二阶电路的仿真与实验

二阶电路的仿真与实验1第一页，共十九页，编辑于2023年，星期六进一步学习创建、编辑EWB电路。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。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。学习衰减振荡频率和衰减系数的测量进一步熟悉使用信号发生器、示波器。实验目的2第二页，共十九页，编辑于2023年，星期六实验原理与说明1、RLC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，完全由特征方程决定，其特征根：

其中:称为衰减系数，称为谐振频率

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。等幅振荡

3第三页，共十九页，编辑于2023年，星期六2、衰减系数和衰减振荡频率的测量如图零输入响应:tuct1t2由于:

而峰值时

故：,

得所以:-U1m-U2m4第四页，共十九页，编辑于2023年，星期六仿真示例创建如图11-2所示的仿真实验电路。信号发生器设置为方波如图11-3。观察RLC串联电路,、的零输入响应、零状态响应。

5第五页，共十九页，编辑于2023年，星期六电阻设置如图：仿真示例按R键可按1%减小电阻，按shift+R键可按1%增加电阻6第六页，共十九页，编辑于2023年，星期六仿真示例增加R到84%左右，调节示波器参数，观察过阻尼时us(t).uc(t)波形。如图10-4所示。方法：打开开关，按“暂停”按钮。7第七页，共十九页，编辑于2023年，星期六仿真示例减小R到64%左右，调节示波器参数，观察临界阻尼时us(t).uc(t)波形。如图10-5所示。方法：打开开关，按“暂停”按钮。8第八页，共十九页，编辑于2023年，星期六仿真示例减小R到16%左右，调节示波器参数，观察欠阻尼时us(t).uc(t)波形。如图10-6所示。方法：打开开关，按“暂停”按钮。9第九页，共十九页，编辑于2023年，星期六仿真示例改变R设置，如图：调节示波器参数，观察无阻尼时us(t).uc(t)波形。如图10-7所示。10第十页，共十九页，编辑于2023年，星期六仿真示例测量欠阻尼时Td及α：回到欠阻尼时电路，改变示波器时间轴，移动示波器上的游标。红色游标对准图中第一个负峰值，蓝色游标图中第二个负峰。可得：Td=t2-t1=215.4us;U1m=4.45V,U2m=0.98V;再由公式计算α11第十一页，共十九页，编辑于2023年，星期六实验内容：观察并纪录RLC串联电路,、的零输入响应、零状态响应。实验线路原理图如图11-8所示。

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：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第十二页，共十九页，编辑于2023年，星期六实验内容：在欠阻尼情况下，选取R，改变L或C的值观察的变化趋势。如衰减快慢、振荡幅度、振荡频率等。记下参数和波形图。

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/s1

10mH0.01uF

2

10mH5600PF

3

10mH5600PF

4

10mH2200PF

5

10mH2200PF

注：1、R取R//4以下，因电阻越小振荡越强烈，用示波器越容易观察记录。2、本表只用于仿真电路。

13第十三页，共十九页，编辑于2023年，星期六实验步骤与方法：方波信号发生器产生5kHz的信号电压。电压幅值5V，直流电平（偏移量offset）5V。示波器设置为DC耦合。改变R的数值，使电路分别处于过阻尼、临界阻尼、欠阻尼，观察并描绘出和的波形。在欠阻尼情况下继续改变R，观察波形中R对衰减系数的影响。在欠阻尼情况下改变C，观察波形中C对衰减振荡频率的影响。按记录表中要求R分别为：R=R//4，R=R//4，R=R//5，R=R//5，R=R//7左右。观察波形，并作记录。14第十四页，共十九页，编辑于2023年，星期六实验步骤与方法1、R的取值例:L=10mH,C=5600PF,取R=R//515第十五页，共十九页，编辑于2023年，星期六实验步骤与方法2、计算及,以仿真示例中欠阻尼过程为例如图:理论计算:16第十六页，共十九页，编辑于2023年，星期六实验步骤与方法2、计算及,以仿真示例中欠阻尼为例如图:测量结果:Td=t2-t1=215.4usU1m=4.45V,U2m=0.98V;17第十七页，共十九页，编辑于2023年，星期六实验步骤与方法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。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（不计算衰减系数及衰减振荡频率