二階響應(yīng)實驗

1、二階響應(yīng)預(yù)習(xí)報告：1. 根據(jù)實驗電路元件的參數(shù)，計算出處于臨界阻尼狀態(tài)的R2之值：圖3.5.9的臨界阻尼為1.3484k；圖3.5.11的臨界阻尼為922.53。2. 弄清利用示波器測得的響應(yīng)曲線計算欠阻尼狀態(tài)的衰減常數(shù)和振蕩頻率d的理論依據(jù)：以方波信號實現(xiàn)零輸入和零狀態(tài)交替，利用示波器的功能測出h1和h2以及Td即可算出和d 。3. 思考欠阻尼過渡過程中，電路中能量的轉(zhuǎn)化過程：電阻在過程中始終消耗能量，而在電流達(dá)到極大值前電感在吸收電容釋放的能量，之后一直在釋放能量，而電容在其電壓為正時一直在釋放能量，以后一直吸收能量，周而復(fù)始能量在元件之間傳遞。4. 了解Multisim的使用方法。實驗報

2、告：一、實驗?zāi)康?.深刻理解和掌握零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)及完全響應(yīng)。2.深刻理解欠阻尼、臨界阻尼、過阻尼的意義。3.研究電路元件參數(shù)對二階電路動態(tài)響應(yīng)的影響。4.掌握用Multisim軟件繪制電路原理圖的方法。5.掌握Multisim軟件中的transient analysis等SPICE仿真分析方法。6.掌握Multisim軟件中函數(shù)發(fā)生器、示波器和波特圖儀器的使用方法。二、實驗儀器與器件1.計算機(jī)一臺。2.通用電路板一塊。3.低頻信號發(fā)生器一臺。4.交流毫伏表一臺。5.雙蹤示波器一臺。6.萬用表一臺。7.可變電阻一只。8.電阻若干。9.電感、電容（電感10mH、4.7mH，電容22nF）若

3、干。三、實驗原理用二階微分方程描述的動態(tài)電路稱為二階電路。圖所示的線性RLC串聯(lián)電路是一個典型的二階電路。定義：衰減系數(shù)（阻尼系數(shù)）自由振蕩角頻率（固有頻率）（1）零輸入響應(yīng)動態(tài)電路在沒有外施激勵時，由動態(tài)元件的初始儲能引起的響應(yīng)，稱為零輸入響應(yīng)。 ，響應(yīng)是非振蕩性的，稱為過阻尼情況。響應(yīng)曲線如圖所示 ，響應(yīng)臨界振蕩，稱為臨界阻尼情況。響應(yīng)曲線如圖所示，響應(yīng)是振蕩性的，稱為欠阻尼情況。響應(yīng)曲線如圖所示二階電路的欠阻尼過程 當(dāng)R時，響應(yīng)是等幅振蕩性的，稱為無阻尼情況。響應(yīng)曲線如圖所示二階電路的無阻尼過程其中衰減振蕩角頻率 ， （2）零狀態(tài)響應(yīng)動態(tài)電路的初始儲能為零，由外施激勵引起的電路響應(yīng)，稱為

4、零輸入響應(yīng)。四、實驗內(nèi)容1、用Multisim研究二階電路的動態(tài)特性（1）從元器件中選擇可變電阻、電容、電感，創(chuàng)建如圖所示電路，V110 V L110mHC122nFIC=5VR12k?Key=A50%S1Key = Space13240（2）設(shè)置L=10mH C=22nF,電容初始電壓為5V，電源電壓為10V。利用瞬變分析觀測零輸入響應(yīng)（改變電阻參數(shù)欠阻尼、臨界、過阻尼三種情況）；在同一張圖中畫出三條曲線，標(biāo)出相應(yīng)阻值。下面是零輸入的電流情況：下面是零輸入的電容電壓情況：（4）用Multisim瞬態(tài)分析仿真全響應(yīng)（欠阻尼、臨界、過阻尼三種情況）；在同一張圖中畫出三條曲線，標(biāo)出相應(yīng)阻值。下面是

5、全響應(yīng)的電流情況：以下是全響應(yīng)的電容電壓情況：（5）利用Multisim中函數(shù)發(fā)生器、示波器和波特圖儀創(chuàng)建如圖電路觀測各種響應(yīng)。函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)置：方波、頻率1KHz、幅度5V、偏置5V2.在電路板上按圖所示電路（R=100 L=10mL C=47nF）焊接實驗電路。信號發(fā)生器3.調(diào)節(jié)可變電阻器R2之值，觀察二階電路的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)由過阻尼過渡到臨界阻尼，最后過渡到欠阻尼的變化過度過程，分別定性地描繪、記錄響應(yīng)的典型變化波形，按表1記錄所測數(shù)據(jù)和波形。表1零輸入響應(yīng)波形過阻尼R總=1600臨界阻尼R總=922.53欠阻尼R總=100零狀態(tài)響應(yīng)波形見圖1見圖2見圖3圖1（過阻尼）圖2（臨

6、界阻尼）圖3（欠阻尼）4.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，定量測定此時電路的衰減常數(shù)和振蕩頻率。按表2記錄所測數(shù)據(jù)：表2波形RLC振蕩周期Td第一波峰峰值h1第二波峰峰值h2如下兩張圖149.110mH47nF140.0s2.2V760mV理論值測量值衰減震蕩角頻率d46126.560444879.89505衰減系數(shù)74557592.1014725.利用狀態(tài)軌跡分析零輸入和零狀態(tài)響應(yīng)：6.觀察并描繪電路元件參數(shù)及電路初始值對狀態(tài)軌跡的影響。由仿真可知，在同樣誤差允許范圍內(nèi)R越大信號傳輸速率越低R越小信號傳輸速率越高五、實驗總結(jié)通過此次實驗對以下幾個方面有了深刻體會：1、對Multisim軟件中函數(shù)發(fā)生器、示波器和波特圖儀的使用方法及瞬變分析等仿真分析方法有了更深了解；2、深刻理解和掌握了零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)及全響應(yīng)3、深刻理解欠阻尼、臨界、過阻尼的意義4、初步對實驗內(nèi)容與實際問題結(jié)合有了認(rèn)識。應(yīng)用實驗內(nèi)容解釋定時功能等