1、电路的暂态分析 (TRAN 分析)一、暂态分析语句暂态分析也称瞬态分析，是 PSpice 仿真分析中运用最多、最复杂、最耗时的分析。暂态分析是一种非线性时域分析，它可以在暂态分析电源被设置后(或没有暂态分析电源，只是利用储能元件的初值)，计算出电路的各输出变量(节点电压、支路电流等)随时间变化的规律。在暂态分析中，需要计算暂态偏置点。计算暂态偏置点的方法与计算直流偏置点的方法不同，直流偏置点被看作固定偏置点。对于固定偏置点（无交流信号）的分析计算，电路电压的初值对于偏置点和线性参数没有影响，而且电路中的电容被看成开路，电感被看成短路。但对于暂态偏置点（有交流小信号） ，在计算偏置点和非线性元件
2、的小信号参数时，节点电压和支路电流的初值也考虑在内。因此有初值的电容和电感也被看作是电路的一部分而保留下来。暂态分析语句格式：. T R A N p r i n t - s t e p - v a l u e f i n a l - t i m e - v a l u e 暂态分析命令输出偏置点数据输出分析数据的间隔暂态分析时间输出数据开始时间使用初始条件分析步长上限输出偏置点数据()：.TRAN 语句中带有可选项“OP”后缀时，输出有关暂态偏置点的详细数据，这是因为在暂态分析时计算的偏置点数据和直流的数据是不同的，暂态分析的数据包含电路的初始条件。输出分析数据的间隔 (print-step
3、value)：打印或绘图输出的时间增量。由于暂态分析是变步长计算，故输出的数据量是很大的，合理地选择输出分析数据的间隔能够使合适的数据输出到输出文件。暂态分析终止时间(final-time-value)：该时间即为暂态分析终止时间。输出数据开始时间()：该项是输出数据(打印或绘图)的开始时间，即从此时间到“暂态分析终止时间”这段时间内输出数据。若缺省该项，则程序默认开始时间为 0.0。注意，无论“输出数据开始时间”为多少，暂态分析都从时间为零开始，只不过在时间为零到输出数据开始时间这段时间间隔里没有数据输出而已，而且这段时间间隔内的暂态分析数据也没被存储起来。分析步长上限()：该项是分析计算时
4、的最大步长，该项缺省时其默认值为(final-time-value no-print value)50.0 和 print-step-value 值中的较小值。在希望保证分析最大步长小于输出分析数据的间隔时，该选择项是有用的。在 PSpice 作暂态分析计算时，分析步长是根据电路的变化而变化。即暂态分析时程序采用变步长的算法以保证精度和速度，但在分析中，变化的最大的步长不能超过分析步长上限。使用初值条件()：此任选项是和电容、电感等元件的初始条件设定以及节点电压和支路电流初始条件条件设置语句( .IC )一起使用的。在电容和电感的描述语句中有一选择项(电容电压、电感的初始值)，若该项存在，则在
5、暂态分析语句后面必须加上使用初始值条件()选项，否则即使设置了初始条件，分析中初始值也不会产生效果。应用举例：.TRAN 5US 1MS 暂态分析时间为 1ms，输出数据间隔 5s.TRAN 5US 1MS 200US 1NS暂态分析时间 1ms，在 200s1ms 范围内输出数据，输出数据间隔 5s，分析计算的步长上限为 1ns。.TRAN 1NS 100NS 0NS .1NS UIC暂态分析时间为 100ns，在 0100ns 的范围内输出数据，输出数据间隔1ns，分析计算的步长上限为 0.1ns，使用初始条件。二、暂态分析初始条件设置语句在暂态分析时，各节点都可以设置初始电压。预先设置的
6、电压值可以在暂态分析中辅助暂态偏置点的计算，一旦偏置点计算完毕而开始暂态分析时，该语句所设置的初始条件便失去作用，并不影响以后的暂态分析。暂态分析初始条件设置语句格式：. I C V ( n o d e 1 ) = v a l u e V ( n o d e 2 ) = v a l u e 初始条件设置命令 节点号 电压值要使用 .IC 语句，必须在暂态分析语句 ( .TRAN )后面加上使用初始值条件选项。在确定使用初始条件后，暂态分析先不进行直流偏置点分析，而根据给定的初始条件进行暂态分析。当 .TRAN 语句中没有指定选项时，在暂态分析时先进行直流偏置点的计算，并将电路的直流解作为暂态分
7、析的初始值。通常，若在元件描述语句中使用了初始条件项(1C=value)，则元件描述语句中的选项(IC=value) 优先于 .IC 语句，但二者的作用是等价的。该语句对直流偏置点计算语句( .OP)和直流分析语句( .DC)不起任何作用。应用举例：.IC v(4)=2.3V V(7)=4.75V设置节点 4 的电压为 2.3V，节点 7 的电压为 4.75V。三、傅立叶分析语句傅立叶分析是对暂态分析的结果进行谐波分析，即在选定的时域内进行傅立叶积分，计算出直流分量、基波到九次谐波 7 分量。从输出文本文件可以读到傅立叶分析结果，在后图形处理器(PROBE)界面下也可以观察到谐波分布图。傅立叶
8、分析是以暂态分析为基础的，傅立叶分析语句必须与暂态分析语句同时使用。傅立叶分析语句格式：. F O U R f r e q u e n c y v a l u e o u t p u t v a r i a b l e 傅立叶分析语句基波频率 输出变量傅立叶分析并不是使用了暂态分析的全部结果，而是仅仅使用了暂态分析终止时间前一个周期时段的暂态分析结果，即若想进行傅立叶分析，暂态分析的时间要大于一个周期的时间。应用举例：.FOUR 100K V(5) I(VSENSE)对节点 5 的电压和流过电压源 VSENSE 的电流进行傅立叶分析，基波频率为 100kHz。例题：1.电路如图所示，试求该电路
9、的暂态响应，观察电感电流，电压。(IL0=0)电路描述文件（eg5.cir ）Example-5I1 0 1 PWL （0 0 2U 3A 3U 0）L 1 0 10mH .TRAN 0.2US 5US.PRINT TRAN V（L） I（L）.END运行程序，进入图形后处理程序（Probe） ，并自 ADD_TRACE，命令下输入 V（1） 、I（L ）后，观察电感两端电压、电流的暂态波形。说明：因为电流按线性规律变化，所以电感电压波形为直线。 dtIULeg2电路如图所示，输入电压 V1 为脉冲源，上升时间 0.001ms，下降时间 0.001ms，脉冲下沿值为 0V，脉冲上沿值为 12V
10、，脉冲宽度 60ms，周期 80ms，波形如图所示。设Uc(0)=0，试求 U（R2 ） 、电容电压波形。 （eg6.cir）example6C 12 F R 26 K R 16 k +V 1 1 23R 33 K 0v1 1 0 pulse(0 12 0 0.001m 0.001m 0.06 0.08)（初值 幅值 延时 上升时间 下降时间 脉宽 周期）r1 1 2 6kr2 2 0 6kr3 2 3 6kc1 3 0 2uf.tran 0.1ms 80ms.probe.end电流波形 I(r1)=I(r2)+I(r3)I 1 L 1 0 m H103320I ( A )t ( s )1 2
11、6 00t / m sU 1 / V上机作业：1微分电路如图所示，是观察在改变电容参数下的输入信号和输出信号 V（2）的波形图。电容参数分别为 0.1F、0.5F、1F 。 （ex-4-1.cir）vs 1 0 pwl (0 3 2 3 2.01 0 4 0 )V 2 0R 11 1 2C 1 +VS 2二阶电路如图所示。电容器有初始电压 10V，当电阻分压分别是0.5k、2k、2.5k 时，观察电容器上电压、电感上电压和电阻两端的电压暂态响应。（ex-4-2.cir）本题目的主要是研究 RLC 电路参数变化以后，电路的放电性质发生的变化。根据参数的不同，电路将产生振荡性和非振荡性放电。本电路
12、的暂态响应即 RLC 串联电路的零输入响应，当 R=2.5k 时，电路 过阻尼放电（ ） ，电容在整个过程中始终释放储存CL2R的电能，电容器上电压随时间增长逐渐衰减至零。选择 R=2kRLC 串联电路是临界阻尼放电（ ） ，电容电压不做振荡变化，即具有非振荡的性质，其波形与过阻尼情况CL2R下波形相似，但是这种过程是振荡和非振荡过程的分界线，此时的电阻被称作临界电阻，将电阻大于临界电阻的电路称为过阻尼电路，反之称为欠阻尼电路。选择 R= 0.5k，RLC 串联电路是欠阻尼（振荡）放电（ ） ，电容波形周期性改变方向，CL2R储能元件周期性交换能量。3420t / sU s / VC1 FL1 HR0 . 5 K 2 K 2 . 5 K 01 2
