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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