当前课程知识点：电工技术 > 第10讲 电路的过渡过程之二 > 10.4 用Spice分析电路的过渡过程 > 10.4 Video
大家好 下面给大家介绍知识点10.4
用SPICE分析电路的过渡过程
首先给大家介绍分段线性化信号源
叫PWL在SPICE中的表示方法
分段线性化信号源
可以表现为电压的形式 也就是电压源
也可以表现为电流的形式 也就是电流源
当然电源都有两个端点 分别N1和N2
后面是它的标识符PWL
然后大家看是一系列的参数
这个参数是成对出现的
它就是一个时间一个电压一个时间一个电压
也就是说它的括号里面它的参数
实际上就是一系列的拐点
所以这都是拐点的坐标
T1 V1 T2 V2 T3 V3
这都是线段拐点的坐标
大家看这个是分段线性化电源的波形
那么分段线性化也就是
它是由一段一段的线段来组成的
这些就是拐点
我们要写这个波形的话
只要把这些拐点的坐标
放到PWL后面的括号里面就可以了
所以这个写起来还是比较好写
在这要注意的另外一个问题就是
对这种分段线性化电源
如果是它的线段比较接近于垂直的时候
或者说我们看波形好像是垂直的时候
这个要注意在SPICE里面
两个相邻的拐点对应的时间不能相等
也就是说你这个折线实际上不能是垂线
比如有这么一个方波
我们看这个方波前沿后沿是垂直的
实际上是不可能垂直的
比如这个点它的坐标是 1 5
那么这个点的坐标就不能再是1 0
而应该是而应该是1点多少
就是实际上稍微长一点
这个数可以是一个很小的数比如1.000001
所以说就是两个点的时间不能相等
但是可以相差一个非常小的数
那么分段线性化电源所定义的
起点以前和终点以后的电压是恒压
是什么意思呢
就是我们在定义分段线性化信号源的时候
我们当然有一个起点有一个终点
因为我们参数的对数总是有限的
比如说这个 我们定义的起点是 1 1
它的终点是7 2.8
也就是1s是1V 7s时候是2.8V
1s以前和7s以后实际上我们没有定义
这种情况下它默认的是以前和以后都是恒压
也就是这个意思
比如这有一个分段线性化信号源PWL
我在这做了个电路 V1就是分段线性化信号源
后面接了个电阻就是一个很简单的电路
这是参考点 这个节点是1
然后我的目的是为了画一下
这个分段线性化信号源的波形
这定义的就是它拐点的坐标
0.5μs的时候是0V 1μs的时候是5V
2μs的时候是5V 5μs的时候是0V
7μs是6V 9μs是1V
大家看这个是它的波形
那么我们定义的拐点就是这些点
那么在它的起点以前是恒压终点以后是恒压
所以说我们利用分段线性化信号源
这种PWL是很容易去写出来一个
由折线组成的信号源
下面给大家介绍一下压控开关和流控开关
在Spice中的表示方法
压控开关模型的定义是这样的
模型定义我们在第三讲里已经说过
它是个.MODEL 然后后面是这个模型的名称
这是我们自己随便起的一个名称
再往后SW实际上就是一个器件的形式
这个是规定好的
对于这种压控开关它的器件的形式是SW
后面括号里面是它的参数
一共有四个参数分别是RON ROFF VT和VH
如果要调用已经定义好的压控开关的话
我们用S 这是它的标识S
后面是你起得名字说以这是Sname
N1 N2是开关的两个端点
C1和C2是控制开关的两个端点
也就是说C1和C2两端的电压
控制着这个开关是接通还是断掉
现在所用的开关这是Mname
这个名字就是定义好的压控开关器件的名字
这是器件的名字
这个流控开关和压控开关类似
前面也是.MODEL 后面是起的名字
后面是CSW就表示是流控开关
也就是电流来控制的开关
它的参数也是四个参数
如果要调用流控开关的话
用的标识符是W后面是name
然后N1 N2是开关的两个端点
这后面是控制这个开关的电流
实际上是电压源内部的电流来控制这个开关
说一下压控开关它的参数
RON是开关闭合时的电阻默认值是1Ω
也就是说本来开关闭合以后
理想情况下它的电阻是0
但是我们在这实际上是一个实际的开关
开关闭合以后它也有电阻默认值是1Ω
如果是其他电阻的话你要写在等号后面
如果不写的话 如果不写RON这个参数的话
它就默认为1Ω
这个ROFF是开关打开时的电阻
VT是使开关闭合时的阈值电压默认值是0V
是个阈值电压
我们说这是个压控开关
当电压超过VT那么这个开关就闭合了
小于VT那么这个开关是打开的
VH是迟滞电压 这个参数很少用
它的默认值是0V
比如在这我们定义了这么一个压控开关
这个器件的名字是Mname RON是2Ω
就是这个开关闭合以后它是2Ω这个电阻
开关打开以后它的电阻是1MΩ
这是很大的值
本来开关打开它的电阻应该是无穷
但实际的开关并不是这样的
它也有一个很大的值
VT是2V 也就是开关它控制端的电压
如果大于2V的话开关就闭合
小于2V的话开关就打开了
如果现在要调用这个开关
比如S是调用这个开关的标识
S1是给它起的名字
实际这就是把它变成了一个器件
这个是把这个开关放在了1和2这两个节点之间
a b是控制端
现在你用的这个器件的模型是这个
你刚在定义好的
这个开关的两端节点号分别是1和2
那么它这个开关是闭合还是打开
是由a b这两个节点的电压来确定的
大家看这个a b这两点的电压
如果是这种形式的话
在这个电压大于2V的时候 这个开关是闭合的
小于2V的时候 这个开关是打开的
所以说所谓的压控开关
就是由电压控制它打开和闭合的这么一个开关
我们下面举几个例子
用SPICE分析电路的过渡过程
这个电路是这样的是一个一阶过渡过程的电路
这是一个电压源12V 这是一个电阻
这是一个开关 这是5k的一个电阻
这个电容是20μF
当然一般的开关这个比如说是手动的
但是在我们仿真的时候
你没有办法用手去控制它内部的开关
所以就应该用压控开关去控制它的动作
所以说为了控制压控开关
我们在旁边做了一个控制源V2
这个V2就是一个电压源
为了去控制这个开关
我们用分段线性化信号源去写这个V2
让它根据我们的要求去控制这个开关
这个开关动作的要求是t=0的时候闭合
原来是打开的
所以我们应该写一个这种阶跃的信号
就是t=0以前是0 以后电压就到了5V
这样的话电压低的时候开关时打开的
电压一高上来开关就闭合了
这样我们就可以用这个信号去控制这个开关
让这个开关的动作满足我们的要求
大家看这个理想化的情况下
它的前沿是垂直的这么一个线段
但实际上我们用SPICE写的时候
它这两个端点的时间是不能够相等的
所以我们可以这么写
V2 两个端点是4 0 PWL是标识
括号0 0就是这个点
1e-12是非常小的时间的数
就是这个点的时间坐标
5V就是它的电压 然后我们再写10s的时候
这个是5V 这样的话这就是一个SPICE语句
它就描写了这么一个阶跃的信号源
然后我们把这个SPICE文件写出来
S1是开关 在2和3之间
谁来控制它呢 4 0两端的电压
它用的模型是switch1
switch1是底下来定义的.model
switch1后面是SW
后面参数根本就没写
这就表示它的参数都是取的默认值
这个是控制源
控制源就是这个分段线性化信号源
然后再进行瞬态分析
步长是0.1ms 结束值是100ms
当然这没写开始时间那就从0开始
然后我们这是把这个第三个节点
也就是电容上电压的波形画出来
这样的话用这个文件去运行的话
我们就能够画出来当这个开关闭合以后
电容上电压的一个变化曲线
在这有一个前提条件
就是电容电压的初始值是0
这个电容这没写初始值 它的初始值就是0
大家看这是仿真的波形
是以个一阶的过渡过程的一个过程 这是一个例子
下面给大家介绍一下二阶过渡过程
如图这个电路含有两个储能元件
一个是电感L 一个是电容C
那么它这有一个开关
开关S在t=0的时候 由a合向b
原来长时间是开关打到a
那么其实这个电容已经充电充到了U
已经时间比较长了
然后在t=0的时候开关由a合向b
我们是要分析t>0以后的变化规律
t>0实际上就是这个电路
这个电源已经脱开了
实际上就是这个电容有个初始值
然后是这么一个放电的过程
但是因为电路里面有两个储能元件
实际上这个过程就变成了一个二阶的过渡过程
我们可以列方程去解一下
随着时间的变化规律
我们知道电容的电流和电容上的电压
有这么一个关系
于是我们就得到电阻上的电压是这个式子
电感上的电压是这个式子
然后我们根据基尔霍夫定律
在这个回路里面列个电压方程
那么就是这个方程
我们就得到了这么一个二阶的微分方程
当然要求 就要解这个二阶微分方程
那么我们可以利用经典法
去求解这个二阶的微分方程
把解分成两部分
是微分方程的特解
就是这个微分方程的特解
我们一般都取一个稳态解
因为在这个回路里面没有电源
所以我们取是0
是微分方程对应的齐次方程的通解
它是暂态解
因为这个方程就是一个齐次方程
所以就是这么方程的一个通解
然后我们把 这个形式代到这个方程里面去
我们就可以导出来这么一个特征方程
这是这个微分方程的特征方程
下面我们就去解这个p
这个p就是特征根
然后我们就解出来这是p的式子
当然解出来的p代入这个方程里面
就得到了这个微分方程的一个通解
这样分几种情况
因为这有根号
如果根号里面的式子大于0
也就是说根号里面的式子大于0的
那么根就有两个 是两个不相等的负实数
这个式子实际上还是指数形式
所以它是一个按照指数规律
衰减的这么一个函数 它是这么一个波形
是共轭复数 是衰减的正弦信号
大家看实际上它是一个衰减的正弦信号
这是当R小于这个式子的时候
那么是这么一个结果
都是负实数 这个时候是处在这么一种
振荡和不振荡的临界状态
它的形式也是一个
按照指数规律衰减的一个信号波形
所以我们如果总结一下的话
如果R比较小 这是一个欠阻尼的状态
是会振荡起来的
它的波形是一个衰减的正弦信号
如果R等于 这是一个临界振荡状态
这个时候正好是没有振荡
如果R再大 它是按照指数规律衰减的一个信号
R越大就衰减越慢
这个我们刚分析这个电路的二阶过渡过程
随着R不同它的变化状况
下面给大家举个例子
我们用SPICE分析一个二阶过渡过程电路
也就是刚才我们讲过的这个电路
这是一个单刀双掷的开关
原来处于a 当t=0的时候开关从a打向b
当开关处在a的时候 实际上电容已经充了电
下面我们想用SPICE去仿真这个电路
因为这是一个单刀双掷的开关
而这个SPICE里面是没有这个单刀双掷开关的
所以我们用两个开关去模拟这个单刀双掷开关
当t=0的时候它打开 原来是闭合的
在t<0的时候是打开的 t=0的时候它闭合
这个时候两个同时动作
t=0的时候这个打开 这个闭合
这两个开关就共同仿真模拟了单刀双掷开关
为了控制这两个开关
我们又给出了两个信号源
它是一个正的阶跃 它控制着这个闭合
也就是t>0的时候它闭合
是下跳变的阶跃 原来是高电压
它是一个下跳变的阶跃
所以原来是闭合的 t=0以后它就打开了
所以必须好好去设计它控制信号的波形
你才能适当的去控制压控开关的动作
我们下面就把这个SPICE文件写出来
首先开关的模型我们定义好
.model我们定义开关的名字叫switch
SW表示是压控开关
这里面给出了两个参数 一个是RON=0.001Ω
就是它闭合以后电阻是非常小的
然后VT这个阈值电压是0.5V
这个是控制源
控制源分别是Va a 0 然后Vb b 0
后面是按照这两个波形写的两个阶跃的信号源
后面是电路了 就是这块电路 我就不详细说了
但是在这我们要改变这个电阻
要看看这个电阻比较大和比较小的时候
波形的形状
这是临界值 我们根据这个参数算下来是200Ω
所以说当R>200Ω的时候 它就不振荡
R<200Ω的时候 它是要产生振荡的
R=200Ω也是不产生振荡的 它是临界值
后面是做瞬态分析
下面我们看一下 这个是R=50(Ω)的时候
这是有振荡的这么一个波形
R=200(Ω)的时候是没有振荡的
R=300(Ω)这是大于临界值了这是衰减的
这是二阶过渡过程仿真的结果
从这个仿真结果我们就验证了
当R分别小于临界值 等于临界值
和大于临界值的时候那么它的波形的形式
-1.1 电路变量及方向
--作业
-1.2 基尔霍夫定律
--作业
-1.3 电路元件
--作业
-1.4 两种电源的等效互换
--作业
-1.5 支路电流法
--作业
-1.6 节点电位法
--作业
-2.1 叠加定理
--作业
-2.2 等效电源定理之戴维宁定理
--作业
-2.3 等效电源定理之诺顿定理
--作业
-2.4 含受控源电路的分析方法
--作业
-3.1 SPICE电路文件
-第3讲 电路仿真软件SPICE--3.1 SPICE电路文件
-3.2 元件语句
-第3讲 电路仿真软件SPICE--3.2 元件语句
-3.3 直流分析与输出语句
-第3讲 电路仿真软件SPICE--3.3 直流分析与输出语句
-3.4 子电路与模型语句
-3.5 Aim-spice使用方法
-4.1 正弦交流电路的概念
-第4讲 正弦交流电路基础--4.1 正弦交流电路的概念
-4.2 正弦量的相量表示法
-第4讲 正弦交流电路基础--4.2 正弦量的相量表示法
-4.3 纯电阻交流电路
-第4讲 正弦交流电路基础--4.3 纯电阻交流电路
-4.4 纯电感交流电路
-第4讲 正弦交流电路基础--4.4 纯电感交流电路
-4.5 纯电容交流电路
-第4讲 正弦交流电路基础--4.5 纯电容交流电路
-5.1 RLC串联的交流电路
-第5讲 正弦交流电路的分析方法--5.1RLC串联的交流电路
-5.2 交流电路的一般分析方法
-第5讲正弦交流电路的分析方法--5.2交流电路的一般分析方法
-5.3 功率因数的提高
-第5讲 正弦交流电路的分析方法--5.3 功率因数的提高
-5.4正弦信号源与.tran分析语句
-第5讲--5.4正弦信号源与.tran分析语句
-6.1 串联谐振
--作业
-6.2 并联谐振
--作业
-6.3 电路的频率特性
--作业
-6.4 ac交流扫描分析语句及其应用
--作业
-6.5 RLC电路的串联谐振实验
--6.5Video
-7.1 三相交流电源
-第7讲 三相交流电路--7.1 三相交流电源
-7.2 负载星形连接的三相电路分析
-第7讲 三相交流电路--7.2 负载星形连接的三相电路分析
-7.3 负载三角形连接的三相电路分析
-第7讲 三相交流电路--7.3 负载三角形连接的三相电路分析
-7.4 三相电路功率
-第7讲 三相交流电路--7.4 三相电路功率
-7.5 安全用电常识
-7.6 用SPICE分析三相电路
-第7讲 三相交流电路--7.6 用SPICE分析三相电路
-7.7 三相电路实验
--Video
-8.1 非正弦周期交流信号的分解
--作业
-8.2 非正弦周期交流电路的分析计算
--作业
-8.3 有效值和平均功率
--作业
-8.4 用Spice分析非正弦交流电路
--作业
-9.1 换路定理与初始值的确定
--作业
-9.2 过渡过程的经典分析方法
-第9讲 电路的过渡过程之一--9.2 过渡过程的经典分析方法
-9.3过渡过程的三要素分析法
-第9讲 电路的过渡过程之一--9.3过渡过程的三要素分析法
-9.4 过渡过程的叠加分析方法
-第9讲 电路的过渡过程之一--9.4 过渡过程的叠加分析方法
-10.1 微分电路、积分电路与脉冲激励下的RC电路
-第10讲--10.1微分电路、积分电路与脉冲激励下的RC电路
-10.2 含有多个储能元件的一阶电路
-第10讲--10.2含有多个储能元件的一阶电路
-10.4 用Spice分析电路的过渡过程
-第10讲 --10.4 用Spice分析电路的过渡过程
-10.5 RC电路的过渡过程
--Video
-11.1 磁场的物理量与磁性材料
-第11讲 磁路与变压器--11.1 磁场的物理量与磁性材料
-11.2 安培环路定律和磁路的欧姆定律
-第11讲磁路与变压器--11.2安培环路定律和磁路的欧姆定律
-11.3 交流铁芯线圈
-第11讲 磁路与变压器--11.3 交流铁芯线圈
-11.4 变压器的结果与工作原理
-第11讲 磁路与变压器--11.4 变压器的结果与工作原理
-11.5 变压器的额定值及特殊变压器
-第11讲 磁路与变压器--11.5变压器的额定值及特殊变压器
-11.6 用SPICE分析变压器电路
-第11讲 磁路与变压器--11.6用SPICE分析变压器电路
-12.1 Multisim主要窗口组件
-第12讲--12.1 Multisim主要窗口组件
-12.2 电路图的编辑与测试
-第12讲 --12.2电路图的编辑与测试
-12.3 元件库
--12.3
-第12讲 电路仿真软件Multisim--12.3 元件库
-12.4 测试仪表
-第12讲 电路仿真软件Multisim--12.4 测试仪表
-12.5 Multisim的分析功能
-第12讲 --12.5 Multisim的分析功能
-12.6 用Multisim分析电路举例
-13.1 预备知识
-第13讲 电动机--13.1 预备知识
-13.2 异步电动机的转动原理
-第13讲 电动机--13.2 异步电动机的转动原理
-13.3 三相异步电动机的结构和工作原理
--作业
-13.4 三相异步电动机的机械特性
-第13讲 电动机--13.4 三相异步电动机的机械特性
-13.5 三相异步电动机的使用
-第13讲 电动机--13.5 三相异步电动机的使用
-13.6 单相异步电动机简介
-14.1 常用低压电器
-14.2 电动机的启-保-停控制及电机的保护
--作业
-14.3 基本控制环节
--作业
-14.4 综合举例
--Video
-14.5 继电器-接触器控制系统实验
--Video
-15.1 可编程控制器的组成与工作原理
--作业
-15.2 S7-200 PLC程序设计基础
--作业
-15.3 位逻辑指令
--作业
-15.4 定时器指令与计数器指令
--作业
--第十五讲讲义
-16.1 小型PLC控制系统的设计方法
-第16讲--16.1小型PLC控制系统的设计方法
-16.2 顺序功能图
-第16讲 可编程控制器之二--16.2 顺序功能图
-16.3 利用顺序控制继电器（SCR）编写程序
-第16讲--16.3 利用顺序控制继电器（SCR）编写程序
-16.4 Step7-Microwin的窗口组成
-16.5 Step7-Microwin使用举例
-期末考试--电工技术期末考试
