二階電路的仿真與實(shí)驗(yàn)

1、二階電路的仿真與實(shí)驗(yàn)1第1頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期日進(jìn)一步學(xué)習(xí)創(chuàng)建、編輯EWB電路。 觀察、分析二階電路響應(yīng)的三種過(guò)渡過(guò)程曲線及其特點(diǎn)，以加深對(duì)二階電路響應(yīng)的認(rèn)識(shí)和理解。 觀測(cè)二階動(dòng)態(tài)電路的零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng)，了解電路元件參數(shù)對(duì)響應(yīng)的影響。學(xué)習(xí)衰減振蕩頻率和衰減系數(shù)的測(cè)量 進(jìn)一步熟悉使用信號(hào)發(fā)生器、示波器。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?第2頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期日實(shí)驗(yàn)原理與說(shuō)明 1、 RLC串聯(lián)電路，無(wú)論是零輸入響應(yīng)，或是零狀態(tài)響應(yīng)，電路過(guò)渡過(guò)程的性質(zhì) ，完全由特征方程決定，其特征根： 其中: 稱為衰減系數(shù)， 稱為諧振頻率 稱為衰減振蕩頻率 電路過(guò)

2、渡過(guò)程的性質(zhì)為過(guò)阻尼的非振蕩過(guò)程。電路過(guò)渡過(guò)程的性質(zhì)為臨界阻尼的非振蕩過(guò)程。 電路過(guò)渡過(guò)程的性質(zhì)為欠阻尼的振蕩過(guò)程。等幅振蕩 3第3頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期日2、衰減系數(shù) 和 衰減振蕩頻率的測(cè)量如圖零輸入響應(yīng) :tuct1t2由于: 而峰值時(shí) 故： , 得所以 :-U1m-U2m4第4頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期日仿真示例 創(chuàng)建如圖11-2所示的仿真實(shí)驗(yàn)電路。信號(hào)發(fā)生器設(shè)置為方波如圖11-3。 觀察RLC串聯(lián)電路,、的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)。 5第5頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期日電阻設(shè)置如圖：仿真示例 按R鍵可按

3、1%減小電阻，按shift+R鍵可按1%增加電阻6第6頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期日仿真示例增加R到84%左右，調(diào)節(jié)示波器參數(shù)，觀察過(guò)阻尼時(shí)us (t). uc (t) 波形。如圖10-4所示。方法：打開開關(guān)，按“暫?！卑粹o。 7第7頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期日仿真示例減小R到64%左右，調(diào)節(jié)示波器參數(shù)，觀察臨界阻尼時(shí)us (t). uc (t) 波形。如圖10-5所示。方法：打開開關(guān)，按“暫?！卑粹o。 8第8頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期日仿真示例減小R到16%左右，調(diào)節(jié)示波器參數(shù)，觀察欠阻尼時(shí)us (t). uc

4、 (t) 波形。如圖10-6所示。方法：打開開關(guān)，按“暫?！卑粹o。 9第9頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期日仿真示例改變R設(shè)置，如圖：調(diào)節(jié)示波器參數(shù)，觀察無(wú)阻尼時(shí)us (t). uc (t) 波形。如圖10-7所示。10第10頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期日仿真示例測(cè)量欠阻尼時(shí)Td及：回到欠阻尼時(shí)電路，改變示波器時(shí)間軸，移動(dòng)示波器上的游標(biāo)。紅色游標(biāo)對(duì)準(zhǔn)圖中第一個(gè)負(fù)峰值，藍(lán)色游標(biāo)圖中第二個(gè)負(fù)峰?？傻茫?Td =t2-t1=215.4us; U1m=4.45V, U2m=0.98V;再由公式計(jì)算11第11頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分

5、，星期日實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：觀察并紀(jì)錄RLC串聯(lián)電路,、的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng) 。實(shí)驗(yàn)線路原理圖如圖11-8所示。 仿真：選取f =5kHz 左右, C=2200PF, 5600PF, 0.01uF , L=10mH,R=10K周期方波發(fā)生器實(shí)驗(yàn)：選取f =1kHz 左右, 主要是為了很好地觀察波形。C=2200PF, 5600PF, 0.01uF , L=10mH,R=10K12第12頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期日實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：在欠阻尼情況下，選取R，改變L或C的值觀察的 變化趨勢(shì)。如衰減快慢、振蕩幅度、振蕩頻率等。記下參數(shù)和波形圖。 電路參數(shù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)元件參數(shù)uC 測(cè)量值uC

6、理論值R(k)LCTd(us)U1m(v)U2m(v)drad/sdrad/sorad/s110mH0.01uF210mH5600PF310mH5600PF410mH2200PF510mH2200PF注：1、R取R/4以下，因電阻越小振蕩越強(qiáng)烈，用示波器越容易觀察記錄。 2、本表只用于仿真電路。 13第13頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期日實(shí)驗(yàn)步驟與方法 ：方波信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生5kHz的信號(hào)電壓。電壓幅值5V，直流電平（偏移量offset）5V。示波器設(shè)置為DC耦合。改變R的數(shù)值，使電路分別處于過(guò)阻尼、臨界阻尼、欠阻尼，觀察并描繪出 和 的波形。在欠阻尼情況下繼續(xù)改變R，觀

7、察 波形中R對(duì)衰減系數(shù) 的影響。在欠阻尼情況下改變C，觀察 波形中C對(duì)衰減振蕩頻率 的影響。按記錄表中要求R分別為： R=R/4， R=R/4， R=R/5， R=R/5， R=R/7左右。觀察波形，并作記錄。14第14頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期日實(shí)驗(yàn)步驟與方法 1、R的取值例: L=10mH,C= 5600PF,取R=R/515第15頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期日實(shí)驗(yàn)步驟與方法 2、計(jì)算 及 ,以仿真示例中欠阻尼過(guò)程為例如圖:理論計(jì)算: 16第16頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期日實(shí)驗(yàn)步驟與方法 2、計(jì)算 及 ,以仿真示例中欠阻尼為例如圖:測(cè)量結(jié)果: Td =t2-t1=215.4usU1m=4.45V, U2m=0.98V;17第17頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期日實(shí)驗(yàn)步驟與方法仿照仿真示例的方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行仿真。保存仿真電路和仿真結(jié)果。按仿真的電路和參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在示波器上觀察實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的波形。并得出定性結(jié)論（不計(jì)算衰減系數(shù)及衰減振蕩頻率 ）18第18頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，