二阶电路动态响应实验报告
二阶动态电路响应的研究
U0
U0
U0
0
ωt 0
ωt
0
ωt
欠阻尼波形
过阻尼波形 临界阻尼波形
当电路参数R 、L 、C取值不同时，
8
如何用示波器测量输出波形，并计算出衰减系数
调节R ，使示波器荧光屏上呈现稳定的欠 阻尼响应波形，定量测定此时电路的衰 减常数α 和振荡频率ω d。
U0
uo = K e-? t sin(wdt + b)
五、实验报告
? 1. 根据观测结果，在方格纸上描绘二阶电路过 阻尼、 临界阻尼和欠尼的响应波形。绘坐标图 时，绘出1.5 ~ 2个周期的波形即可。在波形图
旁标出R、L、C的取值。
? 2. 测算欠阻尼振荡曲线上的 ? 与ωd 。 ? 3. 归纳、总结电路元件参数的改变对响应变化
趋势的影响。 。
R，分别使电路工作在过阻尼，欠阻尼和 衰减振荡状态，测量出输出波形。并进行 数据计算，求出衰减系数 ? 、振荡角频率
ωd 。结果填入下表 10-1。
表10-1
L=10mH C = 0.022 μ F f0 = 1.5KHz
?= R
2L
ω =d w02 - ? 2
电路状态
R1=51Ω
R2=1kΩ
R3=3kΩ
波形
? 2 测量不同参数下的衰减系数和波形
? 保证电路一直处于欠阻尼状态，取三个不同 阻值的电阻，用示波器测量输出波形，并计 算出衰减系数?，= R 将波形和数据填入表10-2。
2L
改为R1=51 R2=100 R3=200
? 3. 测量临界电阻值
? 将图10-4所示的接线图中的R改为实验箱上 的20K电位器RP，调节RP，波形出现临界状 态时，在断电情况(拔掉相连电线)下用万用表 测出此时的电位器RP值，即为临界电阻值。 与理论值进行如图所示衰减振荡波形看出，若测得第一个波峰出现的时间为
实验五、二阶动态电路的响应测试-新版
α验注意事项
1. 调节R2时，要细心、缓慢，临界阻尼要找准。 2. 观察双踪时，显示要稳定，如不同步， 则可 采用外同步法触发（看示波器说明） 六、预习思考题 1. 根据二阶电路实验电路元件的参数， 计算出 处于临界阻尼状态的R2之值。 2.在示波器荧光屏上， 如何测得二阶电路零输入 响应欠阻尼状态的衰减常数α和振荡频率ωd ？
实验五、二阶动态电路的响应测试
一、实验目的 1. 测试二阶动态电路的零状态响应和零输入响应， 了解电路元件参数对响应的影响。 2.观察、分析二阶电路响应的三种状态轨迹及其 特点， 以加深对二阶电路响应的认识与理解。 二、原理说明 一个二阶电路在方波正、负阶跃信号的激励下， 可获得零状态与零输入响应，其响应的变化轨 迹决定于电路的固有频率。
三、实验设备
序号 1 名 称 函数信号发生器 型号与规格 数量 1 备注
2
3
hkhuku
双踪示波器
动态实验电路板
1 自备
1 DGJ-03
2
四、实验内容 动态电路实验板与实验十二相同，如图5-2所示。 利用动态电路板中的元件与开关的配合作用， 组成如图5-1所示的GCL并联电路。 R1
激励 L C
R2
响应Uo
图5-2 动态电路、选频电路实验板
hkhuku 5
电路 参数 实验 次数
1 2 3 4
元 作 参 数
测量值
R1 10KΩ 10KΩ 30KΩ 10KΩ
R2 调 至 某 一 次 欠 阻 尼 状 态
L 4.7mH 4.7mH 4.7mH 10mH
C 1000P F 0.01 μF 0.01 μF 0.01 μF
hkhuku
7
七、实验报告 1. 根据观测结果，在方格纸上描绘二阶电路过阻尼、 临界阻尼和欠尼的响应波形。 2. 测算欠阻尼振荡曲线上的α与ωd。 3. 归纳、总结电路元件参数的改变对响应变化趋势 的影响。 4. 心得体会及其他。
一阶电路和二阶电路的动态响应
实验四 一阶电路和二阶电路的动态响应一、 实验目的（1） 理解零输入响应、零状态响应和完全响应 （2） 理解欠阻尼、临界和过阻尼的意义和条件 二、 实验原理用二阶微分方程描述的动态电路称为二阶电路。
图所示的线性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：s 2U 2=++c c c u dt du RC dtu d LC 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。
电路如图6.2所示，设电容已经充电，其电压为U 0，电感的初始电流为0。
(1) CL R 2>，响应是非振荡性的，称为过阻尼情况。
电路响应为：图6.2 RLC 串联零输入响应电路图6.3 二阶电路的过阻尼过程u Lt mU 0)()()()()(212112012120t P t P t P t P C e e P P L U t i e P e P P P U t u ---=--=响应曲线如图6.3所示。
可以看出：u C (t)由两个单调下降的指数函数组成，为非振荡的过渡过程。
整个放电过程中电流为正值， 且当2112lnP P P P t m -=时，电流有极大值。
（2）CL R 2=，响应临界振荡，称为临界阻尼情况。
电路响应为tt c te LUt i e t U t u ααα--=+=00)()1()( t ≥0响应曲线如图6.4所示。
图6.4 二阶电路的临界阻尼过程(3) CL R 2<，响应是振荡性的，称为欠阻尼情况。
电路响应为t e LU t i t e U t u d td d t dC ωωβωωωααsin )(),sin()(000--=+==t ≥0其中衰减振荡角频率 2220d 2L R LC 1⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=αωω ，αωβdarctan= 响应曲线如图6.5所示。
U 0t图6.5 二阶电路的欠阻尼过程 图6.6 二阶电路的无阻尼过程（4）当R ＝０时，响应是等幅振荡性的，称为无阻尼情况。
二阶电路的动态响应实验报告
实验二二阶电路的动态响应
1.一、实验目的:
2.学习用实验的方法来研究二阶动态电路的响应。
3.研究电路元件参数对二阶电路动态响应的影响。
4.研究欠阻尼时, 元件参数对α和固有频率的影响。
5.研究RLC串联电路所对应的二阶微分方程的解与元件参数的关系。
二、实验设备与器件
1.低频信号发生器
2.交流毫伏表
3.双踪示波器
4.万用表
5.可变电阻
电阻、电感、电容(电阻100Ω,电感10mH、4.7mH, 电容47nF), 可变电阻（680Ω）。
三、实验内容
1.按图6.8所示电路接线（R1=100ΩL=10mH C=47nF）
调节可变电阻器R2之值, 观察二阶电路的零输入响应和零状态响应由过阻尼过渡到临界阻尼, 最后过渡到欠阻尼的变化过渡过程, 分别定性地描绘、记录响应的典型变化波形。
临界阻尼图过阻尼图欠阻尼图。
实验二阶动态电路响应测试
一、实验目的 1. 测试二阶动态电路的零状态响应和零输入响应，
了解电路元件参数对响应的影响。 2.观察、分析二阶电路响应的三种状态轨迹及其
特点， 以加深对二阶电路响应的认识与理解。
二、原理说明
一个二阶电路在方波正、负阶跃信号的激励下， 可获得零状态与零输入响应，其响应的变化轨 迹决定于电路的固有频率。
1. 调节可变电阻器R2之值， 观察二阶电路的零输入响应和 零状态响应由过阻尼过渡到临界阻尼，最后过渡到欠阻 尼的变化过渡过程，分别定性地描绘、记录响应的典型 变化波形。
2.调节R2使示波器荧光屏上呈现稳定的欠阻尼响应波形， 定量测定此时电路的衰减常数α和振荡频率ωd。
3.改变一组电路参数，如增、减L或C之值，重复步骤2 的测量，并作记录。随后仔细观察，改变电路参数时， ωd与α的变化趋势，并作记录。
三、实验设备
序号
名称
1 函数信号发生器
型号与规格 数量 备注 1
2 双踪示波器
1 自备
3 动态实验电路板
1 DGJ-03
四、实验内容
动态电路实验板与实验十二相同，如图5-2所示。 利用动态电路板中的元件与开关的配合作用， 组成如图5-1所示的GCL并联电路。
R1
激励
L
C
R2
响应
图5-2
令R1＝10KΩ，L＝4.7mH，C＝1000PF，R2为10KΩ可调电阻。 令脉冲信号发生器的输出为Um＝1.5V，f＝1KHz的方波脉冲， 通过同轴电缆接至图中的激励端，同时用同轴电缆将激励 端和响应输出接至双踪示波器的YA和YB两个输入口。
根据二阶电路实验电路元件的参数， 计算出
状
一个二阶电路在方波正、负阶跃信号的激励下，
二阶电路响应的仿真实验报告
二阶电路响应的仿真实验报告一、实验目的本次实验旨在通过仿真实验的方式，探究二阶电路响应的特性，并且了解其在不同频率下的响应情况。
二、实验原理1. 二阶电路的基本概念二阶电路是指带有两个存储元件（电容或电感）的电路，其具有更加复杂的响应特性。
其中，常见的二阶电路包括二阶低通滤波器、二阶高通滤波器以及二阶带通滤波器等。
2. 二阶低通滤波器的特性在二阶低通滤波器中，当输入信号频率很低时，输出信号基本上不会受到影响；而当输入信号频率逐渐升高时，输出信号将会逐渐减小。
当输入信号频率等于截止频率时，输出信号将会下降3dB；而当输入信号频率继续升高时，输出信号将会更加明显地下降。
3. 仿真实验步骤（1）构建一个RC电路，并且设置初始条件和参数值；（2）绘制RC电路的幅度-频率响应曲线；（3）绘制RC电路的相位-频率响应曲线；（4）分析幅度-频率响应曲线和相位-频率响应曲线的特点。
三、实验步骤1. 构建RC电路在Multisim软件中，选择“模拟”选项卡，然后选择“Passive”选项卡，接着选择“R”和“C”元件，并且将它们连接起来。
最终得到的电路图如下所示：2. 设置初始条件和参数值在Multisim软件中，点击“仿真设置”按钮，在弹出的对话框中，将仿真类型设置为“AC Analysis”，并且设置频率范围为1Hz~10MHz。
接着，设置电容C1的值为0.01μF，电阻R1的值为10kΩ。
3. 绘制RC电路的幅度-频率响应曲线在Multisim软件中，点击“仪表”选项卡，并且选择“AC Analysis”仪表。
接着，在弹出的对话框中，将X轴设置为“Frequency”，将Y轴设置为“Magnitude(dB)”，并且勾选上“Decibel Scale”。
最终得到的幅度-频率响应曲线如下图所示：4. 绘制RC电路的相位-频率响应曲线在Multisim软件中，点击“仪表”选项卡，并且选择“AC Analysis”仪表。
二阶电路动态响应测试
二阶电路动态响应测试
一．实验项目：
在面包板上构建简单的二阶电路并研究电路元件参数对二阶电路动态响应的影响。
二．实验仪器：
信号发生器
数字示波器
电感（10mH）
电容(C=0.1µF)
2K欧电位器
面包板
万用表
导线若干
三．实验电路图：
四．实验步骤及数据记录：
1实验步骤：按照电路图连接好电路，其中信号发生器的参数为：f=400Hz、
Vpp=5V,调节电位器的阻值，分三种情况：过阻尼，临界阻
尼，欠阻尼，分别观察观察示波器显示的波形。
（波形图如
下）。
2 实验数据：
1）过阻尼波形：
电容器电压：Vmin=-5.0V Vmax=0.0V Vpp=5V 频率=400Hz 2)临界阻尼波形：
电容器电压：Vmin=-5.0V Vmax=0.0V Vpp=5V频率=400Hz
测得此时电位器电阻R=450欧姆
3）欠阻尼波形：
Um1=9.68V Um2=7.36V dT=188us
所以测量阻尼系数α=ln(Um1/Um2)/dT=1460
测得此时电阻线路R=22.9欧姆
所以理论α=R/2L=1145
误差不超过20% 所以实验比较成功
五．实验总结：
1.实验前注意示波器的自检
2.实验时注意信号发生器的频率最好在百位
3.得不到过阻尼波形时可以添加一个电阻来增大电路阻值
4.最好测量一下电感的阻值，过大的话影响实验。
二阶电路地动态响应实验报告材料
实验二：二阶电路的动态响应学号：0928402012 姓名：王畑夕 成绩：一、 实验原理及思路图6.1 RLC 串联二阶电路用二阶微分方程描述的动态电路称为二阶电路。
图6.1所示的线性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：s 2U 2=++c c c u dt du RC dtu d LC （6-1） 初始值为CI C i dtt du U u L t c c 000)0()()0(===-=--求解该微分方程，可以得到电容上的电压u c (t )。
再根据：dtdu ct i cc =)( 可求得i c (t )，即回路电流i L (t )。
式（6-1）的特征方程为：01p p 2=++RC LC 特征值为：20222,11)2(2p ωαα-±-=-±-=LCL R L R (6-2)定义：衰减系数（阻尼系数）LR 2=α 自由振荡角频率（固有频率）LC10=ω 由式6-2 可知，RLC 串联电路的响应类型与元件参数有关。
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。
电路如图6.2所示，设电容已经充电，其电压为U 0，电感的初始电流为0。
(1) CL R 2>，响应是非振荡性的，称为过阻尼情况。
电路响应为：)()()()()(212112012120t P t P t P t P C e e P P L U t i e P e P P P U t u ---=--=响应曲线如图6.3所示。
可以看出：u C (t)由两个单调下降的指数函数组成，为非振荡的过渡过程。
整个放电过程中电流为正值， 且当2112lnP P P P t m -=时，电流有极大值。
（2）CL R 2=，响应临界振荡，称为临界阻尼情况。
电路响应为tt c te LUt i e t U t u ααα--=+=00)()1()( t ≥0响应曲线如图6.4所示。
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实验二：二阶电路动态响应
学号：1528406027 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
2.Multisim 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=1.348k 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
=1.348kΩ（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. =10％R（欠阻尼）：
R
1
R
=1.348kΩ（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 2，观察二阶电路在方波信号下由过阻尼过渡到临界阻尼，最后过渡到欠阻尼的变化过渡过程，记录三种情况下R 2的值，记录示波器上
4.调节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.。