实验二：二阶电路动态响应
学号：27 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：
d2ucducLC2?RC?uc?Uc
dtdt 定义衰减系数（阻尼系数）??R,自由振荡角频率（固有频率）?0?L1. LC1. 零输入响应.
动态电路在没有外施激励时，由动态元件的初始储能引起的响应，称为零输入响应。 （1） 当R＞2L时，响应是非振荡性的，称为过阻尼情况. CL时，响应是临界振荡，称为临界阻尼情况. CL时，响应是振荡性的，称为欠阻尼情况. C（2） 当R=2（3） 当R＜22. 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?d和衰减系数?.在信号发生器上读出信号的震荡周期Td，则：
2? ?d?2?fd?Td1h1??ln
Tdh2其中h1、h2分别是两个连续波峰的峰.
三、 实验内容及结果
1. 计算临界阻尼.
R=2L?1.348k? C仿真.
（1）从元器件库中选择可变电阻、电容、电感，创建如图所示电路.
（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：R1=10％R（欠阻尼），R1=Ω（临界阻尼），R1=90％R（过阻尼）.
（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：R1=10％R（欠阻尼），R1=Ω（临界阻尼），R1=90％R（过阻尼）.
（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. R1=10％R（欠阻尼）：
R1=Ω（临界阻尼）：
R1=90％R（过阻尼）：
2. 在电路板上焊接实验电路，器件参数：R1=100Ω、L=10mH、C=47nF、可变电阻R2.
3.调节可变电阻R2，观察二阶电路在方波信号下由过阻尼过渡到临界阻尼，最后过渡到欠阻尼的变化过渡过程，记录三种情况下R2的值，记录示波器上显示的波形 过阻尼R2=Ω 波形图 4.调节R2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α和振荡频率?d，记录所测数据. 第一波峰峰第二一波峰波形 R L C 振荡周期Td 值h1 峰值h2 66Ω 10mH 22nF 92μs 理论值 测量值 衰减振荡角频率?d 衰减系数α 临界阻尼R2=770Ω 欠阻尼R2=Ω 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.
阶电路动态响应实验报告
