實(shí)驗(yàn)十一有源電路仿真與模擬數(shù)學(xué)表過式實(shí)驗(yàn)報(bào)告

廣西大學(xué)《信號(hào)與控制課群》實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)工程名稱：有源電路仿真與模擬數(shù)學(xué)表過式〔閉環(huán)系統(tǒng)〕實(shí)驗(yàn)序號(hào)學(xué)號(hào)姓名實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)報(bào)告分?jǐn)?shù)1(組長)：2(組員)：3(組員)：沒有不寫沒有不寫教師簽字：【奉獻(xiàn)說明】在這里寫上各組員對(duì)實(shí)驗(yàn)的奉獻(xiàn)【實(shí)驗(yàn)時(shí)間】2023年4月24日【實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)】綜合樓808【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.學(xué)會(huì)使用multisim10電路仿真軟件。2.了解電路仿真的一般步驟。3.學(xué)會(huì)電路分析的一般方法?！緦?shí)驗(yàn)設(shè)備與軟件】1.multisium10電路設(shè)計(jì)與仿真軟件2.labACT實(shí)驗(yàn)臺(tái)與虛擬示波器【實(shí)驗(yàn)原理】本實(shí)驗(yàn)利用放大器比例、積分、微分電路的組合實(shí)現(xiàn)有源放大電路實(shí)現(xiàn)表達(dá)式：v【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、方法、過程與分析】1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)用multisium畫出原理圖并仿真，輸入信號(hào)采用峰峰值為2V的階躍信號(hào)，觀察曲線的變化情況，測(cè)量并記錄表1中的各項(xiàng)參數(shù)?！?〕按照原理圖在labACT實(shí)驗(yàn)箱上實(shí)驗(yàn)，觀察虛擬示波器曲線的變化情況，測(cè)量并記錄表1中的各項(xiàng)參數(shù)。2、實(shí)驗(yàn)方法根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求，對(duì)原理圖的構(gòu)造思路做簡(jiǎn)要描述：設(shè)想使用四個(gè)運(yùn)算放大器，第一和第三個(gè)運(yùn)算放大器起減法器的作用，第二個(gè)和第四個(gè)是積分環(huán)節(jié)，根據(jù)電路表達(dá)式中的值選擇適宜的電阻、電容值。簡(jiǎn)易原理圖如下：3、實(shí)驗(yàn)過程〔1〕按簡(jiǎn)易原理圖先在Multisim中搭建相應(yīng)電路進(jìn)行仿真，注意考慮電容放電問題與輸入信號(hào)引入問題在相關(guān)位置放上開關(guān)，仿真電路圖如下(鼓勵(lì)信號(hào)為2V)。圖SEQ圖\*ARABIC2Multisim仿真電路圖運(yùn)行仿真，得到如下仿真曲線。將前面鼓勵(lì)開關(guān)未閉合前的時(shí)間除去，通過游標(biāo)尺可以得到相關(guān)的數(shù)據(jù)如表1所示。圖SEQ圖\*ARABIC3multisim仿真曲線〔2〕該實(shí)驗(yàn)需要使用到：1〕信號(hào)發(fā)生器〔B1〕中的階躍信號(hào)、幅度控制；2〕可變阻容庫〔A7〕中的可變電阻、可變電容；3〕A2、A4、A5運(yùn)算放大器4〕運(yùn)算放大器庫〔A9〕中的一個(gè)運(yùn)算放大器。接線與操作：用信號(hào)發(fā)生器的“階躍信號(hào)〞按鈕和“幅度控制電位器〞構(gòu)造輸入信號(hào)。首先將電位器左邊的K3開關(guān)撥下〔GND〕，右邊K4開關(guān)撥下〔0/+5V階躍〕。調(diào)整電位器使階躍信號(hào)輸出為2V，然后“階躍信號(hào)〞按鈕。階躍信號(hào)Y孔引出導(dǎo)線。選擇A9中的一個(gè)放大器，反相輸入端串聯(lián)A7中的可變電阻10?電阻，正向輸入端同時(shí)串聯(lián)A8 中的兩個(gè)10?。第二個(gè)運(yùn)算放大器A2串聯(lián)10?短接帽，在反相輸入端和輸出端上并聯(lián)一個(gè)A7中1u的可變電容。第三個(gè)運(yùn)算放大器A5中并聯(lián)500?短接帽，反相輸入端串聯(lián)A8中的20?電阻，第四個(gè)運(yùn)算放大器A4串聯(lián)500?短接帽，反相輸入端和輸出端間并聯(lián)A8中的2u電阻。將四個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端和反向輸入端串聯(lián)起來。信號(hào)發(fā)生器一端接第一個(gè)運(yùn)算放大器的副向輸入端，一端接示波器的CH1,示波器另一端CH2接第四個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端。運(yùn)行l(wèi)abACT程序，翻開“工具〞菜單中的“雙跡示波器〞，觀察鼓勵(lì)信號(hào)與系統(tǒng)輸出波形?？记绊氈?〕實(shí)驗(yàn)操作中嚴(yán)格按原理圖接線，多余的導(dǎo)線及時(shí)去除。有疑問或故障及時(shí)請(qǐng)教老師。2〕操作中雙手不要觸碰到電路板金屬裸露局部，以免產(chǎn)生誤差。3〕觀察虛擬示波器中的波形時(shí)，注意人工放電以免電路中的電容沒有及時(shí)充放電對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。示波器輸出波形曲線如下。實(shí)驗(yàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)如表1所示。圖SEQ圖\*ARABIC4模擬電路實(shí)驗(yàn)波形曲線表1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1與2的數(shù)據(jù)記錄表格〔給定電壓為2V〕工程參數(shù)電路實(shí)現(xiàn)Multisim10仿真最大值Vm2.273.780平穩(wěn)值Vo1.872.000到達(dá)最大值時(shí)間0.250.065從平穩(wěn)值的0%上升到100%的時(shí)間0.250.038第一次到達(dá)平穩(wěn)值50%所需時(shí)間〔？%〕0.110.026到達(dá)平穩(wěn)值時(shí)間0.50.427最大值-平穩(wěn)值Vm-Vo0.401.780(Vm-Vo)/Vo0.260.89〔3〕給定不同的階躍值(范圍在0~5V，選擇分布的8點(diǎn))，觀察在Multisim10仿真與電路實(shí)現(xiàn)時(shí)輸出曲線的平穩(wěn)值如下表：表2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3的數(shù)據(jù)記錄表格序號(hào)階躍值(V)Multisim10仿真(V)電路實(shí)現(xiàn)(V)110.500.4921.50.700.69320.900.8742.51.001.10531.201.1863.51.401.41741.601.5184.52.002.034、實(shí)驗(yàn)分析：〔1〕從實(shí)驗(yàn)結(jié)果上看，在輸入階躍信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)在經(jīng)過一段時(shí)間的波動(dòng)后，最終到達(dá)穩(wěn)定值，該穩(wěn)定值等于輸入信號(hào)的大小，即系是一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)。Multisim仿真與labACT測(cè)得各參數(shù)大致相同，所存在的誤差可能是試驗(yàn)箱本身因素造成?！?〕利用word插入選項(xiàng)中的插入表格，將8點(diǎn)數(shù)據(jù)畫在同一X-Y坐標(biāo)系統(tǒng)下，如下列圖：從表格可以看出，8條曲線的變化規(guī)律一樣，到達(dá)最大值的時(shí)間、從平穩(wěn)值0%上升到100%的時(shí)間、第一次到達(dá)平穩(wěn)值50%所需時(shí)間、到達(dá)平穩(wěn)值的時(shí)間都相同，證明了同一個(gè)電路，輸入不同的階躍信號(hào)，所得曲線的變化規(guī)律相同?！?〕把vo+25vo實(shí)驗(yàn)拓展：方程形式的變換為：10變化后的電路圖：仿真結(jié)果：【實(shí)驗(yàn)總結(jié)】實(shí)驗(yàn)結(jié)論：1.輸入信號(hào)的階躍值改變時(shí)，輸出信號(hào)的階躍值也隨之改變，并在一段時(shí)內(nèi)在階躍值兩側(cè)浮動(dòng)，最后趨向于階躍值并重合。2.輸入的階躍值越大，曲線到達(dá)平穩(wěn)的時(shí)間就越長。3.積分形式的表達(dá)式可以化簡(jiǎn)成導(dǎo)數(shù)形式，在保證輸入輸出關(guān)系不變的情下起到了簡(jiǎn)化電路的作用。實(shí)驗(yàn)總結(jié)：通過本次實(shí)驗(yàn)，小組成員熟悉利用multisium進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)和仿真，為實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作提供了參照；利用labACT進(jìn)行接線和調(diào)試