基于Protel DXP的簡(jiǎn)單RC電路分析與仿真

王華榮，謝海智

（1.廣東科技學(xué)院,廣東 東莞，523083；2.中國(guó)鐵通東莞分公司,廣東 東莞 523000)

RC電路在實(shí)際應(yīng)用中非常廣泛，比如積分電路、微分電路、濾波電路，檢波電路、耦合電路等等。它的一階系統(tǒng)是最基本的一階動(dòng)態(tài)電路。根據(jù)電路的設(shè)計(jì)要求，主要是設(shè)計(jì)具體電路中的R和C參數(shù)，一般通過(guò)RC電路的過(guò)渡過(guò)程過(guò)程來(lái)分析電路的性能。與一階系統(tǒng)相比，二階系統(tǒng)更加復(fù)雜，理論分析非常復(fù)雜，本文主要利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，討論了二階RC電路的時(shí)域分析。

1 RC電路的時(shí)域分析

在電路分析中，一階RC電路的時(shí)域分析是最簡(jiǎn)單的電路，它是在直流電源信號(hào)的激勵(lì)下，電路中電壓和電流的過(guò)渡過(guò)程曲線可用三要素公式求得。其中的一個(gè)重要參數(shù)是時(shí)間常數(shù)，它決定了過(guò)渡過(guò)程的快慢。時(shí)間常數(shù)τ=RC，如果改變R、C值，就可以得到不同時(shí)間常數(shù)下的過(guò)渡過(guò)程曲線。比如電容兩端瞬時(shí)電壓uc(t)的大小與時(shí)間常數(shù)τ= RC的數(shù)值有關(guān)。增大τ值可以通過(guò)改變R和C的數(shù)值實(shí)現(xiàn)。二階RC電路比較復(fù)雜，其輸出由電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)，輸入信號(hào)有關(guān)，輸出表達(dá)式復(fù)雜。

2 Protel DXP 電路仿真

Protel DXP提供了一個(gè)功能強(qiáng)大的A/D混合信號(hào)模擬仿真器，該仿真器是采用美國(guó)Bkerkeley學(xué)校最新的Spice模擬模型和XSPICE數(shù)字模型仿真程序。它既可以對(duì)模擬電路進(jìn)行仿真，還可以對(duì)數(shù)字電路進(jìn)行仿真。在整個(gè)電路設(shè)計(jì)過(guò)程都可以查看和分析電路的性能指標(biāo)，找到問(wèn)題的所存在，改正電路或電路參數(shù)，得到滿意的仿真效果。

電路仿真是指在計(jì)算機(jī)上通過(guò)軟件來(lái)模擬具體電路的實(shí)際工作過(guò)程，并計(jì)算出在給定Protel DXP條件下電路中各節(jié)點(diǎn)的輸出波形。電路仿真主要包括電路原理圖設(shè)計(jì)、元件模型的仿真屬性設(shè)置、電路的網(wǎng)表結(jié)構(gòu)以及仿真方式設(shè)置等。

3 簡(jiǎn)單RC電路仿真

當(dāng)RC電路原理圖如圖1所示。負(fù)載電路RL=500KΩ，電源V1是一個(gè)脈沖信號(hào)，設(shè)了三個(gè)節(jié)點(diǎn)IN、X、OUT，利用Protel DXP對(duì)這三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行仿真。

圖1 RC電路原理圖

電源信號(hào)參數(shù)的設(shè)定如圖2所示，圖形如圖3輸入電源信號(hào)IN曲線（即第一條曲線）

圖2 電源信號(hào)參數(shù)

利用Protel DXP 仿真如圖3（a），X曲線(即第三條曲線)是一階輸出信號(hào)，OUT曲線(即第二條曲線)是二階輸出帶負(fù)載的輸出信號(hào)。當(dāng)負(fù)載電阻RL=1MΩ時(shí)，如圖3（b）。

圖3 電路仿真圖

從這個(gè)圖，我們可以看到，當(dāng)RL=500KΩ時(shí)，二階輸出曲線（即OUT曲線）大大滯后于一階輸出曲線（即X曲線），響應(yīng)速度慢。當(dāng)RL=1MΩ時(shí)，二階輸出曲線（即OUT曲線）幾乎與一階輸出曲線（即X曲線）同步，響應(yīng)速度快。兩圖中，一階輸出曲線（即X曲線）幾乎無(wú)變化。

4 結(jié)論

利用Protel DXP 對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單RC電路的仿真，可以觀察到參數(shù)對(duì)輸出曲線的影響，是很明顯的。在實(shí)際應(yīng)用電路，可以根據(jù)需要的不同，設(shè)置電阻R和電容C參數(shù)，從電阻R或電容C取出輸出電壓。在教學(xué)中，RC電路是一個(gè)最基本的電子電路。對(duì)這個(gè)電路的分析，歸納，總結(jié)，學(xué)生會(huì)加深對(duì)電路基本知識(shí)的掌握，并豐富教學(xué)內(nèi)容，更好地培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)他們的創(chuàng)新思維能力提高有著很重要的意義。

[1]談世哲.Protel DXP 2004電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[2]俎云霄,李巍海,呂玉琴.電路分析基礎(chǔ)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.

[3]許樹(shù)玲. 一階RC電路時(shí)間常數(shù)測(cè)量的難點(diǎn)及解決方案[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2010(05):20-21.