第五章--MATLAB在电路中的应用.ppt

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1、现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术第五章第五章 MATLABMATLAB在电路中的应用在电路中的应用第第5 5章章 MATLABMATLAB在电路中的应用在电路中的应用本章内容本章内容电阻电路电阻电路 5.1动态电路动态电路 5.2正弦稳态电路正弦稳态电路5.3频率响应频率响应 5.4二端口电路二端口电路 5.5现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术第五章第五章 MATLABMATLAB在电路中的应用在电路中的应用学习重点学习重点1 1、掌握电阻电路的、掌握电阻电路的MATLABMATLAB求解；求解；2 2、熟悉三要素计算公式，掌握动态

2、电路的、熟悉三要素计算公式，掌握动态电路的MATLABMATLAB求求解解；3 3、熟悉正弦稳态电路的计算方法，掌握相量图的绘熟悉正弦稳态电路的计算方法，掌握相量图的绘制；制；4 4、掌握频率响应的绘制。、掌握频率响应的绘制。现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术第五章第五章 MATLABMATLAB在电路中的应用在电路中的应用5.1 5.1 电阻电路电阻电路 +-+-例例1 1：如图所示的电路，已知：如图所示的电路，已知：R R1 1=2 =2 ，R R2 2=4 =4 ，R R3 3=12 =12 ，R R4 4=4 =4 ，R R5 5=12 =12 ，R R6

3、 6=4 =4 ，R R7 7=2 =2 。（1 1）如）如 ，求，求（2 2）如已知）如已知 ，求，求现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术第五章第五章 MATLABMATLAB在电路中的应用在电路中的应用解：网孔法，列网孔方程为：解：网孔法，列网孔方程为：（R R1 1+R+R2 2+R+R3 3）i ia a-R-R3 3i ib b=u=us s-R-R3 3i ia a+（R R3 3+R+R4 4+R+R5 5）i ib b-R-R5 5i ic c=0=0-R-R5 5i ib b+（R R5 5+R+R6 6+R+R7 7）i ic c=0=0写成矩形

4、形式写成矩形形式现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术第五章第五章 MATLABMATLAB在电路中的应用在电路中的应用令令u us s=10V=10V，由由i i3 3=i ia ai ib b,u,u4 4=R=R4 4i ib b,u,u7 7=R=R7 7i ic c 即可得问题即可得问题（1 1）的解。的解。由由电路的线性性质，可令电路的线性性质，可令i i3 3=k=k1 1u us s,u,u4 4=k=k2 2u us s,u,u7 7=k=k3 3u us s 根据根据问题问题（1 1）的的结果列出下式结果列出下式。通过下列式子求得问题（通过下列式子

5、求得问题（2 2）的解）的解现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术第五章第五章 MATLABMATLAB在电路中的应用在电路中的应用clear,close all,format compactR1=2;R2=4;R3=12;R4=4;R5=12;R6=4;R7=2;%为给定元件赋值为给定元件赋值display(解问题（解问题（1 1）)%解问题（解问题（1 1）a11=R1+R2+R3;a12=-R3;a13=0;%将系数矩阵各元素赋值将系数矩阵各元素赋值a21=-R3;a22=R3+R4+R5;a23=-R5;a31=0;a32=-R5;a33=R5+R6+R7;b

6、1=1;b2=0;b3=0;us=input(us=);%输入解输入解(1)(1)的已知条件的已知条件A=a11,a12,a13;a21,a22,a23;a31,a32,a33%列出系数矩阵列出系数矩阵A AB=b1;0;0;I=AB*us;%I=ia;ib;icia=I(1);ib=I(2);ic=I(3);i3=ia-ib,u4=R4*ib,u7=R7*ic%解出所需变量解出所需变量现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术第五章第五章 MATLABMATLAB在电路中的应用在电路中的应用display(解问题（解问题（2 2）)%利用电路的线性性质及问题（利用电路的

7、线性性质及问题（1 1）的解求解问题（）的解求解问题（2 2）u42=input(给定给定u42=u42=);k1=i3/us;k2=u4/us;k3=u7/us;%由问题（由问题（1 1）得出待求量与）得出待求量与usus的比例系数的比例系数us2=u42/k2,i32=k1/k2*u42,u72=k3/k2*u42%按比例方法求出所需变量按比例方法求出所需变量i3=0.3704u4=2.2222u7=0.7407解决问题（解决问题（1 1）给定）给定us=10us=10解决问题（解决问题（2 2）给定）给定u42=u42=6 6us2=27.0000i32=1.0000u72=2现代通信仿

8、真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术第五章第五章 MATLABMATLAB在电路中的应用在电路中的应用5.2 5.2 动态电路动态电路 例例2 2：如图所示的电路，已知：如图所示的电路，已知：R1=3 R1=3 ，R2=12 R2=12 ，R3=6 R3=6 ，C=1FC=1F，u uS S=18V=18V，i iS S=3A=3A，在，在t0t0时，开关时，开关S S位于位于“1”1”，电路已处于稳定状态。，电路已处于稳定状态。（1 1）t=0t=0时，开关时，开关S S闭合到闭合到“2”2”，求，求u uC C(t),i(t),iR R2 2(t),(t),并画出波形；并

9、画出波形；（2 2）若经）若经1010秒，开关秒，开关S S又复位到又复位到“1”1”，求，求u uC C(t),(t),i iR2R2(t),(t),并画出波形；并画出波形；-+-1 S2现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术第五章第五章 MATLABMATLAB在电路中的应用在电路中的应用（1 1）该电路为一阶动态电路，可用三要素公式求解。）该电路为一阶动态电路，可用三要素公式求解。首先首先求初始值求初始值u uc c(0+),i(0+),iR2R2(0+)(0+)u uc c(0+)=u(0+)=uc c(0-)=-12V(0-)=-12V i iR2R2(0+

10、)=u(0+)=uc c(0+)/R(0+)/R2 2=-1A=-1A其次其次求稳定值求稳定值时间常数时间常数用三要素法公式得用三要素法公式得现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术第五章第五章 MATLABMATLAB在电路中的应用在电路中的应用（2 2）经）经1010秒后，开关秒后，开关S S又复位到又复位到“1”1”，将，将t=10st=10s代代入得电容电压的初始值为入得电容电压的初始值为 。而。而 ，并保持不变。达到稳定时，并保持不变。达到稳定时，用三要素法公式得用三要素法公式得现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术第五章第五章 MA

11、TLABMATLAB在电路中的应用在电路中的应用r1=3;us=18;is=3;r2=12;r3=6;C=1;%给出原始数据给出原始数据uc0=-12;ir20=uc0/r2;ir30=uc0/r3;%算出初值算出初值ir20ir20及及uc0uc0ic0=is-ir20-ir30;ir2f=is*r3/(r2+r3);%算出终值算出终值ir2fir2f及及ucfucfir3f=is*r2/(r2+r3);ucf=ir2f*r2;icf=0;%注意时间数组的设置，在注意时间数组的设置，在t=0t=0及及1010附近设两个点附近设两个点t=-2,-1,0-eps,0+eps,1:9,10-eps

12、,10+eps,11:20;%设定时间数组，设定时间数组，epseps为一个极小的正值，数组有为一个极小的正值，数组有2525个元素个元素figure(1),plot(t),grid;%找出时间与数组下标的关系，找出时间与数组下标的关系，t=10+epst=10+eps对应下标对应下标1515title(时间与其数组下标之间的关系);%添加标题添加标题现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术第五章第五章 MATLABMATLAB在电路中的应用在电路中的应用uc(1:3)=-12;ir2(1:3)=3;%t0%t0时的值时的值T=r2*r3/(r2+r3)*C;%求充电时

13、常数求充电时常数 uc(4:14)=ucf+(uc0-ucf)*exp(-t(4:14)/T);%0t10%0t10时的值时的值ir2(4:14)=ir2f+(ir20-ir2f)*exp(-t(4:14)/T);%三要素法求输出三要素法求输出uc(15)=uc(14);ir2(15)=is;%求求t=10+epst=10+eps时的各初值时的各初值ucf2=-12;ir2f=is;%求求ucuc和和ir2ir2在新区间终值在新区间终值ucf2ucf2和和ir2fir2fT2=r1*r3/(r1+r3)*C;%t=10+eps%t=10+eps到到t=20t=20区间的时常数区间的时常数uc(

14、15:25)=ucf2+(uc(15)-ucf2)*exp(-(t(15:25)-t(15)/T2);ir2(15:25)=is;figure(2),subplot(2,1,1);h1=plot(t,uc);%绘绘ucuc图图grid,set(h1,linewidth,3),ylabel(uc);%加大线宽加大线宽subplot(2,1,2),h2=plot(t,ir2);%绘绘ir2ir2图图grid,set(h2,linewidth,3),ylabel(ir2);现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术第五章第五章 MATLABMATLAB在电路中的应用在电路中的应

15、用5.3 5.3 正弦稳态电路正弦稳态电路 例例3 3：如图所示的电路，已知：如图所示的电路，已知：R=5 R=5 ，=3 =3 ，=2 =2 ，求，求 。并画出其相量图。并画出其相量图。+-现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术第五章第五章 MATLABMATLAB在电路中的应用在电路中的应用 解：设解：设由图知由图知 现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术第五章第五章 MATLABMATLAB在电路中的应用在电路中的应用z1=3*j;z2=5;z3=-2j;uc=10*exp(30j*pi/180);%输入参数输入参数z23=z2*z3/

16、(z2+z3);z=z1+z23;%交流电路方程交流电路方程Ir=uc/z2,Ic=uc/z3,I=Ic+Ir,uL=I*z1,us=I*zdisp(uc Ir Ic I uL us )disp(幅值),disp(abs(uc,Ir,Ic,I,uL,us)disp(相角),disp(angle(uc,Ir,Ic,I,uL,us)*180/pi)%compass%compass是是MATLABMATLAB中绘制复数相量图的命令。中绘制复数相量图的命令。ha=compass(uc,Ir,Ic,I,uL,us);set(ha,linewidth,3)现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术现

17、代通信仿真技术第五章第五章 MATLABMATLAB在电路中的应用在电路中的应用5.4 5.4 频率响应频率响应 例例4 4：一阶一阶RCRC低通电路的频率响应如图所示，若低通电路的频率响应如图所示，若以为以为 响应，求频率响应函数，画出其幅频响响应，求频率响应函数，画出其幅频响应应 和相频响应和相频响应 。+-+-解：解：用分压公式求频率用分压公式求频率 响应函数响应函数为截止频率为截止频率现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术第五章第五章 MATLABMATLAB在电路中的应用在电路中的应用clear,format compactww=0:0.2:4;%设定频率数

18、组设定频率数组wwww=w/wcw/wcH=1./(1+j*ww);%求复频率响应求复频率响应figure(1)subplot(2,1,1),plot(ww,abs(H),%绘制幅频特性绘制幅频特性grid,xlabel(ww),ylabel(abs(H)subplot(2,1,2),plot(ww,angle(H)%绘制相频特性绘制相频特性grid,xlabel(ww),ylabel(angle(H)figure(2)%绘制对数频率特性绘制对数频率特性subplot(2,1,1),semilogx(ww,20*log10(abs(H)%纵坐标为分贝纵坐标为分贝grid,xlabel(ww),

19、ylabel(分贝)subplot(2,1,2),semilogx(ww,angle(H)%绘制相频特性绘制相频特性grid,xlabel(ww),ylabel(angle(H)现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术现代通信仿真技术第五章第五章 MATLABMATLAB在电路中的应用在电路中的应用小结小结1 1、电阻电路的分析方法：网孔法和节点法；利用、电阻电路的分析方法：网孔法和节点法；利用MATLABMATLAB求解；求解；2 2、三要素计算公式，动态电路的、三要素计算公式，动态电路的MATLABMATLAB求解求解；3 3、正弦稳态电路的计算方法，相量图的绘制；正弦稳态电路的计算方法，相量图的绘制；4 4、频率响应的绘制。、频率响应的绘制。