1《电路分析》实践报告参考.docx
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1《电路分析》实践报告参考
《电路分析》
实践报告
专业光伏材料及应用
学生姓名谢健伟
准考证号036812300239
指导教师陈立老师
2013年04月
动态电路的研究
一、实验目的及要求:
1认识和了解双踪示波器、信号发生器的基本功能和使用方法;
2学习使用示波器和信号发生器进行电路实验,观察和测量信号波形;
3观察和测定RC一阶电路的零输入响应、零状态响应和全响应,观察元件参数对响应的影响;
4学习动态电路时间常数的测量方法;
5观察、测定二阶动态电路的零输入响应和零状态相应波形;
6观察和分析二阶动态电路响应的三种状态轨迹及特点,了解电路元件参数对响应的影响。
二、所用仪器、设备
TFG2066DDS型函数信号发生器,SS-7802A双踪示波器,TektorixTDS1022型数字式可存储双踪示波器,电阻、电容和电感元件若干
三、实验原理
1、激励信号
信号发生器输出的周期性方波信号可以用来模拟重复性的阶跃激励信号,方波的正跳变相当于阶跃激励信号,负跳变后相当于激励信号回归到零。
只要所选择的方波重复周期T远大于电路的时间常数τ(一般取T>5τ),在这样的方波信号的激励下,电路中的响应就分别等于同等于电路接通时的零状态响应和断开时的零输入响应过程。
2、RC一阶电路阶跃激励下的动态响应
下图所示的RC一阶电路其零输入响应分别按指数规律衰减和增长,过渡过程的长短决定于电路的时间常数τ。
在观察零输入响应波形的同时,还可以用示波器的时间和频率差值(ΔT)及电压差值(ΔU)测量功能,结合起来测量时间常数τ。
根据一阶微分方程的求解得知
。
当
时,
。
此时所对应的时间就等于τ。
也可用零状态响应波形增加到
时所对应的时间测得。
一个简单的RC串联电路,在周期为T的方波序列脉冲激励下,将电阻两端电压
作为响应输出且当
< 即转变为尖脉冲电压信号。 将电容两端的电压 作为响应输出且当 >>T/2时, 即成为三角波电压。 3、二阶电路 二阶电路在节约信号的激励下,将会出现暂态过渡过程,其相应的变化轨迹取决于电路的固有频率。 当调整电路中元件的参数值,使电路的固有频率分别为负实数、共轭复数及虚数时,可获得单调衰减、衰减振荡和等幅振荡的响应特性,实验中可观察到欠阻尼、临界阻尼和过阻尼等典型响应波形。 典型的二阶电路有RLC串联电路和GLC并联电路,如下图: 以 为输入输出方程为: 其中, , 四、试验方法与步骤 a.RC一阶电路 1.从电路板上选R=10kΩ,C=3300pF按电路图所示电路连接,脉冲信号发生器输出的Um=3V,f=1kHz的方波电压信号,并通过同轴电缆线将激励信号Ui和Uc的信号分别连接至示波器的两个输入口Ya和Yb。 观察示波器屏幕上激励与响应的变化规律,算出时间常数τ;少量地改变电容值或电阻值,定性地观察对响应的影响,记录观察到的现象。 2.令R=10KΩ,C=0.1μF,观察并描绘响应的波形,继续增大C之值,定性地观察对响应的影响。 3.令C=0.01μF,R=100Ω,组成微分电路。 在同样的方波激励信号(UVm=5,f=1KHZ)作用下,观测并描绘激励与响应的波形。 增减R之值定性地观察对响应的影响,并作记录。 b.二阶动态电路 利用动态电路板中的元件与开关的配合作用,组成GCL并联电路。 令R1=10KΩ,L=15mH,C=0.01uF,R2为10KΩ可调电阻,令脉冲信号发生器的输出为Um=5V,f=1KHz的方波脉冲,通过同轴电缆接至上图的激励端,同时用同轴电缆将激励端和响应输出接至双踪示波器的YA和YB两个输入口。 1.调节可变电阻器R2之值,观察二阶电路的零输入响应和零状态响应由过阻尼过渡到临界阻尼,最后过渡到欠阻尼的变化过渡过程,分别定性地描绘、记录响应的典型变化波形。 2.用万能表分别测出3中状态下R2的具体值。 五、实验结果与数据处理 (一)示波器和信号发生器的使用。 1.双踪示波器、函数信号发生器的了解和使用。 2.用示波器观察和测量电压信号。 (1)将示波器的扫描频率调整为200μs,y轴灵敏度调整为200mV,用信号发生器分别产生1V的: 方波: 正弦波: 三角波: 锯齿波: (2)用正弦波信号测出电阻电路两电阻分压及总电压: 扫描频率: 500μsY轴灵敏度: 200mV 电路图: 实验图像: 放大后: U总=1040mVUR1=680mVUR2=380mV (3)李萨育图形的观察 B路输入200HZA路输入300HZ (二)一阶电路阶跃激励下的动态响应 扫描频率200μs,Y轴灵敏度500mV 电路图: 第一组: R=10k,C=3300pF Us&UcUs&UR 左侧图: 到0.632Us时τ=0.15·200us=3.0x10-5s右侧电阻分压图,下同。 理论值: τ1=RC1=10k·3300pF=3.3x10-5s 波形分析: 此为微分电路,电压值开始很快上升,然后缓慢上升,逐渐向Us靠拢。 当Uc=0.632Us时,既t=τ,所对应的时间为时间常数τ。 (满足τ 第二组: R=10k,C=0.01uF 左侧图: 到0.368Us时τ=0.52·200us=1.04x10-4s 理论值: τ1=RC1=10k·0.01uF=1.0x10-4s 第三组: R=10k,C=0.1uF 当R=10KΩC=0.1uF此时的Ur已经出现尖脉冲的特点。 此时也满足τ>T/2的条件,为积分电路。 (三)二阶动态电路 二阶电路电路图 欠阻尼R2=2800Ω过阻尼R2=285Ω 临界阻尼R2=653.1Ω 根据公式: 实测阻值: R测=653.1Ω 相对误差y=|R临界-R实测临界|/R实测临界*100%=0.78/653.1*100%=0.1% 可知实测结果与实验结果很近似,符合客观理论。 六、讨论与分析 本次试验通过示波器实现了电路中各项参数的测量,描绘出了微分电路积分电路图像,通过示波器观察了欠阻尼、过阻尼与临界阻尼的波形图像。 这些让我们对示波器以及动态电路有了更加深刻具体的理解。 本次试验过程与报告撰写均采用两人分工的形式,在实验过程中一人负责连接检查电路,另一个人负责整理记录数据,这样可以最大的提高效率,并提升准确度。 为了使两人均掌握实验要领,我们在做不同的实验时轮换做对方工作,这样在提升效率的基础上也保证了对于实验过程的熟悉。 在实验过程中,我们也曾出现了一些问题。 如,在做一阶动态电路时间常数的测量这个实验中,测出的电压与实际电压始终不符合,在几次检查没有查出错误后我们决定全部拆掉电路重新连接,连好后再测数据则较为符合理论值,经分析可能是由于接地线比较多,在接地过程中有的接地线虚接或没有连接某些接地线。 在之后的过程中,我们都反复检查接地线的连接,再也未出现类似情况。 在实验报告撰写的过程中,我们分别负责具体的撰写与实验数据的处理,在实验数据处理的过程中,我们使用各种计算机软件辅助处理,在编辑公式的时候,我们大量使用了mathtype6.0这款软件,其功能比较强大,与office的兼容性也非常不错。 在画图的时候我们使用的事visso2007,这款软件是微软推出的画图软件,在作图方面有着不错的用户体验,由于是微软本身的软件,其在各款office软件中都可以引用,并且使用方便,作图效率很高。 通过这次试验报告的撰写我也深刻体会到了计算机软件对于平常实验研究的辅助作用以及信息时代计算机技术的重要性,因此我们决定在课下认真学习与学习有关的各项计算机知识。 由于这次的实验计算较为简单,并没有用到matlab等数学软件,但我们已经在自学,以保证在以后需要的时候随时可以高效准确的处理数据。
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