2、二階動態(tài)電路響應(yīng)的研究

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1、仿真實驗二二階動態(tài)電路響應(yīng)的研究一、實驗?zāi)康?、熟悉二階電路的時域分析法，二階電路的微分方程的列寫及求解過程。2、學(xué)習(xí)使用multism軟件對二階電路進(jìn)行模擬仿真，并學(xué)會使用示波器對二階電路進(jìn)行觀察分析。3、觀察、分析二階電路響應(yīng)的三種狀態(tài)軌跡及其特點（欠阻尼、過阻尼及臨界阻尼），以加深對二階電路響應(yīng)的認(rèn)識與理解。4、測試二階動態(tài)電路的零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng)，了解電路元件參數(shù)對響應(yīng)的影響。二、實驗原理二階電路的形成和三種響應(yīng)（欠阻尼、過阻尼及臨界阻尼）二階電路是含有兩個獨立儲能元件的電路。描述電路行為的方程是二階線形常系數(shù)微分方程。經(jīng)

2、典法分析二階電路的基本步驟是，先選擇適當(dāng)?shù)碾娐纷兞?，一般選iL或uC作未知函數(shù)，然后根據(jù)KCL、KVL、KCR列出電路的微分方程。全響應(yīng)亦可分解為強制分量和自由分量，在零輸入情況下，無強制分量，uc’’=A1es1t+A2es2t只有自由分量，自由分量的變化規(guī)律與輸入無關(guān)，僅由電路本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定，這體現(xiàn)在特征方程跟S1.2的情況。根據(jù)特征根的性質(zhì)，響應(yīng)可分為如下三種類型：1、特征根是兩個不相等的負(fù)實根，其響應(yīng)式為：f(t)=A1es1t+A2es2t式中A1和A2為特定的積分常數(shù)，由L和C的初始狀態(tài)可以確定。對RLC串聯(lián)電路，應(yīng)

3、滿足R>2√(L/C)條件。這時，放電過程是非震蕩性的，稱為過阻尼。2、特征根是兩個實部為負(fù)的共軛復(fù)數(shù)，其響應(yīng)形式為：f(t)=Ae-δtsin(ωt+β)（式中δ,ω——共軛負(fù)根的實部和虛部；A,β——待定的積分常數(shù)。）對RLC串聯(lián)電路，應(yīng)滿足R

4、知，三種響應(yīng)的類型，取決于R、L、C三個參數(shù)的關(guān)系，隨著電阻R的不斷減小，電路的狀態(tài)就由過阻尼非振蕩狀態(tài)經(jīng)過臨界阻尼狀態(tài)變?yōu)榍纷枘嵴袷帬顟B(tài)。三、仿真實驗設(shè)計簡單而典型的二階電路是一個RLC串聯(lián)電路，本實驗對RCL串聯(lián)電路的三種響應(yīng)的波形特點進(jìn)行分析。如圖所示RLC串聯(lián)電路。設(shè)：uc(0-)=12V，i(0-)=0。C=1mF，L=1mH，經(jīng)計算臨界阻尼值為1、首先把雙刀開關(guān)打到電源一端，由公式：，則將電阻設(shè)為2?。打開啟動/停止開關(guān)，在某一時刻，再把雙刀開關(guān)打到電阻一端，觀察臨界阻尼下的狀態(tài)軌跡。如圖，為臨界阻尼下的狀態(tài)軌跡。圖形單調(diào)

5、的衰減，最后趨于0，所以屬于非振蕩類型。但是這是過阻尼和欠阻尼，非振蕩和振蕩的分界線，故稱為臨界阻尼，或臨界非振蕩。在臨界阻尼情況下，電阻，稱為臨界電阻。2、把雙刀開關(guān)打到電源一端，將電阻設(shè)為6?。打開啟動/停止開關(guān)，在某一時刻，再把雙刀開關(guān)打到電阻一端，觀察過阻尼下的狀態(tài)軌跡。從能量的轉(zhuǎn)換的方向來講，在過阻尼時，儲能元件L和C之間沒有發(fā)生電場能量和磁場能量的轉(zhuǎn)換過程，所以放電過程是非振蕩的，當(dāng)電路參數(shù)滿足一定條件，C和L之間將發(fā)生磁場能量的相互交換。3、把雙刀開關(guān)打到電源一端，將電阻設(shè)為1?。打開啟動/停止開關(guān)，在某一時刻，再把雙刀

6、開關(guān)打到電阻一端，觀察欠阻尼下的狀態(tài)軌跡。由圖，電路中的顯示的是指數(shù)衰減的正弦波，暫態(tài)過程是指數(shù)衰減的振蕩過程。由以上得知，二階電路會發(fā)生哪種類型的過渡過程，依賴于參數(shù)R與L和C的互相關(guān)系，可分為以下幾種情況：（1）時，暫態(tài)屬于非振蕩類型，稱電路是過阻尼的。（2）時，電路處于臨界阻尼，暫態(tài)是非振蕩的。（3）時，暫態(tài)屬于振蕩類型，稱電路是欠阻尼的。四、注意事項1、使用multism時注意選擇適當(dāng)?shù)姆抡鎯x表量程。2、注意仿真儀表的接線是否正確。3、每次要通過按下操作界面右上角的“啟動/停止開關(guān)”接通電源。五、總結(jié)在本次實驗中，通過mult

7、ism仿真構(gòu)件的電路，我完成了多項測試，得到了許多試驗數(shù)據(jù)，通過實驗我觀察到了二階電路中的放電過程的軌跡，與此同時我對multism軟件的使用也越加熟練，對計算機輔助電路的認(rèn)識也有了很大的提高。