电路实验(仿真)

实验一RLC电路的阶跃响应

一．实验目的

1.观察并分析RLC二阶串联电路对阶跃信号的响应波形。

2.了解电路参数RLC数值的改变会产生过阻尼、临界阻尼和欠阻尼3种响应情况。

3.从欠阻尼情况的响应波形，读取振荡周期和幅值衰减系数。

二．原理及说明

1.跟一阶RC电路实验相同，我们仍用占空率为1/2的周期性矩形脉冲波输入图1-1的

RLC串联电路。当这脉冲的持续时间和间隔时间很长的时候，就可认为脉冲上升沿是一个上升阶跃，而下降沿是一个下降阶跃。由于阶跃是周期性重复现的，所以在示波器上能观察到清晰、稳定的响应波形。

图1-1 RLC串联电路

2.三种阻尼状态的上升阶跃的响应和下降阶跃的响应如下表：

表1-1

1.从表1-1中可见，电路在欠阻尼态时，电容电压对上升阶跃的响应公式是

)]sin(1[0φωωωα+-

=-t e A u t

c ， 对下降阶跃的响应公式是 )sin(0φωω

ωα+=-t e A u t

c 。

所以我们可知阶跃响应的波形大致如图1-2所示。

为了判别这种幅值衰减振荡的衰减速度，我们看两个相邻的同向的振幅之比 值，它等于 T T t

t

e Ke Ke

ααα=+--)(/ （1-1）

这比率称为幅值衰减率，对其取对数，有

T e T

αα=ln （1-2）

ln 1

ln 1T

e T T ==

αα（相邻幅值之比） （1-3）

这里α称为幅值衰减系数。

图1-2 衰减的正弦振荡曲线

三．实验设备

安装有Multisim 软件的电脑一台

四．实验内容及步骤

1.运行Multisim 软件

2.计算元件参数，其中R为5KΏ的可调电阻，添加电子元件、脉冲信号源以及接地符号。

3.修改脉冲信号源占空比50％，频率为10KHz，幅高A＝2V。

3.连接电路并加入虚拟双通道示波器，虚拟双通道示波器分别接输入信号和输出信号Uc ，修改输出信号线颜色。

4. 调整可调电阻 R>2

C

L

，让电路处于过阻尼状态，进行仿真，通过示波器观察电容上电压Uc 的阶跃响应波形，并记录上、下阶跃的响应曲线。 5. 调整可调电阻 R ≈2

C

L

，让电路处于临界阻尼状态，进行仿真，通过示波器观察电容上电压Uc 的阶跃响应波形，并记录上、下阶跃的响应曲线。 6. 在 0

C

L

范围内调节电阻，使欠阻尼状态的衰减振荡波能明显出现于两个阶跃之间。进行仿真，通过示波器观察电容上电压Uc 的阶跃响应波形，并记录上、下阶跃的响应曲线。观测出衰减振荡周期T 和相邻振幅的比值，并计算出衰减系数α之值。

五．原始数据要求

1. 画出在示波器上看到的过阻尼的波形(定性)；

2. 画出示波器上看到的欠阻尼的波形（定量,标出X ，Y 坐标上各点数值）；

3. 测出欠阻尼状态的相邻两个同向振荡波形的幅度A1和A2值和振荡波形的周期值T ，计算A1/A2值；

4. 画出电路图,标出元件参数。 六. 报告要求

1. 写出电路参数计算过程，包括不同状态下R 的取值；振荡频率ω，并计算出振荡周

期T ，然后和测量出的T 比较；

2. 在坐标纸上记录示波器的过阻尼、欠阻尼曲线；

3. 对于欠阻尼曲线，观测出衰减振荡波形的周期T 和相邻振幅之比，从而计算出幅值

衰减系数α；

4.回答复习思考题

七. 思考题

1. 画出在示波器上看到的过阻尼的波形(定性)；

2. 画出示波器上看到的欠阻尼的波形（定量,标出X，Y坐标上各点数值）；

3. 测出欠阻尼状态的相邻两个同向振荡波形的幅度A1和A2值和振荡波形的周期值T，计算A1/A2值；

4. 画出电路图,标出元件参数

实验二 连续时间系统的模拟

一、实验目的

1. 了解基本运算器——加法器、标量乘法器、积分器的电路结构和运算功能

2. 掌握一阶系统的运算模拟方法，比较一阶时间系统和运算模拟系统的阶跃响应

3. 掌握二阶系统的运算模拟方法，比较二阶时间系统与运算模拟系统的频率特性 二、实验原理及说明

无论是物理系统还是非物理系统，无论是电系统还是非电系统都可以用模拟装置——基本运算器进行模拟。模拟装置可以与实际的系统完全不同，但是两者的微分方程完全相同。输入输出关系及传递函数也完全相同。因而在对实际系统进行研究时，可运用实际手段构建出该系统的模拟装置，从而观察激励和系统参数变化时引起的响应变化，以便确定最佳参数值。系统的模拟就是由基本的运算单元（加法器、积分器、标量乘法器、反向器）组成的模拟装置来模拟系统的传输特性。 1． 三种基本运算器电路分析

a ． 标量乘法器，如图2—１（a ）

i u R R u 1

2

0-

= b ． 加法器，如图2—１（b ）

()()2

012121

R u u u u u R =-

+=-+ c ． 积分器，如图2—１（c ）

⎰∞

--=t

i d u RC u λλ)(1

2． 一阶系统运算模拟 如图2—２（a ），它是一阶RC 电路，可用以下方程描述：

()()()11

dy t y t x t dt RC RC

+= 其模拟框图如图2—２（b ）（c ），实际电路如图2—２（d ） 图2-1

3． 二阶系统运算模拟

图2—３（a ）是RLC 串联二阶电路。它可用以下方程描述：

()()()()1R R y t y t y t x t L LC L

''''+

+= 引入辅助函数()q t

()()()()1R q t q t q t x t L LC

'''+

+=