及时间常数的影响。

其中
时间常数对波形的影响从图上看：1.电容冲放电过程由近似的直线变成明显的与电压成非线形关系。

2.随着时间常数的增大，电容一次充电和放电的时间间隔明显增大。

2.5.1 RLC 串联谐振电路仿真实验
（1）测量电路谐振时的I 0、V R 、V L 、V C 、Q 。

打开仿真开关，用连接在电路中的双踪示波器分别测量激励电压源V S 和电阻R 两端的电压，如图2.5.1（a ）中所示在谐振的情况下，用示波器分别测量电感L 和电容C 两端的电压值；将测量的电感L （或电容C ）两端的电压值除以电阻R 两端的电压值，换算出电路的Q 值；用串接在电路中的电流表测量电路中流过的电流I 0，并将测量数据填入表2.5.1中。

RLC 串联谐振实验电路数据（1） f 0 /Hz V R /V V L /V V C /V Q I 0 / mA 理论计算值 0 10 1.0 仿真测量值
1585
10
99.975
100.003
10
1.0
（2）测量电路的谐振频率、幅频特性和相频特性
R110Ω
C11uF
XSC1
A B
Ext Trig
+
+
_
_
+_
L110mH V1
10 Vrms 1590 Hz 0°
U2
AC 1e-009W
1.000
A
+
-XBP1
IN OUT
U1
AC 10M W
9.997
V
+
-31
2
4
实验结论：（1）在谐振情况下，电流与电压同相位，电路呈现电阻性；
（2）电感的端电压U L与电容的端电压U C大小相等，相位相反，相互补偿，外加电压与电阻上的电压相平衡，即U R=U I ;
（3）电感或电容的端电压可能大大超过外加电压，产生过电压。

电容或电感的端电压与外电压之比为:
Q=U L/U=XLI/RI=XL/R=WOL/R,式中Q值越大，曲线越尖锐；
（4）电路的品质因数Q值越大，电路的谐振的质越高，带宽越窄，幅频特性曲线越尖锐，相频特性曲线越陡峭，对信号的选择性越好。