1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電路與信號(hào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2014年4月18日實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：電子樓111實(shí)驗(yàn)人員： 劉秦華（本報(bào)告遵照書上寫的得出）二階電路響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)原理用二階微分方程描述的動(dòng)態(tài)電路稱為二階電路。圖6.1所示的線性RLC串聯(lián)電路是一個(gè)典型的二階電路?？梢杂孟率龆A線性常系數(shù)微分方程來(lái)描述：（6-1）初始值為 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（6-1）的特征方程為：特征值為：(6-2)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6-2 可知，RLC串聯(lián)電路的響應(yīng)類型與元件參數(shù)有關(guān)。 零輸入響應(yīng)動(dòng)態(tài)電路在沒(méi)有

2、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，稱為過(guò)阻尼情況。電路響應(yīng)為： 響應(yīng)曲線如圖6.3所示。可以看出：uC(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)，電流有極大值。（2），響應(yīng)臨界振蕩，稱為臨界阻尼情況。電路響應(yīng)為 t0響應(yīng)曲線如右圖所示。 (3) ，響應(yīng)是振蕩性的，稱為欠阻尼情況。 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)，

3、響應(yīng)是等幅振蕩性的，稱為無(wú)阻尼情況。電路響應(yīng)為 響應(yīng)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(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、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)等幅振蕩。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)，稱為零輸入響應(yīng)。根據(jù)方程6-1，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)程二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件 1、信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)2、雙蹤示波器 一臺(tái)3、萬(wàn)用表一只 4

4、、可變電阻5、電阻、電感、電容 (電阻100,電感10mH, 電容47nF)6、通用電路板一塊三、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，可以觀測(cè)到完整的響應(yīng)曲線，即可分別觀察零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng)。2、響應(yīng)曲線的測(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

5、續(xù)波峰的峰值。 圖6.7 二階欠阻尼響應(yīng)的波形四、 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）；2、利用Multisim中的函數(shù)發(fā)生器、示波器創(chuàng)建短路，觀測(cè)各種響應(yīng)。3、電路焊接后實(shí)際測(cè)量過(guò)阻尼R=1500歐臨界阻尼=1013歐欠阻尼R=189歐零輸入響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)欠阻尼RLC振蕩周期Td第一波峰峰值h1第二波峰峰值h218910mH47nF138us3.88V520mV理論值測(cè)量值衰減振蕩角頻率d（rad/s）4.61*1044.61*104衰減系數(shù)94501.4*104關(guān)于衰減系數(shù)相差比較大，應(yīng)該是信號(hào)發(fā)生器所帶來(lái)的，信號(hào)發(fā)生器在產(chǎn)生信號(hào)的過(guò)程中本身自帶電阻，導(dǎo)致了測(cè)量值和理論值相差比較大在改變R阻值的過(guò)程中，欠阻尼的震蕩幅度逐漸減小但頻率未發(fā)生過(guò)大變化，衰減振蕩角頻率和衰減系數(shù)未發(fā)生太大變化五、結(jié)論及分析通過(guò)仿真軟件的瞬態(tài)分析，直觀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件下隨時(shí)間變化的具體圖像通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)實(shí)際觀測(cè)了電路分析課上二階電路幾種阻態(tài)的響應(yīng)曲線，對(duì)二階電路動(dòng)態(tài)響應(yīng)有了深刻的理解，通過(guò)改變電阻R了解了衰減常數(shù)和振蕩頻率d對(duì)二階電路響應(yīng)