阶电路动态响应实验报告x
时间:2020-10-26 21:00:08 来源:勤学考试网 本文已影响 人
实验二:二阶电路动态响应
学号: 27 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 .
深刻理解欠阻尼、临界阻尼、过阻尼的意义 .
研究电路元件参数对二阶电路动态响应的影响 .
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:
d 2 uc
RC
duc
LC
2
uc U c
dt
dt
定义衰减系数(阻尼系数)
R , 自由振荡角频率(固有频率)
L
0
1
LC
.
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 R>2 L 时,响应是非振荡性的,称为过阻尼情况 .
C
(2) 当 R=2 L 时,响应是临界振荡,称为临界阻尼情况 .
C
(3) 当 R<2 L 时,响应是振荡性的,称为欠阻尼情况 .
C
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 .
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 .
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:
d 2 fd
2
Td
1 h1
ln
Td h2
其中 h1、 h2 分别是两个连续波峰的峰 .
三、 实验内容及结果
计算临界阻尼 .
L
R=2 1.348k
C
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=Ω(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=Ω(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=Ω(临界阻尼):
R1=90%R(过阻尼):
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.
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
过阻尼
R2=Ω
临界阻尼
R2=770Ω
欠阻尼
R2=Ω
波形图
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
R
L
C
振荡周期
d
第一波峰峰
第二一波峰
T
值 h
峰值 h
1
2
66Ω
10mH 22nF
92μs
理论值
测量值
衰减振荡角频率
d
衰减系数 α
四、 结论及分析
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 .
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.
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 .
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 .