電路大作業(yè)設(shè)計 張嘉哲 20111337.docVIP

上海電力學院本科課程設(shè)計電路計算機輔助設(shè)計（2） 院系：電氣工程及其自動化學院 專業(yè)年級（班級）： 2011025學生姓名： 張嘉哲 學號：20111337指導教師： 成 績： 2013年 11月 25 日教師評語： 仿真實驗一 RC微分電路和積分電路一、實驗目的：1. 測試RC一階電路的零輸入響應、零狀態(tài)響應及完全響應。2. 通過示波器測定時間常數(shù)。3. 用示波器觀察波形，了解相應參量。二、原理 1. 動態(tài)網(wǎng)絡的過渡過程是十分短暫的單次變化過程, 對時間常數(shù)較大的電路,可用慢掃描長余輝示波器觀察光點移動的軌跡.然而能用一般的雙蹤示波器觀察過渡過程和測量有關(guān)的參數(shù),必須使這種單次變化的過程重復出現(xiàn).為此,我們利用信號發(fā)生器輸出的方波來模擬階躍激勵信號,即令方波輸出的上升沿作為零狀態(tài)響應的正階躍激勵信號;方波下降沿作為零輸入響應的負階躍激勵信號,只要選擇方波的重復周期遠大于電路的時間常數(shù),電路在這樣的方波序列脈沖信號的激勵下,它的影響和直流電源接通與斷開的過渡過程是基本相同的. 2. RC一階電路的零輸入響應和零狀態(tài)響應分別按指數(shù)規(guī)律衰減和增長,其變化的快慢決定于電路的時間常數(shù)，其測量方法為：使用一階微分方程求解得到,此時所對應的時間就等于，亦可用零狀態(tài)響應波形增加到0.632所對應的時間測得，如圖可見。 當時（T為方波脈沖的重復周期），R兩端的電壓作為響應輸出。則該電路就是一個微分電路。當時，且以C作為響應輸出，則電路成為RC積分電路。三、設(shè)計(1)零狀態(tài)、零輸入響應由示波器端口啊圖像：；且；當t=時，（2）微分電路示波器端口B圖像：如果繼續(xù)增大R的值（R=20000歐姆）即示波器端口B圖像的變化如下：（3）積分電路：讓，可得波形為：經(jīng)試驗可得，完全符合計算結(jié)果，符合實驗要求，在允許誤差之內(nèi)。4、 實驗小結(jié)： 本實驗（積分微分電路）總體考察對電路的計算和理解，在時間常數(shù)的選擇上應當尤為注意，過大過小均不利于觀察和測量，所以這個實驗對各儀器的使用是個考驗。 仿真實驗二、二階電路響應的三種狀態(tài)軌跡及其特點一、目的1.了解二階電路的基本結(jié)構(gòu)。2.熟悉二階電路的響應方程和波形。3.測量計算二階電路的諸如電流電壓的參量。2、 原理 如圖所示，列出KVL方程式為：將如下R、L、C元件的電壓電流表示式：根據(jù)前述方程得到以下微分方程這是一個常系數(shù)非齊次線性二階微分方程。零輸入響應方程為其特征方程為其特征根為電路微分方程的特征根，稱為電路的固有頻率。當R，L，C的量值不同時，特征根可能出現(xiàn)以下三種情況1.時，s1,s2為不相等的實根。過阻尼情況。2. 時，s1,s2為兩個相等的實根。臨界阻尼情況。3. 時，s1,s2為共軛復數(shù)根。欠阻尼情況。一、欠阻尼情況當時，電路的固有頻率s1，s2為為兩個共軛復數(shù)根，它們可以表示為其中齊次微分方程的解答具有下面的形式由初始條件iL(0)和uC(0)確定常數(shù)A1，A2后，得到電容電壓的零輸入響應，再利用KCL和VCR方程得到電感電流的零輸入響應。二、過阻尼情況當時，電路的固有頻率s1，s2為兩個不相同的實數(shù)，齊次微分方程的解答具有下面的形式式中的兩個常數(shù)A1，A2由初始條件iL(0)和uc(0) 確定。對式(95)求導，再令t=0得到求解以上兩個方程，可以得到由此得到電容電壓的零輸入響應，再利用KCL方程和電容的VCR可以得到電感電流的零輸入響應。三、臨界情況當時，電路的固有頻率s1, s2為兩個相同的實數(shù)s1=s2=s。齊次微分方程的解答具有下面的形式式中的兩個常數(shù)A1，A2由初始條件iL(0)和uC(0) 確定。令式中的t=0得到對式求導，再令得到 聯(lián)立求解以上兩個方程，可以得到將 A1, A2的計算結(jié)果，代入式得到電容電壓的零輸入響應，3、 設(shè)計及實驗 , , , 時閉合開關(guān)，求開關(guān)閉合后的。 已知,而, 故此時電路為非振蕩電路放電過程。 已知,而, 故此時電路為臨界阻尼放電過程。 已知,而, 故此時電路為振蕩電路放電過程。經(jīng)試驗可得，完全符合計算結(jié)果，符合實驗要求，在允許誤差之內(nèi)。4、 實驗小結(jié)： 本實驗（二階電路響應的三種狀態(tài)軌跡及其特點）總體偏難，但十分好的考察分析實踐能力，在電壓電流的的測量和計算上應當著重注意，在時間參數(shù)的選取上應當主注意，過大過小都不利于其觀測和計算，其次一些較少使用的變阻器、開關(guān)等也應進行使用。仿真實驗三 二端口電路的設(shè)計一、 目的測量計算開路阻抗參數(shù)、短路導納參數(shù)、傳輸參數(shù)等，驗證等效雙口網(wǎng)絡的傳輸參數(shù)與級聯(lián)的兩個雙口網(wǎng)絡傳輸參數(shù)之間的關(guān)系二、 原理 如果線性無獨立源四端網(wǎng)絡的4個接線端能夠成二端口，則該四端網(wǎng)絡稱為二端口網(wǎng)絡或簡稱為二端口。如圖所示，左邊的U1和i1構(gòu)成端口1，右邊的U2和i2構(gòu)成端口2，同時也標注了電流的參考方向，有時把端口1稱為能量輸入端，把端口2稱為能量輸出端。一、Z參數(shù)方程 2、 Y參數(shù)方程實驗 3、 T參數(shù)方程 4、 級聯(lián)：一個二端口網(wǎng)絡的輸出端與另一個網(wǎng)絡的輸入端相連。級聯(lián)后的復合網(wǎng)絡： +T +T +T 證明： 三、 設(shè)計及實驗 如圖，求證此二端口網(wǎng)絡的Z參數(shù)、Y參數(shù)、T參數(shù)。并且求出如圖所示二端口網(wǎng)絡級聯(lián)后的電路參數(shù)。計算 Z參數(shù)方程 Y參數(shù)方程實驗 T參數(shù)方程 實驗： 級聯(lián)實驗：計算結(jié)果： 實驗結(jié)果及實驗圖：經(jīng)試驗可得，完全符合計算結(jié)果，符合實驗要求，在允許誤差之內(nèi)。4、 實驗小結(jié)： 本實驗（二端口網(wǎng)絡）總體偏易，但考察計算和理解，在電壓電流的的測量和計算上應當著重注意，尤其注意電流的參考方向，防止正負計算錯誤導致失敗。 仿真實驗四 特勒根定理1、 實驗目的： 1.了解特勒根定理的基本原理 2.學習特勒根定理的證明及其電路拓撲結(jié)構(gòu)的基本理解 3.能夠利用特勒根定理解決相應題型2、 實驗原理：特勒根定理1： 對于一個具有n個結(jié)點和b條支路的電路，假設(shè)各條支路電流和支路電壓取關(guān)聯(lián)參考方向，并令（i1,i2,ib）、（u1,u2,ub）分別為b條支路的電流和電壓，則對于任何時間t，有 推及任何含有n個節(jié)點b個支路的電路，即有 特勒根定理2： 如果有兩個具有n個結(jié)點和b條支路的電路、，具有相同的圖，但由內(nèi)容不同的支路構(gòu)成。假設(shè)各支路電流和電壓都取關(guān)聯(lián)參考方向，并分別用（i1，i2，,ib）、（u1,u2,ub）和（1,2,b）、（1、2、,b）表示兩電路中b條支路的電流和電壓，則對于任何時間t，有1*u1+2*u2+b*ub=0和i1*1+i2*2+ib*b=0 3、 實驗過程及結(jié)果： 實驗預期計算：兩電阻電路，分別如圖所示，其電路結(jié)構(gòu)相似但電路中電氣元件不同，試通過此例證明特勒根定理1、2。 分析：使用回路電流法計算各回路電流，進而通過其計算各支路上的電壓，同時也可以直接觀察仿真測試中的各電壓電流參量，通過其計算出，近而驗證特勒根一、二定理。 通過計算，得出各支路電壓電流。電路一： 電路二： 實驗結(jié)果驗證： 電路一的各參量結(jié)果圖： 實驗二的各參量結(jié)果圖：故符合特勒根定理一符合特勒根定理二，綜上可證。經(jīng)試驗可得，完全符合計算結(jié)果，符合實驗要求，在允許誤差之內(nèi)。四、實驗小結(jié)：本實驗（特勒根定理）設(shè)計較為巧妙，同時其結(jié)構(gòu)運算應當細心處之，尤其在支路電流、節(jié)點電壓的的測量和計算上尤其如此，特勒根定理的核心是基爾霍夫定理，對于特勒根定理一其內(nèi)在原因是功率守恒原理，而特勒根定理二不能用功率守恒解釋，僅是對兩個相同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡，一個網(wǎng)絡的電壓和另一網(wǎng)絡的的電流，當然究其核心實際是拓撲學中的相關(guān)定理，與電氣元件無關(guān)。仿真實驗五非線性電路（含有三極管的放大電路分析）1、 實驗目的： 1.了解三極管放大電路的基本分析原理 2.了解小信號分析的基本方法 3.了解非線性電路的基本分析方法2、 實驗原理： 小信號分析法：非線性元件的特性使放大電路的分析變得復雜，一般不采用線性電路的原理來進行計算。但在直流電源激勵下,各非線性元件(如二極管,三極管,運算放大器等)中對應合適電壓必存在一個合適電流值，這種合適的電壓和電流值在平面上對應著一個特定的點,稱為工作點。因此,非線性電路在直流電壓源激勵下的解又稱為工作點.有時為了獲得有用的輸出信號,在設(shè)定了工作點的電子電路中施加某些輸入信號(例如正弦波).假設(shè)在任何時刻都有,則把稱為小信號電壓.分析此類電路時,采用小信號分析法則較為簡便，要強調(diào)的是這種分析方法的條件是放大電路輸入信號為低頻小信號。應用小信號分析法解題的一般步驟為：(1) 求解非線性電路的靜態(tài)工作點; (2) 求解非線性電阻元件在靜態(tài)工作點處的動態(tài)電導或動態(tài)電阻; (3) 作出給定的非線性電阻在靜態(tài)工作點處的小信號等效電路; (4) 根據(jù)小信號等效電路求解。 BJT共發(fā)射極電路分析方法：由圖中所示直流通路Q電路的值，在條件下有 集電極電流 由此式可見，該電路集電極靜態(tài)電流只與直流電壓及電阻有關(guān)，因此隨溫度變化時，基本不變?；鶚O電流 集電極-射極電壓 動態(tài)性能分析（交流段分析）：1.求 因為有 所以 由于有電容的隔直通交作用，故使短路，出現(xiàn) 式中符號表示輸出電壓和輸入電壓相位相反。 2.求輸入電阻：由于：所以：= =3、 實驗過程及結(jié)果：各參數(shù)參量見圖中所示，求放大倍數(shù)、輸入電阻的值。 穩(wěn)定靜態(tài)工作點Q的分析（直流偏置分析）： 動態(tài)性能分析（交流段分析）：1.求 因為有 所以 由于有電容