1、課程設計任務書學生姓名:劉赤利 專業班級: 電信0805 指導教師: 封小鈺 工作單位: 信息工程學院 題 目: 電路CAA課程設計基于PSpice的RLC串聯電路的諧振分析及節點電壓支路電流分析初始條件:1. 提供實驗室機房及其PSpice軟件；2. 選RLC串聯或GCL并聯電路及RLC串聯電路。要求完成的主要任務：(包括課程設計工作量及其技術要求,以及說明書撰寫等具體要求):1、熟練運用PSpice軟件創建電路、模擬電路、顯示或繪制結果（至少有三條曲線以上）；2、使用該軟件進行二階電路的零狀態響應分析（分三種情況：過阻尼、欠阻尼、臨界阻尼討論），使用該軟件進行RLC串聯電路的阻抗、電流頻率

2、特性分析（分三種Q值討論）；3、獨立完成課程設計說明書，課程設計說明書按學校統一規范來撰寫，具體包括： 目錄； 理論分析； 程序設計； 程序運行結果及圖表分析和總結； 課程設計的心得體會（至少800字，必須手寫。）； 參考文獻（不少于5篇）。時間安排: (1) 布置課程設計任務，查閱資料， 學習Pspice軟件 兩天； (2) 用Pspice軟件進行電路分析 一天半； (3) 完成課程設計報告書及答辯 一天半；參考文獻：1.電路第五版，邱關源，羅先覺，高等教育出版社，20042電路分析吳錫龍主編，高等教育出版社，20043PSPICE電路設計與應用汪建民主編，國防工業出版社，2007指導教師簽

3、名: 年 月 日 系主任(或責任教師)簽名: 年 月 日目錄1 PSPICE軟件簡介.12 RLC串聯電路的諧振分析.42.1 RLC串聯電路諧振原理分析.42.2 電路設計.52.21 RLC串聯電路.52.3仿真結果及所得曲線.62.3.1RLC串聯電路諧振.62.4 曲線分析及總結.102.4.1 RLC串聯諧振電路的曲線分析.103 節點電壓支路電流分析.123.1 設計原理.123.1.1 電路圖.123.1.2 理論知識.123.1.3 原理說明.133.2 設計內容及步驟.143.2.1繪制原理圖.143.2.2 仿真及運行結果.143.3 仿真結果分析.164 心得體會.175

4、 參考文獻.18本科生課程設計成績評定表.191 CAA設計軟件Pspice簡介從20世紀50年代晶體管電路逐步取代電子管電路以來，半導體電路經歷了小規模集成電路(SSI)、中規模集成電路(MSI)、大規模集成電路(LSI)、超大規模集成電路(VLSI)和甚大規模集成電路(ULSI)4個發展階段，使集成電路的功能越來越強，集成度越來越高，規模越來越大。要分析和設計復雜的電子系統，人工分析、設計已不適用，必須采用計算機輔助分析與設計，即采用CAA與CAD(Computer Aided Analysis and Design)技術。正因為如此，CAA與CAD已經成為分析和設計電子電路的關鍵技術之一

5、，各種軟件也應運而生，Spice和Pspice軟件相繼問世。. Spice(Simulation Program with Intergraded Circuit Emphasis，側重于集成電路的模擬程序)是美國加利福尼亞大學伯克萊分校研制的模擬電路仿真標準軟件，從20世紀70年代初期問世以來已經有20多個版本。Pspice是美國Microsim公司開發的眾多Spice不同分支中的一種，主要用于PC機上，實現電子電路設計的模擬和仿真。 Pspice可以進行模擬電路分析、數字電路分析和數模混合電路分析，因此在設計制作實際電路前，可以使用它模擬電路的性能，調整器件參數，分析電路的結構，而且這種分

6、析不受器件的數量、類型和損耗情況的限制，不需要任何實際儀器。它還可以快速、方便、精確地評價電路設計的正確性，獲得電路的技術指標，節省大量的時間和費用。同時，它還能反映元器件的改變對電路所造成的影響，分析一些較難測量的電路特性，例如噪聲、頻譜分析、失真、器件和環境溫度對電路的影響等，從而大大提高電路的設計質量。可見 Pspice軟件相當于一個模擬的“實驗臺”，可以代替大部分制板實驗工作，所以一般來說，Pspice是進行實際電路工作前必要的仿真過程。但是要想利用它得到好的設計結果還必須具備使用此工具的熟練能力和豐富經驗。 PSpice有很多優點： 第一，Pspice的元器件模型庫提供了幾千種常用器

7、件，包括電阻、電容、電感、晶體管和集成電路，用戶可以直接調用，也可以自己建立模型，或對庫中已有的器件模型進行修改。第二，利用Pspice的仿真功能，可以對一些傳統方法難以進行的實驗進行仿真模擬，比如電路的溫度特性、容差、靈敏度、最壞情況分析等，提高電路分析和設計的應用范圍。第三，利用Pspice的圖表功能，可以對電路進行仿真測試，不僅能測試電路的靜態工作點、放大倍數、輸入輸出阻抗參數，還可以描繪模擬電路和數字電路中各測試點的波形，觀察器件或溫度的變化對電路性能的影響，比如飽和失真、截止失真、放大倍數的上升與下降等因素對器件的影響。第四，Pspice仿真系統中為用戶提供了節點訪問，用戶通過在電路

8、中標上節點號，然后就可以在仿真圖中觀測到各個節點以及各節點之間的情況。同時，仿真結果圖還向用戶提供了加、減、乘、除等基本的數學運算，提供了絕對值、均方差、正弦、余弦、對數、指數等基本函數運算，這是其他軟件所無法比擬的。第五，Pspice實用性強，仿真效果好。因為如果用Protel等軟件仿真時，仿真過程復雜，當改變某個參數，即使是電阻值或是電容值，都需要重新建立網絡表的連接，而在Pspice中，改變參數的仿真是非常容易實現的。第六，Pspice操作簡單、易學，高版本采用Windows界面、菜單式結構，使用鼠標和鍵盤熱鍵進行操作，工作效率更高。. 美國的OrCAD公司是世界上知名度很高的EDA公司

9、。1998年OrCAD公司與開發Pspice軟件的Microsim公司實現了強強聯合，推出了新版本OrCAD Pspice 9。OrCAD Pspice 9不僅大大豐富和完善了模擬電路的分析功能，也進一步增強了數字電路、數模混合電路的分析功能。OrCAD Pspice 9的邏輯模擬功能有：第一，分析數字電路輸出與輸入之間的邏輯關系；第二，分析數字電路的延遲特性；第三，對同時包含有模擬器件和數字器件的電路進行數模混合模擬，可以同時顯示出電路內部的模擬信號和數字信號波形；第四，檢查數字電路中是否存在時序異常和冒險競爭現象；第五，實現最壞情況邏輯模擬。目前，OrCAD公司已經推出了Pspice最新版

10、本Pspice 92，其功能更加完善Pspice仿真軟件是省時、經濟地從事科研工作的有力手段，它給電路設計者和軟件使用者提供了極大的便利，具有極大的工程應用價值。 Pspice是計算機輔助分析設計中的電路模擬軟件。它主要用于所設計的電路硬件實現之前，先對電路進行模擬分析，就如同對所設計的電路用各種儀器進行組裝、調試和測試一樣，這些工作完全由計算機來完成。用戶根據要求來設置不同的參數，計算機就像掃描儀一樣，分析電路的頻率響應，像示波器一樣，測試電路的瞬態響應，還可以對電路進行交直流分析、噪聲分析、Monte Carlo統計分析、最壞情況分析等，使用戶的設計達到最優效果。以往一個新產品的研制過程需

11、要經過工程估算，試驗板搭試、調整，印刷板排版與制作，裝配與調試，性能測試，測試指標不合格，再從調整開始循環，直至指標合格為止。這樣往往需要反復實驗和修改。而仿真技術可將“實驗”與“修改”合二為一。為確定元件參數提供了科學的依據。它的優點主要有：(1)為電路設計人員節省了大量的時間。(2)節省了各種儀器設備。(3)生產產品一致性好、可靠性高。(4)產品的更新率高、新產品投放市場快等。 Pspice程序采用改進節點法列電路方程，用牛頓-萊普生方法的改進算法進行非線性分析，用變節步長的隱式積分法進行瞬態分析，在求解線性代數方程組時，采用了稀疏矩陣技術。 本次課程設計即采用Pspice軟件進行電路圖繪

12、制及仿真。21原理分析2.1 .1RLC串聯諧振原理分析（1）本次設計采用3條RLC串聯支路，分3種Q值進行阻抗、電流頻率特性分析。在每一條RLC串聯電路中，在可變頻的電壓源V1的激勵下，由于感抗、容抗隨頻率變動，所以電路中的電流應亦隨頻率變動。輸入阻抗頻率特性表示為由于串聯電路中同時存在電感L和電容C，兩者的頻率特性不僅相反，而且直接相減。所以可以肯定，一定存在一個頻率w0，使感抗容抗完全抵消，即X（jw0）=0.此時，（jw0）=0，RLC串聯電路發生串聯諧振，即電感電容同時存在，且滿足。則諧振頻率f0=RLC串聯諧振頻率只有一個，且只與R、L有關，與電阻R無關。（2）只有當輸入信號V1的

13、頻率與電路的固有頻率f0相同時，才能在電路中激起諧振。電路在諧振時的電流I（j w0）為極大值，也是最大值，即諧振峰。當V1的幅度不變，諧振峰僅與電阻R有關，改變R即能改變諧振峰的大小。(3)串聯諧振時，電抗電壓Ux（jw0）=0，L、C串聯端口相當于短路兩者模值相等且反相，完全抵消，則定義諧振電路的品質因數QQ Q值綜合反映了電路中三個參數對諧振狀態的影響。2.2 電路設計2.2.1 RLC串聯諧振電路設計圖3.1 RLC串聯諧振電路如圖所示，電路中用到的元器件有：電阻R1,R2,R3,其阻值分別為：1，2，1.電感L1,L2,L3的電感值分別為：30mh，35mh，35mh。電容C1,C2

14、,C3，容值都為：0.1u。其參數設置用控制變量法，以便于分別研究R,L,C對諧振的影響。2.3 仿真結果及所得曲線2.3.1 RLC串聯諧振分析在不同情況下頻率的取值范圍分別設置為：表4.1 各情況下所取頻率范圍表Start（單位：KHz）End（單位：KHz）只顯示I（R1）一條曲線時2.852.95只顯示I（R2）一條曲線時2.53.5只顯示I（R3）一條曲線時2.53.5顯示I（R1）I（R2）I（R3）三條曲線時2.53.5設置好后，執行Pspice下Run，出現Probe窗口。執行Trace下Add Trace命令即可看到I（R1）、I（R2）、I（R3）阻抗、電流頻率特性曲線。如

15、圖： 圖4.1 R1支路的頻率響應曲線（R1支路諧振時，該支路電流達到最大）圖4.2 R2支路的頻率響應曲線（R2支路諧振時，該支路電流達最大） 圖4.3 R3支路的頻率響應曲線（R3支路諧振時，該支路電流達最大） 圖4.4 R123的頻率響應曲線（諧振頻率與R無關，諧振峰與R成反比）圖4.5 阻抗曲線（諧振時，阻抗最小）圖4.6相頻響應曲線2.4 曲線分析及總結2.4.1 RLC串聯諧振分析阻抗及頻率特性分析（1） R1支路，對該RLC串聯電路，當諧振時阻抗 =R+=R1，為最小值，如圖4.5所示。此時電路中電流達到最大I(R1)=U/R1=1/2A=0.5A,如圖4.1所示。諧振頻率 f0

16、=KHz，如圖波峰處。品質因數（2） R2支路，對該RLC串聯電路，當諧振時阻抗 =R+=R2，為最小值，如圖4.5所示。此時電路中電流達到最大I(R2)=U/R2=1/2A=0.5A, 如圖4.2所示。諧振頻率 f0=KHz，如圖波峰處。品質因數（3） R3支路，對該RLC串聯電路，當諧振時，阻抗 =R+=R3，為最小值，如圖4.5所示。此時電路電流達到最大I(R3)=U/R3=1/1A=1A,如圖4.3所示。諧振頻率 f0=KHz，如圖波峰處。品質因數（4）圖4.4對應于R1、R2、R3支路，對該三支RLC串聯電路，在曲線圖中可以清楚的看到R值不同L、C值相同的R2支路、R3支路各自發生串

17、聯諧振時：曲線峰值為同一頻率，表明諧振頻率與R無關；曲線峰值大小不同，表明諧振峰與R有關，且成反比。在曲線圖中還可以看到L值不同R、C值相同的R1、R2支路各自發生串聯諧振時：曲線峰值不是同一頻率，表明諧振頻率與L有關，同理可分析諧振頻率與C值也有關。（5） 圖4.6顯示出R1、R2、R3三條支路的相頻響應變化。3節點電壓支路電流分析3.1 設計原理3.1.1 電路圖圖2-1 支路分析圖其中，R2=R3=R4=R5=R6=1，U1=5V，I1=1A;參考電流方向為順時針，流過電流源電流為i1，流過R2電流為i2，流過R6的為i3。3.1.2 理論知識列出支路電流法的電路方程的步驟如下：（1）選

18、定各支路電流的參考方向。（2）對（n-1）個獨立結點列出KCL方程。（3）選取（b-n+1）個獨立回路，指定回路的繞行方向，按照公式列出方程。節點電壓法的基本步驟：（1）指定參考節點，其余節點對參考節點之間的電壓就是節點電壓。通常以參考節點為各節點電壓的負極性。（2）按一般公式列出節點電壓方程，注意自導總是正的，互導總是負的；并注意各節點注入電流前面的“+”、“-”號。（3）當電路中有受控源或無伴電流源時需另行處理。3.1.3 原理說明如圖21所示，該電路圖中共有3個節點，6條支路，n1、n2、n3節點電壓設為Un1、Un2、Un3 。各路電流依次為i1、i2、i3 。如果用節點電壓法求解，列

19、出節點電壓方程：；。易求得：Un1、Un2 和Un3。如果用支路電流法求解，選定參考方向如圖，列支路電流的方程為：i1=i2;i2*(R2+R4+R5)-i1*R2-i3*R5=U1；i3*（R3+R5+R6）-i1*R3-i2*R5=0；易求得：i1，i2，i3。3.2 設計內容及步驟3.2.1 繪制原理圖運行Orcad Family Release 9.2 Lite Edition中的Capture CIS Lite Edition，新建空白Project，命名為hjj，按圖11選擇相應的元器件，擺放好位置，更改屬性，連線，標上網絡標號，繪制原理圖。3.2.2 仿真及運行結果在hjj中設置仿真參數，Analysis Type設為Bias Point ； Output File Options 選Include detailed , 然后確定 。執行Pspice下Run，出現Probe窗口。然后在原圖上方點擊電壓，電流符號，即可在原圖上顯示出各節點電壓，支路電流。如圖：