二階響應(yīng)實(shí)驗(yàn)

1、二階響應(yīng)預(yù)習(xí)報(bào)告：1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路元件的參數(shù)，計(jì)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(cè)得的響應(yīng)曲線計(jì)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(hào)實(shí)現(xiàn)零輸入和零狀態(tài)交替，利用示波器的功能測(cè)出h1和h2以及Td即可算出和d 。3. 思考欠阻尼過(guò)渡過(guò)程中，電路中能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程：電阻在過(guò)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(shí)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(shí)驗(yàn)報(bào)

2、告：一、實(shí)驗(yàn)?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(guò)阻尼的意義。3.研究電路元件參數(shù)對(duì)二階電路動(dòng)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(shí)驗(yàn)儀器與器件1.計(jì)算機(jī)一臺(tái)。2.通用電路板一塊。3.低頻信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)。4.交流毫伏表一臺(tái)。5.雙蹤示波器一臺(tái)。6.萬(wàn)用表一臺(tái)。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(shí)驗(yàn)原理用二階微分方程描述的動(dòng)態(tài)電路稱(chēng)為二階電路。圖所示的線性RLC串聯(lián)電路是一個(gè)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(dòng)態(tài)電路在沒(méi)有外施激勵(lì)時(shí)，由動(dòng)態(tài)元件的初始儲(chǔ)能引起的響應(yīng)，稱(chēng)為零輸入響應(yīng)。 ，響應(yīng)是非振蕩性的，稱(chēng)為過(guò)阻尼情況。響應(yīng)曲線如圖所示 ，響應(yīng)臨界振蕩，稱(chēng)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(chēng)為欠阻尼情況。響應(yīng)曲線如圖所示二階電路的欠阻尼過(guò)程 當(dāng)R時(shí)，響應(yīng)是等幅振蕩性的，稱(chēng)為無(wú)阻尼情況。響應(yīng)曲線如圖所示二階電路的無(wú)阻尼過(guò)程其中衰減振蕩角頻率 ， （2）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(chēng)為

4、零輸入響應(yīng)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、用Multisim研究二階電路的動(dòng)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(cè)零輸入響應(yīng)（改變電阻參數(shù)欠阻尼、臨界、過(guò)阻尼三種情況）；在同一張圖中畫(huà)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(guò)阻尼三種情況）；在同一張圖中畫(huà)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(cè)各種響應(yīng)。函數(shù)信號(hào)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(shí)驗(yàn)電路。信號(hào)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(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)度過(guò)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(cè)數(shù)據(jù)和波形。表1零輸入響應(yīng)波形過(guò)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(jiàn)圖1見(jiàn)圖2見(jiàn)圖3圖1（過(guò)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(cè)定此時(shí)電路的衰減常數(shù)和振蕩頻率。按表2記錄所測(cè)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(cè)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(duì)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(hào)傳輸速率越低R越小信號(hào)傳輸速率越高五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)對(duì)以下幾個(gè)方面有了深刻體會(huì)：1、對(duì)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(guò)阻尼的意義4、初步對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)際問(wèn)題結(jié)合有了認(rèn)識(shí)。應(yīng)用實(shí)驗(yàn)內(nèi)容解釋定時(shí)功能等