电力工程学院实验报告格式12.docx
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电力工程学院实验报告格式12
电力工程学院
2010/2011学年第2学期
实验报告
课程名称电路实验II
实验名称二阶电路动态变化过
程的仿真分析
班级名称
学生姓名
学号
同组学生姓名
实验时间
实验地点
实验报告成绩:
评阅教师签字:
年月日
电力工程学院二〇〇七年制
一、实验目的
实验一(9.11二阶电路动态变化过程的仿真分析)
1、研究RLC串联电路的电路参数与其暂态过程的关系。
2、观察二阶电路在过阻尼和欠阻尼三种情况下的相应波形,加深对二阶电路相应的认识。
3、掌握观察动态电路状态轨迹的方法。
4、掌握软件的基本操作方法,使用软件进行仿真。
实验二(LC串联谐振回路特性的仿真测试)补充
1、研究LC串联谐振回路特性。
2、观察LC串联谐振回路的特性曲线。
二、原理简述
用二阶微分方程描述动态的电路为二阶电路,一个二阶电路在方波正、负阶跃信号的激励下,可获得零状态和零输入响应,其响应的变化轨迹决定于电路的固有频率。
简单而典型的二阶电路是一个RLC串联电路和RLC并联电路,两者存在着对偶关系。
1、阶跃响应
如图9-1所示的RLC并联电路的原理图
图9-1
2、RLC串联电路的零输入相应和阶跃响应
如图9-2所示为RLC串联电路的原理图
图9-2
改变R1的大小,即分为过阻尼、临界阻尼、欠阻尼响应,分别观察每种情况下的响应波形。
三、实验接线图
1、阶跃响应
如图9-3所示的RLC并联电路,求Uc和iL为输出时的阶跃响应,进行波形仿真。
图9-3
在电感上串联一个很小的电阻后,如图9-4所示,对iL进行仿真。
图9-4
2、RLC串联电路的零输入响应和阶跃响应
当R变化时,分别观察过阻尼、临界阻尼、欠阻尼衰减振荡、等幅振荡时的Uc的零输入响应波形和跃阶响应波形。
(a)临界阻尼,R=2KΩ时,如图9-5所示
图9-5
(b)R=5.1KΩ时,零输入响应过阻尼电路,如图9-6
图9-6
(c)欠阻尼,R=10Ω时,如图9-7所示
图9-7
(d)等幅振荡,R=0Ω时,如图9-8所示
图9-8
四、仿真结果
1、跃阶响应
打开示波器,进行仿真,在示波器上显示的Uc的跃阶响应波形以及输入波形如图9-9所示
图9-9(a)
图9-9(b)
在电感上串联一个小电阻后,打开示波器,进行仿真,在示波器上显示的是iL的波形,如图9-10所示
图9-10
2、RLC串联电路的零输入响应
(a)临界阻尼,R=2KΩ时
开关由上到下,如图9-11所示
图9-11
开关由下到上,波形如图9-12所示
图9-12
(b)R=5.1KΩ时,零输入响应过阻尼电路
开关由上到下,波形如图9-13
图9-13
开关由下到上,波形如图9-14
图9-14
(c)欠阻尼,R=10Ω时
开关由上到下时,波形如图9-15
图9-15
开关由下到上时,波形如图9-16所示
图9-16
(d)等幅振荡,R=0Ω时
开关从上到下时,波形如图9-17所示
图9-17
开关从下到上时,波形如图9-18所示
图9-18
五、结论
当电路的结构或元件的参数发生变化时,可能使电路改变原来的工作状态,转变到另一个工作状态,这种转变往往需要一个过渡过程,而这个过渡的过程会使得波形发生突变。
RLC并联电路中Uc的阶跃响应波形是电容的充放电过程,iL是一个逐渐趋于稳定的过程。
RLC串联电路电路的零输入响应和阶跃响应,临界阻尼波形是个非振荡的过程,并且是个衰减的过程,过阻尼的波形是个非振荡的过程,而欠阻尼的波形是个电磁振荡的过程,且振幅逐渐减小。
并且通过仿真实验得知结论与实际理论值相一致。
六、心得体会
通过这次实验,我不仅对RLC并联电路中的Uc和iL为输出是的阶跃响应波形有所了解,而且对RLC串联电路的零输入响应和阶跃响应中的过阻尼、临界阻尼、欠阻尼衰减振荡、等幅振荡的波形有所了解。
而且,我觉得电路也不像书上学得那么晦涩难懂,通过软件演示实验结果,形象生动的看到了波形,对RLC并联电路有了深刻地理解。
通过对这样的电路软件的学习,让抽象的波形化作形象的图示,使我们对电路实验产生了浓厚的兴趣,对自己的专业有了更深的认识,也更加喜欢自己的专业了。
补充实验:
LC串联谐振回路特性的仿真测试
首先构建电路,如图9-19所示
图9-19
当开关从电源打向电阻时,LC串联谐振回路处于自由振荡状态,振幅由大逐渐减小,其波形如图9-20所示
图9-20
而通过设置示波器的时间轴,在通过拉动测试标记线,可以计算出仿真的LC串联谐振回路的自由振荡频率值,如图9-21
图9-21
T=20.034us,所以f=1/T=50KHz
为了将其结果与理论值做进一步比较,要进一步对LC串联谐振回路的幅值特性、相频特性进行仿真测试。
而首先构建的电路如图9-22。
图9-22
通过XBP1波特图示仪,打开仿真开关,进行仿真测试,得到LC串联谐振回路的幅频特性如图9-23所示
图9-23
拉动测试标记线,可以看出LC串联谐振回路的谐振频率,如图9-24所示
图9-24
由读数可知,LC串联谐振回路的谐振频率157.307KHz。
在同一个测试电路中,按下Phase键,可以方便的得到LC串联谐振回路的相频特性,如图9-25所示。
图9-25
同样,拉动测试标记线,也可以方便地看到LC串联谐振回路的谐振频率。
如图9-26所示。
图9-26
其频率值为159.721KHz
由于是肉眼观察,所以会有一定的误差。
同时还可以使用另外一种方法来进行分析
首先,启动Simulate菜单中的Analysis下的ACAnalysis命令,在ACAnalysis对话框中设置如下:
OutputVariables为节点3,如图9-27所示。
图9-27
而后单击ACAnalysis对话框上的Simulate按钮,出现一个GrapherView窗口形式,仿真结果如图9-28所示。
图9-28
实验结论:
当开关从电源打向电阻时,LC串联谐振回路处于自由振荡状态,振幅由大逐渐变小。
由图像可知,当电感的感抗和电容的容抗相等时,LC串联回路发生谐振,振幅达到最大。
开始的一段时间由于电感的感抗与电容的容抗趋于相等,振幅逐渐变大,当二者相等时电路发生串联谐振此时的振幅达到最大。
而后通过对其进一步的分析,通过波特图示仪将结果与理论值做比较,发现实验数据还是较为准确的。
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