二階電路的響應(yīng).ppt

1、二階電路的響應(yīng),實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)儀器 實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí),實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察二階網(wǎng)絡(luò)在過(guò)阻尼、臨界阻尼和欠阻尼三種情況下響應(yīng)波形。 研究二階網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與響應(yīng)的關(guān)系。 進(jìn)一步掌握示波器的使用。,實(shí)驗(yàn)原理,凡是可用二階微分方程描述的電路稱為二階電路。,圖5.6.1中所示為RLC串聯(lián)電路，它可用下述線性二階常微分方程描述： 初始值為： 求解微分方程，得到 ，再依據(jù) 求得,RLC串聯(lián)電路的零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)都與 微分方程的系數(shù)有關(guān)，即與元件參數(shù)有關(guān)。 定義衰減系數(shù)（阻尼系數(shù)） ，諧振角頻 率： 方程寫(xiě)為： 特征方程為： 特征根： 根據(jù)特征根形式的不同，響

2、應(yīng)分為阻尼、臨界 阻尼、欠阻尼三種情況。,當(dāng) ， （1）當(dāng) 時(shí)，S1，S2均為不同的實(shí)根,u(t) 響應(yīng)是非振蕩性，稱為過(guò)阻尼。,（2）當(dāng) 時(shí)，S1，S2為兩個(gè)相等的負(fù) 實(shí)根，,電容電壓,電感電流,電感電壓,（3）當(dāng) 時(shí)，S1，S2為一對(duì)共軛復(fù) 數(shù)根，,電容電壓,電感電流,電感電壓,響應(yīng)是振幅指數(shù)衰減的振蕩，稱為欠阻尼振蕩 情況。特征根的實(shí)部決定衰減的快慢；虛部決定振 蕩的快慢。,實(shí)驗(yàn)儀器,數(shù)字示波器 1臺(tái) 功率函數(shù)發(fā)生器1臺(tái) 可調(diào)電阻箱1只 可調(diào)電容箱1只 電感線圈1只 交流毫伏表1只,數(shù)字示波器,功率函數(shù)發(fā)生器,可調(diào)電阻箱,可調(diào)電容箱,電感線圈,交流毫伏表,實(shí)驗(yàn)步驟,（a） ，計(jì)算 R 的

3、值，使暫態(tài) 過(guò)程分別為、臨界阻尼、欠阻尼，調(diào)節(jié)可變電阻箱 觀察臨界電阻理論值與實(shí)際值的差異。 （b）用功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器DF1631的功率輸出 檔輸出8V的方波，取合適的方波頻率，使衰減振 蕩有足夠的時(shí)間減小到零。畫(huà)出過(guò)阻尼、臨界阻尼 、欠阻尼的電容電壓和電流波形，示波器是通過(guò)觀,觀察電阻的電壓來(lái)間接觀察電流波形的。 (c)利用臨界阻尼響應(yīng)的特點(diǎn)，測(cè)出 。 從欠阻尼振蕩的波形，計(jì)算以下兩個(gè)參數(shù)。 改變C，使 ，重復(fù)進(jìn)行步驟 1的過(guò)程； 改變方波發(fā)生器頻率，觀察當(dāng)方波周期過(guò)短，過(guò) 渡過(guò)程不能完成時(shí)的波形。,實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求,畫(huà)出過(guò)阻尼、臨界阻尼、欠阻尼的電容電壓和電流波形。 從欠阻尼振蕩的波形，計(jì)算

4、以下兩個(gè)參數(shù)。,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,當(dāng) 時(shí)，響應(yīng)為過(guò)阻尼響應(yīng)。 當(dāng) 時(shí)，響應(yīng)為臨界阻尼響應(yīng)。 當(dāng) 時(shí)，響應(yīng)為欠阻尼響應(yīng)。 當(dāng) 時(shí)，響應(yīng)為無(wú)阻尼響應(yīng)。,實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí),預(yù)習(xí)要求 相關(guān)知識(shí)點(diǎn) 注意事項(xiàng),預(yù)習(xí)要求,預(yù)習(xí)二階網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)的四種類型：過(guò)阻尼、臨界阻尼、欠阻尼、無(wú)阻尼。 二階網(wǎng)絡(luò)參數(shù)于四種響應(yīng)的關(guān)系。,相關(guān)知識(shí)點(diǎn),二階電路的零輸入響應(yīng) 二階電路的零狀態(tài)響應(yīng),注意事項(xiàng),用功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器DF1631的功率輸出檔輸出8V的方波，取合適的方波頻率，使衰減振蕩有足夠的時(shí)間減小到零。 “共地”：示波器的“地”與信號(hào)源的“地”應(yīng)接在同一點(diǎn)。,實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察二階網(wǎng)絡(luò)在過(guò)阻尼、臨界阻尼

5、和欠阻尼三種情況下響應(yīng)波形； 研究二階網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與響應(yīng)的關(guān)系； 進(jìn)一步掌握示波器的使用。,二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 改變電阻觀察二階網(wǎng)絡(luò)在過(guò)阻尼、臨界阻尼和欠阻尼三種情況下響應(yīng)波形。 三、實(shí)驗(yàn)儀器 電感線圈0.01H 1只 可調(diào)電容箱1只 可調(diào)電阻箱1只 功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器DF16311臺(tái) 示波器TDS2101臺(tái),四、實(shí)驗(yàn)用詳細(xì)電路 圖5.6.1 RLC串聯(lián)電路,圖5.6.1 RLC串聯(lián)電路,五、實(shí)驗(yàn)原理、計(jì)算公式 1圖5.6.1中所示為RLC串聯(lián)電路，它可用下述線性二階常微分方程描述： 初始值為： 求解微分方程，得到 ，再依據(jù) 求得,2. RLC串聯(lián)電路的零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)都與微分方程的系數(shù)有關(guān)，即與

6、元件參數(shù)有關(guān)。 定義衰減系數(shù)（阻尼系數(shù)） ，諧振角頻率 方程寫(xiě)為： 特征方程為： 特征根： 根據(jù)特征根形式的不同，響應(yīng)分為阻尼、臨界阻 尼、欠阻尼三種情況。,六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 兩階電路瞬態(tài)波形的觀測(cè)方法： 取電容當(dāng),當(dāng),過(guò)渡過(guò)程在一毫秒已經(jīng)基本完成，暫態(tài)過(guò)程轉(zhuǎn)瞬即 逝，而且合上開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間與此時(shí)間常數(shù)相比過(guò)于 接近，存儲(chǔ)示波器也難于捕捉。因此，要想在普通 示波器上觀察到穩(wěn)定的暫態(tài)波形，必須使這個(gè)波形 成為重復(fù)的周期波形。 以方波信號(hào)代替直流加入電路，在示波器上可 以觀察到圖5.6.5的電容電壓波形，在方波的正半周 (0t1)，電壓源輸入為+8V， 的初始狀態(tài)為8V， 為全響應(yīng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的衰減振蕩后， 保,持