仿真实验一-直流或正弦激励下的RL一阶电路的响应

仿真实验一直流或正弦激励下的RL一阶电路的响应一、实验目的（1）理解换路定理的概念并知道动态分析与稳态分析的概念。（2）掌握一阶电路中，初始值的求法。（3）掌握一阶电路的重要解题方法，三要素法。（4）理解一阶电路中，零输入响应、零状态响应、全响应、时间常数等概念。（5）理解阶跃响应和冲激响应（6）学习使用multisim仿真软件进行电路模拟。二、实验原理分析当电路中含有储能元件时，这类元件的电压和电流关系都是微分和积分的关系而不是简单的代数关系，所以在对此类电路列写基尔霍夫方程时，得到是以电流或电压为变量的微分方程。故此类元件被称为动态元件，如果电路中只含有一个动态元件，描述电路的特性方程是一阶微分方程，这种电路便被称为一阶电路。在一阶电路中，掌握换路定则是个关键，换路前一瞬记为0t，换路后一瞬则记为0t。在电路中换路前后电容电压和电感电流保持不变。即)0()0(CCuu，)0()0(LLii但是需要注意的是，当激励为直流电源时，应将C看成开路，将L看成是短路。并且在对具体电路进行分析时，最好画出换路前后的等效电路，以便于分析。而在换路后对于电容和电感的处理，电容要等效为电压源，电感等效为电流源，取值分别为)0(Cu和)0(Li的值。由此，便能大致对一阶电路的初始值的求法和等效进行些了解。对于一阶电路的响应方式也有着不同的分类。（1）零输入响应：在电源激励为零的情况下，由动态元件的初始值引起的响应。（2）零状态响应：在动态元件初始值为零的状态下，由独立电源引起的响应。（3）全响应：在电源激励和动态元件初始值均不为零时所产生的响应。在分析一阶电路的动态响应时，常用的方法是三要素法，这种方法可适应于各种类型的状态响应，避免了求解微分方程，得到了很大的简化。其公式为：teffftf)]()0([)()(式中，)(f表示t时的稳态值，时间常数是反映响应衰减快慢的物理量，其值为CRin或inRL。仿真例题分析：图示电路换路前已稳定，求换路后的iL(0+)、uL(0+)。当T=0时，开关闭合理论计算部分：当开关断开，也就是t=0-状态的时候，电感相当于断路，也就是R1和R2串联，所以根据欧姆定律，流经电感的电流为AiL1325)0(又因为)0()0(LLii所以AiL1)0(当开关闭合后，电感L相当于电流源，原电路可以等效为：开关所在路为一条直线，两端电压为0，因此此时电感L两端电压与电阻R4两端电压的代数和应该为0，即为0)0()0(3LLui可以解出ViuLL3)0(3)0(下面是模拟的结果：模拟电路如下：采用记录仪观察数据结果：从图表中可以看出，当开关闭合的一瞬间，电感两端电压瞬间为-3V，也就是uL(0+)=-3V这和理论结果吻合。当计算电感两端电流时连线图如下：电流表读书逐渐增加到1A，也就是iL(0-)=1A,随后开关闭合后iL(0+)也接近1A。和理论值相符合。误差分析：本次实验的仿真结果大体与理论相等，但是仍然有一些误差，可能与电流表计算时为理想状态，但是在实验中会有误差，因此这里产生了误差。实验设计总结：一阶RL电路理论计算与仿真结果符合，需要注意在开关闭合时，电感L相当于电流源，如果是电容的话，应该为电压源。在通过网孔法或者节点法计算出相应数值。通过仿真实验的示波器，我真切的看到了波形，并且可以与所列的方程以及求出的值进行比较，基本吻合，本次实验在于开关应该断开让电路运行一段时间再闭合，这样才会有波形的变化。