二阶电路响应的三种欠阻尼过阻尼及临界阻尼状态轨迹及其特点
(完成)二阶电路响应的三种状态轨迹及其特点
实验二二阶电路响应的三种（欠阻尼、过阻尼及临界阻尼）状态轨迹及其特点一、实验目的1、熟练掌握二阶电路微分方程的列写及求解过程；2、掌握RLC 二阶电路零输入响应及电路的过阻尼、临界阻尼和欠阻尼状态；3、学会利用MULTISIM 仿真软件熟练分析电路，尤其是电路中各电压电流的变化波形。
二、实验原理用二阶线性常微分方程描述的电路称为二阶电路，二阶电路中至少含有两个储能元件。
二阶电路微分方程式一个含有二次微分的方程，由二阶微分方程描述的电路称为二阶电路。
分析二阶电路的方法仍然是建立二阶微分方程，并利用初始条件求解得到电路的响应。
二阶方程一般都为齐次方程。
齐次方程的通解一般分为三种情况：（RLC 串联时）1、 21S S ≠ 为两个不等的实根（称过阻尼状态）t S t S h e A e A f 211121+= 此时，CL R 2>，二阶电路为过阻尼状态。
2、 σ==21S S 为相等实根（称临界状态）t h e A A f σ)21+=（ 此时，CL R 2=，二阶电路为临界状态。
3、 ωσj S ±-=21、为共轭复根（称欠阻尼状态）t h e t f σβω-+=)sin( 此时CL R 2<，二阶电路为欠阻尼状态。
这三个状态在二阶电路中式一个重要的数据，它决定了电路中电流电压关系以及电流电压波形。
三、实验内容电路中开关S 闭合已久。
t=0时将S 打开，并测量。
1、欠阻尼状态（R=10Ω,C=10mF,L=50mH ）如图所示，为欠阻尼状态时的二阶电路图。
波形图展示了欠阻尼状态下的C U 和L U 波形(橙色线条为电容电压衰减波形，红色线条为电感电压衰减波形)。
2、临界阻尼（R=10Ω,C=10mF,L=0.25mH ）如图所示，为临界状态的二阶电路图。
图展示了临界状态下的C U 的波形。
波形图展示了临界状态下的C U 和L U 波形。
3、过阻尼状态（R=10Ω,C=1mF,L=1mH ）如图所示，为过阻尼状态下的二阶电路图。
完成二阶电路响应的三种欠阻尼过阻尼及临界阻尼状态轨迹及其特点
完成二阶电路响应的三种欠阻尼过阻尼及临界阻尼状态轨迹及其特点二阶电路是由两个电感、两个电容和一个电阻组成的电路。
其响应可以分为欠阻尼、过阻尼和临界阻尼三种状态。
下面将分别介绍这三种状态的轨迹及其特点。
1.欠阻尼状态：欠阻尼状态下，电路的阻尼系数小于临界阻尼，电路呈现振荡状态。
其响应的轨迹是在零点附近进行周期性的振荡，并且振荡幅值逐渐减小，最终趋于稳定。
欠阻尼状态下的二阶电路具有以下特点：（1）有振荡的频率：欠阻尼状态下的二阶电路会以一定的频率进行振荡，频率与电路元件的参数相关。
（2）振荡幅值逐渐衰减：由于缺乏能量的输入，振荡幅值会逐渐减小，最终趋于稳定。
（3）频率响应中心频率：欠阻尼状态下的二阶电路的响应会在一些特定的频率上具有最大振幅，称为中心频率。
（4）稳定时间较长：由于振荡幅值的衰减过程较长，欠阻尼状态下的二阶电路需要一段时间才能趋于稳定。
2.过阻尼状态：过阻尼状态下，电路的阻尼系数大于临界阻尼，电路呈现过度阻尼的响应。
其响应的轨迹是在零点周围进行减振并趋于稳定，没有振荡现象。
过阻尼状态下的二阶电路具有以下特点：（1）没有振荡现象：过阻尼状态下的二阶电路不会出现振荡，响应会直接趋于稳定。
（2）稳定时间较短：由于振荡现象的缺失，过阻尼状态下的二阶电路不需要过多的时间来达到稳定状态。
（3）没有中心频率：过阻尼状态下的二阶电路没有特定的中心频率，响应在整个频率范围内逐渐趋于零。
3.临界阻尼状态：临界阻尼状态下，电路的阻尼系数等于临界阻尼，电路响应既不振荡也不过度阻尼，而是以最快的速度达到稳定。
其响应的轨迹是在零点的附近进行振荡，振荡幅值逐渐减小，最终趋于稳定。
临界阻尼状态下的二阶电路具有以下特点：（1）最快的稳定时间：临界阻尼状态下的二阶电路响应以最快的速度达到稳定，不会出现过渡过程。
（2）无振荡现象：临界阻尼状态下的二阶电路虽然在响应过程中会振荡，但振幅逐渐减小，不会形成持续的振荡。
（3）没有中心频率：临界阻尼状态下的二阶电路没有特定的中心频率，响应在整个频率范围内逐渐趋于零。
邓 仿真实验2二阶电路响应的三种
四、对比分析与结论
1、分析实验： 本实验这要是观察三种阻态下的波形， 由于引入了可变电阻使电路的转换非常方便。 在 进行波形分析时，由于测的是电感的电压和电流，所以主要从电路的电流变化来看，我们很 容易就能理解电感的充放电过程。 2、实验总结： 通过本次实验的学习， 我熟悉了二阶电路微分方程的列写及求解过程， 了解了 RLC 二阶 电路的响应及电路的过阻尼、 临界阻尼和欠阻尼状态， 更熟练地利用仿真软件分析电路的动 态变化。 在实验中我先是用的并联电路但由于公示用错改用了串联电路， 终于得到正确的波 形，在这个实验上也花费了很多的时间。由此也学会，具体题目具体分析，不要一味的套用 公式。
用二阶线性常微分方程描述的电路称为二阶电路， 二阶电路中至少含有两个不同类型的 储能元件。 二阶电路微分方程式一共含有两个二次微分的方程。 分析二阶电路的方法是建立 二阶微分方程，并利用初始条件求解得到电路的响应。在解二阶方程式时，我们通常是先解 齐次方程。 齐次方程的通解一般分为三种情况： （RLC 串联时） 1、S1 ≠ S2 为两个不等的实根: f = A 1 eS 1 t + A 2 eS 2 t 此时，R > 2
L C
=2
10 −3 1000×10 −12
= 2kΩ
1）欠阻尼状态（R=400Ω ,C=1000pF,L=1mH） 如图所示，为欠阻尼状态时的二阶电路图，以及其在方波激励下的波形。 本次实验的测量值为：电感点电流（蓝色）以及电感电压（红色） 。
单个波形放大为：
由波形图可知在欠阻尼的情况下 （方波激励） ， 电感两端电压和电流都是振荡的减小的。
二、二阶电路响应的三种（欠阻尼、过阻尼及临界阻尼）状
态轨迹及其特点
一、仿真实验目的
完成二阶电路响应的三种欠阻尼、过阻尼及临界阻尼状态轨迹及其特点.docx
实验二二阶电路响应的三种（欠阻尼、过阻尼及临界阻尼）状态轨迹及其特点一、实验目的1、熟练掌握二阶电路微分方程的列写及求解过程；2、掌握 RLC 二阶电路零输入响应及电路的过阻尼、临界阻尼和欠阻尼状态；3、学会利用 MULTISIM 仿真软件熟练分析电路， 尤其是电路中各电压电流的变化波形。
二、实验原理用二阶线性常微分方程描述的电路称为二阶电路， 二阶电路中至少含有两个储能元件。
二阶电路微分方程式一个含有二次微分的方程， 由二阶微分方程描述的电路称为二阶电路。
分析二阶电路的方法仍然是建立二阶微分方程， 并利用初始条件求解得到电路的响应。
二阶方程一般都为齐次方程。
齐次方程的通解一般分为三种情况： （ RLC 串联时）1、S 1 S 2 为两个不等的实根（称过阻尼状态）f hS t S tA 1e 11 A 2 e 12 此时， R 2 L，二阶电路为过阻尼状态。
C2、 S 1 S 2为相等实根（称临界状态） f h （ A 1 A 2 )e t此时， R 2L ，二阶电路为临界状态。
C 3、 S 1、2j 为共轭复根（称欠阻尼状态） f h sin( t)e t此时 R2 L ，二阶电路为欠阻尼状态。
C 这三个状态在二阶电路中式一个重要的数据， 它决定了电路中电流电压关系以及电流电压波形。
三、实验内容电路中开关 S 闭合已久。
t=0 时将 S 打开，并测量。
1、欠阻尼状态（ R=10Ω,C=10mF,L=50mH）如图所示，为欠阻尼状态时的二阶电路图。
波形图展示了欠阻尼状态下的U C和 U L波形(橙色线条为电容电压衰减波形，红色线条为电感电压衰减波形) 。
2、临界阻尼（ R=10Ω ,C=10mF,L=0.25mH）如图所示，为临界状态的二阶电路图。
图展示了临界状态下的U C的波形。
波形图展示了临界状态下的U C和 U L波形。
3、过阻尼状态（ R=10Ω,C=1mF,L=1mH）如图所示，为过阻尼状态下的二阶电路图。
实验二 二阶电路响应的三种状态轨迹及其特点
实验报告二 二阶电路响应的三种状态轨迹及其特点
1、电路课程设计目的
观察二阶电路响应的三中状态电压电流波形。
2、设计电路原理与说明
二阶电路是含有两个独立储能元件的电路，描述电路行为的方程是二阶线性常微分方程。
设计电路图如下： U 0
L
图一 C
L R 2>时，过阻尼非振荡放电 C
L R 2<时，欠阻尼非振荡放电 C L R 2
=时，临界阻尼放电 若取200L mH =、5C F μ=，则当400R =Ω时为临界阻尼状态。
故此次仿真分别选用100Ω 400Ω 700Ω的电阻进行测试。
3、电路课程设计仿真内容与步骤及结果
（1）接好电路，设置电感、电容值；
图二
（2）选择700Ω电阻，观察电感的电压及电流波形；
图三
（3）选择100Ω电阻，观察电感的电压及电流波形；
图四
（4）选择400 电阻，观察电感的电压及电流波形；
图五
综上，波形符合理论结果。
4、仿真结果与理论分析对比及仿真中的注意事项
仿真结果与理论计算相一致。
仿真中用到了单刀双掷开关，在实际测试时要留意开关的切换，同时由于此次仿真中利用到了示波器，而且所测波形在很小的一段范围内，所以在操作是要注意开关和示波器的相互配合，这样才容易得到理想波形图。
5、电路课程设计总结
通过这次仿真，我们深一层次的认识了二阶电路的三种状态特性，并观察了各个状态的电路波形图。
二阶电路由于设计到二阶常微分方程，计算方面相当麻烦，我们在研究时可以借助示波器等器材做辅助，帮助我们理解掌握新知识。
完成二阶电路响应的三种欠阻尼过阻尼与临界阻尼状态轨迹和特点
完成二阶电路响应的三种欠阻尼过阻尼与临界阻尼状态轨迹和特点二阶电路是指由两个电感和两个电容构成的电路，常见的二阶电路包括二阶低通滤波器、二阶高通滤波器、振荡器等。
二阶电路的响应包括三种状态：欠阻尼、临界阻尼和过阻尼。
1.欠阻尼状态欠阻尼状态是指二阶电路的阻尼比小于临界阻尼时的状态。
在欠阻尼状态下，电路的阻尼比大于1，电路会发生振荡。
欠阻尼状态下的二阶电路的特点是：振荡频率为固定值，振荡衰减的幅度随时间增大而减小。
2.临界阻尼状态临界阻尼状态是指二阶电路的阻尼比等于1时的状态。
在临界阻尼状态下，电路不会发生振荡，且电路的响应最快。
临界阻尼状态下的二阶电路的特点是：响应时间最短，过渡过程最平稳。
3.过阻尼状态过阻尼状态是指二阶电路的阻尼比大于1时的状态。
在过阻尼状态下，电路不会发生振荡，且电路的响应速度较慢。
过阻尼状态下的二阶电路的特点是：响应时间较长，过渡过程较缓慢。
在二阶电路中，三种状态的轨迹可以通过绘制相应的阻尼比图来表示。
对于欠阻尼状态，阻尼比小于1，而相位角是一个正弦曲线。
对于临界阻尼状态，阻尼比等于1，相位角是一个直线。
对于过阻尼状态，阻尼比大于1，而相位角是两个阶梯曲线。
从特性角度来看，欠阻尼状态下的二阶电路是有振荡的，可以用于振荡器的设计；临界阻尼状态下的二阶电路响应最快，过渡过程最平稳，适用于需要快速响应的系统；过阻尼状态下的二阶电路响应时间较长，过渡过程较缓慢，适用于需要较长时间稳定的系统。
总结起来，二阶电路的响应包括欠阻尼、临界阻尼和过阻尼三种状态。
不同状态下的响应轨迹和特点有所不同，分别适用于不同的应用场景。
在实际设计中，需要根据系统需求选择合适的阻尼比来获得所需的响应特性。
实验二 二阶电路响应
实验二 二阶电路响应一、实验目的（1）模拟二阶电路的零输入响应( 2)验证欠阻尼、过阻尼及临界阻尼三种响应的状态轨迹及其特点二、实验原理RLC 串联电路，无论是零输入响应，或是零状态响应，电路过渡过程的性质 ，完全由特征方程决定，其特征根：d o LC L RL R p ωαωαα±-=-±-=-±-=22222,1)1()2(2 其中: L R 2=α称为衰减系数，LC 10=ω称为谐振频率，220αωω-=d 称为衰减振荡频率CLR 2>电路过渡过程的性质为过阻尼的非振荡过程。
C LR 2=电路过渡过程的性质为临界阻尼的非振荡过程。
C LR 2=电路过渡过程的性质为欠阻尼的振荡过程。
0=R 等幅振荡三、实验步骤二阶RLC 电路的电路图如图2-1所示，验证三种响应的条件及输出波形图2-1其中2结点设置初始电压为5V ，即C U =5V ，而L I =0A以电容两端的电压为响应，通过改变R 、L 、C 三个参数的大小来验证欠阻尼、过阻尼及临界阻尼三种响应的触发条件，并观察三种情况的输出波形。
通过书本的学习，我们可以初步了解，二阶电路发生那种类型的过渡过程，取决于微分方程中1s 和2s 是实数还是虚数，即2)2(L R 和LC 1两项的相对大小，或者说是依赖于R 与L 和C的大小关系，共四种情况如下：当CLR 2>，暂态属非振荡类型，电路称过阻尼 当CLR 2=，电路处在临界阻尼，电路为非振荡； 当C LR 2<，暂态属于振荡类型，称电路时欠阻尼；当0=R ，电路处于无阻尼振荡类型的理想状态下。
下面我们主要讨论前三种情况。
设置参数L=1H ，C=1F μR 为变化值，分别取R=500Ω，1KΩ，2KΩ，5KΩ，10KΩ，观察电容两端的输出电压，分析不同电阻下的振荡类型图2-2 R=500Ω时，所得波形 (欠阻尼) 图2-3 R=1KΩ时，所得波形(欠阻尼)图2-4 R =2KΩ时，所得波形(临界阻尼)图2-5 R=5KΩ时，所得波形(过阻尼) 图2-6 R=10KΩ时，所得波形(过阻尼) 从这5组图像中可以看出，当C LR 2 时，电路发生震荡，处于欠阻尼状态；当CLR 2=时，电路输出信号正好处于一临界状态，称之为临界阻尼； 当C LR 2>时，电路没有振荡，称之为过阻尼。
二阶电路响应的三种(欠阻尼、过阻尼及临界阻尼)状态轨迹及其特点
二阶电路响应的三种（欠阻尼 【2 】.过阻尼及临界阻尼）状况轨迹及其特色一、 试验目标1.懂得二阶电路响应的三种（欠阻尼.过阻尼及临界阻尼）状况轨迹及其特色.2控制二阶电路响应的三种（欠阻尼.过阻尼及临界阻尼）状况轨迹及其特色的测试办法.二、 试验道理二阶电路是含有立个自力储能元件的电路,描写电路行动的方程是二阶线性常系数微分方程. 运用经典定量剖析开封闭合后U C .i 等零输入响应的变化纪律0=++-L R C u u u将如下R.L.C 元件的电压电流表达式dtdu C i C C -= dtdu RC Ri u C R == dtu d LC dt di L u C L 2-== 代入KVL 方程,可得022=++C C C u dtdu RC dt u d LC 由数学剖析可知,要肯定二阶微分方程的解,除应知道函数的初始值外,还应知道函数的一阶导数初始值,它可依据下列关系求得 因为c i dt du C-= 所以"+'=u u u C C C 所示二阶微分方程的解可设为st C C Ae u u ="=012=++RCs LCs特点根为LC L R L R S 1222-⎪⎭⎫ ⎝⎛±-= 是以 t t C e A e A u 21s 2s 1+=由初始前提Uc(0+)=Uo,可得 A1+A2=Uo又t t C e A e A dtdu 21s 2s 1+= 可求得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧--=-=1201212021s s U s A s s U s A（1） CL R 2>,S1和S2为不相等的负实数,暂态属非振荡类型,称电路是过阻尼的. （2） CL R 2=,S1和S2为两相等的负实数,电路处于临界阻尼,暂态长短振荡的. （3） C L R 2<,S1和S2为一对共轭复数,暂态属振荡类型,称电路是欠阻尼的. 三、 仿真试验设计与测试解：800LC 1_)2L R (2L R s2200LC 1_)2L R (2L R s1240010*5.125.022226———特征根程。
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二阶电路响应的三种欠阻尼过阻尼及临界阻尼状态
轨迹及其特点
The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
二阶电路响应的三种（欠阻尼、过阻尼及临界阻尼）
状态轨迹及其特点
一、 实验目的
1.了解二阶电路响应的三种（欠阻尼、过阻尼及临界阻尼）状态轨迹及其特点。
2掌握二阶电路响应的三种（欠阻尼、过阻尼及临界阻尼）状态轨迹及其特点的测试方法。
二、 实验原理
二阶电路是含有立个独立储能元件的电路，描述电路行为的方程是二阶线性常系数微分方程。
应用经典定量分析开关闭合后U C 、i 等零输入响应的变化规律 0=++-L R C u u u
将如下R 、L 、C 元件的电压电流表达式
dt
du C i C C -= dt
du RC Ri u C R == dt
u d LC dt di L u C L 2-== 代入KVL 方程，可得
022=++C C C u dt
du RC dt u d LC 由数学分析可知，要确定二阶微分方程的解，除应知道函数的初始值外，还应知道函数的一阶导数初始值，它可根据下列关系求得
由于c
i dt du C -= 所以"+'=u u u C C C 所示二阶微分方程的解可设为
st C C Ae u u ="=
012=++RCs LCs
特征根为
LC L R L R S 1222
-⎪⎭⎫ ⎝⎛±-= 因此 t t C e A e A u 21s 2s 1+=
由初始条件Uc(0+)=Uo,可得 A1+A2=Uo 又t t C e A e A dt
du 21s 2s 1+= 可求得⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧--=-=120
1212021s s U s A s s U s A
（1） C
L R 2>，S1和S2为不相等的负实数，暂态属非振荡类型，称电路是过阻尼的。
（2） C
L R 2=， S1和S2为两相等的负实数，电路处于临界阻尼，暂态是非振荡的。
（3） C
L R 2< ，S1和S2为一对共轭复数，暂态属振荡类型，称电路是欠阻尼的。
三、 仿真实验设计与测试
解：800LC 1_)2L R (2L R s2200LC 1_)2L R (2L R s1240010
*5.125.022
226———特征根程。
，电路为非振荡放电过Ω，=-==+-
=>==-C L R C L
代入公式可得
)
(82))((02.0)
(28800200800200800200V e e uL A e e i V e e uC t t t t t t ------+-=-=-=
电流最大值发生的时间tm 为
)
(10*45.9)(02.0max )(10*31.2)200800ln(800200112ln 211310*31.2*80010*31.2*200333A e e
i S s s s s tm ----=-==--+-=-=--
四、结果与误差分析
1.结果符合二阶电路响应的基本特性
2.误差产生的主要原因可能是因为元件内阻的存在
五、设计总结
通过这次设计我掌握了EWB电路电子分析仿真软件的使用，通过这款软件验证所学的知识，使我对所学的知识有了更深更直观的理解，同时在计算机上设计模拟电路来验证理论对以后的电路学习也将有莫大的帮助。