1、实验示例
(1)分析图4-1所示RC串联电路在方波激励下的全响应。电容初始电压为2V(电容Ic
设为2V).
R10VV1.8k2.000VVV1 = 0V2 = 7TD = 2msTR = 0.001usTF = 0.001usPW = 2msPER = 4msVsC22uf0V0图4-1
(2)编辑电路。其中方波电源是Source库中的VPULSE电源。根据波形,对VPULSE的属性的意义列于表中。为分辨电容特性,电容选取Analog库中的C_elect(电容Ic设为2V).
方波激励的属性意义: V1=0 V2=7 TD=2ms TR=0.001us TF=0.001us PW=2ms PER=4ms 方波低电平 方波高电平 第一次方波上升时间 方波上升沿时间 方波下降沿时间 方波高电平宽度 方波周期 (3)设置分析类型为Transient。其中Maximum Step设为2ms ,Run to 设为40ms。 (4)设置输出方式。为了观察电容电压的充放电过程与方波激励的关系,设置两个节点电压标识符以获取激励和电容电压的波形,设置打印电压标识符(VPRINT1)以获取电容电压数值输出。
(5)仿真计算及结果分析。经过仿真计算得到图形输出如图4-2所示。
8.0V6.0V4.0V2.0V0V0sV(R1:1)5msV(R1:2)10ms15ms20ms Time25ms30ms35ms40ms图4-2
- 11 -
从波形可见,电容的工作过程是连续在充放电过程,开始电容放电,达到最小值,但第一个方脉冲开始以后,经历一个逐渐“爬坡过程”,最后输出成稳定的状态,产生一个近似的三角波。从电容电压的数值输出可以精确看到这个“爬坡过程”的详细情况。最后电容电压输出波形稳定在最大值为4.450,最小值2.550。 增加VPRINT到电路上观察电容电压的数值输出:
TIME V(N00257) 0.000E+00 2.000E+00 2.000E-03 1.146E+00 4.000E-03 3.645E+00 6.000E-03 2.089E+00 8.000E-03 4.185E+00 1.000E-02 2.399E+00 1.200E-02 4.363E+00 1.400E-02 2.500E+00 1.600E-02 4.421E+00 1.800E-02 2.534E+00 2.000E-02 4.440E+00 2.200E-02 2.545E+00 2.400E-02 4.447E+00 2.600E-02 2.548E+00 2.800E-02 4.449E+00 3.000E-02 2.550E+00 3.200E-02 4.449E+00 3.400E-02 2.550E+00 3.600E-02 4.450E+00 3.800E-02 2.550E+00 4.000E-02 4.450E+00
最后电容电压输出波形稳定在最大值为4.5V,最小值为2.55V。
2、选做实验
(1)如下图所示,改变电容值为0.2uF。改变时间常数为原来的0.1倍,观察时间常数对电容电压波形的影响。
R12.000VV5K0VVC31uFV1 = 0V2 = 7TD = 2msTR = 0.001usTF = 0.001usPW = 2msPER = 4msV10V0图4-3
- 12 -
经仿真分析得到以下结果:
3.0V2.0V1.0V0V0sV(R1:1)0.5sV(R1:2)1.0s1.5s2.0s Time2.5s3.0s3.5s4.0s图4-4
改变电容值为20uF,时间常数变为原来的10倍。
R1 V1k
V1V1 = 0V2 = 5 TD = 2ms TR = 0.001usTF = 0.001us PW = 1sPER = 2s
VC3100uF
图4-5
得到仿真结果如下所示:
6.0V04.0V2.0V0V0sV(R1:1)0.5sV(R1:2)1.0s1.5s2.0s Time2.5s3.0s3.5s4.0s图4-6
- 13 -
(2)仿真计算R=1K,C=100uF的RC串联电路,接上峰-峰值为3V、周期为2S的方波激励的零状态响应。
得到仿真结果如下所示:
4.0VR10VV1k0VVsV1 = 0V2 = 3TD = 2msTR = 0.0005msTF = 0.0005msPW = 1sPER = 2s0VVC2100uf0图4-7
3.0V2.0V1.0V0V0sV(R1:1)2sV(R1:2)4s6s8s10s Time12s14s16s18s20s图4-8
TIME V(N00257)
0.000E+00 0.000E+00 2.000E+00 1.221E-04 4.000E+00 1.222E-04 6.000E+00 1.222E-04 8.000E+00 1.222E-04 1.000E+01 1.222E-04 1.200E+01 1.222E-04 1.400E+01 1.222E-04 1.600E+01 1.222E-04 1.800E+01 1.222E-04 2.000E+01 8.841E-05
- 14 -
(3)仿真计算R=1K,C=100uf的RC串联电路,接上峰-峰值为5V、周期为2s的方波激励时的全响应。电容电压的初始值为1V。
得到仿真结果如下所示:
6.0VR10VV1k1.000VV1 = 0VsV2 = 5TD = 1sTR = 0.0005msTF = 0.0005msPW = 1sPER = 2s0VC2100ufV0图4-9
4.0V2.0V0V0sV(Vs:+)2sV(C2:+)4s6s8s10s Time12s14s16s18s20s图4-10
TIME V(N00257) 0.000E+00 1.000E+00 1.000E+00 4.667E-05 2.000E+00 5.004E+00 3.000E+00 2.035E-04 4.000E+00 5.004E+00 5.000E+00 2.035E-04 6.000E+00 5.004E+00 7.000E+00 2.035E-04 8.000E+00 5.004E+00 9.000E+00 2.035E-04 1.000E+01 5.004E+00 1.100E+01 2.035E-04 1.200E+01 5.004E+00
- 15 -