课程介绍+连续时间系统的模拟

1、1电工电子实验二任课教师：丁可柯任课教师：丁可柯联系电话：联系电话公室：教办公室：教3-3172一、 课程性质课程性质v课程名称：电工电子实验（课程名称：电工电子实验（II）v实践性课程实践性课程v共共48课时、课时、3学分。学分。v教材：教材： 电工电子实验技术（上册）和电工电子实验技术（上册）和 ( (下册下册) )v实验内容：实验内容： 包括信号分析实验、数电单元电路实包括信号分析实验、数电单元电路实验、数电小系统设计、数模综合实验，需验、数电小系统设计、数模综合实验，需使用使用Multisim 2001和和FOUNDATION软件。软件。v3一、 课程要求课程

2、要求电工电子实验（电工电子实验（II）的教学内容是上学期电工电子实）的教学内容是上学期电工电子实验（验（I）的延续，教学方法、考核和要求相同。）的延续，教学方法、考核和要求相同。教学方法教学方法（1）以设计、操作、硬件实现为主，讲课、软件使用为辅）以设计、操作、硬件实现为主，讲课、软件使用为辅。（2）固定一人一个实验位置，独立实验。）固定一人一个实验位置，独立实验。v考核考核成绩评定：等级制（成绩评定：等级制（A优优 B良良 C中中 D及格及格 E 不及格不及格)成绩分配：平时成绩分配：平时 50% 期末考试期末考试 50% 平时成绩包含：预习报告平时成绩包含：预习报告 10% （含预习要求中

3、内容）（含预习要求中内容） 实验操作实验操作 25% 实验报告实验报告 15%缺课超过缺课超过1/3不允许考试不允许考试4v1. 认真预习，写出预习报告，无预习报告者认真预习，写出预习报告，无预习报告者不得做实验。不得做实验。v2. 独立完成实验。独立完成实验。v3. 认真书写并按时交出实验报告。认真书写并按时交出实验报告。v4. 自带万用表、元器件、接插线，并妥善保自带万用表、元器件、接插线，并妥善保管。管。 学习要求学习要求5实验室要求v1、实验室不能吃食物、口香糖等东西。、实验室不能吃食物、口香糖等东西。v2、保持实验室干净整洁，不乱扔垃圾。、保持实验室干净整洁，不乱扔垃圾。v3、实验室

4、计算机不允许玩游戏，否则取消实验资格。、实验室计算机不允许玩游戏，否则取消实验资格。v4、实验结束后按要求整理实验桌，第一、实验结束后按要求整理实验桌，第一第六室新实验箱盖第六室新实验箱盖好盖子放在桌面右侧（不要收到抽屉里）。好盖子放在桌面右侧（不要收到抽屉里）。v5、坏探头线请放到前面的坏线篓里。、坏探头线请放到前面的坏线篓里。v6、以上部分作为平时成绩的参考。屡教不改、情节严重者、以上部分作为平时成绩的参考。屡教不改、情节严重者取消本课程成绩。取消本课程成绩。v7、实验时保持桌面整洁，无关的东西不能放桌上。特别是、实验时保持桌面整洁，无关的东西不能放桌上。特别是水杯必须盖好放书包里或统一放

5、讲台前地上。水杯必须盖好放书包里或统一放讲台前地上。v8、实验过程中有坏的仪表请及时报修。、实验过程中有坏的仪表请及时报修。v9、实验结束后及时关好门窗、空调。（不管后面是否有其、实验结束后及时关好门窗、空调。（不管后面是否有其他课程或打扫卫生）。他课程或打扫卫生）。6二、 电工电子实验（电工电子实验（IIII）课程安排）课程安排周周实验内容实验内容实验要求实验要求51数字电路实验概述数字电路实验概述2连续时间系统的模拟连续时间系统的模拟*P146小班课小班课Multisim软件仿真软件仿真81频谱分析频谱分析*P1422译码器电路译码器电路P144 J4Multisim软件仿真软件仿真741

6、38硬件实现硬件实现91数据选择电路数据选择电路P144 J2, J32组合逻辑电路组合逻辑电路P138 J13P140 Y174151/153硬件实现硬件实现门电路实现门电路实现仿真仿真实现实现101触发电路触发电路P148 J22可编程器件应用介绍可编程器件应用介绍7474硬件实现硬件实现小班课小班课注：带*号的页码为教材下册711动态显示电路动态显示电路P146 T112可编程器件应用可编程器件应用*P215 J1XC95108实现实现 131. 移位寄存电路移位寄存电路P153 J32计数与分频电路计数与分频电路P150 J2一片一片194实现实现74160/161实现实现141存储器

7、的应用存储器的应用*P214 T12数模混合电路的设计介绍数模混合电路的设计介绍EEPROM实现实现小班课小班课151数模转换电路数模转换电路*P222 J12数字系统设计介绍数字系统设计介绍0832+95108实现实现小班课小班课17数字系统设计数字系统设计*P219 T1ASM设计控制器设计控制器18实验操作考试实验操作考试抽签决定考题。抽签决定考题。周周实验内容实验内容实验要求实验要求注：带*号的页码为教材下册8连续时间系统模拟连续时间系统模拟9主要授课内容：主要授课内容：一、一、 Multisim Multisim 用于连续时间系统的模拟用于连续时间系统的模拟 二二、实验教材实验教材P

8、147P147：图：图9-9 RC9-9 RC低通电路低通电路三三、实验教材实验教材P147P147：图：图9-10 9-10 二阶带通电路二阶带通电路10连续时间系统的模拟连续时间系统的模拟信号与系统中系统的输入输出之间的关系，也就是信号与系统中系统的输入输出之间的关系，也就是系统传输函数一般用微分方程描述。求解系统响应系统传输函数一般用微分方程描述。求解系统响应的问题，实际上就是求解微分方程的问题。一些实的问题，实际上就是求解微分方程的问题。一些实际系统的微分方程可能是高阶方程或是一微分方程际系统的微分方程可能是高阶方程或是一微分方程组。组。系统的模拟不是对实际系统的仿制，即模拟装置可系统

9、的模拟不是对实际系统的仿制，即模拟装置可以与实际系统的内容完全不同，但两系统的微分方以与实际系统的内容完全不同，但两系统的微分方程应完全相同，输入输出关系即程应完全相同，输入输出关系即传输函数也完全相传输函数也完全相同同。可以通过对模拟装置的研究来分析实际系统。可以通过对模拟装置的研究来分析实际系统。在电学中，系统的模拟就是用由基本运算单元电路在电学中，系统的模拟就是用由基本运算单元电路组成的模拟装置来模拟实际系统。组成的模拟装置来模拟实际系统。1、基本概念11v在在Multisim 2001软件中，运用其控制器软件中，运用其控制器件库所提供的加法器、积分器、比例放件库所提供的加法器、积分器、

10、比例放大器等模块可简便、有效地用于构成系大器等模块可简便、有效地用于构成系统模拟电路，实现系统仿真分析。使得统模拟电路，实现系统仿真分析。使得这种仿真过程变的更为简便，有效。这种仿真过程变的更为简便，有效。v本次实验要求运用本次实验要求运用Multisim 2001仿真软仿真软件对电工电子实验技术下册件对电工电子实验技术下册P147的图的图9-9和图和图9-10电路的电路的传输特性传输特性（幅频特性、相（幅频特性、相频特性）分别作频特性）分别作时域求解时域求解和和复频域（系复频域（系统模拟）求解统模拟）求解并并比较结果。比较结果。12时域求解时域求解图图9-9电路的电路的传输特性传输特性启动启

11、动Multisim 2001讲解时域求解讲解时域求解 （电工电子实验技术下册（电工电子实验技术下册P147图图9-9 ） 2、仿真软件运用（时域求解时域求解）13拉普拉斯变换拉普拉斯变换(Laplace Transfom)(Laplace Transfom) 拉普拉斯变换分析法是分析连拉普拉斯变换分析法是分析连续、线性、时不变系统的有效续、线性、时不变系统的有效工具。它将时域的微分方程运工具。它将时域的微分方程运算转换为复频域的代数运算，算转换为复频域的代数运算，再通过拉普拉斯反变换得到系再通过拉普拉斯反变换得到系统的时域解。这使得求解复杂统的时域解。这使得求解复杂的系统响应变得相对简单。的系

12、统响应变得相对简单。 在零状态初始条件下，时域和在零状态初始条件下，时域和复频域有如右表最基本的对应复频域有如右表最基本的对应关系：关系： 2、仿真软件运用（复频域（系统模拟）求解复频域（系统模拟）求解）14（3 3）MultisimMultisim 用于系统模拟用于系统模拟的基本方法的基本方法 在零状态下将系统时域转换为复频域的在零状态下将系统时域转换为复频域的传输函传输函数数 (a)(a)由系统的微分方程经过拉斯变换求得。如：由系统的微分方程经过拉斯变换求得。如：已知描述系统的微分方程为：已知描述系统的微分方程为：试求该系统的系统传输函数试求该系统的系统传输函数H(S)H(S)。解：将微分

13、方程两边取拉斯变换得解：将微分方程两边取拉斯变换得)(3d)(d2)(2d)(d3d)(d22txttxtyttytty2332)()()()(3)(2)(2)(3)(22SSSSXSYSHSXSSXSYSSYSYS所以15 ( (b) )由时域系统的冲击响应求拉斯变换由时域系统的冲击响应求拉斯变换而得到。上题，应用时域求解微分方程，而得到。上题，应用时域求解微分方程，可得系统的冲击响应为：可得系统的冲击响应为：23322111)()()()()(22SSSSSthSHteethtt所以16( (c) )对于具体电路，系统传输函数可以用零状态对于具体电路，系统传输函数可以用零状态下的复频域等效

14、电路模型求得。下的复频域等效电路模型求得。试求下图所示电路的系统传输函数试求下图所示电路的系统传输函数H(S)图图a 时域电路模型时域电路模型 图图b 复频域域电路模型复频域域电路模型V2C1F1kC1F1k V1(S)10001000 V2(S)610S610S17 电路的零状态复频域模型如上图电路的零状态复频域模型如上图(b)，系系统传输函数统传输函数H(S)： V1(S)10001000 V2(S)610S610S962621111()/( )111()/ ()101030001RSCSCSCHSRRRSCSCSCSSS62610300010SS)()()(12sVsVsH18 把传输函

15、数化成把传输函数化成MultisimMultisim所需的所需的标准标准形式形式: :(A)(A)真分式：真分式：算子算子S S 在分在分子的幂次不高于分母子的幂次不高于分母的幂次。的幂次。(B)(B)因需用积分器仿真，因需用积分器仿真，算子算子S 应化成应化成S -n 形式形式。(C)(C)分母的分母的常数项化成常数项化成1 1。106262111()/( )111()/ ()101030001RSCSCSCHSRRRSCSCSCSSS19运用运用MultisimMultisim的模拟器件库中的积分器、比例放大的模拟器件库中的积分器、比例放大器、加法器等模块组构系统模拟电路。器、加法器等模块

16、组构系统模拟电路。应遵循以下应遵循以下几个原则几个原则:(1)系统模拟电路输入端必用加法器模块对系统模拟电路输入端必用加法器模块对输入信输入信号和反馈信号求和号和反馈信号求和，加法器输出送积分器模块。，加法器输出送积分器模块。(2)根据根据S 的最高幂次的最高幂次n，取出，取出n个积分器模块串接个积分器模块串接。(3)每个算子每个算子S的的系数使用比例放大器系数使用比例放大器模块。模块。(4)传输函数传输函数H(S)的分子是输出项，的分子是输出项，分子分子中各项比中各项比例放大器模块的例放大器模块的输出输出用加法器求和后成为系统输用加法器求和后成为系统输出（只有一项时不用加法器）。出（只有一项

17、时不用加法器）。分母是负反馈项分母是负反馈项，其系数（比例放大器的输出）其系数（比例放大器的输出）正、负异号正、负异号后送输后送输入端加法器。入端加法器。(5)分母中为分母中为1的常数项不用任何运算模块的常数项不用任何运算模块20Y sF s( )( )P sQ s()()1111Q s()11Q s()H(s)= =式中P(s1)和Q(s1)分别代表分子、分母的s负幂次方多项式。因而Y(s)=P(s1)F(s)F(s)令X=则F(s)=Q(s1)X=X+b1s1X+bnsnXX=F(s)b1s1XbnsnX(1)Y(s)=P(s1)X=aoX+a1s1X+ansnX(2)XXXs-1-b1-

18、b2-bns-1s-1s-2Xs-nF(s)系统模拟框图aoa1a2anY(s)s-121v则vF(s)=Q(s1)X=X+3000s1X+106s2XvX=F(s)3000s1X106s2X(1)vY(s)=P(s1)X=106s2X (2)106262111()/( )111()/ ()101030001RSCSCSCHSRRRSCSCSCSSS仿真时注意：1.积分、比例放大器等模块接地2.默认情况下，模块左入右出，使用时尽量不要旋转模块22 直接运用直接运用Multisim的模拟器件库中的的模拟器件库中的传输函传输函数数模块进行系统模拟模块进行系统模拟: : 调用模拟器件库中的调用模拟器件库中的传输函传输函数数模块，按照式模块，按照式1 1设置分子分母相关参数。其中设置分子分母相关参数。其中B B5 5B B0 0是分母的各项系数，是分母的各项系数