第２０卷 第ｌＯ期 Ｖｏ１．２Ｏ Ｎｏ．１０ 电子设计工程 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１２年５月 Ｍａｙ．２０１２ ＲＣ电路正弦稳态特性的Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真分析 腾香 （渤海大学数理学院，辽宁锦州１２１０００） 摘要：基于探索大学物理电学实验仿真技术的目的，采用Ｍｕｈｉｓｉｍｌ０仿真软件对ＲＣ电路正弦稳态特性进行了仿真 实验分析。用多个四踪示波器以面板部分重叠方式显示电路中各电量的波形，可直观观测稳态时各电量的相位关系， 定量测量反映超前、滞后关系的相位差及各电量的数值大小。将电路的硬件实验方式向多元化方式转移，利于培养知 识综合、知识应用、知识迁移的能力，使电路分析更加灵活和直观。 关键词：电学实验；ＲＣ电路；正弦稳态特性；Ｍｕｈｉｓｉｍ；电路仿真 中图分类号：ＴＰ３９１．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—６２３６（２０１２）１０一Ｏ０１０—０３ Ｍｕｌｔｉｓｉｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ＲＣ ｃｉｒｃｕｉｔ ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ＴＥＮＧ Ｘｉａｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｂｏｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，￣ｎｚｈｏｕ １２１０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ＲＣ ｃｉｒｃｕｉｔ ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ｓｔｅａｄｙ—ｓｔａｔｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ Ｍｕｈｉｓｉｍ １０ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｗｈｉｃｈ ａｉｍｓ ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｉｎ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ａｌｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ｓｉｇｎａｌ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ｗｅｒｅ ｄｉｓｐｌａｙｅｄ ｉｎ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ ｓｈｏｗ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｍｕｌｔｉ－ｆｏｕｒ－ｔｒａｃｋ ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅｓ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐｈａｓｅ ｐｌａｃｅ ｉｎ ｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅ ｃａｎ ｂｅ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｃｒｅｅｎ．Ｔｈｅ ｌｅａｄ ｏｒ ｌａｇ ｏｆ ｐｈａｓｅ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｅａｃｈ ｃｉｒｃｕｉｔ’Ｓ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｃａｎ ｂｅ ａｌｓｏ ｅｘａｃｔｌｙ ｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｉｔ’Ｓ ｇｏｏｄ ｆｏｒ ａｂｉｌｉｔｙ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ，ａｐｐｌｙｉｎｇ ａｎｄ ｍｉｇｒａｔｉｎｇ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ａｎｄ ｏｂｔａｉｎｓ ｍｏｒｅ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ａｎｄ ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｙ ｄｉｖｅｒｓｉｉｆｅｄ ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｃｉｒｃｕｉｔ＇ｓ ｈａｒｄｗａｒｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｉｃｉｒｔｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ；ＲＣ ｃｉｒｃｕｉｔ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ；Ｍｕｈｉｓｉｍ；ｃｉｒｃｕｉｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 在交流电路的研究中，常需要通过电阻、电感、电容等元 件的不同组合来改变输出正弦信号和输入正弦信号之间的 相位差，或构成放大电路、振荡电路、选频电路、滤波电路等。 因此，对ＲＣ串联电路稳态过程的研究，在电路理论、工程技 术上有着重要的地位与作用．是高校普通物理实验之一㈣。 用Ｍｕｈｉｓｉｍ仿真软件 进行ＲＣ电路正弦稳态工作过程 波形仿真分析。以信号源元件库中的交流电压源或虚拟仪器 中的函数信号发生器做实验中的信号源产生所需的正弦信 图１ ＲＣ电路仿真实验电路创建 Ｆｉｇ．１ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｏｎ ｏｆ ＲＣ ｃｉｒｃｕｉｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 号。用多个四踪示波器以面板部分重叠方式显示电路中各电 量的波形，可直观观测稳态时各电量的相位关系，定量测量 反映超前、滞后关系的相位差及各电量的数值大小。 以下分析用ＭｕｌｔｉｓｉｍｌＯ版本。 源元件库中的交流电压源，最大值为 ＝ｌ Ｖ、初相位 ＝０。、 频率ｆ＝５０ Ｈｚ；示波器ＸＳＣｌ用于显示信号源信号Ｉｔ。、电容两 端电压Ｕ 的波形，示波器ＸＳＣ２用于显示电阻两端电压ｕ 的波形。 电阻两端电压Ｍ 是非对地的电压，用示波器间可接测试 １ ＲＣ电路正弦稳态过程的Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真原理 １．１仿真电路的创建及各电量的向量关系 在Ｍｕｈｉｓｉｍｌ０中创建的ＲＣ正弦稳态特性仿真电路如图 １所示。 其波形．方法如下。 由图１有： Ｒ＝ＩｔＩ— ｃ＝Ⅱｌ＋（一ｕｃ） （１） 图１中，ＲＣ电路由电阻 。、电容Ｇ，串联构成，元件参数 由运算放大器、电阻Ｒ 、 构成比例系数为ｌ的反相比 的选取为电阻Ｒ１＝１ ｋＤ、电容Ｃｌ＝１ Ｆ。正弦信号源选用信号 收稿日期：２０１２—０３—１６ 稿件编号：２０１２０３１３０ 例运算电路，输入信号为ＩｔＣ－输出信号为一Ｍ ，示波器ＸＳＣ２的 Ａ通道输入 Ｉ信号、Ｂ通道输入一ＩｔＣ信号，以Ａ＋Ｂ方式显示即 基金项目：渤海大学２０１１年度校级教改Ａ类项目（ＢＤＪＧ２０１ｌ－Ａ０１１） 作者简介：腾香（１９６４一），女，辽宁葫芦岛人，硕士，副教授。研究方向：电子与控制信息。 －１０－ 腾香ＲＣ电路正弦稳态特性的Ｍｕｈｉｓｉｍ仿真分析 实现式（１）关系得到ＵＲ的波彤。 ，———＝一 ．１ 一由图１有各电量的向量关系为： ＝单× （５） ｍ＋ （２） 式（５）表明，电容两端电压的最大值为０．９５４ Ｖ、滞后电源 ＲＣ电路的复阻抗为： 电压ｌ７．４３。。 Ｚ＝Ｒ－ｊ １ １．２ Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真结果分析 示波器ＸＳＣ１、ＸＳＣ２的面板以部分重叠方式显示．且两个 ＝ ２＋（ ） ＜一ａｒｃ ｔａｎ １ 面板的Ｔｉｍｅｂａｓｅ区中的Ｓｃａｌｅ、Ｘ ｐｏｓｉｔｉｏｎ要设置一致。 Ｍｕｈｉｓｉｍ仿真波形如图２所示。由上至下依次是信号源信号 ＝、／１０００ ＋（ ） ＜一ａｒｃ ｔａｎ １ ｕ 、电容两端电压“ 电阻两端电压ｕ 的波形。 ＝３ ３３８．０２＜一７２．５７。Ｑ （３） 仿真结果反映了电容两端电压 滞后信号源电压ｕ 、电 电阻两端电压ｕ 的向量为： 阻两端电压 超前信号源电压 示波器ＸＳＣ１的面板中，电 容两端电压的最大值约为Ｏ．９５ Ｖ；通过游标指针２和１可读 ＝ × 出Ｍ 滞后Ｍ。的时间为 Ｔｉ＝９７８．９１６ ｓ，计算出电容两端电 ＝ 丽１ ０００丽 １＜０。 压ｎ 滞后信号源电压 的角度为： ９７８．９１ ６ｘ １０￣ｘ３６０ｃ＝—＝１７．６２。 （６） ＝Ｏ．２９９＜７２．５７。Ｖ （４） 式（４）表明，电阻两端电压的最大值为Ｏ．２９９ Ｖ、超前电 与理论值基本一致。 源电压７２．５７。。 示波器ＸＳＣ２的面板中，电阻两端电压的最大值约为Ｏ＿３ Ｖ； 电容两端电压ｕ 的向量为： 通过游标指针２和１可读出ｕＲ超前 的时间为Ｔｚ－．－Ｔ，＝４．０６９ ｍｓ， ｒ＿ ； ｌ ．／＿ ＼＼．／ — —、＼ ＼ ‘—／ ．／■ 一／／’ — ＼＼ ／ ／一 ／一 ．： ．．／ ／ ＿、、＼ ，／／／ Ⅲ＝ｔ §“一 弃 蜮｝ｉ 蒜＂１０ＸｔＯ￣ｔｒｎｔ 器 、．３１６ｍ－．，ｔ 霖 豫麓一＿囊蘩 ｜ ｜ ＿ ｔ皂■＿ 懈 ＿４｜宦１ ｔｌ蠹 释 ｉ ７ ｌ萋＼ｉ％ ｜ ｒｔ・ 甍 。 ・ ＿印 奄 ——一．＿一一．。。．．． ．－Ｋ一 －曙 －——＼ ＼ 一 ＿＿＼＼一 ／ ——、 。／ ．一 ．～ ． 盏蠹 Ｉ＿Ｉ 譬 ％强 弧 甚蚤ｉ％豫 ≈ｉ ｉ ．． ；赫 蒜 １０，８０２ ‘ｔ ＾毳 ｍ＾ ’锵＿懈冉Ｎ｜ 礴 ｌ 幕０ 蝴 ｜ ＊。 镬篱警 秆镬§露＇ 嚣 洳 ■ ｜ ｎ懋心 ｌ ｜ｉ ｌｔ 。— ｋ 漂 ｉ霉§ｉ琵熬 ＼ 蠢 露 臻 ｌ ≯ ｌ枯鼙§ 霪ｌ ＼＿ｉ璺 ； 爨 ． § ■ 斟 图２ ＲＣ电路的Ｍｕｌｔｉｓｉｍ稳态仿真波形 Ｆｉｇ．２ Ｍｕｉｔｉｓｉｍ ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗａｖｃｆｏＥｍ ｏｆ ＲＣ ｃｉｒｃｕｉｔ 一１１— 《电子设计工程）２０１２年第ｌ０期 计算出电阻两端电压ＭＲ超前信号源电压 的角度为： ＿７２ ２。 （７） ＲＥＮ Ｊｕｎ—ｙｕａｎ．Ｔｈｅ ｓｔａｔｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｏｆ ｆｌｉｐ．ｌｆｏｐ ｂｙ ｐｅ ｅｎ ｎｃｅ ２叭 ： 与理论值基本一致。 ［５１任骏原．Ｍｕ１ｔｉｓｉｍ在触发器工作波形分析中的应用［Ｊ】．现代 ２ 结束语 用硬件实验仪器对ＲＣ电路稳态过程进行测试，无法同 电子技术，２０１０，３３（１５）：１８４—１８６・ ＲＥＮ Ｊｕｎ－ｙｕａｎ．Ａｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｓｉｍ ｔｏ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｗａｖｅ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｏｆ ｌｆｉｐ－ｌｆｏｐ［Ｊ１．Ｍｏｄｅｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ， ２０１０，３３（１５）：１８４—１８６． 时显示信号源信号ｕＩ、电容两端电压ｕＣ、电阻两端电压ｕＲ 的波形，用Ｍｕｈｉｓｉｍ软件仿真解决了这一问题。将计算机仿 真软件Ｍｕｌｔｉｓｉｍ引入到电路实验中，使电路的分析、仿真、测 ［６】任骏原．７４ＬＳ１６１异步置零法构成任意进制计数器的 Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真［Ｊ］．电子设计工程，２０１１，１９（１４）：１３５—１３７． ＲＥＮ Ｊｕｎ－ｙｕａｎ．Ｍｕｌｔｉｓｉｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｏｄｕｌｏ—Ｎ ｃｏｕｎｔｅｒ 试非常方便，所述方法具有实际应用意义，亦可应用于ＲＬＣ 电路的正弦稳态分析中。将电路的硬件实验方式向多元化方 式转移，利于培养知识综合、知识应用、知识迁移的能力。使 电路分析更加灵活和直观。 参考文献： ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｂｙ ７４ＬＳ１６１ｗｉｔｈ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｒｅｓｅｔ ｍｅｔｈｏｄ【Ｊ］． Ｅｌｅｃｔｏｎｉｒｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１１，１９（１４）：１３５－１３７． ［７】腾香．二进制译码器逻辑功能Ｍｕｌｔｉｓｉｍ４＃真方案［Ｊ］．现代 电子技术，２０１０，３３（２０）：１ｌ一１３． ＴＥＮＧ Ｘｉａｎｇ．Ｍｕｈｉｓｉｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｍｇａｍ ｏｆ Ｂｉｎａｒｙ ｄｅｃｏｄｅｒ 【１］符时民，陈维石，封丽．基础物理实验（第三册）［Ｍ］．沈阳： 东北大学出版社．２００７． ｌｏｇｉｃ ｆｕｎｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｍｏｄｅｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，２０１０，３３ （２０）：１１－１３． 【２】杨述武．普通物理基础（电磁学部分）【Ｍ］．北京：高等教育 出版社．２Ｏ００． ［８】马敬敏．基本ＲＳ触发器工作状态的Ｍｕｌｔｉｓｉｍ＠真［Ｊ］．电子 设计工程，２０１Ｉ，１９（１７）：２４－２６． ＭＡ Ｊｉｎｇ－ｍｉｎ．Ｍｕｈｉｓｉｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｂａｓｉｃ ＲＳ ｆｌｉｐ—ｌｆｏｐ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１ １，１９ ｆ３】郑步生，吴渭．Ｍｕｌｔｉｓｉｍ２００１电路设计及仿真入门与应用［Ｍ］． 北京：电子工业出版社．２０ｏ２． ［４］任骏原．用Ｍｕｈｉｓｉｍ仿真软件分析触发器的状态变化过 程［Ｊ］．实验科学与技术，２０１１，９（１）：５３—５６． （１４）：２４—２６． （上接第７页） 同时通过介绍系统软硬件的设计方案，实现了基于永磁同步 电机改进型矢量控制的工业缝纫机驱动系统的设计。 参考文献： Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ａ ｎｏｖｅｌ ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｒｆ ｖｏｌｔａｇｅ－ｓｏｕｒｃｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， ２００８．３６（１２】：ｌ７Ｏ２—１７Ｏ６． 【１］陈伯时．电力拖动自动控制系统一运动控制系【Ｍ】．３版．北 京：机械工业出版社。２０ｏ３． ［４］陈荣．永磁同步电机控制系统［Ｍ】．１版．北京：中国水利水 电出版社．２００９． 【２】姜淑忠，祁贲．工业缝纫机永磁同步伺服电动机系统［Ｊ］． 微电机，２００４，３７（４）：５０—５１． ［５】郎宝华，刘卫国，周熙炜，等．空间矢量脉宽调制的仿真研 究及应用［Ｊ】．电机与控制应用，２００７，３４（８）：６—９ ＬＡＮＧ Ｂａｏ—ｈｕａ，ＬＩＵ Ｗｅｉ－ｇｕｏ，ＺＨＯＵ Ｘｉ—ｗｅｉ， ｅｔ ａ１． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｎ ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ｐｕｌｓｅ ＪＩＡＮＧ Ｓｈｕ－ｚｈｏｎｇ，ＱＩ Ｂｅｎ．ＰＭ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ￥ｅｒｖｏ ｍｏｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｉｒｌａ ｓｅｗｉｎｇ田．Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｍｉｅｒｏｍｏｔｏｒｓ，２００４，３７ （４）：５０－５１． ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍａｃｈｉｎｅｓ＆Ｃｏｎｔｍｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． ２ＯＱ７．３４（８）：６—９． 【３】袁登科，徐国卿，张舟云，等．一种新型空间电压矢量脉宽 调制方法［Ｊ］．同济大学学报，２００８，３６（１２）：１７０２－１７０６． ＹＵＡＮ Ｄｅｎｇ－ｋｅ，ＸＵ Ｇｕｏ－ｑｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｏｕ・ｙｕｎ，ｅｔ ａ１． ［６】魏克新，王云亮．ＭＡＴＬＡＢ 言与自动控制系统设计【Ｍ】． 北京：机械工业出版社．２０ｏ１． （上接第９页） ＹＡＵＮ Ｔｉａｎ・ｙｏｕ，ＬＩ Ｃｈａｏ，ＸＩＥ Ｙｕｅ．Ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ ａｎｄ ｄｏｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００６，２６ （２）：９６－９９． ｐｒｅｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ＤＳＰ／ＢＩＯＳ［Ｊ］．Ｃｏｎｔｏｌ＆Ａｕｔｒｏｍａｔｉｏｎ．２００６ （２２）：１５４—１５５． 【７］Ｈｅａｓｍａｎ Ｊ．Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ａｎ ＡＣＰＩ ＢＩＯＳ ｆ６１王静，吴伟民，赖天武，等．ＢＩＯＳ）￣门分析［Ｊ】．计算机应用， ２００６，２６（２）：９６－９９． ＷＡＮＧ Ｊｉｎｇ，ＷＵ Ｗｅｉ—ｍｉｎ，ＬＡＩ Ｔｉａｎ－ＷＵ，ｅｔ ａ１．ＢＩＯＳ ｂａｃｋ－ —．Ｒｏｏｔｋｉｔ［ＥＢ／ＯＬＩ．（２００６－０４一ｏ８）．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｅｃｕｒｉｔｙｔｅｃｈｎｅｔ． ｃｏｍ／ｒｅｓｏｕｒｃｅ／ｒｓｃ——ｃｅｎｔｅｒ２／ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ／ｂｌａｃｋ／Ｆｅｄｅｒａｌ０６／ＢＨ—－ Ｆｅｄ－０６一Ｈｅａｓｍａｎ．ｐｄｆ． １２－
