电路实验（二）课程设计实验报告-RLC串连电路的零输入响应和阶跃响应.doc

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
班级名称电力093
学生姓名
学号
同组学生姓名
实验时间
实验地点工程实践中心9号站229
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
实验目的
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。
熟悉Multisim9的具体操作。
通过仿真,分析RLC二阶串联电路参数对响应波形的影响。
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,。从下拨到上时,。
RLC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)
零输入响应
(b) R=5kΩ时,零输入响应过阻尼电路,。
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,。
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。。
等幅电路
四:仿真结果
零输入响应临界阻尼波形
阶跃响应临界阻尼波形
零输入响应过阻尼波形
阶跃响应过阻尼波形
零输入响应欠阻尼波形
阶跃响应欠阻尼波形
零输入响应等幅波形
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