二阶电路的暂态响应--信号与系统实验箱
发布时间:2017-06-11 点击次数:次
一、实验目的
观测RLC电路中元件参数对电路暂态的影响。
二、实验原理说明
1、RLC电路的暂态响应
可用二阶微分方程来描绘的电路称为二阶电路。RLC电路就是其中一个例子。
由于RLC电路中包含有不同性质的储能元件,当受到激励后,电场储能与磁场储能将会相互转换,形成振荡。如果电路中存在着电阻,那么储能将不断地被电阻消耗,因而振荡是减幅的,称为阻尼振荡或衰减振荡。如果电阻较大,则储能在初次转移时,它的大部分就可能被电阻所消耗,不产生振荡。
因此,RLC电路的响应有三种情况:欠阻尼、临界阻尼、过阻尼。以RLC串联电路为例:
设W0=为回路的谐振角频率,α=为回路的衰减常数。当阶跃信号US(t) =US(t≥0)加在RLC串联电路输入端,其输出电压波形UC(t),由下列公式表示。
(1)<,即R <2,电路处于欠阻尼状态,其响应是振荡性的。其衰减振荡的角频率ωd=。此时有:
(t≥0)
其中θ= arctg
(2)=,即R<2,其电路响应处于临近振荡的状态,称为临界阻尼状态。
(t≥0)
(3)>,即 R>2,响应为非振荡性的,称为过阻尼状态。
(t≥0)
其中,
2、矩形信号通过RLC串联电路
由于使用示波器观察周期性信号波形稳定而且易于调节,因而在实验中我们用周期性矩形信号作为输入信号,RLC串联电路响应的三种情况可用图7-1来表示。
(a)输入矩形波
(b)临界阻尼波形
(c)欠阻尼波形
(d)过阻尼波形
图7-1 RLC串联电路的暂态响应
三、实验内容
实验平台上设有专门的二阶电路暂态响应模块,此实验电路可在二阶网络状态轨迹模块上实现。图7-2为RLC串联电路连接示意图,图7-3为实验电路图。
图7-2 RLC串联电路
图7-3 二阶暂态响应实验电路图
在P501端输入矩形脉冲信号,其脉冲的重复周期为800μs,脉冲宽度为400μs,幅度为1.2V。在测量点TP502上观测 uc(t)的暂态波形。
(1)观测 uc(t)的波形
RLC串联电路中的电感L=10mH,电阻R=100Ω,电容C=0.1μF,观察示波器uc(t)的波形的变化,并描绘其波形图,与理论计算值进行比较。
(2)观察RLC串联电路振荡、临界、阻尼三种工作状态下uc(t)的波形
保持L=10mH,C=0.1μF,改变电阻R,由100Ω逐步增大,观察其uc(t)波形变化的情况。
a.记下临界阻尼状态时R的阻值,并描绘其uc(t)的波形。
b.描绘过阻尼状态下R=4KΩ时uc(t)的波形。
四、实验报告要求
描绘RLC串联电路振荡、临界、阻尼三种状态下的uc(t)波形图,并将各实测数据写入表格(自定),与理论计算值进行比较。
五、实验设备
1、双踪示波器1台
2、YUY-XH3信号与系统实验箱1台
观测RLC电路中元件参数对电路暂态的影响。
二、实验原理说明
1、RLC电路的暂态响应
可用二阶微分方程来描绘的电路称为二阶电路。RLC电路就是其中一个例子。
由于RLC电路中包含有不同性质的储能元件,当受到激励后,电场储能与磁场储能将会相互转换,形成振荡。如果电路中存在着电阻,那么储能将不断地被电阻消耗,因而振荡是减幅的,称为阻尼振荡或衰减振荡。如果电阻较大,则储能在初次转移时,它的大部分就可能被电阻所消耗,不产生振荡。
因此,RLC电路的响应有三种情况:欠阻尼、临界阻尼、过阻尼。以RLC串联电路为例:
设W0=为回路的谐振角频率,α=为回路的衰减常数。当阶跃信号US(t) =US(t≥0)加在RLC串联电路输入端,其输出电压波形UC(t),由下列公式表示。
(1)<,即R <2,电路处于欠阻尼状态,其响应是振荡性的。其衰减振荡的角频率ωd=。此时有:
(t≥0)
其中θ= arctg
(2)=,即R<2,其电路响应处于临近振荡的状态,称为临界阻尼状态。
(t≥0)
(3)>,即 R>2,响应为非振荡性的,称为过阻尼状态。
(t≥0)
其中,
2、矩形信号通过RLC串联电路
由于使用示波器观察周期性信号波形稳定而且易于调节,因而在实验中我们用周期性矩形信号作为输入信号,RLC串联电路响应的三种情况可用图7-1来表示。
(a)输入矩形波
(b)临界阻尼波形
(c)欠阻尼波形
(d)过阻尼波形
图7-1 RLC串联电路的暂态响应
三、实验内容
实验平台上设有专门的二阶电路暂态响应模块,此实验电路可在二阶网络状态轨迹模块上实现。图7-2为RLC串联电路连接示意图,图7-3为实验电路图。
图7-2 RLC串联电路
图7-3 二阶暂态响应实验电路图
在P501端输入矩形脉冲信号,其脉冲的重复周期为800μs,脉冲宽度为400μs,幅度为1.2V。在测量点TP502上观测 uc(t)的暂态波形。
(1)观测 uc(t)的波形
RLC串联电路中的电感L=10mH,电阻R=100Ω,电容C=0.1μF,观察示波器uc(t)的波形的变化,并描绘其波形图,与理论计算值进行比较。
(2)观察RLC串联电路振荡、临界、阻尼三种工作状态下uc(t)的波形
保持L=10mH,C=0.1μF,改变电阻R,由100Ω逐步增大,观察其uc(t)波形变化的情况。
a.记下临界阻尼状态时R的阻值,并描绘其uc(t)的波形。
b.描绘过阻尼状态下R=4KΩ时uc(t)的波形。
四、实验报告要求
描绘RLC串联电路振荡、临界、阻尼三种状态下的uc(t)波形图,并将各实测数据写入表格(自定),与理论计算值进行比较。
五、实验设备
1、双踪示波器1台
2、YUY-XH3信号与系统实验箱1台