二階電路的仿真與實驗

二階電路的仿真與實驗1第1頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日進一步學習創(chuàng)建、編輯EWB電路。觀察、分析二階電路響應的三種過渡過程曲線及其特點，以加深對二階電路響應的認識和理解。觀測二階動態(tài)電路的零狀態(tài)響應和零輸入響應，了解電路元件參數對響應的影響。學習衰減振蕩頻率和衰減系數的測量進一步熟悉使用信號發(fā)生器、示波器。實驗目的2第2頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日實驗原理與說明1、RLC串聯(lián)電路，無論是零輸入響應，或是零狀態(tài)響應，電路過渡過程的性質，完全由特征方程決定，其特征根：

其中:稱為衰減系數，稱為諧振頻率

稱為衰減振蕩頻率

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

3第3頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日2、衰減系數和衰減振蕩頻率的測量如圖零輸入響應:tuct1t2由于:

而峰值時

故：,

得所以:-U1m-U2m4第4頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日仿真示例創(chuàng)建如圖11-2所示的仿真實驗電路。信號發(fā)生器設置為方波如圖11-3。觀察RLC串聯(lián)電路,、的零輸入響應、零狀態(tài)響應。

5第5頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日電阻設置如圖：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6第6頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日仿真示例增加R到84%左右，調節(jié)示波器參數，觀察過阻尼時us(t).uc(t)波形。如圖10-4所示。方法：打開開關，按“暫?！卑粹o。7第7頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日仿真示例減小R到64%左右，調節(jié)示波器參數，觀察臨界阻尼時us(t).uc(t)波形。如圖10-5所示。方法：打開開關，按“暫?！卑粹o。8第8頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日仿真示例減小R到16%左右，調節(jié)示波器參數，觀察欠阻尼時us(t).uc(t)波形。如圖10-6所示。方法：打開開關，按“暫停”按鈕。9第9頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日仿真示例改變R設置，如圖：調節(jié)示波器參數，觀察無阻尼時us(t).uc(t)波形。如圖10-7所示。10第10頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日仿真示例測量欠阻尼時Td及α：回到欠阻尼時電路，改變示波器時間軸，移動示波器上的游標。紅色游標對準圖中第一個負峰值，藍色游標圖中第二個負峰?？傻茫篢d=t2-t1=215.4us;U1m=4.45V,U2m=0.98V;再由公式計算α11第11頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日實驗內容：觀察并紀錄RLC串聯(lián)電路,、的零輸入響應、零狀態(tài)響應。實驗線路原理圖如圖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)生器實驗：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，共19頁，2023年，2月20日，星期日實驗內容：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。記下參數和波形圖。

電路參數實驗次數元件參數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，共19頁，2023年，2月20日，星期日實驗步驟與方法：方波信號發(fā)生器產生5kHz的信號電壓。電壓幅值5V，直流電平（偏移量offset）5V。示波器設置為DC耦合。改變R的數值，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對衰減系數的影響。在欠阻尼情況下改變C，觀察波形中C對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，共19頁，2023年，2月20日，星期日實驗步驟與方法1、R的取值例:L=10mH,C=5600PF,取R=R//515第15頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日實驗步驟與方法2、計算及,以仿真示例中欠阻尼過程為例如圖:理論計算:16第16頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日實驗步驟與方法2、計算及,以仿真示例中欠阻尼為例如圖:測量結果:Td=t2-t1=215.4usU1m=4.45V,U2m=0.98V;17第17頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日實驗步驟與方法仿照仿真示例的方法，對實驗內容進行仿真。保存仿真電路和仿真結果。按仿真的電路和參數進行實驗，在示波器上觀察實驗內容的波形。并得出定性結論（不計算衰減系數及衰減振蕩頻率）18