第二次课程设计题目应用电路仿真软件Multisim分析一阶动态电路的响应并验证三要素公式Word文件下载.docx
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姓名：
电子邮件：
日期：
2018年12月
成绩：
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西安电子科技大学
电子工程学院
课程设计任务书
学生姓名指导教师职称
学生学号专业
题目应用电路仿真软件Multisim分析一阶动态电路的响应并验证三要素公式
任务与要求
根据《电路分析基础》课程的理论学习，通过学习电路仿真软件Multisim，掌握Multisim中电路图的绘制、电路分析以及仿真结果的观测方法，应用Multisim仿真软件分析一阶动态电路的的响应，并验证三要素公式，以巩固电路中所学习的相关知识。
要求：
（1）学习Multisim电路仿真软件；
（2）掌握Multisim的使用方法，并能准确地进行数值仿真计算；
（3）应用Multisim对分析一阶动态电路的零输入响应响应、零状态响应以及全响应，给出数值仿真结果，并验证三要素公式。
开始日期2017年11月19日完成日期2017年12月19日
课程设计所在单位电子工程学院
应用电路仿真软件Multisim分析一阶动态电路的响应并验证三要素公式
课程设计报告撰写提纲：
正文（宋体小四号）
第一部分：
一阶动态电路的基本理论介绍
对于含有一个电容和一个电阻，或一个电感和一个电阻的电路，当电路的无源元件都是线性不变时，电路方程将是一阶线性常微分方程，相应的电路称为一阶电阻电容电路（简称为RC电路）或是一阶电阻电感电路（简称为RL电路）。
如果电路仅含一个动态元件，则可以把该动态元件以外电阻电路用戴维南定理或诺顿定理置换为电压源和电阻的串联组合，或电流源和电阻的并联组合，从而把它变
换为RC电路或RL电路。
这种电路称为一阶动态电路。
零输入响应：
电路换路后无独立电源作用，仅由初始储能引起的响应称为零输入响应。
零输入响应是由储能元件释放存储能量产生的。
零状态响应：
电路的初始储能为零，仅由独立电源引起的响应称为零状态响应。
全响应：
由独立电源和初始储能共同引起的响应称为全响应。
线性电路中的任意电压或电流，其响应都等于零输入响应和零状态响应的叠加。
即独立电源的作用和初始储能的作用可分别计算，在电路中服从叠加定理。
全响应=（零输入响应）+（零状态响应）
第二部分：
Multisim电路仿真软件简介
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
第三部分：
Multisim中电路模型图的绘制
图1一阶RC电路模型图
图2一阶RL电路模型图
第四部分：
应用Multisim对电路进行分析，得到仿真结果。
1.一阶RC电路
（1）t=0时，开关由1闭合到2，仿真t>
0时的uC和u1的
（a）零输入响应，并讨论零输入响应的线性性质
零输入响应电路模型图：
一阶RC电路的零输入响应图形如下：
改变电压源的值为使之分别为8V、4V、2V，可以得到三个电压作用下的Uc零输入响应的图像如下：
随着电压的变化，Uc的零输入响应起始值呈线性关系，时常数不随电压的变化而变化，故Uc的零输入响应具有线性性质。
改变电压源的值使之分别为8V、4V、2V，可得到三个电压作用下U1的零输入响应图像如下：
随着电压源电压的变化，U1的零输入响应起始值呈线性关系，时常数不随电压的变化而变化，故U1的零输入响应具有线性性质。
（b）零状态响应，并讨论零状态响应的线性性质
零状态响应电路模型图：
一阶RC电路零状态响应图形如下：
改变电流源的值使之分别为4A、2A、1A，可以得到三个电流源作用下Uc的零状态响应分别如下：
随着电流源电流的变化，UC的零状态响应终止值呈线性关系，时常数不随电压的变化而变化，故UC的零状态响应具有线性性质。
改变电流源电流的值为4A、2A、1A，可以得到三个电流作用下U1的零输入响应的图像分别如下：
随着电流源电流的变化，U1的零状态响应终止值呈线性关系，时常数不随电流的变化而变化，故U1的零状态响应具有线性性质。
（c）全响应，并验证三要素公式；
全响应的电路模型图：
一阶RC电路全响应图形如下：
而根据三要素法，计算得出Uc和U1全响应的公式为：
Uc=8-12*exp（-t）
U1=8-6*exp（-t）
其对应图形如下：
由图可知，一阶RC电路全响应图形与三要素法得出图形完全相同.
（d）改变元件参数讨论时常数对暂态过程的影响。
改变R4的阻值分别为4Ω，8Ω时，全响应Uc图像分别为：
一阶RC电路暂态反应的时常数不同，对应的暂态反应图像也不同，时常数越大，对应暂态过程时长越长，图像越缓。
（2）经过1.5s后，开关由2闭合到3，仿真t>
0时的uC和u1的全响应。
2.一阶RL电路
（1）电感电流初始值为1A，t=0时，开关闭合，仿真t>
0时的iL和uL的全响应，并验证三要素公式。
UL与iL全响应仿真图形如下：
由三要素法计算得出ULiL全响应公式分别为：
iL=2-exp（-20t）
UL=100*exp（-20t）
图形如下：
UL与iL全响应仿真图形与三要素法所得出图形完全相同。
（2）改变元件参数讨论时常数对暂态过程的影响。
改变R2值使之分别为40Ω、80Ω、160Ω，所得UL全响应图形如下：
由上图可以看出，一阶RL电路暂态反应的时常数不同，对应的暂态反应图像也不同。
时常数越大，对应的暂态过程时间越长，图像越缓。
（3）经过300ms之后开关又打开，仿真t>
0时的iL和uL。
第五部分：
结论与体会
1.结论
在一阶RC电路中，三要素法成立，且直流电源的一阶暂态反应具有线性性质。
在不同的时常数下，一阶暂态反应的图像急缓程度不同。
时常数越大，一阶暂态反应的图像越缓；
时常数越小，一阶暂态反应的图像越陡。
在一阶RL电路中，三要素法成立。
直流电源的一阶暂态反应同样具有线性性质。
随着时常数的增大，一阶暂态反应的图像变缓；
随着时常数的减小，一阶暂态反应的图像变陡。
2.体会
本次实验主要依靠Multisim，Excel和MATLAB进行。
通过Multisim仿真并导出图像上的点在Excel或MATLAB上进行拟合并导出图像。
在实际操作的过程中，遇到过许多问题，但都通过在网上搜索或与同学讨论一一解决。
在本次课程设计过程中，我掌握了更多关于Multisim和MATLAB的使用方式，学到了许多。
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