1. 实验内容与任务实验内容: 编程实现可分析动态电路暂态响应过程的程序 任务包含：1、实现一个良好交互界面的应用程序；2、输入一阶电容电路参数，分析零状态、零输入响应过程；3、输入一阶电感电路参数，分析零状态、零输入响应过程；4、输入二阶动态电路参数，进行全响应分析；5、生动的展现各种分析结果。2.实验方法运行环境：MATLAB2018b原理简介实验的交互界面：利用MATLAB中的guide引出设计交互界面。首先引出主界面，其中主界面用按钮分引出开不同的模块，包含一阶RC电路的零输入，零状态，全响应，一阶RL电路的零输入，零状态，全响应，二阶电路的零输入，零状态，全响应。如图 一阶RC电路的零输入：新打开一个guide函数，将其命名为rc1，在其界面上实现初始电容电压U0，电阻R，电容C的输入。文本框时间常数以及图像实现时间常数的输出以及图表的绘制。再通过按钮将其callback对其界面实现进一步的操作。（m为时间常数）str1=get(handles.edit1,'String');U0=str2num(str1);%实现对数值的读入str3=num2str(m);set(handles.edit3,'String',str3);%实现对数值的输出t=0:0.5:4*m;U=U0*exp(-t/m);plot(handles.tu,t,U,'b');set(handles.tu,'XGrid','on','YGrid','on');xlabel(handles.tu,'时间/(S)');ylabel(handles.tu,'电容两端的电压/(V)');title(handles.tu,'一阶RC零输入响应');%实现表格的输出其结果如图 设置电容电压为10V，电阻为1Ω，电容C为1F，输出时间常数为1s。一阶RC电路的零状态：与上述内容类似，零状态需要给出外加电压源，电容原状态电压为零，实现对RC电路相关内容的读入。利用函数U=U0*(1-exp(-t/m))实现对电容两端电压的求值。并将其时间常数与图像输出。如图 输入电压源电压为10v，电阻R为1Ω，电容为1F，输出时间常数为1s一阶RC全响应：结合上述两种状态，实现对全响应电路的设计。输入电压源电压U0，电阻R，电容原电压U，电容C的值。利用函数U=（U1-U0）*exp(-t/m)+U0求出相关电压值的改变函数。将求得的时间常数与图像输出。如图 电压源电压U0=10v，电阻R=1Ω，电容原电压U=2v，电容C=1F。输出时间常数1s一阶RL电路的零输入：与RC电路相同，只不过RL电路中将电容换成了电感，输入初始电路中的电流为I0，电阻R，电感L。求出电路中的电流I随时间的变化以及时间常数L/R。将求的时间常数与图像输出。如图 初始电路中的电流为I0=10A，电阻R=1Ω，电感L=1H，输出时间常数t=1s。一阶RL电路的零状态：初始时经过电感的电流为0，给电路加上电流源,电流为I0，其余不改变。输入电流源电流，电阻R，电感L。求出电路中的电流I随时间的变化以及时间常数L/R。将时间常数与图像输出。如图 初始电路中的电压源电流为I0=10A，电阻R=1Ω，电感L=1H，输出时间常数t=1s。一阶RL电路的全响应：结合一阶RL电路的零状态与零输入响应，分析全响应电路。全响应电路中应包含初始状态流经电感的电流，以及开关合上时的电流源。输入电流源电流I，流经电感初始电流I0，电感L，电阻R。根据公式解出电流随时间的改变以及电路中的时间常数。将时间常数与电流随时间变化图像输出。如图 初始电路中的电压源电流为I0=10A，初始电感电流I=1A，电阻R=1Ω，电感L=1H，输出时间常数t=1s。二阶电路的零输入：在二阶电路中，包含电容与电感。零输入电路电容两端电压为U0，流经电感的电流为I0。根据电路书上的相关内容，用if语句分别区分R与2√L/C的关系，控制分别进行不同状态下的计算。输入初始电容电压U0，流经电感电流I，电阻R，电容C，电感L。计算得电容两端电压随时间的改变，流经电感电流随时间的改变。利用函数plot(handles.axes1,t,Uc,'b',t,i,'r');set(handles.axes1,'XGrid','on','YGrid','on');xlabel(handles.axes1,'时间/(S)');ylabel(handles.axes1,'通过电感的电流/(A)','通过电容的电压/(V)');legend(handles.axes1,'电感电流随时间变化','电容电压随时间变化')title(handles.axes1,'二阶零输入响应')实现输出图像中的两条曲线。如图： 初始电容电压U0=10v，流经电感电流I=1A，电阻R=10Ω，电容C=2F，电感L=2H。二阶零状态电路：零状态电路中外加电流源提供电流，流经电感初始电流为0，电容两端的初始电压为0（即电感电流的一阶导数），输入电流源电流I0，电阻R，电容C，电感L。根据MATLAB本身具有的优点，列出零状态时的方程求解流经电感电流的表达式，并将其求导进一步求得电容电压的变化。带入相关的表达式中，画出电感电流与电容电压随时间的变化图像。不需要考虑具体的非振荡放电，振荡放电与临界情况，在MATLAB中，下面函数已经包涵这三种情况。i=I0 - (I0*exp(-(t*(L - (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(2*C*L*R))*(L + (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(2*(L*(L - 4*C*R^2))^(1/2)) + (I0*exp(-(t*(L + (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(2*C*L*R))*(L - (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(2*(L*(L - 4*C*R^2))^(1/2));u=L*((I0*exp(-(t*(L - (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(2*C*L*R))*(L - (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2))*(L + (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(4*C*L*R*(L*(L - 4*C*R^2))^(1/2)) - (I0*exp(-(t*(L + (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(2*C*L*R))*(L - (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2))*(L + (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(4*C*L*R*(L*(L - 4*C*R^2))^(1/2)));如图 初始电流源电流I=10A，电阻R=2Ω，电容C=3F，电感L=4H。二阶全响应电路：根据二阶零状态电路的思路，二阶全响应电路中不同的是流经电感两端的初始电流值不为零，电容两端的电压存在。在用MATLAB解所得方程时，要将初始值带入。输入电流源电流I，电阻R，电容原电压U0，电感初始电流I0，电容C，电感L。i=I- (exp(-(t*(L + (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(2*C*L*R))*(L*I0 - I*L +I*(L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2) - I0*(L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2) + 2*C*R*U0))/(2*(L*(L - 4*C*R^2))^(1/2)) + (exp(-(t*(L - (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(2*C*L*R))*(L*I0 - I*L - I*(L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2) + I0*(L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2) + 2*C*R*U0))/(2*(L*(L - 4*C*R^2))^(1/2));y3=(exp(-(t*(L + (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(2*C*L*R))*(L + (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2))*(L*I0 - I*L + I*(L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2) - I0*(L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2) + 2*C*R*U0))/(4*C*L*R*(L*(L - 4*C*R^2))^(1/2)) - (exp(-(t*(L - (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(2*C*L*R))*(L - (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2))*(L*I0 - I*L - I*(L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2) + I0*(L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2) + 2*C*R*U0))/(4*C*L*R*(L*(L - 4*C*R^2))^(1/2));u=L*y3;输出电感电流随时间变化以及电容电压随时间的变化。如图 初始电流源电流I=10A，电阻R=2Ω，电容C=1F，电感L=10H，电容原电压4v，电感原电流2A编程流程图 性动态电路可视化分析

1. 实验内容与任务

实验内容: 编程实现可分析动态电路暂态响应过程的程序

任务包含：

1、实现一个良好交互界面的应用程序；

2、输入一阶电容电路参数，分析零状态、零输入响应过程；

3、输入一阶电感电路参数，分析零状态、零输入响应过程；

4、输入二阶动态电路参数，进行全响应分析；

5、生动的展现各种分析结果。

2.实验方法

运行环境：MATLAB2018b

原理简介

实验的交互界面：

利用MATLAB中的guide引出设计交互界面。首先引出主界面，其中主界面用按钮分引出开不同的模块，包含一阶RC电路的零输入，零状态，全响应，一阶RL电路的零输入，零状态，全响应，二阶电路的零输入，零状态，全响应。

如图

一阶RC电路的零输入：

新打开一个guide函数，将其命名为rc1，在其界面上实现初始电容电压U0，电阻R，电容C的输入。文本框时间常数以及图像实现时间常数的输出以及图表的绘制。再通过按钮将其callback对其界面实现进一步的操作。（m为时间常数）

str1=get(handles.edit1,'String');

U0=str2num(str1);

%实现对数值的读入

str3=num2str(m);

set(handles.edit3,'String',str3);

%实现对数值的输出

t=0:0.5:4*m;

U=U0*exp(-t/m);

plot(handles.tu,t,U,'b');

set(handles.tu,'XGrid','on','YGrid','on');

xlabel(handles.tu,'时间/(S)');

ylabel(handles.tu,'电容两端的电压/(V)');

title(handles.tu,'一阶RC零输入响应');

%实现表格的输出

其结果如图

设置电容电压为10V，电阻为1Ω，电容C为1F，输出时间常数为1s。

一阶RC电路的零状态：

与上述内容类似，零状态需要给出外加电压源，电容原状态电压为零，实现对RC电路相关内容的读入。利用函数U=U0*(1-exp(-t/m))实现对电容两端电压的求值。并将其时间常数与图像输出。

如图

输入电压源电压为10v，电阻R为1Ω，电容为1F，输出时间常数为1s

一阶RC全响应：

结合上述两种状态，实现对全响应电路的设计。输入电压源电压U0，电阻R，电容原电压U，电容C的值。利用函数U=（U1-U0）*exp(-t/m)+U0求出相关电压值的改变函数。将求得的时间常数与图像输出。

如图

电压源电压U0=10v，电阻R=1Ω，电容原电压U=2v，电容C=1F。输出时间常数1s

一阶RL电路的零输入：

与RC电路相同，只不过RL电路中将电容换成了电感，输入初始电路中的电流为I0，电阻R，电感L。求出电路中的电流I随时间的变化以及时间常数L/R。将求的时间常数与图像输出。

如图

初始电路中的电流为I0=10A，电阻R=1Ω，电感L=1H，输出时间常数t=1s。

一阶RL电路的零状态：

初始时经过电感的电流为0，给电路加上电流源,电流为I0，其余不改变。输入电流源电流，电阻R，电感L。求出电路中的电流I随时间的变化以及时间常数L/R。

将时间常数与图像输出。

如图

初始电路中的电压源电流为I0=10A，电阻R=1Ω，电感L=1H，输出时间常数t=1s。

一阶RL电路的全响应：

结合一阶RL电路的零状态与零输入响应，分析全响应电路。全响应电路中应包含初始状态流经电感的电流，以及开关合上时的电流源。输入电流源电流I，流经电感初始电流I0，电感L，电阻R。根据公式解出电流随时间的改变以及电路中的时间常数。将时间常数与电流随时间变化图像输出。

如图

初始电路中的电压源电流为I0=10A，初始电感电流I=1A，电阻R=1Ω，电感L=1H，输出时间常数t=1s。

二阶电路的零输入：

在二阶电路中，包含电容与电感。零输入电路电容两端电压为U0，流经电感的电流为I0。根据电路书上的相关内容，用if语句分别区分R与2√L/C的关系，控制分别进行不同状态下的计算。

输入初始电容电压U0，流经电感电流I，电阻R，电容C，电感L。计算得电容两端电压随时间的改变，流经电感电流随时间的改变。

利用函数

plot(handles.axes1,t,Uc,'b',t,i,'r');

set(handles.axes1,'XGrid','on','YGrid','on');

xlabel(handles.axes1,'时间/(S)');

ylabel(handles.axes1,'通过电感的电流/(A)','通过电容的电压/(V)');

legend(handles.axes1,'电感电流随时间变化','电容电压随时间变化')

title(handles.axes1,'二阶零输入响应')

实现输出图像中的两条曲线。

如图：

初始电容电压U0=10v，流经电感电流I=1A，电阻R=10Ω，电容C=2F，电感L=2H。

二阶零状态电路：

零状态电路中外加电流源提供电流，流经电感初始电流为0，电容两端的初始电压为0（即电感电流的一阶导数），输入电流源电流I0，电阻R，电容C，电感L。根据MATLAB本身具有的优点，列出零状态时的方程求解流经电感电流的表达式，并将其求导进一步求得电容电压的变化。带入相关的表达式中，画出电感电流与电容电压随时间的变化图像。

不需要考虑具体的非振荡放电，振荡放电与临界情况，在MATLAB中，下面函数已经包涵这三种情况。

i=I0 - (I0*exp(-(t*(L - (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(2*C*L*R))*(L + (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(2*(L*(L - 4*C*R^2))^(1/2)) + (I0*exp(-(t*(L + (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(2*C*L*R))*(L - (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(2*(L*(L - 4*C*R^2))^(1/2));

u=L*((I0*exp(-(t*(L - (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(2*C*L*R))*(L - (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2))*(L + (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(4*C*L*R*(L*(L - 4*C*R^2))^(1/2)) - (I0*exp(-(t*(L + (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(2*C*L*R))*(L - (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2))*(L + (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(4*C*L*R*(L*(L - 4*C*R^2))^(1/2)));

如图

初始电流源电流I=10A，电阻R=2Ω，电容C=3F，电感L=4H。

二阶全响应电路：

根据二阶零状态电路的思路，二阶全响应电路中不同的是流经电感两端的初始电流值不为零，电容两端的电压存在。在用MATLAB解所得方程时，要将初始值带入。

输入电流源电流I，电阻R，电容原电压U0，电感初始电流I0，电容C，电感L。

i=I- (exp(-(t*(L + (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(2*C*L*R))*(L*I0 - I*L +I*(L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2) - I0*(L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2) + 2*C*R*U0))/(2*(L*(L - 4*C*R^2))^(1/2)) + (exp(-(t*(L - (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(2*C*L*R))*(L*I0 - I*L - I*(L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2) + I0*(L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2) + 2*C*R*U0))/(2*(L*(L - 4*C*R^2))^(1/2));

y3=(exp(-(t*(L + (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(2*C*L*R))*(L + (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2))*(L*I0 - I*L + I*(L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2) - I0*(L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2) + 2*C*R*U0))/(4*C*L*R*(L*(L - 4*C*R^2))^(1/2)) - (exp(-(t*(L - (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2)))/(2*C*L*R))*(L - (L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2))*(L*I0 - I*L - I*(L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2) + I0*(L*(- 4*C*R^2 + L))^(1/2) + 2*C*R*U0))/(4*C*L*R*(L*(L - 4*C*R^2))^(1/2));

u=L*y3;

输出电感电流随时间变化以及电容电压随时间的变化。

如图

初始电流源电流I=10A，电阻R=2Ω，电容C=1F，电感L=10H，电容原电压4v，电感原电流2A

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