各种激励信号的设置及瞬态分析
OrCAD(三)
一.模拟电路分析计算的基本过程
进行电路模拟分析的基本过程包括： 进行电路模拟分析的基本过程包括： 绘制电路图； 绘制电路图； 特性分析类型确定和参数设置； 特性分析类型确定和参数设置； 模拟分析计算； 模拟分析计算； 模拟结果分析。 模拟结果分析。
1.绘制电路图 1.绘制电路图(Capture) 绘制电路图(Capture)
分析类型 设置
节点电压 参数名
四.直流传输特性分析（TF:Transfer Function） Function） 直流传输特性分析（
（1）功能 PSpice程序首先计算电路直流工作点并在 PSpice程序首先计算电路直流工作点并在 工作点处对电路进行线性化处理，然后计算出 工作点处对电路进行线性化处理， 线性化电路的直流小信号增益、 线性化电路的直流小信号增益、输入电阻和输 出电阻，并将结果自动存入out文件中。 out文件中 出电阻，并将结果自动存入out文件中。直流 传输特性分析只涉及输入信号源和输出变量两 个参数。 个参数。
二.直流工作点分析（Bias Point Detail） Detail） 直流工作点分析（
（1）功能 在直流工作点分析过程中，PSpice将电 在直流工作点分析过程中，PSpice将电 路中的电容开路，电感短路，对各个信号源 路中的电容开路，电感短路， 取其直流电平值， 取其直流电平值，然后用迭代的方法计算电 路的直流偏置状态（静态工作点）。 路的直流偏置状态（静态工作点）。
分析类型 设置
自变量参数 扫描方式
自变量 取值
七.瞬态特性分析（Transient Analysis） Analysis） 瞬态特性分析（
（1）功能 给定激励信号作用下， 给定激励信号作用下，计算电路输出端的 瞬态响应。进行瞬态分析时，首先计算t=0时 t=0时 瞬态响应。进行瞬态分析时，首先计算t=0 的电路初始状态，然后从t=0 t=0到某一给定的时 的电路初始状态，然后从t=0到某一给定的时 间范围内选取一定的时间步长， 间范围内选取一定的时间步长，计算输出端在 不同时刻的输出电平。 不同时刻的输出电平。
瞬态信号分析
注： gn - -小波系数
hn - -尺度系数
分解算法
cnj1
h* k 2n
ckj
k
d
j n
1
g
* k 2n
ckj
k
gn d j1 c hn j1
逼近信号 细节信号
小波重构
重构算法与上述分解算法恰好相反，重构算法的表达 式为：
两个正弦信号 2
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
0
20
40
5.小 结
一、瞬态信号
1、定义
一般将持续时间短，有明显的开端和结束的信号称 为瞬态信号。
2、特点
强时变、短时段
3、实例
机器部件受瞬时冲击、各种撞击声、火箭发射等
4、处理方法
Wigner-Ville(魏格纳-威利)分布
时频分析 小波分析
二、时频分析
1、方法引入
在许多实际应用场合，信号是非平稳的，其统计量 （如相关函数、功率谱等）是时变函数，只了解信号在时 域或频域的全局特性远远不够，而希望得到信号频谱随时 间变化的情况。因此，引入了信号的时频分析概念
60
80
100
120
分解信号1 1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
0
20
40
60
80
100
120
重构低频信号 1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1
0
20
40
60
80
电工学 第三章 电路的瞬态分析
+
_
2 U 8V
iC
R2 4
iL + uL _
R3 4
2
+
_
U 8V
i1
R1
iC
u+ C 4 _
R2 4 C
iL + uL _
R3 4 L
i1
4
+ uC _
t = 0 -等效电路
化简得到t = 0-等效电路，可得：
R1 U 4 U i L (0 ) 1A R1 R3 R R1 R3 4 4 2 4 4 44 R1 R3
A U0 U
微分方程的解： uC (U 0
t U ) e RC U
27
3.3.1 RC电路的响应
(3) 电容电压 uC 的变化规律
0 t 0
R +
+
uC U (U 0
t U ) e RC
t
U0
1 + U -
uR–
-
U (U 0 U ) e
求解
稳态值 （三要素）
时间常数
25
3.3.1 RC电路的响应
换路前电路已处稳态，电 容处于开路已储能状态。
0 t 0
R +
+
U0 -
1 + U -
uR–
t =0时开关 S: 0 1
1. 电容电压 uC 的变化规律(t 0) (1) 列 KVL方程
duC C C uR R dt duC 代入上式得 RC uC U dt
学习要求
第三章
电路的瞬态分析
瞬态信号分析
重构高频信号
60
80
100
120
重构信号与原始信号比较 2 重构信号 原始信号
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
0
20
40
60
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100
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四、Wigner-Ville分布
1、发展历程
⌂1932年，由Wigner在提出，最初用于量子力学的研究
⌂1948年，Ville开始将它引入信号分析领域
幅值 A
-2
-3
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25 频率 f
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
Wigner-Ville波 形 0.45 0.4 0.35 10000 8000
三维图形
频率 f
0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 10 20 30 时间 t 40 50 60
幅值 A
0.3
式中，C
t b dadb WTx b, a a a 2
2
d
是 b,a t 的傅里叶变换
t b a
小波变换的实质就是以基函数 号 x t 分解为不同频带的子信号
的形式将信
6000 4000 2000 0 0.8 0.6 0.4 0.2 频率 f 0 0 20 时间 t 60 40 80
小 结
以上部分分析非平 稳信号的分类以及 对应于各类信号的 时频分析方法。现 就各种方法的适用
范围总结如右：
d2
gn
用于瞬态分析的五种激励信号
用于瞬态分析的五种激励信号Pspice软件为瞬态分析提供了五种激励信号波形(称为瞬态源)供用户选用。
下面介绍这五种瞬态源的波形特点和描述该信号波形时涉及到的参数。
其中电平参数针对的是独立电压源。
对独立电流源，只需将字母V改为I，其单位由伏特变为安培。
(1).脉冲电源(VPulse)：P247习题脉冲信号是在瞬态分析中用得较频繁的一种激励信号。
描述脉冲信号波形涉及到7个参数。
表1列出了这些参数的含义、单位及内定值。
表2给出了不同时刻脉冲信号值与这些参数之间的关系。
下图为一具体实例。
图中给出了该波形对应的参数。
脉冲信号波形（例）表1描述脉冲信号波形的参数注：表中TSTOP是瞬态分析中参数Final Time的设置值；TSTEP是参数Print Step的设置值。
表2脉冲信号电平值与参数的关系(2).分段线性电源（VPWL: Piece-Wise Linear）：5.2节分段线性信号波形由几条线段组成。
因此，为了描述这种信号，只需给出线段转折点的坐标数据即可。
下图是一个分段线性信号波形实例。
图中同时给出了描述该波形的数据。
分段线性信号波形（例）(3).调幅正弦电源（VSIN: Sinusoidal Waveform）：5.1节描述调幅正弦信号涉及6个参数。
表3列出了这些参数的含义、单位和内定值。
表4给出了调幅正弦信号波形的变化与这6个参数的关系。
下图为一具体实例，图中同时给出了该信号波形对应的参数。
调幅正弦信号波形(例)注：表中TSTOP为瞬态分析中参数Final Time的设置值。
表4 调幅信号波形与参数的关系说明：此处描述的调幅正弦信号只用于瞬态分析。
若阻尼因子与偏置值均为0，则调幅信号成为标准的正弦信号，但是在进行3-6节介绍的AC分析时，本信号并不起作用。
(4).调频电源(VSFFM: Single-FrequencyFrequency-Modulated)描述调频信号需要5个参数，表5列出了这些参数的含义、单位和内定值。
11.1 仿真所需元器件和激励源(6)仿真器设置(1)
仿真器设置
傅里叶：属于频谱分析，可与瞬态分析同步，主要用来分 析电路中各个非正弦波的激励和节点的频谱，以获得电路中的 基频、直流分量及谐波等参数。在每次进行傅里叶分析后，分 析得到的谐波的幅值和相位的详细信息都将保存在项目输出文 件夹中的ProjectName.sim文件中，并显示在主窗口中。
仿真器设置
仿真器设置
传递函数分析：主要用来分析仿真电路的输入电阻和输出 电阻。 温度扫描分析Temperature Sweep：在定义的温度范围内对 应每个给定的温度对电路进行分析,产生一系列曲线。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
仿真器设置
在上面的步骤全部完成后，单击仿真工具栏（“Mixed Sim”）中的仿真按钮，可对电路进行仿真。当系统以用户设定 的方式对原理图进行分析后，将生成后缀为.sdf的输出文件和后 缀为.nsx的原理图的SPICE模式表示文件，并在波形显示器中显 示用户设定节点仿真后的输出波形，用户可根据该文件分析并 完善原理图的设计。
《EDA技术》
仿真所需元器件和激励源(6)
仿真器设置
进入仿真设置环境：
单击菜单“设计”→“仿
真”→“Mixed Sim”命令或单
击仿真工具栏（“Mixed Sim”）
中的仿真按钮，系统将弹出如
图所示的仿真分析设置对话框。
仿真器设置
在进行电路仿真前，需要选择合适的仿真类型。 静态工作点分析:用于计算电路的直流工作点。由于工作点 分析的仿真参数均来自电路给定的参数，所以不需要用户进行 单独设置。 瞬态/傅里叶分析：在给定激励信号的条件下计算电路的响 应。
仿真器设置
瞬态：从时间零开始到用户设定的终止时间范围内进行的， 属于时域分析。系统将输出各个节点电压、电流及元件消耗功 率等参数随时间变化的曲线。瞬态分析在时间零和开始时间之 间只分析但并不保存结果，而在用户设定的开始时间（Start Time）和终止时间（Stop Time）之间才既分析并同时保存结果， 用于最后输出。
第2章 电路的瞬态分析(1)综述
U
1 2 We = CU C 2
单位：焦 [耳] (J)
uC 不能突变
d We 也可解释为 p d t 所以电容电压 u 不能发生突变,否则外部需要 向C 供给无穷大功率。
4、电容的串并联 电容串联
C2 u1 u C1 C 2
电容并联
u
u1 u2
uC
U
旧稳态
过渡过程
新稳态
t
换路后，u、i 都处于暂时的不稳定状态，所以电路 从一种稳态变化到另一种稳态的过渡过程又称为电
路的瞬态过程。
瞬态：过渡过程所处的状态
产生过渡过程的原因：物体所具有的能量不能跃变而造成
1.电路内部含有储能元件L、C -- 内因 w p t 能量的储存和释放都需要一定的时间来完成
2.电路结构、状态发生变化 -- 外因 电源的接通与断开、支路接入或断开、参数变化
研究过渡过程的意义 换路
过渡过程是一种自然现象，过渡过程的存在有利有弊。 有利的方面，如电子技术中常用它来产生各种波形；不利的 方面，如在瞬态过程发生的瞬间，可能出现过压或过流，致 使设备损坏，必须采取防范措施。
二、激励和响应 激励：电路从电源或信号源输入的信号，又称输入 响应：在激励或内部储能作用下产生的电压和电流， 又称输出 1、零状态响应（外部激励引起） ——只由电源激励作用产生的响应 2、零输入响应（内部储能引起） ——只由储能元件作用产生的响应 3、全响应（ 内部激励+外部激励引起） ——零状态响应+零输入响应 （ 在线性电路中 ）
uC （ 0）
iL (0 ) iL (0 ) 1A
u（ u（ 0 C 0） C 0）
Multisim14电子系统仿真与设计第8章 Multisim14的仿真分析方法
8.4 瞬态分析（Transient）
选择瞬态分析后，其对话框会显示4个分析设置选项卡：
通过分析参数(Analysis Parameters)选项卡，可以设 置分析开始的初始条件、分 析开始和结束的时间等。
输出(Output)选项卡设置 同直流工作点分析， 本例选 择为3号和4号结点的电压。 其余选项卡可采用默认设置。
完成分析设置后，点击Run可进行仿真分析，结果显示在Grapher View窗口中：
本例选择电阻R1为扫描元件，设置其 扫描开始数值为1kΩ、结束数值为20kΩ、 扫描点数为4。选择扫描分析类型为瞬态分 析，并设置瞬态分析结束时间为0.01秒。从 仿真分析结果可见，R1在1kΩ~20kΩ之间 变化时，放大器的输出波形由饱和失真到 基本不失真。显然，R1=20kΩ比较合适， 此时输出波形基本不失真。
分析结果为谱密度曲线。其中， 上面的曲线是R1对输出结点噪声 贡献的谱密度曲线，下面的曲线 是Q1对输出结点噪声贡献的谱密 度曲线。
81交互式仿真interactivesimulation输出选项卡output用于设置在仿真结束进行数据检查跟踪时是否显示所有的器件参数当器件参数很多或者仿真退出的时间较长时可以选择不显示器件参数通常采用默认设置
第8章 Multisim14的 仿真分析方法
CHINA MACHINE PRESS
引言
8.3 交流扫描分析（AC Sweep）
交流扫描分析能完成电路的频率响应 分析，生成电路的幅频特性和相频特性。 分析中所有直流电源被置零，电容和电感 采用交流模型，非线性元件（二极管、三 极管、场效应管等）使用交流小信号模型。 无论用户在电路输入端加入了何种信号， 交流扫描分析时系统均默认电路的输入是 正弦波，并以用户设置的频率范围来扫描。
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各种激励信号的设置及瞬态分析
学院:物理与电子学院
班级:电信1004班
姓名:
学号:
2012年10月30
一、实验目的
1、了解各种激励信号中参数的意义，掌握其设置方法。
2、掌握对电路进行瞬态分析的设置方法，能够对所给出的实际电路进行规
定的瞬态分析，得到电路的瞬态响应曲线。
二、实验内容
1、正确设置正弦信号、脉冲信号、周期性分段线性信号，参数自行确定，要求屏幕上正好显示4个完整周期的信号曲线。
2、对下图单管放大电路进行瞬态分析，信号源采用正弦波，频率从1kHz 到20kHz任意选定。
根据信号频率，合理选择分析结束时间，观测输出端的波形，屏幕上正好显示5个完整周期的波形。
3、在瞬态分析的同时对输出节点（out）的电压波形进行傅里叶分析，分析计算到6次谐波。
FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V(V_V1)
DC COMPONENT = -1.719473E-08
HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE RMALIZED
NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)
1 1.000E+03 5.000E-03 1.000E+00 -3.067E-04 0.000E+00
2 2.000E+0
3 2.640E-08 5.281E-06 -1.587E+02 -1.587E+02
3 3.000E+03 1.869E-08 3.739E-06 1.675E+02 1.675E+02
4 4.000E+03 1.066E-08 2.133E-06 1.355E+02 1.355E+02
5 5.000E+03 4.034E-09 8.069E-07 1.563E+02 1.563E+02
6 6.000E+03 9.503E-09 1.901E-06 -1.748E+02 -1.747E+02
TOTAL HARMONIC DISTORTION = 7.118649E-04 PERCENT
JOB CONCLUDED
TOTAL JOB TIME .77
三、实验结果总结与分析
瞬态特性分析的目的是在给定输入激励信号作用下，计算电路输出端的瞬态响应。
傅里叶分析的作用是在瞬态分析完成后，通过傅里叶积分，计算瞬态分析输出结果波形的直流、基波和各次谐波分量。
因此，只有在瞬态分析后才可能进行傅里叶分析.
通过本次实验,我们更深刻的理解正弦信号、脉冲信号、周期性分段线性信号下的波形，让我们对这些信号工作下的电路有了更加直观的了解，并且对以后的学习打下了扎实的基础。