实验二：二阶电路动态响应
学号：27 姓名：李昕怡 成绩： 一、 实验目的
1. 深刻理解和掌握零输入响应、零状态响应及完全响应.
2. 深刻理解欠阻尼、临界阻尼、过阻尼的意义.
3. 研究电路元件参数对二阶电路动态响应的影响.
4. 掌握用Multisim 软件绘制电路原理图的方法.
二、 实验原理及思路
实验原理：
用二阶微分方程描述的动态电路称为二阶电路。

如图所示的RLC 串联电路是一个典型的二阶电路，可以用下述二阶线性常系数微分方程来描述：
22u u u c c c c d d LC RC U dt dt
++=
定义衰减系数（阻尼系数）R
L α=
,自由振荡角频率（固有频率）0ω=. 1. 零输入响应.
动态电路在没有外施激励时，由动态元件的初始储能引起的响应，称为零输入响应。

（1） 当R ＞.
（2） 当R .
（3） 当R ＜. 2. 零状态响应.
动态电路的初始储能为零，由外施激励引起的电路响应称为零状态响应.与零输入响应类似，电压电流的变化规律取决于电路结构、电路参数，可以分为过阻尼、欠阻尼、临界阻尼等三种充电过程。

实验思路：
1. 用方波信号作为输入信号，调节方波信号的周期，观测完整的响应曲线.
2. 用可变电阻R 代替电路中的电阻，计算电路的临界阻尼，调整R 的大小，使电路分别处于欠阻尼、临界阻尼和过阻尼的情况，观测电容两端的瞬态电压变化.
3. 测定衰减振荡角频率d ω和衰减系数α.在信号发生器上读出信号的震荡周期T d ，则：
22d d d
f T πωπ== 1
2
1ln d h T h α=
其中h 1、h 2分别是两个连续波峰的峰.
三、 实验内容及结果
1. 计算临界阻尼.
1.348R k ≈Ω 仿真.
（1）从元器件库中选择可变电阻、电容、电感，创建如图所示电路.
（2）将J1与节点0相连，用Multisim 瞬态分析仿真零输入响应（参数欠阻尼、临界阻尼、过阻尼三种情况），观测电容两端的电压，将三种情况的曲线绘制在同一张图上，从上至下分别是：R 1=10％R （欠阻尼），R 1=Ω（临界阻尼），R 1=90％R （过阻尼）.
（3）将J1与节点4相连，用Multisim 瞬态分析仿真全响应（欠阻尼、临界阻尼、过阻尼三种情况），观测电容两端的电压，将三种情况的曲线绘制在同一张图上，从上至下分别是：R 1=10％R （欠阻尼），R 1=Ω（临界阻尼），R 1=90％R （过阻尼）.
（4）在Multisim 中用函数发生器、示波器和波特图绘制如图所示的电路图，函数信号发生器设置：方波、频率1kHz 、幅度5V 、偏置5V.
用瞬态分析观测电容两端的电压. R 1=10％R （欠阻尼）：
R
=Ω（临界阻尼）：
1
=90％R（过阻尼）：
R
1
=100Ω、L=10mH、C=47nF、可变
2.在电路板上焊接实验电路，器件参数：R
1
.
电阻R
2
3.调节可变电阻R
，观察二阶电路在方波信号下由过阻尼过渡到临界阻尼，
2
的值，记录示波器上最后过渡到欠阻尼的变化过渡过程，记录三种情况下R
2
使示波器荧光屏上呈现稳定的欠阻尼响应波形，定量测定此时电路4.调节R
2
d
四、结论及分析
1.结论：当RLC串联电路中电阻R值由大至小改变时，电路由过阻尼情况过渡
到临界阻尼情况，再由临界阻尼情况过渡到欠阻尼情况，电容两端的电压波形也随之改变.
2.误差分析：万用表测量时和读数时的误差；电感和电容存在交流损耗，这种
交流损耗可以等效成损耗电阻；电感、电容大小真实值与理论值存在差距.
3.收获：近一步了解了Multisim的使用方法，巩固了二阶电路动态响应的特性
知识.
4.改进建议：在焊接之后剪去多余的引脚，防止引脚相互触碰造成的测量误差.。