二阶电路的仿真与实验.ppt

1 实验11二阶电路的仿真与实验 2 进一步学习创建 编辑EWB电路 观察 分析二阶电路响应的三种过渡过程曲线及其特点 以加深对二阶电路响应的认识和理解 观测二阶动态电路的零状态响应和零输入响应 了解电路元件参数对响应的影响 学习衰减振荡频率和衰减系数的测量进一步熟悉使用信号发生器 示波器 实验目的 3 实验原理与说明 1 RLC串联电路 无论是零输入响应 或是零状态响应 电路过渡过程的性质 完全由特征方程决定 其特征根 电路过渡过程的性质为过阻尼的非振荡过程 电路过渡过程的性质为临界阻尼的非振荡过程 电路过渡过程的性质为欠阻尼的振荡过程 等幅振荡 4 2 衰减系数和衰减振荡频率的测量 如图零输入响应 t1 t2 由于 而峰值时 故 得 所以 U1m U2m 5 仿真示例 创建如图11 2所示的仿真实验电路 信号发生器设置为方波如图11 3 观察RLC串联电路 的零输入响应 零状态响应 6 电阻设置如图 仿真示例 按R键可按1 减小电阻 按shift R键可按1 增加电阻 7 仿真示例 增加R到84 左右 调节示波器参数 观察过阻尼时us t uc t 波形 如图10 4所示 方法 打开开关 按 暂停 按钮 8 减小R到64 左右 调节示波器参数 观察临界阻尼时us t uc t 波形 如图10 5所示 方法 打开开关 按 暂停 按钮 9 仿真示例 减小R到16 左右 调节示波器参数 观察欠阻尼时us t uc t 波形 如图10 6所示 方法 打开开关 按 暂停 按钮 10 仿真示例 改变R设置 如图 调节示波器参数 观察无阻尼时us t uc t 波形 如图10 7所示 11 仿真示例 测量欠阻尼时Td及 回到欠阻尼时电路 改变示波器时间轴 移动示波器上的游标 红色游标对准图中第一个负峰值 蓝色游标图中第二个负峰 可得 Td t2 t1 215 4us U1m 4 45V U2m 0 98V 再由公式计算 12 实验内容 观察并纪录RLC串联电路 的零输入响应 零状态响应 实验线路原理图如图11 8所示 仿真 选取f 5kHz左右 C 2200PF 5600PF 0 01uF L 10mH R 10K 周期方波发生器 实验 选取f 1kHz左右 主要是为了很好地观察波形 C 2200PF 5600PF 0 01uF L 10mH R 10K 13 实验内容 在欠阻尼情况下 选取R 改变L或C的值观察的变化趋势 如衰减快慢 振荡幅度 振荡频率等 记下参数和波形图 注 1 R取R 4以下 因电阻越小振荡越强烈 用示波器越容易观察记录 2 本表只用于仿真电路 14 实验步骤与方法 方波信号发生器产生5kHz的信号电压 电压幅值5V 直流电平 偏移量offset 5V 示波器设置为DC耦合 改变R的数值 使电路分别处于过阻尼 临界阻尼 欠阻尼 观察并描绘出和的波形 在欠阻尼情况下继续改变R 观察波形中R对衰减系数的影响 在欠阻尼情况下改变C 观察波形中C对衰减振荡频率的影响 按记录表中要求R分别为 R R 4 R R 4 R R 5 R R 5 R R 7左右 观察波形 并作记录 15 实验步骤与方法 1 R的取值 例 L 10mH C 5600PF 取R R 5 16 实验步骤与方法 2 计算及 以仿真示例中欠阻尼过程为例 如图 理论计算 17 实验步骤与方法 2 计算及 以仿真示例中欠阻尼为例 如图 测量结果 Td t2 t1 215 4us U1m 4 45V U2m 0 98V 18 实验步骤与方法 仿照仿真示例的方法 对实验内容进行仿真 保存仿真电路和仿真结果 按仿真的电路和参数进行实验 在示波器上观察实验内容的波形 并得出定性结论 不计算衰减系数及衰减振荡频率 19 实验报告要求 画出实验电路 说明实验步骤 绘出仿真和实验的波形 并加以比较 根据实验观测结果 归纳 总结电路元件参数对响应的影响 误差分析 心得体会及其他