RC电路的暂态和稳态特性分析-PSpice仿真实验

课程名称：电路实验实验名称：RC电路的暂态和稳态特性分析实验学时：3学时仪器设备：计算机、模块化电路实验装置实验平台：PSpice仿真软件、硬件实验系统课程目标：研究RC电路在方波激励下，响应的基本规律和特点，掌握测试仪测量时间常数和暂态过程的方法。RC滤波电路的研究，掌握测试仪测量电路的幅频特性和相频特性的方法。一、实验任务1．检测与作业（1）RC暂态过程中，时间常数的意义是：CA．从t=0经过一个的时间电容电压达到稳态值。B．从t=0经过一个的时间电容电压增加到稳态值的36.8%。C．从t=0经过一个的时间电容电压增加到稳态值的63.2%。（2）PSpice软件为瞬态分析“TimeDomain(Transient)”提供了专用激励信号波形，其中电压峰峰值为4V、周期为2ms的方波信号电源设置正确的是：DA.B.C.D.（3）PSpice进行动态电路仿真分析时，线性时变电源的上升时间下降时间不可以设为0，否则系统将自动设定一个值，导致波形失真。解决的方法是：AA．设一个足够小值如1nsB．设一个足够大值C．设一个固定值如1s（4）下图的黑色和红色探针测量的电压是：R1两端电压。（5）输出结果显示曲线如下图所示，根据标尺数据显示框的数值或标尺的标示，测试点的仿真结果为电源频率为4786.3Hz时，电阻R1的2接线端电压值957.633mV。电工电子实验教学中心实验报告2（6）仿真电路的瞬态特性分析输出结果中，扫描变量是N1、N3两点电压。输出结果波形中节点N1的参数为：周期2.0ms，电压峰峰值4.0V。（7）填空：仿真实验中若使0.01μFC为可调变量，应将C改为全局变量{c}参数。（8）通过硬件实验视频学习资料4-1的学习，说明电路实验室测量RC暂态电路时间常数的方法。连接好电路，在示波器观察到输出电压随时间变化的曲线后，测量电压从0上升至电源电压值的63.2%所需要的时间。2．RC电路暂态过程的研究实验室硬件电路如图1所示。其中，输入信号S()ut为方波，其峰峰值为6V，频率为1000Hz。试用仿真分析方法完成如下实验任务：函数信号发生器功率输出端+_+_+_Time0s1.0ms2.0ms3.0ms4.0ms5.0ms6.0msV(N3)V(N1)-4.0V0V4.0V电工电子实验教学中心实验报告3图1（1）绘制仿真电路图，设计并调整电路参数，使其5000R，电容设置为Global参数，调节范围为0.002μF~1μFC，观测S()ut、C()ut和C()it的波形，记录仿真结果，分析说明不同时间常数对C()ut波形的影响。若使电路输出C()ut波形为三角波（或接近三角波）、其峰峰值为3V左右，电容值应为多少？记录此时的仿真波形。分析说明该电路可以实现怎样的波形变换。（2）当0.01μFC时，测量C()ut的时间常数，启动标尺功能，记录仿真结果，并在图中标示。3.RC串联电路的频率特性的研究实验电路图如图1所示，电阻5000R，电容0.01μFC，信号发生器的输出电压调整为正弦波，有效值为6V，用仿真分析的方法完成以下任务：（1）在50Hz至100kHz频率范围内，测量电容电压的幅频特性曲线。（2）求解电容电压为4.24F时，对应的频率，此频率为。并分析输出曲线的特点，滤波器的类型。（3）测量电容电压的相频特性曲线，记录相位的变化范围。二、实验要求：▶绘制仿真电路图，并将结果截图保存。（未设置参数）其峰峰值为6V，有效值约为1.0605V。▶记录分析类型设置的各个参数，将结果截图保存，并对SweepType中的设置进行说明。RC电路暂态过程的研究：电工电子实验教学中心实验报告4说明：要求画出各个节点电压和电流随时间变化的波形，故扫描方式为TimeDomain，在参数中选择c作为参数变化，电容值从0.002uF变化到1uF，为了能够在曲线中大致看出电压变化趋势随时间常数的变化，同时为使图像清晰，步长设为0.1uF。RC串联电路的频率特性的研究：交流参数分析：起始频率为50Hz，终止为100kHz，共扫描10000个点。▶仿真结果记录：选择曲线形式记录，并对仿真结果进行分析。RC电路暂态过程的研究：S()ut的波形：0～2ms，下同。电工电子实验教学中心实验报告5C()ut的波形：C()it的波形：不同时间常数对C()ut的影响：C越小，时间常数越小，C()ut的波形就越接近于方波。时间常数越大，充放电过程越不充分，充电使电压达到峰值的时间或放电使电压归零所需时间越长，当时间常数大于0.1ms时，充放电不完全，此时时间常数越大，充放电过程电压变化越小。使电路输出C()ut波形为三角波（或接近三角波）、其峰峰值为3V左右，电容值应为103nF。此时波形为：电工电子实验教学中心实验报告6该电路可以实现将方波转换为近似三角波的功能。当0.01μFC时，测量C()ut的时间常数：由图可知，时间常数约为53.002s。RC串联电路的频率特性的研究：在50Hz至100kHz频率范围内，测量电容电压的幅频特性曲线：电工电子实验教学中心实验报告7电容电压为4.24F时，对应的频率为3.2kHz：输出曲线的特点：随着频率的增大，电压幅值逐渐减小。滤波器的类型：一阶低通滤波器。电容电压的相频特性曲线：电工电子实验教学中心实验报告8相位变化范围为：-0.9°到-89°。▶各截图需标示图号，并用文字说明截图名称。截图注意大小、位置，报告撰写应规范。三、实验总结：本次实验的收获和体会，对实验的建议等。通过本次实验，我对电容器的储能功能有了更加深入的理解，并结合了PSpice测定了RC电路的时间常数，学会了暂态分析的仿真分析方法。