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1、实验二：二阶电路动态响应学号：1528406027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.2. 深刻理解欠阻尼、临界阻尼、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：LCd2Uc + RC 叫 + u= U dt 2dt c c0定义衰减系数(阻尼系数)a二L ,自由振荡角频率(固有频率)1. 零输入响应. 动态电路
2、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R2$C时，响应是非振荡性的，称为过阻尼情况.(2) 当R=2”C时，响应是临界振荡，称为临界阻尼情况.(3) 当RV2”C时，响应是振荡性的，称为欠阻尼情况.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.2. 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
3、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.3.测定衰减振荡角频率T ，则：da = In hTd h 2其中h、h分别是两个连续波峰的峰.12d和衰减系数d 在信号发生器上读出信号的震荡周期2兀忸二2兀fd= TTd2.Multisim 仿真.三、实验内容及结果1计算临界阻尼.沁 1.348k Q（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：R=10%R（欠阻尼），R=1.348kQ（临 11界阻尼），R=90%R （过阻尼）.1n
4、aA4a出 麻由仇查看m录仪文他日编辑E视圏（V）工具Selected TraceV瞬态分析瞬态分析电路1 瞬态分析DeaaastyQ 0鬆爾逡 曲1团圖胡瞬态分析揺态分析瞬态分析丨瞬态分听丨瞬态分析丨瞬态分析丨瞬态分析瞬态分析丨瞬态分析（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：R=10%R （欠阻尼），R=1.348kQ（临界阻尼）, 11R=90%R （过阻尼）.1（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
5、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.R=1O%R （欠阻尼）:T2T1正弦I标准I自动I可时间道道潼道丄通道上通道丄10.223 ms0.000 Vo.ooov-154.41J6 mVo.aoo v12.223 ms0.000 V0.000 V-154.416 mVO.QOO V2.000 ms0.000 V0.000 V54.915 pVO.QOO V-aim比例阪忑莎xfes o|y/t 人阳I由4b|R=1.348kQ（临界阻尼）:R=90%R （过阻尼）:1专示彼器-XEG时间 178.000 ms 178.003 ms3.497 us
6、通道0.000 V0.000 V0.000 V通道丄通道工谨道_d0.000V133.258 mV0.000V0.000V120.970 mV0.000V0.000V-12.289 mV0.000V保GNC时间釉 比例（200 us/t）iv x常靑 fo-通道r 比例 丫位置|5 Wivo-边沿电平T丄q外部2. 在电路板上焊接实验电路，器件参数：R=100Q、L=10mH、C=47nF、可变 电阻R.123. 调节可变电阻 R ，观察二阶电路在方波信号下由过阻尼过渡到临界阻尼， 2最后过渡到欠阻尼的变化过渡过程，记录三种情况下R的值，记录示波器上显示的波形2波形图过阻尼R=2.5kQ2临界
7、阻尼R=770Q2欠阻尼R=2.5Q2I J , J*.JaMS SHEIIEI4调节R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a和振荡频率 d，记录所测数据.波形RLC振荡周期Td第一波峰峰值hJ第二一波峰 峰值hrj66Q10mH22nF92口s1.72V0.34V理论值测量值L M hr衰减振荡角频率 d67420.068260.9衰减系数a16600.017621.0四、结论及分析1. 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.2. 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.3. 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.4. 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.
