电力工程学院实验报告格式12Word格式文档下载.docx

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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

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。