5.0V4.0V3.0V2.0V1.0V0V0s0.5s1.0sV(V1:+)V(C1:+)1.5s2.0s2.5s3.0s3.5s4.0s Time4.5s5.0s5.5s6.0s6.5s7.0s7.5s8.0s

TIME V(N00603) 0.000E+00 1.000E+00 5.000E-01 1.830E-02 1.000E+00 4.980E+00 1.500E+00 4.977E+00 2.000E+00 2.902E-02 2.500E+00 1.176E-02 3.000E+00 4.980E+00 3.500E+00 4.977E+00 4.000E+00 2.902E-02 4.500E+00 1.176E-02 5.000E+00 4.980E+00 5.500E+00 4.977E+00 6.000E+00 2.902E-02 6.500E+00 1.176E-02 7.000E+00 4.980E+00 7.500E+00 4.977E+00 8.000E+00 2.716E-02

可见电容电压最大值稳定在4.98V。

比较这两个实验的波形可以发现，全响应与零状态响应的不同之处就在于充电的起点不同，后续的波形都是相同的。

五、 思考与讨论

1、在RC串联电路中，电容充电上升到稳态值的多少所需要的时间为一个时间常数?？

63.2%

2、在RC串联电路中，电容放电衰减到初始值的多少所需要时间为一个时间常数?？

36.8%

3、通常认为电路从暂态到达稳态所需要多少时间？ 5?

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六、 实验总结

全响应与零状态响应的不同之处就在于充电的起点不同，后续的波形都是相同的。

实验五 二阶动态电路的仿真分析

一、 实验目的

（1）研究R、L、C串联电路的电路参数与暂态过程的关系。

（2）观察二阶电路在过阻尼、临界阻尼和欠阻尼三种情况下的响应波形。利用响应波形，计算二阶电路暂态过程有关的参数。

（3）掌握利用计算机仿真与示波器观察电路响应波形的方法。

二、 原理与说明

（1）用二阶微分方程描述的动态电路，为二阶电路。图5-1所示R、L、C

??d2ucducLC?RC?uc?us??2??dtdt串联电路是典型的二阶电路。其电路方程为:?? duc(0?)iL(0?)iL(0?)I0??????CCC??dt?电路的零输入响应只与电路的参数有关，对应不同的电路参数，其响应有不

同的特点：

当R>2状态。

当R<2尼状态。

此时衰减系数δ=R/2L，?0?1是在R=0情况下的振荡角频率，成为无阻LCL时，零输入响应中的电压、电流具有非周期的特点，成为过阻尼CL时，零输入响应中的电压、电流具有衰减振荡的特点，称为欠阻C尼振荡电流的固有角频率。在R≠0时，R、L、C串联电路的固有振荡频率ω’将随δ=R/2L的增加而下降。

当R=2L2?'??0??2?0暂态过程介于非周期与振荡之间，时，有????，

C称为临界状态，其电压、电流波形如图所示。其本质属于非周期暂态过程。

(2) 此外，还可以在相平面作同样的研究工作。相平面也是直角坐标系，

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其横轴表示被研究的物理量度x，纵轴表示被研究的物理量对时间的变化率dx/dt。由电路理论可知，对于R、L、C串联电路，两个状态变量分别为电容电

duc压uc、电感电流iL。因为iL?ic?C，所以取uc为横坐标，iL为纵坐标，构成

dt研究该电流的状态平面。每一个时刻的uc、iL，可用向平面上的某一点表示，这个点称为相迹点。uc、iL随时间变化的每一个状态可用相平面上一系列相迹点表示。一系列相迹点相连得到的曲线，称为状态轨迹（或相轨迹）。

利用PSpice仿真可以很方便地得到状态轨迹。图5-3各图的左边即为几种不同暂态过程的状态轨迹。

三、 实验示例

1、研究R、L、C串联电路零输入响应波形。 （1）利用PSpice分析图示电路。

其中电容元件C1的IC（初始状态uc（0+））设为10V，电感元件IC（初始状态iL（0+））设为0，电阻R1元件Value设为{val}，设置PARAN的val参数为1Ω。在设置仿真参数元件的全局变量时，设置Parameter name：为val。在Sweep type栏内，选Value list（参数列表）为0.00001，，20，40，100，即分别计算以上参数下的个变量波形。

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R=0.00001

(2) 再用PSpice在一个坐标下观察uc、iL、uL1波形，并在屏幕上得到如图5-4所示的结果。

（a）R=20Ω 欠阻尼情况

(b)R=40Ω 临界阻尼情况

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