二阶电路动态响应实验报告

实验二：二阶电路动态响应学号：1528406027姓名：李昕怡成绩：一、实验目的1.深刻理解和掌握零输入响应、零状态响应及完全响应.2.深刻理解欠阻尼、临界阻尼、过阻尼的意义.3.研究电路元件参数对二阶电路动态响应的影响.4.掌握用Multisim软件绘制电路原理图的方法.二、实验原理及思路实验原理：用二阶微分方程描述的动态电路称为二阶电路。如图所示的RLC串联电路是一个典型的二阶电路，可以用下述二阶线性常系数微分方程来描述：22uuuccccddLCRCUdtdt定义衰减系数（阻尼系数）RL,自由振荡角频率（固有频率）01LC.1.零输入响应.动态电路在没有外施激励时，由动态元件的初始储能引起的响应，称为零输入响应。（1）当2LRC＞时，响应是非振荡性的，称为过阻尼情况.（2）当=2LRC时，响应是临界振荡，称为临界阻尼情况.（3）当2LRC＜时，响应是振荡性的，称为欠阻尼情况.2.零状态响应.动态电路的初始储能为零，由外施激励引起的电路响应称为零状态响应.与零输入响应类似，电压电流的变化规律取决于电路结构、电路参数，可以分为过阻尼、欠阻尼、临界阻尼等三种充电过程。实验思路：1.用方波信号作为输入信号，调节方波信号的周期，观测完整的响应曲线.2.用可变电阻R代替电路中的电阻，计算电路的临界阻尼，调整R的大小，使电路分别处于欠阻尼、临界阻尼和过阻尼的情况，观测电容两端的瞬态电压变化.3.测定衰减振荡角频率d和衰减系数.在信号发生器上读出信号的震荡周期Td，则：22dddfT121lndhTh其中h1、h2分别是两个连续波峰的峰.三、实验内容及结果1.计算临界阻尼.=21.348LRkC2.Multisim仿真.（1）从元器件库中选择可变电阻、电容、电感，创建如图所示电路.（2）将J1与节点0相连，用Multisim瞬态分析仿真零输入响应（参数欠阻尼、临界阻尼、过阻尼三种情况），观测电容两端的电压，将三种情况的曲线绘制在同一张图上，从上至下分别是：R1=10％R（欠阻尼），R1=1.348kΩ（临界阻尼），R1=90％R（过阻尼）.（3）将J1与节点4相连，用Multisim瞬态分析仿真全响应（欠阻尼、临界阻尼、过阻尼三种情况），观测电容两端的电压，将三种情况的曲线绘制在同一张图上，从上至下分别是：R1=10％R（欠阻尼），R1=1.348kΩ（临界阻尼），R1=90％R（过阻尼）.（4）在Multisim中用函数发生器、示波器和波特图绘制如图所示的电路图，函数信号发生器设置：方波、频率1kHz、幅度5V、偏置5V.用瞬态分析观测电容两端的电压.R1=10％R（欠阻尼）：R1=1.348kΩ（临界阻尼）：R1=90％R（过阻尼）：2.在电路板上焊接实验电路，器件参数：R1=100Ω、L=10mH、C=47nF、可变电阻R2.3.调节可变电阻R2，观察二阶电路在方波信号下由过阻尼过渡到临界阻尼，最后过渡到欠阻尼的变化过渡过程，记录三种情况下R2的值，记录示波器上显示的波形波形图过阻尼R2=2.5kΩ临界阻尼R2=770Ω欠阻尼R2=2.5Ω4.调节R2使示波器荧光屏上呈现稳定的欠阻尼响应波形，定量测定此时电路的衰减系数α和振荡频率d，记录所测数据.波形RLC振荡周期Td第一波峰峰值h1第二一波峰峰值h266Ω10mH22nF92μs1.72V0.34V理论值测量值衰减振荡角频率d67420.068260.9衰减系数α16600.017621.0四、结论及分析1.结论：当RLC串联电路中电阻R值由大至小改变时，电路由过阻尼情况过渡到临界阻尼情况，再由临界阻尼情况过渡到欠阻尼情况，电容两端的电压波形也随之改变.2.误差分析：万用表测量时和读数时的误差；电感和电容存在交流损耗，这种交流损耗可以等效成损耗电阻；电感、电容大小真实值与理论值存在差距.3.收获：近一步了解了Multisim的使用方法，巩固了二阶电路动态响应的特性知识.4.改进建议：在焊接之后剪去多余的引脚，防止引脚相互触碰造成的测量误差.