1、电力工程学院实验报告格式南京工程学院电力工程学院2010/ 2011 学年 第 2 学期实 验 报 告课程名称 电路实验（） 实验名称 RLC串联电路的零输入响应和 阶跃响应 班级名称 继保092 学生姓名 学 号 206090410 同组学生姓名 实验时间 2011.05.09 实验地点 工程实践中心9-229 实验报告成绩： 评阅教师签字： 年 月 日电力工程学院二七年制一、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、等幅振荡时的UC的零输入响应波形和阶跃响应波形。2通过仿真，分析RLC二阶串联电路参数对响应波形的影响。3通过仿真，熟悉Multisim9的具体操作，学
2、会创建，编辑电路。二、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 如图1.1所示，当R变化时，分别观察：过阻尼
3、、临界阻尼、欠阻尼衰减振荡、等幅振荡是的uc的零输入响应波形和阶跃响应波形。图1.1 RLC串联电路的零输入响应和阶跃响应（注：接线图中，开关从上到下是零输入相应，开关从下到上是阶跃响应）（a）临界阻尼，R=2 k时。开关由上拨到下时，如图1.2(a)所示; 开关由下拨到上时，如图1.2(b)所示。图1.2(a) 零输入响应电路图1.2(b) 阶跃响应电路(b) R=5k时，零输入响应过阻尼电路。开关由上拨到下时，如图1.3(a)所示; 开关由下拨到上时，如图1.3(b)所示。图1.3（a）过阻尼零输入响应电路图1.3（a）过阻尼阶跃响应响应电路(c) 欠阻尼，R=10时。开关由上拨到下时，如
4、图1.4(a)所示; 开关由下拨到上时，如图1.4(b)所示。图1.4(a)欠阻尼零输入响应电路图1.4(b)欠阻尼阶跃响应电路（d）等幅振荡, R=0时。开关由上拨到下时，如图1.5(a)所示; 开关由下拨到上时，如图1.5(b)所示。图1.5（a）等幅零输入响应电路图1.5（b）等幅阶跃响应电路四、仿真结果1零输入响应临界阻尼电路，R=2k时。开关从上拨到下时，示波器上显示的零输入响应临界阻尼波形如图1.6所示。图1.6 零输入响应临界阻尼波形开关从下拨到上时，示波器上显示的阶跃响应临界阻尼波形如图1.7所示。图1.7 阶跃响应临界阻尼波形2零输入响应过阻尼电路，R=5k时，开关从上拨到下
5、时，示波器上显示的零输入响应过阻尼波形如图1.8所示。图1.8零输入响应过阻尼波形开关从下拨到上时，示波器上显示的阶跃响应过阻尼波形如图1.9所示。图1.9 阶跃响应过阻尼波形3欠阻尼，R=10时，开关从上拨到下时。示波器上显示的零输入响应欠阻尼波形如图1.10所示。图1.10 零输入响应欠阻尼波形开关下拨到上时，示波器上显示的阶跃响应欠阻尼波形如图1.11所示。图1.11 阶跃响应欠阻尼波形4等幅振荡，R=0，时开关从上拨到下时，示波器上显示零输入响应等幅波形如图1.12所示。图1.12 零输入响应等幅波形开关从下拨到上时，示波器上显示的阶跃响应等幅波形如图1.13所示。图1.13 阶跃响应
6、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
7、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量。六、实验心得Multisim 9是一款电子线路仿真软件，不但可以简单方便的调用各类电子元件以及仪表，并且还能经行仿真设计和虚拟实验。我觉得这款软件简单且容易上手、方便快捷，应该在大多数的电路设计工作上面起到了很大的作用。在一些已经学过的知识点上，通过这样的仿真实验，能对他们产生更直观的记忆。不过我始终觉得只有亲手通过仪器做出来的实验结果更实在一些，电脑仿真的实验结果大概只能做一些导向性和验证性的作用吧。
