RLC串联电路的零输入响应和阶跃响应.docx

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

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，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。

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。