二階電路動(dòng)態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上二階電路動(dòng)態(tài)的響應(yīng)班級(jí)：14電信 學(xué)號(hào)： 姓名：宋子淳 成績(jī)：一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.深刻理解和掌握零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)以及全響應(yīng)；2.深刻理解欠阻尼，臨界，過(guò)阻尼的意義；3.研究電路元件參數(shù)對(duì)二階電路動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響；4.掌握Multisim軟件繪制電路原理圖；5.掌握Multisim軟件中的Transient Analysis等SPICE仿真分析方法；6.掌握Multisim軟件中的函數(shù)發(fā)生器，示波器的方使用法。二 實(shí)驗(yàn)原理：用二階微分方程描述的動(dòng)態(tài)電路稱(chēng)為二階電路。圖所示的線(xiàn)性RLC串聯(lián)電路是一個(gè)典型的二階電路。可以用下述二階線(xiàn)性常系數(shù)微分方程來(lái)描述：（1）初始值為

2、求解該微分方程，可以得到電容上的電壓uc(t)。再根據(jù)：可求得ic(t)，即回路電流iL(t)。 式（1）的特征方程為：特征值為：(2)定義：衰減系數(shù)（阻尼系數(shù)） 自由振蕩角頻率（固有頻率）由式（2） 可知，RLC串聯(lián)電路的響應(yīng)類(lèi)型與元件參數(shù)有關(guān)。 1.零輸入響應(yīng)動(dòng)態(tài)電路在沒(méi)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(chēng)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(chēng)為過(guò)阻尼情況。電路響應(yīng)為： 響應(yīng)曲線(xiàn)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(guò)渡過(guò)程。整個(gè)放電過(guò)程中電流為正值， 且當(dāng)時(shí)，電流

3、有極大值。（2），響應(yīng)臨界振蕩，稱(chēng)為臨界阻尼情況。電路響應(yīng)為 t0響應(yīng)曲線(xiàn)如圖6.4所示。圖6.4 二階電路的臨界阻尼過(guò)程(3) ，響應(yīng)是振蕩性的，稱(chēng)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(xiàn)如圖6.5所示。 圖6.5 二階電路的欠阻尼過(guò)程 圖6.6 二階電路的無(wú)阻尼過(guò)程（4）當(dāng)R時(shí)，響應(yīng)是等幅振蕩性的，稱(chēng)為無(wú)阻尼情況。電路響應(yīng)為 響應(yīng)曲線(xiàn)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(xiàn)，由于無(wú)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，注：在無(wú)源網(wǎng)絡(luò)中，由于有導(dǎo)線(xiàn)、電感的直流電阻和電容器的介質(zhì)損耗存在，R不可能為零,故實(shí)驗(yàn)中不可能出現(xiàn)等幅振

4、蕩。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(chēng)為零輸入響應(yīng)。根據(jù)方程（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(lèi)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(guò)阻尼、欠阻尼、臨界阻尼等三種充電過(guò)程。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件：1、低頻信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)2、交流毫伏表一臺(tái)3、雙蹤示波器 一臺(tái)4、萬(wàn)用表一只 5、可變電阻6、電阻、電感、電容 (電阻100,電感10mH、4.7mH, 電容47nF)7、通用電路板一塊四、實(shí)驗(yàn)方法：1、為方便起見(jiàn)，可以方波信號(hào)作為電路的輸入信號(hào)。調(diào)節(jié)方波信號(hào)的周期，可以觀(guān)測(cè)到完整的響應(yīng)曲線(xiàn)，即可分別觀(guān)察零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng)。2、響應(yīng)曲線(xiàn)

5、的測(cè)量：回路中的電阻可用一固定電阻R1與一可變電阻R2替代，調(diào)節(jié)可變電阻器的值，即可觀(guān)察到二階電路的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)由過(guò)阻尼過(guò)渡到臨界阻尼，最后過(guò)渡到欠阻尼的變化過(guò)程。3、衰減振蕩角頻率和衰減系數(shù)的測(cè)定：以方波信號(hào)作為電路的輸入信號(hào),使方波周期T<<,從示波器上觀(guān)察響應(yīng)欠阻尼響應(yīng)的波形如圖6.7所示，讀出振蕩周期Td。則 其中h1、h2分別是兩個(gè)連續(xù)波峰的峰值。 圖6.7 二階欠阻尼響應(yīng)的波形5、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、用Multisim瞬態(tài)分析仿真完全響應(yīng)（欠阻尼、臨界、過(guò)阻尼三種情況）； Multisim仿真電路圖 （1）零輸入響應(yīng)：紅色0.3歐姆 藍(lán)色822歐姆 綠色1240歐姆

6、（2）全響應(yīng)：紅色 0.3歐姆 藍(lán)色822歐姆 綠色1240歐姆2、利用Multisim中的函數(shù)發(fā)生器、示波器創(chuàng)建短路，觀(guān)測(cè)各種響應(yīng)。在電路板上按圖焊接電路（R1=100 L=10mH C=47nF）調(diào)節(jié)可變電阻器R2的值，觀(guān)察二階電路的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)又過(guò)阻尼過(guò)渡到臨界阻尼，最后過(guò)渡到欠阻尼的變化過(guò)程，分別定性的描繪、記錄典型變化波形，記錄所測(cè)數(shù)據(jù)和波形。（1）欠阻尼：（2）臨界阻尼：（3）過(guò)阻尼：調(diào)節(jié)R2使示波器熒光屏上呈現(xiàn)穩(wěn)定的欠阻尼響應(yīng)波形，定量測(cè)定此時(shí)電路的衰減常數(shù)和振蕩頻率d。記錄所測(cè)數(shù)據(jù)。波形RLC振蕩周期Td第一波峰峰值h1第二波峰峰值h2100.310mH47nf144us1.96V400mV理論值測(cè)量值衰減振蕩角頻率d（rad/s）44440.9743633.23衰減系數(shù)500011036.365、對(duì)欠阻尼情況，在改變電阻R時(shí)，觀(guān)察衰減振蕩角頻率d和衰減系數(shù)對(duì)波形的影響。六、結(jié)論及分析通過(guò)仿真軟件的瞬態(tài)分析，直觀(guān)地了解了二階電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)電路中的電壓在不同條