一階電路和二階電路的動態(tài)響應.doc

此文檔收集于網絡，如有侵權請聯(lián)系網站刪除實驗四 一階電路和二階電路的動態(tài)響應一、 實驗目的（1） 理解零輸入響應、零狀態(tài)響應和完全響應（2） 理解欠阻尼、臨界和過阻尼的意義和條件二、 實驗原理用二階微分方程描述的動態(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 零輸入響應動態(tài)電路在沒有外施激勵時，由動態(tài)元件的初始儲能引起的響應，稱為零輸入響應。 電路如圖6.2所示，設電容已經充電，其電壓為U0，電感的初始電流為0。(1) ，響應是非振蕩性的，稱為過阻尼情況。電路響應為： 響應曲線如圖6.3所示。可以看出：uC(t)由兩個單調下降的指數(shù)函數(shù)組成，為非振蕩的過渡過程。整個放電過程中電流為正值， 且當時，電流有極大值。（2），響應臨界振蕩，稱為臨界阻尼情況。電路響應為 t0響應曲線如圖6.4所示。圖6.4 二階電路的臨界阻尼過程(3) ，響應是振蕩性的，稱為欠阻尼情況。 電路響應為t0 其中衰減振蕩角頻率 ， 響應曲線如圖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R時，響應是等幅振蕩性的，稱為無阻尼情況。電路響應為響應曲線如圖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)響應動態(tài)電路的初始儲能為零，由外施激勵引起的電路響應，稱為零輸入響應。根據(jù)方程6-1，電路零狀態(tài)響應的表達式為：與零輸入響應相類似，電壓、電流的變化規(guī)律取決于電路結構、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、 實驗內容1.用Multisim研究一階電路的動態(tài)響應（1）實驗電路（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（從零時刻開始）的波形，說明各屬于什么響應？三種情況下分別測量電容電壓達到3v所用的時間。C1輸出屬于零狀態(tài)響應，電容電壓達到3v所用的時間t1=875sC2輸出屬于零輸入響應，t2=50sC3輸出屬于全響應,t3=40s（3）寫出三種情況下電容電壓隨時間的函數(shù)表達式，并分別計算出電容電壓為3V時的時間。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）的結果，解釋RC電路如何實現(xiàn)定時功能、上電低電平復位功能、上電高電平復位功能？由于RC電路電容充放電完全需要一定的時間，因此RC電路可實現(xiàn)定時功能。要求上電低電平復位時，只需接入一零狀態(tài)的RC電路，由于電容充電需要時間，所以在一定時間內輸出保持低電平。要求上電高電平復位時，只需接入一零輸入的RC電路，由于電容放電需要時間，所以在一定時間內輸出保持高電平。（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，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。說明隨著輸入信號的頻率升高，輸出信號有何變化？根據(jù)實驗結果，定性說明一階RC電路的時間常數(shù)與傳輸速率的關系。vt. & vi. （使）開裂；破裂隨著輸入信號頻率的升高，輸出信號電壓峰值逐漸減小，電壓谷值逐漸增大。即由于輸入信號頻率的升高，輸入信號周期相對于電容時間常數(shù)變化，電容經歷能完整充放電，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研究二階電路的動態(tài)特性（1）實驗電路（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。計算臨界阻尼時的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曲線。說明各屬于什么響應（欠阻尼、臨界及過阻尼）。臨界阻尼時R=632.5emotion n. 情感；情結；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誤差小于1%所需要的時間。定性說明哪種響應輸出最先穩(wěn)定？哪種響應輸出穩(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的時鐘信號，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個周期），在同一張圖中畫出輸入信號和輸出信號三條曲線，根據(jù)仿真曲線，說明在同樣的誤差范圍，哪種電路傳輸?shù)男盘査俾首罡?？哪種電路傳輸?shù)男盘査俾首畹?？綠色線表示R1=R/3，紅色線表示R1=R，淺藍色線表示R1=3Rthe Baltic Sea 波羅的海根據(jù)圖像，在同樣的誤差范圍，有信號輸入的時間段內，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)男盘査俾首罡?，過阻尼電路傳輸?shù)男盘査俾首畹?。四?實驗總結boyhood n. 少年時代本次實驗主要通過仿真軟件來了解一階二階電路的動態(tài)響應，了解了一階RC電路的延時特性，可以作為定時開關，可用來進行上電復位。理解了欠阻尼、臨界和過阻