lin实验19 二阶电路过渡过程实验
二阶电路的仿真与实验
10
实验内容：
观察并纪录RLC串联电路,、的零输入响应、零
状态响应 。实验线路原理图如图11-8所示。
CH1 观察us波形
仿真： 选取f =5kHz 左右, C=2200PF, 5600PF, 0.01uF , L=10mH, R=10K
L
CH2
us
周期方波 发生器
+
R
C
+ uc -
观察uc波形
Td t2 t1
2 d Td
-U2m
t1
t2 t
由于: u c Ae t sin( t ) -U1m 而峰值时 sin( t ) 1
U 1m e (t2 t1 ) 得 U 2m
t1 t 2 U Ae U Ae 故： , 1m 2m
阻尼时us (t). uc (t) 波形。如图10-4所示。 方法：打开开关，按“暂停”按钮。
6
仿真示例
减小R到64%左右，调节示波器参数，观察临
界阻尼时us (t). uc (t) 波形。如图10-5所示。 方法：打开开关，按“暂停”按钮。
7
仿真示例
减小R到16%左右，调节示波器参数，观察欠
2、计算 及
d
,以仿真示例中欠阻尼为例
2 2 3.14 d T d 215.4 10 6 2.9110 4 raU1m=4.45V, U2m=0.98V;
1 U1m ln Td U 2 m 1 4.45 ln 6 215.4 10 0.98 7024
R 1600 8000 2 L 2 0.1
1 1 O LC 0.1 0.0110 6 3.16 10 4 rad / s
实验二二阶系统特征参量对过渡过程的影响
实验二二阶系统特征参量对过渡过程的影响二阶系统是一种常见的动力学系统，它具有两个自由度和两个可调的特征参量。
这两个特征参量分别是阻尼比和自然频率。
在过渡过程中，这两个特征参量会对系统的动态响应产生影响。
本实验的目的是研究阻尼比和自然频率对过渡过程的影响，并通过实验数据验证理论分析结果。
在二阶系统中，过渡过程是指从一个初始状态转移到另一个稳定状态的过程。
在这个过程中，系统的输出会出现一定的振荡和衰减。
阻尼比是描述振荡衰减程度的参量，而自然频率则决定了系统振荡的频率。
实验过程如下：1.搭建一个二阶惯性系统，并通过控制器输入一个阶跃信号，记录系统输出的响应。
2.改变阻尼比的值，分别记录系统的响应数据。
3.改变自然频率的值，分别记录系统的响应数据。
4.通过分析实验数据，得出阻尼比和自然频率对过渡过程的影响。
下面对每个步骤进行具体说明。
1.搭建二阶惯性系统可以使用电路或机械实验装置，需要保证系统输入和输出之间存在明确的关系。
控制器可以使用信号发生器，通过调节其输出频率和幅值来控制输入信号。
2.改变阻尼比的值可以通过改变系统的阻尼元件或调节控制器的增益来实现。
记录系统的输出数据可以使用示波器或数据采集设备。
3.改变自然频率的值可以通过调整系统的质量和弹性元件来实现。
同样需要记录系统的输出数据。
4.通过分析实验数据可以得出阻尼比和自然频率对过渡过程的影响。
具体的分析方法可以使用系统的传递函数和阶跃响应的数学模型。
通过对比不同阻尼比和自然频率下的实验数据和理论分析结果，可以验证其一致性并得出结论。
在实验过程中，还可以对比不同特征参量值下的过渡时间、超调量等指标，来评估阻尼比和自然频率对系统性能的影响。
此外，还可以通过设计不同的控制器来进一步优化系统的过渡过程。
总结来说，本实验通过研究阻尼比和自然频率对过渡过程的影响，可以深入理解二阶系统的动力学特性，并为系统的设计和控制提供指导。
二阶动态电路设计 实验报告(含数据处理)
实验二十一 二阶动态电路设计
一、实验内容
已知RLC 串联电路，输入为单位阶跃信号，设计元件参数，要求电容负载输出电压的超调量约为20%，调节时间0.003秒。
先进行理论设计和仿真分析，连接好电路后，再通过示波器观察实际输入和输出曲线。
二、实验原理图和理论分析
)()()()()(22t t u t u dt t du RC dt
t u d LC S C C C ε==++ 二阶电路的阶跃响应为)sin(1)(0βωωωδ++
=-t e t u t C 超调量为21%ζζπ
σ--==e
M P 调节时间为n
s t ζω3
=(5%稳态范围) 456.0ln 1ln 22=⎪⎭
⎫ ⎝⎛-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ππζP P M M ， 23.21933=⋅=ζωs n t LC n 12=ω，L
R n =ζω2 C
L n ⋅=21ω L R n ⋅⋅=ωζ2 选用电容C=4.7μF ，由以上推导得L=44.2mH ，R=88.4Ω
三、实验设备
函数信号发生器
KTDG-4可调式电感箱0~100mH
可调式电阻箱0~99999.9Ω
交流电压表，交流电流表
双踪示波器
四、仿真实验
利用EWB软件，仿真模型图如下
运行结果如下
五、实际实验
利用示波器观测输入电压和输出电容上电压曲线：
六、数据处理和实验结论
略。
二阶电路的研究实验报告
二阶电路的研究实验报告二阶电路的研究实验报告引言：电路是电子学的基础，而二阶电路则是电子学中的重要组成部分。
本次实验旨在研究二阶电路的特性和性能，通过实验数据的收集与分析，深入了解二阶电路的工作原理和应用。
实验目的：1. 了解二阶电路的基本原理和特性；2. 学习使用示波器和信号发生器等实验仪器；3. 掌握二阶电路的参数测量方法。
实验原理：二阶电路是指由电感、电容和电阻组成的电路，其具有两个极点和一个零点。
在实验中，我们将研究二阶低通滤波器和二阶带通滤波器。
实验步骤：1. 搭建二阶低通滤波器电路，连接示波器和信号发生器；2. 调节信号发生器的频率，观察示波器上输出波形的变化；3. 测量不同频率下的输出电压和输入电压，记录数据；4. 重复以上步骤，搭建二阶带通滤波器电路，进行相应的实验。
实验结果与分析：通过实验数据的收集与分析，我们得出以下结论：1. 二阶低通滤波器：当输入信号频率逐渐增大时，输出信号的幅度逐渐减小，且相位滞后；2. 二阶带通滤波器：当输入信号频率在一定范围内时，输出信号的幅度较大，且相位基本不变；3. 随着频率的增加，二阶电路的幅频特性曲线呈现出特定的形状，即低通滤波器的幅频特性曲线为递减曲线，带通滤波器的幅频特性曲线为带状曲线。
实验讨论：在实验过程中，我们还发现了一些问题和现象：1. 实际电路中的元器件存在一定的误差，会导致实验结果与理论值存在一定差异；2. 信号发生器的频率范围可能有限，无法覆盖所有频率；3. 电路中的噪声和干扰会对实验结果产生影响，需要进行适当的抑制和滤波。
实验总结：通过本次实验，我们深入了解了二阶电路的原理和特性，掌握了相关的实验技巧和仪器使用方法。
同时，我们也发现了实验中存在的问题和不足之处，为今后的实验研究提供了一定的启示。
结论：二阶电路是电子学中重要的研究对象，其具有独特的特性和应用。
通过实验，我们对二阶低通滤波器和二阶带通滤波器的工作原理和性能有了更深入的了解。
二阶电路过渡过程教学的研究与探讨
采用 传统的 求解二 阶常系 数非齐 次线性 微分方 程的 方法之外 ,还 可以引 入电路 仿真 。通过改 变电路 参数观 察其 对 过渡 过程 的影 响 。对
于控 制类专 业的学 生 , 还可适当 增加 一些关 于工业 控制领 域应用 最为 广泛 的 PID 参数设 定 的相 关应 用 , 使学 生加 深对 本节 内 容的 理 解
Abstract : The second2order ci rcuit s t ra nsient process anal ysis i s a difficul t y i n ci rc ui t anal ysi s c urricul um , no mat ter t he teachers to t each or t he st udent s to st udy i s not all eas y. In order to make st ude nt s to deepen t hi s co nt ent underst andi ng and grasping , t his pape r i nt roduces some helpf ul teaching re sea rch experie nces i ncl udi ng usi ng t raditional met hod to sol ut e t he seco nd 2 order const ant coefficient i nhomogenous li near diff ere ntial equation , i nt roduci ng t he elect ric circuit si mulation , f rom which can observe t he t ra nsient process i nfluence ba sed on t he change elect ric ci rcuit paramet er . A nd to t he st urdent s of automation , i t al so may i ncrease so me to appl y t he most wi despread P ID parameter hypot hesi s suit abl y about t he correla2 t ion application of t he indust ry cont rol domai n. Keywor ds :t he seco nd2order ci rcuit s ; t ransient proce ss ; circuit si mul ation ; P ID
一阶、二阶动态电路实验报告 - 3
《电路原理》实 验 报 告实验时间：2012/5/13一、实验名称 一阶、二阶动态电路 二、实验目的1．加深对RC 微分电路和积分电路过渡过程的理解。
2．研究R 、L 、C 电路的过渡过程。
三、实验原理1．用示波器研究微分电路和积分电路。
(1) 微分电路微分电路在脉冲技术中有广泛的应用。
在图3-1电路中，dtdu RCRi u csc ==(1)即输出电压sc u 与电容电压c u 对时间的导数成正比。
当电路的时间常数RC =τ很小, sc c u u >>时, 输入电压sr u 与电容电压c u 近似相等c sr u u ≈(2)将(2)代入(1)得dtdu RCu srsc ≈ (3)即: 当τ很小时, 输出电压sc u 近似与输入电压sr u 对时间的导数成正比, 所以称图3-1电路为“微分电路”。
图3-1图3-2(2) 积分电路将图3-1电路中的R 、C 位置对调, 就得到图3-2电路。
电路中⎰⎰⎰===dt u RC1dt R u C 1idt C 1u R R sc (4)即输出电压sc u 与电阻电压R u 对时间的积分成正比。
当电路的时间常数RC =τ很大、sc R u u >>时, 输入电压sr u 与电阻电压R u 近似相等,R sr u u ≈(5)将(5)代入(4)时 ⎰≈dt u RC1u sr sc (6)即: 当τ很大时, 输出电压sc u 近似与输入电压sr u 对时间的积分成正比, 所以称图3-2电路为“积分电路”。
2．R 、L 、C 电路的过渡过程。
(1)将图3-3电路接至直流电压, 当电路参数不同时,电路的过渡过程有不同的特点:图3-3 图3-4 当CLR 2>时, 过渡过程中的电压、电流具有非周期振荡的特点。
当CLR 2<时，过渡过程中的电压、电流具有“衰减振荡”的特点：此时衰减系数LCLR1,20==ωδ是在0=R 情况下的振荡角频率，习惯上称为无阻尼振荡电路的固有角频率，在0≠R 时，放电电路的固有振荡角频率22δωω-=将随LR2=δ增加而下降， 当电阻CL R 2=时，0ωδ=，022=-=δωω过程就变为非振荡性质了。
二阶电路的响应
e
-t cos(dt )k (t)
u(t) 响应是振幅指数衰减的振荡，称为欠阻尼振荡 情况。特征根的实部决定衰减的快慢；虚部决定振
荡的快慢。
实验仪器
数字示波器
1台
功率函数发生器
1台
可调电阻箱
1只
可调电容箱
1只
电感线圈
1只
交流毫伏表
1只
数字示波器
功率函数发生器
可调电阻箱
可调电容箱
L) C
时，S1，S2为两个相等的负
实根，
零输入响应
零状态响应
电容电压 电感电流 电感电压
uc (t) U0 (t 1)et uc (t) [1 (1 t)et ]k (t)
iL
(t)
U0 L
tet
uL (t) U0 (t 1)et
iL (t)
k L
2. 二阶网络参数于四种响应的关系。
相关知识点
二阶电路的零输入响应 二阶电路的零状态响应
注意事项
1. 用功率函数信号发生器DF1631的功率输出档输 出±8V的方波，取合适的方波频率，使衰减振 荡有足够的时间减小到零。
2. “共地”：示波器的“地”与信号源的“地” 应接在同一点。
实验标准报告
一、实验目的
渡过程不能完成时的波形。
实验报告要求
1. 画出过阻尼、临界阻尼、欠阻尼的电容电压和 电流波形。
2. 从欠阻尼振荡的波形，计算以下两个参数。
d 2 fd 2 / Td
1/ Td
ln
u1m u2m
实验现象
实验结果分析
1.
当 0, (R 2
L ) 时，响应为过阻尼响应。
二阶电路过渡过程
二阶电路过渡过程二阶电路是指由两个储能元件（电感和电容）和一个阻抗元件（电阻）组成的电路。
在电路中，储能元件存储着电能，而阻抗元件则控制着电路的电流和电压。
当电路发生变化时，比如电源的切换或者电路参数的调整，电路中的电流和电压会发生过渡过程，即从一个稳态到另一个稳态的过程。
二阶电路过渡过程是一个动态的过程，涉及到电流和电压的变化。
在过渡过程中，电路中的电感和电容会储存和释放电能，从而导致电流和电压的变化。
具体来说，当电路的输入信号发生变化时，储存在电感和电容中的电能会被释放或吸收，从而导致电流和电压的变化。
在二阶电路中，过渡过程的特点取决于电路的参数和初始条件。
电路的参数包括电感的大小、电容的大小和电阻的大小，而初始条件包括电流和电压的初始值。
这些参数和初始条件决定了电路的响应特性，即电流和电压的变化速度和幅度。
在过渡过程中，电路会逐渐趋向于一个新的稳态。
稳态是指电路中的电流和电压达到了一个恒定的数值，不再发生变化。
在过渡过程中，电路的响应特性会逐渐趋近于稳态的特性，即电流和电压的变化速度会逐渐减小，幅度会逐渐稳定下来。
为了描述电路的过渡过程，可以使用一些指标来衡量电路的响应特性。
常用的指标包括上升时间、下降时间和超调量。
上升时间是指电路从初始值到达稳态值所需要的时间，下降时间是指电路从稳态值返回到初始值所需要的时间，而超调量则是电路响应超过稳态值的幅度。
在二阶电路中，过渡过程的时间常常会受到电路的阻尼比的影响。
阻尼比是指电路中电阻元件对电感和电容元件的影响程度。
当阻尼比为零时，电路为无阻尼振荡；当阻尼比小于一时，电路为欠阻尼过程；当阻尼比等于一时，电路为临界阻尼过程；当阻尼比大于一时，电路为过阻尼过程。
不同的阻尼比会导致电路过渡过程的速度和幅度不同。
二阶电路的过渡过程是一个动态的过程，涉及到电流和电压的变化。
电路的响应特性在过渡过程中会逐渐趋近于稳态的特性，而过渡过程的特点取决于电路的参数和初始条件。
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一、实验目的 二、原理 三、实验仪器和器材 四、实验内容及步骤
一、实验目的
1. 2. 3.
观察RLC串联电路的过渡过程 了解二阶电路参数与过渡过程类型的关系 学习从波形中测量固有振荡周期和衰减系 数的方法
二、原理
1. 2.
二阶电路的过渡过程 欠阻尼振荡周期T和衰减系数δ的测量方法
欠阻尼 uc Us 1 o e t sin(t tg 1 )
R 2L
称为衰减系数（其中R为回路总电阻） 称为固有频率 实验测量方法
o
1 LC
1 I m1 In T I m2
三、实验仪器和器材
观测过渡过程曲线
调节电阻箱，使R在0-4kΩ间变化，用示波器观察 电容两端电压uc在欠阻尼（衰减振荡）、临界阻尼 和过阻尼情况下随时间t变化的波形，把3条曲线用 不同线型或不同颜色描绘在同一坐标系中。
测量临界电阻
用示波器将波形放大，从斜率变化最大处
的局部放大图上仔细观察R改变时波形的变 化，找到临界状态，记录此时的电阻值。
1. 2. 3.
4.
5. 6. 7. 8.
函数信号发生器 示波器 电容 电感 电位器 实验电路板 短接桥 导线
四、实验内容及步骤
1. 2. 3.
组成观测二阶电路过渡过程的实验电路 观测过渡过程曲线 测量临界电阻
组成观测二阶电路过渡过程的实验 电路
按图接线， C=0.01μF，L＝10mH，电阻元件用 电阻箱；方波激励信号取自函数信号发生器，频 率为1kHz，峰峰值为6V，占空比为50%。
二阶电路的过渡过程
由RLC元件串联得到的二阶电路，可以用线性二阶 常系数微分方程 :
d 2 uC du LC RC C u C Us dt dt 2
uc A1e s1t A2e s 2 t U S
1. 2.
过阻尼
临界阻尼
R2
L C
R2
L C L C
3.
欠阻尼
R2
欠阻尼振荡周期T和衰减系数δ的测量方法