RLC串联电路的零输入响应和阶跃响应.docx
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RLC串联电路的零输入响应和阶跃响应
南京工程学院
电力工程学院
10/11学年第2学期
实验报告
课程名称电路实验
(二)
实验名称RLC串连电路的零输入
响应和阶跃响应
班级名称
学生姓名
学号
同组学生姓名
实验时间2011.5.12
实验地点
实验报告成绩:
评阅教师签字:
年月日
电力工程学院二〇〇七年制
1、实验目的
1、当R变化时,分别观察:
过阻尼、临界阻尼、欠阻尼衰减振荡、等幅度振荡时的UC的零输入响应和阶跃响应波形。
2、熟悉Multisim9的具体操作。
3、通过仿真,分析RLC二阶串联电路参数对响应波形的影响。
2、原理简述
能用二阶微分方程描述的电路称为二阶电路,它在电路结构上含有两个独立的动态电路元件。
在二阶电路中,给定的初始条件应有两个,它们由储能元件的初始值决定。
RLC串联电路的零输入响应,它可用下述线性二阶常微分方程描述:
与电路结构参数相关的两个特征根为:
A1,A2由初始条件:
所决定。
(1)当
,则
为两个不相等的实根,电路过渡过程的性质为过阻尼的非振荡放电过程。
(2)当
,则
为两个相等的负实根,电路过渡过程的性质为临界阻尼的非振荡放电过程。
(3)如果
,则
为两个不相等的共轭根,电路过渡过程的性质为欠阻尼的振荡放电过程。
三、实验接线图
(a)临界阻尼响应,R=2kΩ时,开关从上拨到下时,如图9.65所示。
从下拨到上时,如9.66所示。
图9.65RLC串联电路的零输入响应和阶跃响应
(开关从上到下是零输入相应,开关从下到上是阶跃响应)
图9.66零输入响应
(b)R=5kΩ时,零输入响应过阻尼电路,电路如图9.69所示。
图9.69零输入响应过程阻尼电路
(开关从上到下是零输入响应,开关从下是阶跃响应)
(c)欠阻尼,R=10Ω时,电路如图9.72所示。
图9.72响应欠阻尼电路
(开关从上到下是零输入响应,开关从下是阶跃响应)
(d)等幅振荡,R=0Ω时。
电路如图9.75所示。
图9.75等幅电路
四:
仿真结果
图9.67零输入响应临界阻尼波形
图9.68阶跃响应临界阻尼波形
图9.70零输入响应过阻尼波形
图9.71阶跃响应过阻尼波形
图9.73零输入响应欠阻尼波形
图9.74阶跃响应欠阻尼波形
图9.76零输入响应等幅波形
图9.77阶跃响应等幅波形
五、结论
本次上机实验利用Multisim软件对RLC串联电路的响应进行了仿真,得出了二阶系统的响应随阻尼比不同而变化的情况,揭示了阻尼比系数和响应曲线之间的关系。
只要适当调整R,L,C的参量数值,并对虚拟实验仪器进行合理设置,便可得到理想的RLC串联电路的阻尼振荡曲线,从而形象、准确地反应RLC电路中阻尼振荡的全过程,进而体现了二阶系统的动态性能。
电阻R很小的时候,L,C之间能量的交换占主导作用,电阻消耗的能量较小,在整个过程中,波形将呈现衰减振荡的状态,将周期性地改变方向,储能元件也将周期性地交换能量,所以当
时,电路过渡过程的性质为欠阻尼的振荡放电过程。
当电阻R很大时能量来不及交换就再在电阻中消耗掉了,电路只发生单纯的积累或释放能量的过程,所以当
时,电路过渡过程的性质为过阻尼的非振荡放电过程。
零输入响应中,电容在整个过程中一直释放储存的电能,电流始终不改变方向,当t=0时,i=0,当t→∞时,i=0,所以在放电过程中电流必然要经历从小到大再趋于零的变化,电流达到最大值的时候之前,电感吸收能量,建立磁场,之后电感释放能量,磁场逐渐衰减,趋向消失。
当
时,电路过渡过程的性质为临界阻尼的非振荡放电过程,在电磁振荡中,临界阻尼与欠阻尼和过阻尼相比,系统从运动趋于平衡所需的时间最短。
当R=0时,电路为等幅振荡,电路中电压或电流的振荡副度保持不变,振荡过程中不消耗能
的量。
6、实验心得、体会
通过这两次课的学习,我初步的掌握了Multisim9的使用方法,并且能够用Multisim9独立的完成一些简单的电路模拟,验证一些已经学过的电路原理和现象,令我受益匪浅。
Multisim9这个软件可以很好的模拟基本上任何电路,并且可以使误差更小,结果变得更加精确,最重要的一点是它在模拟电路实验的时候没有任何危险,可以让人安全的进行实验来验证一些电路原理和特点,是一个非常实用的电路实验模拟工具。
以后在学习电路以及其他一些与之有关的课程时,可以模拟实验课堂上所讲到的理论知识,达到知行结合,从而达到更好的学习效果。
这次上机电路模拟实验使我对电路产生了很大的兴趣,可以自己设计实验进行一些电路原理的验证,既安全又方便,为以后的电路学习提供了很大的方便。
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- 关 键 词:
- RLC 串联 电路 输入 响应 阶跃