二階電路的仿真與實(shí)驗(yàn)課件

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)的三種過渡過程曲線及其特點(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?實(shí)驗(yàn)原理與說明1、

RLC串聯(lián)電路，無論是零輸入響應(yīng)，或是零狀態(tài)響應(yīng)，電路過渡過程的性質(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

電路過渡過程的性質(zhì)為過阻尼的非振蕩過程。電路過渡過程的性質(zhì)為臨界阻尼的非振蕩過程。電路過渡過程的性質(zhì)為欠阻尼的振蕩過程。等幅振蕩

22、衰減系數(shù)和衰減振蕩頻率的測量如圖零輸入響應(yīng)

:tuct1t2由于:

而峰值時(shí)

故：,

得所以

:-U1m-U2m3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)。

4電阻設(shè)置如圖：仿真示例按R鍵可按1%減小電阻，按shift+R鍵可按1%增加電阻5仿真示例增加R到84%左右，調(diào)節(jié)示波器參數(shù)，觀察過阻尼時(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。6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。7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(t)

波形。如圖10-6所示。方法：打開開關(guān)，按“暫?！卑粹o。8仿真示例改變R設(shè)置，如圖：調(diào)節(jié)示波器參數(shù)，觀察無阻尼時(shí)us(t).uc(t)

波形。如圖10-7所示。9仿真示例測量欠阻尼時(shí)Td及α：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?？傻茫篢d=t2-t1=215.4us;U1m=4.45V,U2m=0.98V;再由公式計(jì)算α10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=10K11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。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

測量值uC

理論值R(k)LCTd(us)U1m(v)U2m(v)drad/sdrad/sorad/s1

10mH0.01uF

2

10mH5600PF

3

10mH5600PF

4

10mH2200PF

5

10mH2200PF

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。

12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。13實(shí)驗(yàn)步驟與方法1、R的取值例:L=10mH,C=5600PF,取R=R//514實(shí)驗(yàn)步驟與方法2、計(jì)算及,以仿真示例中欠阻尼過程為例如圖:理論計(jì)算:15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:測量結(jié)果:Td=t2-t1=215.4usU1m=4.45V,U2m=0.98V;16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