二阶电路的动态响应.doc

二阶电路的动态响应一、实验目的1、深刻理解和掌握零输入响应、零状态响应和完全响应；2、深刻理解欠阻尼、临界、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5、掌握Multisim软件中的Transient Analysis等SPICE仿真分析方法6、掌握用multisim软件中的函数发生器、示波器和波特图仪Bode polotter的使用方法二、实验原理用二阶微分方程描述的动态电路称为二阶电路。图所示的线性RLC串联电路是一个典型的二阶电路。定义：衰减系数（阻尼系数）自由振荡角频率（固有频率）（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。 ，响应是非振荡性的，称为过阻尼情况。响应曲线如图所示 ，响应临界振荡，称为临界阻尼情况。响应曲线如，响应是振荡性的，称为欠阻尼情况。响应曲线如图二阶电路的欠阻尼过程 当R时，响应是等幅振荡性的，称为无阻尼情况。响应曲线如图 二阶电路的无阻尼过程其中衰减振荡角频率 ， （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，称为零输入响应。三、实验内容1、Multisim仿真（1）从元器件库中选择可变电阻、电感、电容，创建如下电路图：（2）设置L=10mH C=11nF，电容初始电压为5V，电源电压为10V。利用Transient Analysis观测电容两端的电压。（3）、用multisim瞬态分析仿真零输入响应（改变电阻参数欠阻尼、临界、过阻尼三种情况）；在同一张图中画出三条曲线，标出相应阻值；由公式：，经计算得临界阻尼R=1348欧(红色欠阻尼R=200 绿色临界阻尼R=1348 蓝色过阻尼R=2k)（4）、用multisim瞬态分析仿真完全响应（改变电阻参数欠阻尼、临界、过阻尼三种情况）；在同一张图中画出三条曲线，标出相应阻值；(红色欠阻尼R=200 绿色临界阻尼R=1348 蓝色过阻尼R=2k)（5）用multisim中函数发生器、示波器和波特图仪Bode polotter创建如下图所示电路，观测各种响应。函数信号发生器设置:方波，频率1kHz，幅度5V，偏置0V。创建电路图如下：信号在欠阻尼、临界阻尼、过阻尼三种状态下的响应如下：(红色欠阻尼R=200 绿色临界阻尼R=1348 蓝色过阻尼R=2k)2、在电路板上焊接如下图所示电路3、调节可变电阻器R2之值，观察二阶电路的零状态响应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，分别定性的描绘记录响应的典型变化波形分别记录如下：欠阻尼波形R=150：临界阻尼R=915.7：过阻尼波形R=1062：4、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常数和振荡频率，按表记录所测数据。欠阻尼波形图：欠阻尼相应的波形数据：波形RLC振荡周期Td第一波峰峰值h1第二波峰峰值h2（见表格上方图）15010mH47.7nf136s23.3V5.6V理论值测量值衰减震荡角频率45786.946176.5衰减系数750099446四、实验总结通过此次实验对以下几个方面有了深刻体会：1、对Multisim软件中函数发生器、示波器和波特图仪的使用方法及Transient Analysis等仿真分析方法有了更深了解；2、深刻理解和掌握了零输入响应、零状态响应及全响应3、深刻理解欠阻尼、临界、过阻尼的意义4、初步对实验内容与实际问题结合有了认识。应用实验内容解释定时功能等；5、对二阶电路的一些特性有了了解，例如：随着输入信号的频率升高，输出信号稳定所需时间越来越短，一阶RC电路的时间常数越大传输速率越小，在同样误差允许范围内R越大信号传输速率越低R越小信号传输速率越高。五、实验思考题1如果矩形脉冲的频率提高（如2KH），对所观察的波形是否有影响。答：矩形脉冲的频率提高对波形并无影响。2当RLC电路处于过阻尼情况时，若再增加回路的电阻R，对过渡过程有何影响，当电路处于欠阻情况时，若再减小回路的电阻R，对过渡过程又有何影响？为什么？在什么情况下电路达到稳态的时间最短？答：无论在过阻尼还是欠阻尼状态下，回路电阻的增加都使过渡过程延长；电路处于临界阻尼状态时，达到稳态的时间最短。3在欠阻