各种激励信号的设置及瞬态分析
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
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
80
100
120
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。
Multisim14电子系统仿真与设计第8章 Multisim14的仿真分析方法
仿真结果显示：结点1和3的静态工作点电 压分别为705.68644mV和3.03713V，即静态 时晶体管的集电极电压UCE≈3V、发射极电压 UBE≈0.7V，故放大电路工作在放大状态。
需要注意的是，在做电路仿真分析时，若打开的电路图中未显示结点标号， 可先通过Properties命令或Sheet Properties命令，在Sheet visibility选项卡的 Net names栏中，选择Show all，标出电路中待分析的结点号。
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。
8.1 交互式仿真（Interactive Simulation）
选择交互式仿真后，其对话框会显示3个分析设置选项卡：
分析参数选 项卡(Analysis Parameters )用 于设置仿真的 初始条件、结 束时间和时间 步长等。
8.1 交互式仿真（Interactive Simulation）
8.6 单频交流分析（Single Frequency AC）
单频交流分析能给出电 路在某一频率交流信号激励 下的响应，相当于在交流扫 描分析中固定某一频率时的 响应，分析的结果是输出电 压或电流相量的“幅值/相位” 或“实部/虚部”。
本节仍以单级放大器为例说明单频交流分析的方法和步骤。
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）
OrCAD操作指南
三．
Prob模块显示窗模拟示波器的显示效果,同时可对图形进行适当的分析。
在显示窗上增加图形。点击后出现下面对话框：
左边栏目选择要显示波形的节点处。右边栏目可选择计算公式。下边栏目列表达式。点击OK按键后，对应节点表达式的波形将显示在屏幕上。用这种办法可得到更多的显示信息。比如可用输入电压比输入电流得到输入阻抗。
噪声分析是计算电路各部分在各点频上的噪声等效为输入噪声源位置上的输入噪声。以此计算出等效输出噪声，结果以文件的形式输出。可在输出文件中查到。
Bias Point:
在分析偏置时，Pspice将电路中的电容开路电感短路，对各信号源取其直流电平值，用迭代法计算电路的直流偏置状态。
在Analysis type栏中选中bias Point,Options栏中选中Save Bias Point,Output file options栏选中Include detailed bias point information for nonlnear controlled sources and semiconductor,就可以进行偏置（直流工作点）分析了。Perform Sensitivity analysis用于直流灵敏度分析，Calculate small-signal DC gain用于计算直流传输特性分析。
傅立叶变换，进行时域分析后选此按键可进行傅立叶变换，结果以频谱显示在屏幕上。
文本标签，在屏幕上设置文本标签。
测试点坐标，测试任意点的坐标。
标注座标值。
*点击菜单栏的window/copy to clipboard可将屏幕显示的图形放入剪贴版，粘贴到word文档中。
Matlab中的时频分析与瞬态分析技术详解
Matlab中的时频分析与瞬态分析技术详解引言：Matlab作为一种功能强大且广泛应用的数学软件，被广泛用于信号处理、数据分析等领域。
在信号处理领域，时频分析与瞬态分析是重要的技术手段。
本文将详细介绍Matlab中的时频分析与瞬态分析技术，包括原理、方法和应用等方面内容，以帮助读者更好地理解和应用这些技术。
一、时频分析的原理与方法时频分析是指对信号在时域和频域上的特性进行综合研究的一种方法。
时频分析的基本思想是将信号分解为一系列窄带信号，并对每个窄带信号进行频域分析，从而得到信号在不同频率和时间上的特性。
常用的时频分析方法包括短时傅里叶变换（Short-time Fourier Transform，STFT）、连续小波变换（Continuous Wavelet Transform，CWT）等。
1. 短时傅里叶变换（STFT）短时傅里叶变换是一种经典的时频分析方法，其基本思想是将信号分段进行傅里叶变换。
Matlab中可以使用stft函数来进行短时傅里叶变换。
以下是一个简单的示例：```MatlabFs = 1000; % 采样率t = 0:1/Fs:1-1/Fs; % 时间序列f0 = 50; % 信号频率x = sin(2*pi*f0*t); % 生成信号windowLength = 128; % 窗口长度overlapLength = 100; % 重叠长度[S,F,T] = stft(x, windowLength, overlapLength, Fs);imagesc(T, F, abs(S));set(gca,'YDir','normal');colorbar;```上述代码通过生成一个正弦信号，并对其进行短时傅里叶变换，将结果使用图像表示出来。
通过调整窗口长度和重叠长度，可以获得不同精度和分辨率的时频谱图。
2. 连续小波变换（CWT）连续小波变换是一种基于小波分析的时频分析方法，其基本思想是将信号与一系列不同尺度的小波基函数进行内积运算。
OrCAD(三)
灵敏度分析就是定量分析、比较电路特
性对每个电路元器件参数的敏感程度。分析
指定的节点电压对电路中电阻、独立电压源
和电流源、电压和电流控制开关、二极管、
双极晶体管5类元器件参数敏感度。
灵敏度的定量表示：
1）元件灵敏度S指电路特性参数T对 元器件X绝对变化的灵敏度，即为T对X 的变化率：S(T,X)=Δ T/Δ X
直流、基波和各次谐波分量。
（2）傅立叶分析中的参数设置
Center、Number of、Output
（3）结果输出
傅立叶 分析设 置
傅立叶分析 参数设置
五.直流特能
电路中某一参数（自变量）在一定范围内
变化时，对自变量每一个取值，计算电路的直
流偏置特性（输出变量）。分析过程中，电容
开路，电感短路，各个信号源取直流电平值，
逻辑器件延时取0，其单元激励源取t＝0时的
值。
（2）DC分析的参数设置
1）自变量设置 a.自变量类型设置 b.自变量名确定 c.扫描变化方式和取值 Liner（线形变化）：Start（起始值）、End（终 止值）、Increment（步长） Start>0、 Logarithmic： Octave（按倍数） End、 （对数变化） Decade（按数量级） Points （点数） Value List（自变量所有取值） 2）参变量设置
波形显示和分析模块Probe功能：
1）“示波器”作用
2）信号波形运算处理
3）电路设计性能分析
4）绘制直方图
5）信号波形数据显示处理
（2）出错信息显示分析
电路中存在问题、分析参数设置不合适 或模拟计算不收敛，都将影响模拟过程的进 行，将出现出错信息显示。根据对出错信息
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中南大学
CAD实验
题目各种激励信号的设置及瞬态分析学生姓名
指导教师
学院
专业班级
学生学号
年月日
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。
（1）正弦信号voff=1v, vampl=2v, vfreq=1khz, phase=60, df=0, td=0
（2）脉冲信号Pulse:v1=1v, v2=3v,per=2s, pw=1s,td=1s,tf=0.6s,tr=0.2s
（3）PWL(piece-wise Linear) t1=0s, t2=1s, t3=1.2s,t4=1.3s, t5=2s, t6=3.5s
t7=4s,t8=4.5s V1=0, v2=2, v3=0.5, v4=2, v5=1, v6=3, v7=1, v8=2
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。
设置如下：正弦信号：voff=1v, vampl=2v, vfreq=1khz, phase=60, df=0, td=0
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(OUT)
DC COMPONENT = 2.174553E+00
HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED
NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)
1 1.000E+03 5.468E+00 1.000E+00 -1.190E+0
2 0.000E+00
2 2.000E+0
3 1.451E+00 2.653E-01 -1.466E+02 9.135E+01
3 3.000E+03 1.265E+00 2.314E-01 5.004E-01
3.574E+02
4 4.000E+03 1.192E+00 2.180E-01 -2.589E+01
4.500E+02
5 5.000E+03 2.318E-01 4.240E-02 1.074E+02 7.022E+02
6 6.000E+03 8.352E-01 1.528E-01 9.329E+01 8.071E+02 TOTAL HARMONIC DISTORTION = 4.433670E+01
PERCENT出师表
两汉：诸葛亮
先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。
然侍卫之臣
不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。
诚宜开张圣听，以光
先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。
宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。
若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其
刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。
侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚
以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。
将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：
愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。
亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。
先帝在时，
每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。
侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，
愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也。
臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。
先帝不以臣卑鄙，猥自枉
屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。
后值倾覆，受任于
败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。
先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。
受命以来，夙夜忧叹，恐托付不效，以伤先帝之
明；故五月渡泸，深入不毛。
今南方已定，兵甲已足，当奖率三军，北定中原，庶竭驽钝，
攘除奸凶，兴复汉室，还于旧都。
此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。
至于斟酌损益，进尽
忠言，则攸之、祎、允之任也。
愿陛下托臣以讨贼兴复之效，不效，则治臣之罪，以告先帝之灵。
若无兴德之言，则责
攸之、祎、允等之慢，以彰其咎；陛下亦宜自谋，以咨诹善道，察纳雅言，深追先帝遗诏。
臣不胜受恩感激。
今当远离，临表涕零，不知所言。