lu頻譜分析和系統(tǒng)模擬課件

2023/7/27盧慶莉編寫主要授課內(nèi)容：一、Multisim2001軟件的應(yīng)用介紹三、實(shí)驗(yàn)教材P147：圖9-9RC低通電路四、實(shí)驗(yàn)教材P147：圖9-10二階帶通電路二、實(shí)驗(yàn)教材P142：圖9-1實(shí)驗(yàn)電路2023/7/27盧慶莉編寫主要授課內(nèi)容：一、Mu12023/7/27盧慶莉編寫1、Multisim2001特點(diǎn)一、Multisim2001軟件的介紹Multisim

2001是加拿大IIT公司推出的用于電路仿真和設(shè)計(jì)的EDA軟件。①系統(tǒng)集成度高，界面直觀，操作方便。②具有數(shù)字、模擬、數(shù)字/模擬混合電路的仿真能力。③電路分析手段完備。2023/7/27盧慶莉編寫1、Multisim222023/7/27盧慶莉編寫④提供多種輸入、輸出接口。⑤具有射頻電路仿真功能。⑥使用靈活方便。2、Multisim用于周期信號(hào)頻譜分析①周期信號(hào)頻譜分析的基本概念

一個(gè)非正弦周期信號(hào)運(yùn)用傅氏級(jí)數(shù)總可分解為直流分量與許多正弦分量之線性疊加。這些正弦分量的頻率必定是基波f1的整數(shù)（n）倍，稱之為諧波分量。2023/7/27盧慶莉編寫④提供多種輸入、輸出接口32023/7/27盧慶莉編寫2、Multisim用于周期信號(hào)頻譜分析①周期信號(hào)頻譜分析的基本概念各諧波分量的振幅和相位不盡相同，取決于原周期信號(hào)的波形。周期信號(hào)的頻譜分為幅度譜、相位譜和功率譜三種，分別是信號(hào)各頻率分量的振幅、初相和功率按頻率由低到高依次排列構(gòu)成的譜線圖。2023/7/27盧慶莉編寫2、Multisim用42023/7/27盧慶莉編寫周期信號(hào)為f（t），展開為三角形式的傅氏級(jí)數(shù)時(shí)：其中：其中an和bn稱為f(t)的傅立葉系數(shù)2023/7/27盧慶莉編寫周期信號(hào)為f（t），展52023/7/27盧慶莉編寫

通常講的頻譜一般是指幅度譜，包括a0（直流分量值）和An（各次諧波分量的幅度值）。通常講的相位譜是指各次諧波分量的初相角。運(yùn)用Multisim2001軟件的Fourier分析可非常方便、直觀地得到周期信號(hào)的單邊頻譜圖。

2023/7/27盧慶莉編寫通常講的頻譜一般62023/7/27盧慶莉編寫3、Multisim用于連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的模擬（1）連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的模擬的基本概念求解系統(tǒng)響應(yīng)的問題，實(shí)際上就是求解微分方程的問題。這些實(shí)際系統(tǒng)可以是電的或非電的物理系統(tǒng)，也可以是社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和軍事等非物理量系統(tǒng)。模擬裝置可以與實(shí)際系統(tǒng)的內(nèi)容完全不同，但是兩者的微分方程完全相同，輸入輸出關(guān)系即傳輸函數(shù)也完全相同。通過對(duì)模擬裝置的研究來分析實(shí)際系統(tǒng)，最終達(dá)到一定條件下確定最佳參數(shù)的目的。對(duì)于那些用數(shù)學(xué)手段較難處理的高階系統(tǒng)來說，系統(tǒng)模擬就更為有效。2023/7/27盧慶莉編寫3、Multisim用72023/7/27盧慶莉編寫

在電學(xué)中，系統(tǒng)的模擬就是用由基本運(yùn)算單元電路組成的模擬裝置來模擬電的實(shí)際系統(tǒng)，模擬裝置的激勵(lì)和響應(yīng)都是電物理量。在Multisim軟件中，其模擬器件庫提供了積分器、微分器、加法器、乘法器、除法器、比例放大器等模塊可簡(jiǎn)便、有效地用于構(gòu)成系統(tǒng)模擬電路，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真分析。（1）連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的模擬的基本概念2023/7/27盧慶莉編寫在電學(xué)中，系統(tǒng)的82023/7/27盧慶莉編寫（2）拉普拉斯變換(LaplaceTransfom)

拉普拉斯變換分析法是分析連續(xù)、線性、時(shí)不變系統(tǒng)的有效工具。它將時(shí)域的微分方程運(yùn)算轉(zhuǎn)換為復(fù)頻域的代數(shù)運(yùn)算，再通過拉普拉斯反變換得到系統(tǒng)的時(shí)域解。這使得求解復(fù)雜的系統(tǒng)響應(yīng)變得相對(duì)簡(jiǎn)單。在零狀態(tài)初始條件下，時(shí)域和復(fù)頻域有如右表最基本的對(duì)應(yīng)關(guān)系：2023/7/27盧慶莉編寫（2）拉普拉斯變換(La92023/7/27盧慶莉編寫（3）Multisim用于系統(tǒng)模擬的基本方法①在零狀態(tài)求出系統(tǒng)復(fù)頻域的傳輸函數(shù)

(a)由系統(tǒng)的微分方程經(jīng)過拉斯變換求得。如：已知描述系統(tǒng)的微分方程為：試求該系統(tǒng)的系統(tǒng)傳輸函數(shù)H(S)。解：將微分方程兩邊取拉斯變換得2023/7/27盧慶莉編寫（3）Multisim102023/7/27盧慶莉編寫(b)由時(shí)域系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)求拉斯變換而得到。上題，應(yīng)用時(shí)域求解微分方程，可得系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)為：2023/7/27盧慶莉編寫(b)由時(shí)域系112023/7/27盧慶莉編寫(c)對(duì)于具體電路，系統(tǒng)傳輸函數(shù)可以用零狀態(tài)下的復(fù)頻域等效電路模型求得。試求下圖所示電路的系統(tǒng)傳輸函數(shù)H(S)R1R2CLX(t)Y(t)R1R2SCSLX(S)Y(S)1圖a時(shí)域電路模型

圖b復(fù)頻域域電路模型2023/7/27盧慶莉編寫(c)對(duì)于具體電路，系統(tǒng)122023/7/27盧慶莉編寫

電路的零狀態(tài)復(fù)頻域模型如上圖(b)，系統(tǒng)傳輸函數(shù)H(S)：2023/7/27盧慶莉編寫電路的132023/7/27盧慶莉編寫②把傳輸函數(shù)化成Multisim所需的標(biāo)準(zhǔn)形式:(A)算子S在分子的冪次不高于分母的冪次。(B)因需用積分器仿真，算子S應(yīng)化成1/S。(C)分母的常數(shù)項(xiàng)化成1。2023/7/27盧慶莉編寫②把傳輸函數(shù)化成Mul142023/7/27盧慶莉編寫③運(yùn)用Multisim的模擬器件庫中的積分器、比例放大器、加法器等模塊組構(gòu)系統(tǒng)模擬電路。應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則:(1)系統(tǒng)模擬電路輸入端必用加法器模塊對(duì)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)求和，加法器輸出送積分器模塊(2)根據(jù)S的最高冪次n，取出n個(gè)積分器模塊串接。(3)算子S的系數(shù)使用比例放大器模塊(4)傳輸函數(shù)H(S)的分子是輸出項(xiàng)，分子中各項(xiàng)比例放大器模塊的輸出用加法器求和后成為系統(tǒng)輸出。分母是負(fù)反饋項(xiàng)，其系數(shù)正、負(fù)異號(hào)后送輸入端加法器。(5)分母中為1的常數(shù)項(xiàng)不用任何運(yùn)算模塊2023/7/27盧慶莉編寫③運(yùn)用Multisim的152023/7/27盧慶莉編寫④直接運(yùn)用Multisim的模擬器件庫中的傳輸函數(shù)模塊進(jìn)行系統(tǒng)模擬:調(diào)用模擬器件庫中的傳輸函數(shù)模塊，按照式1設(shè)置分子分母相關(guān)參數(shù)。其中B5～B0是分母的各項(xiàng)系數(shù)，A5～A0是分子的各項(xiàng)系數(shù)。2023/7/27盧慶莉編寫④直接運(yùn)用M162023/7/27盧慶莉編寫二、實(shí)驗(yàn)教材P147：圖9-9RC低通電路時(shí)域電路：復(fù)頻域電路：V1V2C1F1F1k1kCV1(S)1k1k

V2(S)傳遞函數(shù)：系統(tǒng)模擬圖：2023/7/27盧慶莉編寫二、實(shí)驗(yàn)教材P147：圖172023/7/27