基于Multisim软件的RLC串联电路动态过程分析.docVIP

. . 基于Multisim软件的RLC串联电路动态过程分析 陆建美（安庆师范学院物理与电气工程学院 安徽 安庆 246011） 指导老师：江巨浪 摘要：本文采用Multisim10仿真软件对RLC串联电路动态过程进行分析，介绍了基于Multisim仿真软件对电路的幅频特性进行的研究。针对RLC串联电路的特性对其进行了二阶时域微分方程的数学模型分析，研究了RLC串联二阶电路系统在外界方波激励信号作用下三种状态响应。结论是二阶系统的响应会因RLC的参数的不同而变化，同时仿真实验能够直观形象地描述RLC串联电路的动态特性，用测量和仿真的方法验证了理论分析的正确性，使电路分析更加灵活和直观。 关键词：RLC串联电路，Multisim，仿真分析。 1.引言 RLC串联电路在高频电子线路中有很大的应用，文献[1]分析了RLC串联电路在高频电子技术中的应用，主要应用于选频网络。在选频网络中主要分为两大类，第一类是由电感和电容元件组成的振荡回路，第二类是各种滤波器，如LC集中滤波器、石英晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面滤波器等。各种形式的选频网络在现代电子线路中得到广泛的应用，它能选出我们需要的频率分量和滤除不需要的频率分量，因此掌握各种选频网络的特性是很重要的。RLC串联电路也是众多选频网络的一种，具有选频特性。RLC串联电路是针对抑制干扰而言的，目前，由于无线电台日益增多，因此无线电台的干扰日益严重。所以RLC串联电路在现代滤除干扰信号中有很好的应用。文献[2]主要讲述对RLC串联电路的分析。本课题将研究RLC串联电路的响应与R、L、C参数的关系,可以让我们对RLC串联电路的特性有更加深入的了解。 Multisim仿真软件是由加拿大Interactive Image Technologies 公司开发的一种基于SPICE工业标准的EDA软件，EDA技术以其电路绘制、元器件编辑、参数提取与检验、电路仿真、布局布线等功能，开始形成系统功能比较丰富的EDA软件，它就像一个真正的实验工作台，将电路原理图的输入、虚拟仪器的测试分析和结果的图形显示等集成到一个设计窗口。文献[3]和文献[4]是Multisim软件与Protel软件的应用。 用硬件实验仪器对RLC串联电路进行测试时，仪器输出参数调整较为繁琐，信号频率偏高或者偏低时波形显示不稳定。由于受实验仪器的限制无法进行电路的AC交流频率特性分析，用Multisim软件仿真解决了这一问题，将计算机仿真软件Multisim引入到电路实验中，使电路的分析、仿真、测试非常方便，特别便于电路参数的测试。文献[5]主要讲述RLC串联电路的动态过程分析。用Multisim仿真软件进行RLC串联电路谐振特性波形仿真分析、以虚拟仪器中的函数信号发生器或者元器件库中的交流电压源做实验中的信号源，用波特图仪测试电路的幅频特性和相频特性，或用AC交流分析功能分析电路中的频率响应，可直观描述电路频率特性。所述方法具有实际应用意义，解决了RLC串联电路动态过程的工作波形及参数不易或无法用电子实验仪器进行分析测试的问题。 2.RLC串联电路动态过程分析 设含电感和电容的RLC串联电路原理图如图所示，输入信号为，输出信号为，文献[6]主要讲述了电路分析基础的相关知识，为我们电路分析奠定了基础。 图1 RLC串联电路原理图 运用戴维南定理后可得如图所示的RLC串联电路。对于每一元件，可以写出VCR为 （1） （2） （3） 根据KVL可得 （4） （5） 由此可得RLC串联二阶电路在外界方波激励下的充、放电过程状态响应的模型为： 充电模型（零状态响应）： (6) 放电模型（零输入响应）： (7) 零输入响应：这是一个线性二阶常系数常微分方程，未知量为。根据对一阶微分方程求解的经验，可假定上列齐次方程的解答具有,其中s取代了一阶方程的以之代入（7）式，可得