7.二阶电路响应的仿真实验

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五.实验报告 实验报告
1.根据观测结果，在方格纸上描绘二阶电路过阻 根据观测结果， 根据观测结果 尼、临界阻尼和欠阻尼的响应波形 2.测算欠阻尼振荡曲线上的衰减常数和振荡频率。 测算欠阻尼振荡曲线上的衰减常数和振荡频率。 测算欠阻尼振荡曲线上的衰减常数和振荡频率 3.归纳、总结电路元件参数的改变对响应变化趋 归纳、 归纳 势的影响。 势的影响。
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R2
r=4
图用瞬态分析方法观察 用瞬态分析方法观察RLC并联电路的零状态响应。 并联电路的零状态响应。 用瞬态分析方法观察 并联电路的零状态响应 在进行瞬态分析时，直流电源保持常数， 在进行瞬态分析时，直流电源保持常数，交流信号源 随着时间而改变，电容和电感都是能量储存模式元件。 随着时间而改变，电容和电感都是能量储存模式元件。 1 1.创建如图 创建如图13-7所示的仿真实验电路。 所示的仿真实验电路。 创建如图 所示的仿真实验电路 + 2.选择菜单栏 选择菜单栏Analysis（分 （ 选择菜单栏 1K 10mH 0.1µ 中的Transient（瞬态 析）中的 （ 1A 分析）。根据对话框的要求， ）。根据对话框的要求 分析）。根据对话框的要求， 设置参数。 设置参数。
电路元件参数 R0 k
2
图-3 电路响应理论值 理论值 ωO r/s
105
电路响应uC测量值 C uf Td s U1m v U2m v α ωd r/s
R k
L mH 10 10 10 10 10
α
ωd r/s
0.01
0.1 0.001 长江大学电工电子实验中心龙从玉
3
2.观察 观察RLC串联电路的 观察 串联电路的 uc(t) 、 i(t)的零输入 的零输入 响应、零状态响应。 响应、零状态响应。 2.1创建如图 所示的仿真 创建如图-4所示的仿真 创建如图 频率f 实验电路，频率 =200Hz。 。 其中， 为电流取样电 其中，R2为电流取样电 、 可在双踪示 阻。uc(t)、i(t)可在双踪示 波器上显示。 波器上显示。 2.2改变 的值观察uc(t)、 改变R的值观察 改变 、 i(t)的三种波形。记下参数 的三种波形。 的三种波形 和波形图。 和波形图。 2.3在欠阻尼状态下测量 在欠阻尼状态下测量 uc(t) ，i(t) 的相位差 c(t) ， 相位差.u i(t)波形如图 所示。 波形如图-5所示 所示。
图-1
L 100mH C 0.1u
2
图-1中，频率 =500Hz，us(t) 中 频率f ，
uc(t)的波形如图 所示 的波形如图-3所示
1.3在欠阻尼情况下，改变 在欠阻尼情况下， 在欠阻尼情况下 R或C的值观察的变化 或 的值观察的变化 趋势。如衰减快慢、 趋势。如衰减快慢、振 荡幅度、振荡频率等。 荡幅度、振荡频率等。 记露并计算电路响应数 据和波形图。 据和波形图。表-1
衰减系数： ＝ （ ），固有谐振角频率 ），固有谐振角频率ω 式中 衰减系数：α＝R/（2L），固有谐振角频率 0＝1/√（LC） （ ） 衰减振荡角频率： 衰减振荡角频率：ωd＝√（ω02－α2） （
2.RLC二阶电路瞬态响应的各种状态与条件可归结如下： 二阶电路瞬态响应的各种状态与条件可归结如下： 二阶电路瞬态响应的各种状态与条件可归结如下
0
t1
t2
t
三、实验内容
1.观察 观察RLC串联电路uc(t)的零 观察 串联电路 的零 输入响应、零状态响应。 输入响应、零状态响应。 1.1创建如图 所示的仿真实 创建如图-2所示的仿真实 创建如图 R 验电路 1.2. 改变 的值观察，us(t). 改变R的值观察 的值观察， 5k20% uc(t)的过阻尼，欠阻尼与临 的过阻尼， 的过阻尼 波形。 界阻尼三种波形。记下参数 图-2 和波形图。 和波形图。 长江大学电工电子实验中心龙从玉
（1E-05）秒 输出的时间间隔 ） （1E-05）秒 模拟的最大步进时间 ） 观看电路分析结果的节点数
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(3)点击 点击Simulate(仿真 按钮，得到如图 所示节点 的瞬态 仿真)按钮 所示节点1的瞬态 点击 仿真 按钮，得到如图-8所示节点 波形. 波形 注意：在对选定的节点做瞬态分析时， 注意：在对选定的节点做瞬态分析时，可以以直流分析的结 果作为瞬态分析的初始条件。 果作为瞬态分析的初始条件。瞬态分析也可以通过连接示波 器来实现。瞬态分析的优点是通过设置，可以更好、 器来实现。瞬态分析的优点是通过设置，可以更好、更仔细 地观察起始波形的变化情况。 四、实验注意事项 1.调节 1.调节R时，要缓慢， 调节R时 要缓慢， 临界阻尼要找准。 临界阻尼要找准。 2.整个实验过程中方波 整个实验过程中方波 源的频率不变 3.用示波器的两个输入 用示波器的两个输入 通道同时观察时， 通道同时观察时，可改 变连线的颜色 颜色， 变连线的颜色，在示波 器上就会显示不同颜色 的波形。 的波形。 图-9
缺省设置 不选 不选 选 0秒 秒 0．001秒 ． 秒 选 150点 点
含义和设置要求 如果从零初始状态起始则选择此项 用户定义的初始状态进行分析 如果从静态工作点起始分析， 如果从静态工作点起始分析，则选择此项 瞬态分析的终止时间，必须大于起始时间， 瞬态分析的终止时间，必须大于起始时间， 而小于终止时间 瞬态分析的终止时间必须大于起始时间 自动选择一个较合理的或最大的时间步进时 间 自起始至终止之间模拟输出的点数
R1 0.4k
L1 100mH
4
C1 0.1u
图-4
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图-5
4
二阶RLC串联电路与并联电路，有着对藕关系，即二者相 串联电路与并联电路，有着对藕关系， 二阶 串联电路与并联电路 应的容抗/感抗互换 电阻/电导互换 感抗互换， 电导互换。 应的容抗 感抗互换，电阻 电导互换。 例如：衰减系数 例如：衰减系数α 串联电路α=R/（2L）； 串联电路 （ ）； 并联电路α=1/ （2RC). 并联电路 3.观察 观察RLC并联电路uc(t)的 并联电路 的 观察 零输入响应、零状态响应。 零输入响应、零状态响应。 3.1如图 所示仿真实验电路 。 如图-6所示仿真实验电路 如图 3.2改变 3.2改变R的值观察的三种波 改变R的值观察的三种波 记下参数和波形图。 形。记下参数和波形图。图6中，频率 =500Hz， uc(t) 中 频率f ， 的波形如图-7所示 所示。 的波形如图 所示。 3.3在图 中LC并联 2，且C 在图-6中 并联 并联R 在图 串联r 串联 =4 .再改变 2，记下 再改变R 波形图。 参数和 uc(t) ，i(t)波形图。
二阶电路响应的仿真实验
一.实验目的 实验目的
1.熟习创建、编辑EWB电路。练习虚拟模拟仪器的使用。 熟习创建、编辑 电路。 熟习创建 电路 练习虚拟模拟仪器的使用。 2.通过二阶电路响应的仿真实验，加深对二阶电路响应的 通过二阶电路响应的仿真实验 通过二阶电路响应的仿真实验， 理解。 理解。 3.学习 学习EWB的瞬态分析方法。 学习 的瞬态分析方法 二.实验原理 实验原理 1.RLC串联电路的过渡过程的性质，完全由特征方程 ： 串联电路的过渡过程的性质， 串联电路的过渡过程的性质 LCP2＋RCP＋1=0 的特征根 P1.2 = -α±jω来决定 来决定. ＋ ± 来决定
1
3.衰减振荡角频率ωd和衰减系数 的测量 衰减振荡角频率 和衰减系数α的测量 i 如图所示的响应波形中， 如图所示的响应波形中， I 1m 衰减周期:T 衰减周期 d =t2-t1 I 2m 衰减振荡角频率: 衰减振荡角频率 ωd =2π/ Td 衰减系数 : α
I 1m 1 = ln Td I 2m
图- 8
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时域） 暂态（时域）分析 自定义
仿真
起始时间 结束时间 结束时间 显示点数 步进时间 步进时间 增加分析 可分析点
增加被分析点
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被分析点
参数 设为零 用户定义 计算静态工作点 起始时间 终止时间 自动产生步进时间 最小点数 列印的步进时间 最大的步进时间 模拟分析的节点数
(1).R﹥2√（L/C）非振荡阻尼过程 ； ﹥ （ ） (2).R0=2√（L/C）非振荡临界阻尼过程； （ ）非振荡临界阻尼过程； (3).R﹤2√（L/C）衰减振荡状态过程 ； ﹤ （ ） (4).R=0等幅振荡状态； （5）R﹤0增幅振荡状态 等幅振荡状态； 增幅振荡状态. 等幅振荡状态 ） ﹤ 增幅振荡状态 长江大学电工电子实验中心龙从玉