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一阶RC电路的计算机辅助分析
摘要:本文以一阶RC电路分析的三要素法为理论基础,结合电子电路仿真设计软件Multisim7,通过分析波形的方法确定了一阶RC电路中变量的函数表达式,阐述了计算机软件为一阶RC电路分析带来的明显优势。
关键词:三要素法 一阶RC电路 Multisim7 波形分析

计算机技术飞速发展的今天,我们的很多工作都可以由计算机来代替完成,电子电路分析设计也不例外,加拿大IIT(Interactive Image Technologies)公司的Multisim就是一款优秀的电子电路仿真设计软件,它可以代替我们完成电路的原理图输入和分析仿真的工作,在工程技术界和教育界应用非常的广泛。

一、一阶RC电路及“三要素法”

对于含有一个电容和一个电阻的电路,当电路的无源元件都是线性和时不变时,该电路称为一阶RC电路。如果电路仅含有一个电容元件,则可以把该动态元件以外的电阻电路等效为电压源和电阻的串联组合。一阶RC电路中动态元件的特点可由下面的方程来描述:
            
其中 为任意时刻电容的电压, 、τ分别是电容电压的稳态值、初始值和电路的时间常数。由此我们可以引申到一阶RC电路中的任意变量的求解,即
分析一阶RC电路,我们一般采用的方法是三要素法,即计算出变量的稳态值 、初始值 和电路的时间常数τ,然后按照上式来求解出它的表达式。

二、使用Multisim7分析一阶RC电路

我们以三要素法为理论基础,借助电子电路仿真分析软件Multisim7,对下图一阶RC电路中电容两端的电压进行计算机辅助分析。


1、按照上图在Multisim7中做出电路图。
  
2、初始值、稳态值的确定。
下面我们要利用示波器XSC1的波形分析找到电容两端电压变化前的值和变化稳定后的值。
单击菜单栏Simulate—〉Run,运行仿真。在电路图中双击虚拟示波器会看到电容电压波形为平行于横轴的一条直线,此时电路处于稳定的状态,电容电压为一固定的值。按一下空格(电路图中的“Key = Space”表示空格键控制开关的打开与闭合),开关闭合,电路的状态发生变化,此时会看到如下图所示的波形(示波器的横轴为时间,每一格代表的时间为1ms,纵轴为电容两端电压值,每一格代表的电压为5V)。
由左右上角的蓝色(T1)和黄色(T2)的三角滑块确定的T1、T2的值可知电容电压的初始值、稳态值分别是10V、5V。
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