线性电路的仿真

线性电路的仿真

      通过使用OrCAD软件对线性电路进行仿真,验证无源RLC电路的特性,初步了解OrCAD的使用方法。

一、实验原理

(一OrCAD的使用

1、电路原理图输入Capture操作步骤

      启动OrCAD/Capture,创建新项目,电路原理图编辑,修改电路原理图,电路原理图保存,电路的PSpice仿真。

2、电路仿真PSpice操作步骤

      绘制电路原理图,设置仿真分析类型和参数,放置测量仪器探头,执行PSpice仿真分析,电路仿真结果分析。

(二)无源RLC线性电路特性

      对于一阶或二阶因果系统,输入信号vi(t)、输出信号vo(t)之间的关系可分别由一阶或二阶微分方程来表示,系统传递函数H(s)也分别为一阶或二阶有理多项式分式,分别具有一个或二个极点。

      由电阻、电容、电感等元件可组成n阶线性系统。利用电容、电感等电抗元件的特性,可以组成n阶低通、高通、带通或带阻电路。如果只用一个电抗元件,则电路为一阶系统。相应地,组成二阶系统则至少用二个电抗元件。

      低通、高通、带通或带阻电路又称为滤波器,为信号频率选择系统。如果电路允许低频信号通过,而抑制高频信号的输出,则该系统称为低通滤波器。如果电路允许高频信号通过,而抑制低频信号的输出,则该系统称为高通滤波器。如果电路允许中心频段内信号通过,而抑制其余频段信号的输出,则该系统称为带通滤波器。如果电路抑制中心频段内信号通过,而允许其余频段信号的输出,则该系统称为带阻滤波器。

 

二、实验内容

)一阶低通和高通电路仿真分析

1、一阶RC低通电路的阶跃响应

      信号源为1V电压峰峰值、30μs周期的方波(VPULSE)。采用瞬态仿真分析方法。

      测量电路输出电压终值、电路的时间常数τ、时间持续5τ时电路输出电压值与电压终值的比值。并将上述测量值与理论公式进行比较。

2、一阶RC高通电路的阶跃响应

      信号源为1V电压峰峰值、30μs周期的方波(VPULSE)。采用瞬态仿真分析方法。

      测量电路输出初值、电压终值、电路的时间常数τ、时间持续5τ时电路输出电压值与电压初值的比值。并将上述测量值与理论公式进行比较。

3、一阶RL低通和高通电路的正弦响应

      信号源为1V电压峰值的正弦波(VSIN),频率取为10kHz~1MegHz。采用瞬态仿真分析方法。

      计算电路的时间常数τ、5τ理论值。当t>5τ时,测量低通电路分别在0.1fHfH、10fH和高通电路分别在0.1fLfL、10fL信号频率下的输出稳态响应电压峰值与相位值,定性观察正弦响应瞬态现象。并将上述稳态响应电压峰值与相位值的测量值与理论值进行比较。

(二)二阶低通和高通电路仿真分析

1、二阶RLC低通电路的频率特性

      信号源为1V电压峰值的扫频电压源(VAC)。采用交流仿真分析方法。

      计算电路的阻尼系数ζ理论值。测量电路的fH,以及在0.1fH、10fH频率下的输出电压峰值。并将10fH频率下二阶低通电路的输出电压峰值与10fH频率下一阶RL低通电路的输出正弦稳态响应电压峰值进行比较。

2、二阶RLC高通电路的频率特性

      信号源为1V电压峰值的扫频电压源(VAC)。采用交流仿真分析方法。

      计算电路的阻尼系数ζ理论值。测量电路的fL,以及在0.1fL、10fL频率下的输出电压峰值。并将0.1fL频率下二阶高通电路的输出电压峰值与0.1fL频率下一阶RL高通电路的输出正弦稳态响应电压峰值进行比较。

      计算当RLC高通电路的fL不变、阻尼系数ζ分别为1/2和2时电阻R的理论值,将二阶RLC高通电路(图1-1-10)中的电阻R改变为理论值。在f= fL频率点上,分别测量当电路阻尼系数ζ=1/2、ζ=2时的电路输出电压值。

(三)二阶带通和带阻电路仿真分析

1、二阶RLC带通电路和带阻电路的频率特性

      信号源为1V电压峰值的扫频电压源(VAC)。采用交流仿真分析方法。

      测量电路的中心频率fo、上截止频率fH、下截止频率fL、带宽B、品质因数Q、时间常数1/α

      分别计算当带通和带阻电路的中心频率fo不变,带宽B为20kHz时电阻R的理论值,并分别将带通和带阻电路中的电阻R数值改变为理论值。采用交流仿真分析方法测量新带通和带阻电路的中心频率fo、上截止频率fH、下截止频率fL、带宽B、品质因数Q、时间常数1/α,以验证理论计算。

2、二阶RLC带通电路和带阻电路的正弦响应

      带通和带阻电路的带宽B均为20kHz(电阻R分别取理论值)。信号源为1V电压峰值的正弦波(VSIN),频率分别取为0.1fofLfofH、10fo。采用瞬态仿真分析方法。

      分别观察在输入信号频率f= fo时带通和带阻电路的输出正弦响应瞬态现象,分别测量带通和带阻电路的输出幅度达到稳定所需的时间。

      分别测量带通和带阻电路在输入信号频率为0.1fofLfofH、10fo时的输出稳态响应电压峰值与相位值。

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