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1、精选优质文档-倾情为你奉上实验 二阶电路的暂态响应和传输特性一、实验目的1观测RLC电路中元件参数对电路暂态的影响。2了解二阶有源滤波网络的结构组成及电路传输特性;二、实验原理说明1. RLC电路的暂态响应可用二阶微分方程来描绘的电路称为二阶电路。RLC电路就是其中一个例子。由于RLC电路中包含有不同性质的储能元件,当受到激励后,电场储能与磁场储能将会相互转换,形成振荡。如果电路中存在着电阻,那么储能将不断地被电阻消耗,因而振荡是减幅的,称为阻尼振荡或衰减振荡。如果电阻较大,则储能在初次转移时,它的大部分就可能被电阻所消耗,不产生振荡。因此,RLC电路的响应有三种情况:欠阻尼、临界阻尼、过阻尼
2、。以RLC串联电路为例:设为回路的谐振角频率,为回路的衰减常数。当阶跃信号加在RLC串联电路输入端,其输出电压波形,由下列公式表示。(1),即,电路处于欠阻尼状态,其响应是振荡性的。其衰减振荡的角频率。此时有: (t0)其中(2),即,其电路响应处于临近振荡的状态,称为临界阻尼状态。 (t0)(3),即,响应为非振荡性的,称为过阻尼状态。 (t0)其中,2. 矩形信号通过RLC串联电路由于使用示波器观察周期性信号波形稳定而且易于调节,因而在实验中我们用周期性矩形信号作为输入信号,RLC串联电路响应的三种情况可用图7-1来表示。Us0tTT/2 (a) 输入矩形波(b) 临界阻尼波形(c) 欠阻
3、尼波形(d) 过阻尼波形图7-1 RLC串联电路的暂态响应3. 二阶有源带通滤波网络如图8-1所示。图8-1 二阶有源带通滤波网络其系统转移函数为:带通滤波器的幅频特性如图8-2所示。fp1、fp2的理论值计算公式分别为和,其中R1、C1、R2、C2分别为图8-1中的R201、C201、R202、C202。k/2ffp1fp20Uo/Uik图8-2 带通滤波器的幅频特性即在低频端,主要由的高通特性起作用;在高频端,则由的低通特性起作用;在中频段,相当于开路,相当于短路,它们都不起作用,输入信号Ui经运算放大器后送往输出端。由此形成其带通滤波特性。三、实验内容实验平台上没有专门的二阶电路暂态响应
4、模块,此实验电路可在二阶网络状态轨迹模块上实现。图7-2为RLC串联电路连接示意图,图7-3为实验电路图。CLR12 21图7-2 RLC串联电路图7-3 二阶暂态响应实验电路图实验步骤: 连接P701与P901; J701置于“脉冲”; 按动S701和S702按钮,使频率为1.2KHz,调节电位器W701使输出幅度为2V。 将示波器接于TP902上,观测的波形; 完成观测要求:(1)观测的波形RLC串联电路中的电感L=10mH,电容C=0.1F,调节W901的阻值为100,观察示波器上的波形的变化,并描绘其波形图。(2)观测RLC串联电路振荡、临界、阻尼三种工作状态下的波形,改变W901的阻
5、值由100逐步增大,观察其波形变化的情况。a.记下临界阻尼状态时W901的阻值,并描绘其的波形。b.描绘过阻尼状态下W901的阻值R=4k时的波形。1. 测量一个有源带通滤波器的幅频特性 连接P701与P201; J702置于“正弦波”; 调节幅度旋扭W701使信号输出幅度为2V,将示波器接于TP201; 分别连续按下S701、S702按钮,改变频率值,频率范围为100Hz-10KHz。 把测量的数据填入表8-1中,并绘出带通滤波器的幅频特性曲线。表8-1 测试数据理论值 = Hz,= Hz(kHz)实测值 = Hz,= Hz(kHz)其中,、为截止频率的理论值;、为截止频率的实测值。四、实验报告要求1描绘RLC串联电路振荡、临界、阻尼三种状态下的波形图,并将各实测数据列写成表。2填写各项实验任务的数据表格,描绘幅频特性曲线,并分析实验结果。五、实验设备1. 双踪示波器 1台2. 信号系统实验箱 1台3万用表 1台专心-专注-专业