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1、二阶电路的仿真与实验二阶电路的仿真与实验1第1页，此课件共19页哦uu进一步学习创建、编辑进一步学习创建、编辑EWB电路。电路。uu观察、分析二阶电路响应的三种过渡过程曲线及观察、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。其特点，以加深对二阶电路响应的认识和理解。uu观测二阶动态电路的零状态响应和零输入响应，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。了解电路元件参数对响应的影响。uu学习衰减振荡频率和衰减系数的测量学习衰减振荡频率和衰减系数的测量 uu进一步熟悉使用信号发生器、示波器。进一步熟悉使用信号发生器、示波器。实验目的实
2、验目的2第2页，此课件共19页哦实验原理与说明实验原理与说明 1 1、RLC RLC串联电路，无论是零输入响应，或是零状态响应，电路串联电路，无论是零输入响应，或是零状态响应，电路串联电路，无论是零输入响应，或是零状态响应，电路串联电路，无论是零输入响应，或是零状态响应，电路过渡过程的性质过渡过程的性质过渡过程的性质过渡过程的性质 ，完全由特征方程决定，其特征根：完全由特征方程决定，其特征根：完全由特征方程决定，其特征根：完全由特征方程决定，其特征根：其中其中:称为衰减系数，称为衰减系数，称为谐振频率称为谐振频率 称为衰减振荡频率称为衰减振荡频率 电路过渡过程的性质为过阻尼的非振荡过程。电路过
3、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。电路过渡过程的性质为欠阻尼的振荡过程。等幅振荡等幅振荡 3第3页，此课件共19页哦2 2、衰减系数、衰减系数 和和 衰减振荡频率的测量衰减振荡频率的测量如图零输入响应如图零输入响应:tuct1t2由于由于:而峰值时而峰值时 故：故：,得得所以所以:-U1m-U2m4第4页，此课件共19页哦仿真示例仿真示例 uu创建如图创建如图11-2所示的仿真实验电路。信号发所示的仿真实验电路。信号发生器设置为方波如图生器设置为方波如图11-3。观察观察R
4、LCRLC串联电路串联电路,、的零输入响应、零状态响应。、的零输入响应、零状态响应。5第5页，此课件共19页哦电阻设置如图：电阻设置如图：仿真示例仿真示例 按按R键可按键可按1%减小电阻，按减小电阻，按shift+R键可按键可按1%增加电阻增加电阻6第6页，此课件共19页哦仿真示例仿真示例uu增加增加R到到84%左右，调节示波器参数，观察左右，调节示波器参数，观察过过阻尼阻尼时时us(t).uc(t)波形。如图波形。如图10-4所示。所示。uu方法：打开开关，按方法：打开开关，按“暂停暂停”按钮。按钮。7第7页，此课件共19页哦仿真示例仿真示例uu减小减小R到到64%左右，调节示波器参数，观察
5、左右，调节示波器参数，观察临临界阻尼界阻尼时时us(t).uc(t)波形。如图波形。如图10-5所示。所示。uu方法：打开开关，按方法：打开开关，按“暂停暂停”按钮。按钮。8第8页，此课件共19页哦仿真示例仿真示例uu减小减小R到到16%左右，调节示波器参数，观察左右，调节示波器参数，观察欠欠阻尼阻尼时时us(t).uc(t)波形。如图波形。如图10-6所示。所示。uu方法：打开开关，按方法：打开开关，按“暂停暂停”按钮。按钮。9第9页，此课件共19页哦仿真示例仿真示例uu改变改变R设置，如图：调节示波器参数，观察无设置，如图：调节示波器参数，观察无阻尼时阻尼时us(t).uc(t)波形。如图
6、波形。如图10-7所示。所示。10第10页，此课件共19页哦仿真示例仿真示例uu测量测量欠阻尼欠阻尼时时Td及及：回到：回到欠阻尼时电路，欠阻尼时电路，改变改变示波器时间轴，移动示波器上的游标。红色游示波器时间轴，移动示波器上的游标。红色游标对准图中第一个负峰值，蓝色游标图中第二标对准图中第一个负峰值，蓝色游标图中第二个负峰。可得：个负峰。可得：Td=t2-t1=215.4us;U U1m1m=4.45V=4.45V,U U2m2m=0.98V;=0.98V;再由公式计算再由公式计算再由公式计算再由公式计算 11第11页，此课件共19页哦实验内容：实验内容：uu观察并纪录观察并纪录RLCRLC
7、串联电路串联电路,、的零输入响应、零、的零输入响应、零状态响应状态响应。实验线路原理图如图。实验线路原理图如图11-8所示。所示。仿真：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：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=10K12第12页，此课件共19页哦实验内容：实验内容：uu在欠阻尼情况下，选取在欠阻尼情况下，选取在欠阻尼情况下，选取在欠阻尼情况下，选取R R，改变，改变，改变，改变L L或或或或C C的值观察的的值观察的的值观察的的值
8、观察的 变化趋势。变化趋势。变化趋势。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。如衰减快慢、振荡幅度、振荡频率等。记下参数和波形图。如衰减快慢、振荡幅度、振荡频率等。记下参数和波形图。如衰减快慢、振荡幅度、振荡频率等。记下参数和波形图。电路参数实验次数元件参数uC 测量值uC 理论值R(k)LCTd(us)U1m(v)U2m(v)drad/sdrad/sorad/s110mH0.01uF210mH5600PF310mH5600PF410mH2200PF510mH2200PF注：注：1、R取取R/4以下，因电阻越小振荡越强烈，用示波器越容易观察以下，因电阻越小振荡越强烈，用示
9、波器越容易观察记录。记录。2、本表只用于、本表只用于仿真电路。仿真电路。13第13页，此课件共19页哦实验步骤与方法实验步骤与方法：uu方波信号发生器产生方波信号发生器产生方波信号发生器产生方波信号发生器产生5kHz5kHz的信号电压。电压幅值的信号电压。电压幅值的信号电压。电压幅值的信号电压。电压幅值5V5V，直流电平，直流电平，直流电平，直流电平（偏移量（偏移量（偏移量（偏移量offsetoffset）5V5V。示波器设置为。示波器设置为。示波器设置为。示波器设置为DCDC耦合。改变耦合。改变耦合。改变耦合。改变R R的数值，使的数值，使的数值，使的数值，使电路分别处于电路分别处于电路分别
10、处于电路分别处于过阻尼、临界阻尼、欠阻尼，过阻尼、临界阻尼、欠阻尼，过阻尼、临界阻尼、欠阻尼，过阻尼、临界阻尼、欠阻尼，观察并描绘出观察并描绘出观察并描绘出观察并描绘出 和和和和 的波形。的波形。的波形。的波形。uu在欠在欠在欠在欠阻尼情况下继续阻尼情况下继续阻尼情况下继续阻尼情况下继续改变改变改变改变R R，观察，观察，观察，观察 波形中波形中波形中波形中R R对对对对衰减系衰减系衰减系衰减系数数数数 的影响。的影响。的影响。的影响。uu在欠在欠在欠在欠阻尼情况下阻尼情况下阻尼情况下阻尼情况下改变改变改变改变C C，观察，观察，观察，观察 波形中波形中波形中波形中C C对对对对衰减振荡频率衰
11、减振荡频率衰减振荡频率衰减振荡频率 的影响。的影响。的影响。的影响。uu按记录表中要求按记录表中要求按记录表中要求按记录表中要求R R分别为：分别为：分别为：分别为：R=R R=R/4/4，R=R R=R/4/4，R=R R=R/5/5，R=R R=R/5/5，R=R R=R/7/7左左左左右。右。右。右。观察波形，并作记录。观察波形，并作记录。观察波形，并作记录。观察波形，并作记录。14第14页，此课件共19页哦实验步骤与方法实验步骤与方法 1 1、R R的取值的取值的取值的取值例例:L=10mH,C=5600PF,取R=RR=R/5/515第15页，此课件共19页哦实验步骤与方法实验步骤与
12、方法 2 2、计算计算计算计算 及及及及 ,以仿真示例中以仿真示例中以仿真示例中以仿真示例中欠阻尼过程为例欠阻尼过程为例欠阻尼过程为例欠阻尼过程为例如图如图:理论计算理论计算:16第16页，此课件共19页哦实验步骤与方法实验步骤与方法 2 2、计算计算计算计算 及及及及 ,以仿真示例中以仿真示例中以仿真示例中以仿真示例中欠阻尼为欠阻尼为欠阻尼为欠阻尼为例例例例如图如图:测量结果测量结果:T Td d=t=t2 2-t t1 1=215.4us=215.4usU U1m1m=4.45V=4.45V,U U2m2m=0.98V;=0.98V;17第17页，此课件共19页哦实验步骤与方法实验步骤与方
13、法uu仿照仿真示例的方法，对实验内容进行仿真。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。保存仿真电路和仿真结果。uu按仿真的电路和参数进行实验，在示波器上观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衰减系数及衰减振荡频率 ）18第18页，此课件共19页哦实验报告要求实验报告要求 uu画出实验电路，说明实验步骤。画出实验电路，说明实验步骤。uu绘出仿真和实验的波形，并加以比较。绘出仿真和实验的波形，并加以比较。uu根据实验观测结果，归纳、总结根据实验观测结果，归纳、总结电路元件参电路元件参数对响应的影响。数对响应的影响。uu误差分析误差分析。uu心得体会及其他。心得体会及其他。19第19页，此课件共19页哦