二階電路的動態(tài)響應(yīng)實驗報告(共8頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上二階電路的動態(tài)響應(yīng)實驗報告一、實驗?zāi)康模?. 學(xué)習(xí)用實驗的方法來研究二階動態(tài)電路的響應(yīng)。2. 研究電路元件參數(shù)對二階電路動態(tài)響應(yīng)的影響。3. 研究欠阻尼時，元件參數(shù)對和固有頻率的影響。4. 研究RLC串聯(lián)電路所對應(yīng)的二階微分方程的解與元件參數(shù)的關(guān)系。 二、實驗原理： 圖1.1 RLC串聯(lián)二階電路用二階微分方程描述的動態(tài)電路稱為二階電路。圖1.1所示的線性RLC串聯(lián)電路是一個典型的二階電路。可以用下述二階線性常系數(shù)微分方程來描述： （1-1）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)。  

2、;式（1-1）的特征方程為：特征值為： (1-2)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1-2 可知，RLC串聯(lián)電路的響應(yīng)類型與元件參數(shù)有關(guān)。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)。 電路如圖1.2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。 圖1.2 RLC串聯(lián)零輸入電路(1) ，響應(yīng)是非振蕩性的，稱為過阻尼情況。電路響應(yīng)為：圖1.3 RLC串聯(lián)零輸入瞬態(tài)分析 響應(yīng)曲線如圖1.3所示?？梢钥闯觯簎C(t)由兩個單調(diào)下降的指數(shù)函數(shù)組成，為非振蕩的過渡過程。整個放電過程中電流為正值， 且當(dāng)時，電流有極大值。（2），響應(yīng)

3、臨界振蕩，稱為臨界阻尼情況。電路響應(yīng)為 t0響應(yīng)曲線如圖1.3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1.3所示。過阻尼臨界阻尼欠阻尼 圖1.3 二階電路零輸入響應(yīng) （4）當(dāng)R時，響應(yīng)是等幅振蕩性的，稱為無阻尼情況。電路響應(yīng)為響應(yīng)曲線如圖1.6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,故實驗中不可能出現(xiàn)等幅振蕩。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

4、為零輸入響應(yīng)。電路如圖1.4所示，設(shè)電容已經(jīng)放電，其電壓為0V，電感的初始電流為0。圖1.4 RLC串聯(lián)零狀態(tài)電路 根據(jù)方程1-1，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)，可以分為過阻尼、欠阻尼、臨界阻尼等三種充電過程。響應(yīng)曲線如圖1.5所示。欠阻尼 臨界阻尼過阻尼圖1.5 二階電路零狀態(tài)響應(yīng)3 全響應(yīng)動態(tài)電路的初始儲能不為零，和外施激勵一起引起的電路響應(yīng)，稱為全響應(yīng)。電路如圖1.6所示，設(shè)電容已經(jīng)充電，其電壓為5V，電壓源電壓10V。圖1.6 RLC串聯(lián)全響應(yīng)電路響應(yīng)曲線如圖1.7所示。欠阻尼 臨界阻尼 過阻尼圖1.7 二階電路全響應(yīng)4狀態(tài)

5、軌跡對于圖1.1所示電路，也可以用兩個一階方程的聯(lián)立（即狀態(tài)方程）來求解： 初始值為  其中，和為狀態(tài)變量，對于所有t0的不同時刻，由狀態(tài)變量在狀態(tài)平面上所確定的點的集合，就叫做狀態(tài)軌跡。 三、實驗設(shè)備與器件1. 低頻信號發(fā)生器2. 交流毫伏表3. 雙蹤示波器4. 萬用表5. 可變電阻6. 電阻、電感、電容 (電阻100,電感10mH, 電容47nF)，可變電阻（5k）。四、實驗內(nèi)容（multisim仿真）1. 按圖1.8所示電路接線（R1=100 L=10mH C=47nF）圖1.8 二階電路實驗接線圖畫出仿真圖，如下，調(diào)節(jié)R2阻值，使電容兩端電壓分別出現(xiàn)欠阻尼、臨界阻尼、過阻尼狀態(tài)。仿真圖欠阻尼狀態(tài)臨界阻尼狀態(tài)過阻尼狀態(tài)2. 在電路板上按圖1.8焊接實驗電路。實際測量值：R1=97.8，C1=42.2nF，（RL1=54.3）波形RLC震蕩周期Td第一波峰峰值h1第二波峰峰值h297.810m42.2n150s2.2V0.2V理論值測量值震蕩衰減角頻率d46076.