一階電路和二階電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng).doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除實(shí)驗(yàn)四 一階電路和二階電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 理解零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)（2） 理解欠阻尼、臨界和過阻尼的意義和條件二、 實(shí)驗(yàn)原理用二階微分方程描述的動(dòng)態(tài)電路稱為二階電路。圖所示的線性RLC串聯(lián)電路是一個(gè)典型的二階電路?？梢杂孟率龆A線性常系數(shù)微分方程來描述：1 零輸入響應(yīng)動(dòng)態(tài)電路在沒有外施激勵(lì)時(shí)，由動(dòng)態(tài)元件的初始儲(chǔ)能引起的響應(yīng)，稱為零輸入響應(yīng)。 電路如圖6.2所示，設(shè)電容已經(jīng)充電，其電壓為U0，電感的初始電流為0。(1) ，響應(yīng)是非振蕩性的，稱為過阻尼情況。電路響應(yīng)為： 響應(yīng)曲線如圖6.3所示?？梢钥闯觯簎C(t)由兩個(gè)單調(diào)下降的指數(shù)函數(shù)組成，為非振蕩的過渡過程。整個(gè)放電過程中電流為正值， 且當(dāng)時(shí)，電流有極大值。（2），響應(yīng)臨界振蕩，稱為臨界阻尼情況。電路響應(yīng)為 t0響應(yīng)曲線如圖6.4所示。圖6.4 二階電路的臨界阻尼過程(3) ，響應(yīng)是振蕩性的，稱為欠阻尼情況。 電路響應(yīng)為t0 其中衰減振蕩角頻率 ， 響應(yīng)曲線如圖6.5所示。 圖6.5 二階電路的欠阻尼過程 圖6.6 二階電路的無阻尼過程（4）當(dāng)R時(shí)，響應(yīng)是等幅振蕩性的，稱為無阻尼情況。電路響應(yīng)為響應(yīng)曲線如圖6.6所示。理想情況下，電壓、電流是一組相位互差90度的曲線，由于無能耗，所以為等幅振蕩。等幅振蕩角頻率即為自由振蕩角頻率，2 零狀態(tài)響應(yīng)動(dòng)態(tài)電路的初始儲(chǔ)能為零，由外施激勵(lì)引起的電路響應(yīng)，稱為零輸入響應(yīng)。根據(jù)方程6-1，電路零狀態(tài)響應(yīng)的表達(dá)式為：與零輸入響應(yīng)相類似，電壓、電流的變化規(guī)律取決于電路結(jié)構(gòu)、電路參數(shù)，可以分為過阻尼、欠阻尼、臨界阻尼等三種充電過程。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.用Multisim研究一階電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)（1）實(shí)驗(yàn)電路（2）初始條件如圖所示，t=0電路閉合，分別仿真出電容上電壓（從零時(shí)刻開始）的波形，說明各屬于什么響應(yīng)？三種情況下分別測量電容電壓達(dá)到3v所用的時(shí)間。C1輸出屬于零狀態(tài)響應(yīng)，電容電壓達(dá)到3v所用的時(shí)間t1=875sC2輸出屬于零輸入響應(yīng)，t2=50sC3輸出屬于全響應(yīng),t3=40s（3）寫出三種情況下電容電壓隨時(shí)間的函數(shù)表達(dá)式，并分別計(jì)算出電容電壓為3V時(shí)的時(shí)間。UC1=5(1-e-10000t) t1=91.6sUC2=5e-10000t t2=51.1sUC3=5-3e-10000t t3=40.5s(4)根據(jù)（2）（3）的結(jié)果，解釋RC電路如何實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能、上電低電平復(fù)位功能、上電高電平復(fù)位功能？由于RC電路電容充放電完全需要一定的時(shí)間，因此RC電路可實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能。要求上電低電平復(fù)位時(shí)，只需接入一零狀態(tài)的RC電路，由于電容充電需要時(shí)間，所以在一定時(shí)間內(nèi)輸出保持低電平。要求上電高電平復(fù)位時(shí)，只需接入一零輸入的RC電路，由于電容放電需要時(shí)間，所以在一定時(shí)間內(nèi)輸出保持高電平。（5）在圖1（a）的輸入端加占空比為50%、幅度為5v、頻率分別為0.5k、1k、2k、5k的方波信號(hào)，分別仿真輸出端的波形，并在同一圖中畫出輸入方波和四種輸出波形。說明隨著輸入信號(hào)的頻率升高，輸出信號(hào)有何變化？根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，定性說明一階RC電路的時(shí)間常數(shù)與傳輸速率的關(guān)系。vt. & vi. （使）開裂；破裂隨著輸入信號(hào)頻率的升高，輸出信號(hào)電壓峰值逐漸減小，電壓谷值逐漸增大。即由于輸入信號(hào)頻率的升高，輸入信號(hào)周期相對(duì)于電容時(shí)間常數(shù)變化，電容經(jīng)歷能完整充放電，到不能完整充放電的過程。因此一階RC電路的時(shí)間常數(shù)越小，傳輸速率速率越快。2、用Multisim研究二階電路的動(dòng)態(tài)特性（1）實(shí)驗(yàn)電路（3）（4） overweight adj. 超重的；體重超常的初始條件、電感及電容的值如圖所示，t=0電路閉合。計(jì)算臨界阻尼時(shí)的R值。并分別仿真R1=R/3、R和3R三種情況下電容上的電壓，在同一張圖上畫出輸入及三種情況的輸出響應(yīng)曲線。說明各屬于什么響應(yīng)（欠阻尼、臨界及過阻尼）。臨界阻尼時(shí)R=632.5emotion n. 情感；情結(jié)；感情glacier n. 冰河；冰川綠色線表示欠阻尼，紅色線表示臨界阻尼，淺藍(lán)色線表示過阻尼。（3）從（2）的仿真曲線上分別測量出電容上的電壓相對(duì)誤差小于1%所需要的時(shí)間。定性說明哪種響應(yīng)輸出最先穩(wěn)定？哪種響應(yīng)輸出穩(wěn)定最慢？欠阻尼460s 臨界阻尼205s 過阻尼852.5sacre n. 英畝臨界阻尼輸出最先穩(wěn)定，過阻尼輸出穩(wěn)定最慢。possess vt. 擁有；具有；支配a number of 若干；許多（4）輸入頻率為500Hz、占空比為50%、振幅為10V的時(shí)鐘信號(hào)，仿真電阻R1=R/3、R和3R三種情況下電容上的輸出電壓波形（3個(gè)周期），在同一張圖中畫出輸入信號(hào)和輸出信號(hào)三條曲線，根據(jù)仿真曲線，說明在同樣的誤差范圍，哪種電路傳輸?shù)男盘?hào)速率最高？哪種電路傳輸?shù)男盘?hào)速率最低？綠色線表示R1=R/3，紅色線表示R1=R，淺藍(lán)色線表示R1=3Rthe Baltic Sea 波羅的海根據(jù)圖像，在同樣的誤差范圍，有信號(hào)輸入的時(shí)間段內(nèi)，臨界阻尼輸出最先穩(wěn)定，過阻尼輸出穩(wěn)定最慢，因此臨界阻尼電路傳輸?shù)男盘?hào)速率最高，過阻尼電路傳輸?shù)男盘?hào)速率最低。四、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)boyhood n. 少年時(shí)代本次實(shí)驗(yàn)主要通過仿真軟件來了解一階二階電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，了解了一階RC電路的延時(shí)特性，可以作為定時(shí)開關(guān)，可用來進(jìn)行上電復(fù)位。理解了欠阻尼、臨界和過阻