二阶动态电路的响应测试

实验报告

实验摘要

1. 实验内容

1在面板板上搭接RLC串联电路；

2研究RLC串联电路的零状态响应和零输入响应。电路参数：R=51Ω和电位器R=1K、C=10uF、L=10mH、电源电压Vi=5V；

3用示波器观测Uc（t）、UL（t）的波形，记录两种响应的过阻尼、欠阻尼和临界阻尼情况。

2. 名词解释

二阶电路

在一个电路简化后（如电阻的串并联，电容的串并联，电感的串并联化为一个元件），只含有含有两个独立的动态元件的线性电路，因为要用线性、常系数二阶微分方程来描述，故称为二阶电路。

实验目的

1进一步了解二阶动态电路的特点、基本组态、性能参数；

2熟练掌握示波器的测量方法和操作步骤。

实验环境（仪器用品等）

实验地点：工训中心C栋203

实验时间：12月13日晚

实验仪器与元器件：数字万用表（UNI-T UT805A）、函数信号发生器（RIGOL DG1022U）、示波器（Tektronix DPO 2012B）、电位器、电容、电感、导线若干、镊子、面包板等

本次实验的原理电路图如下图所示：（来自Multisim 12）

二阶测试电路

实验原理

含用二阶微分方程描述的动态电路称为二阶电路。可以用下述二阶线性常系数微分方程来描述：

 式（1）

初始值为

 

 

 求解该微分方程，可以得到电容上的电压uc(t)。

再根据  可求得 ，即回路电流。

式（1）的特征方程为：

特征值为：  式（2）

定义：衰减系数（阻尼系数）α=R/2L

  自由振荡角频率（固有频率）   

※实验步骤※

1.   准备工作：检查示波器/函数信号发生器是否显示正常；选取电位器/电容/电感

1检查示波器的使用状况，先进行自检，观察波形是否符合要求，如有问题，检查探头或接口是否存在问题；

2选出电位器、值为10μF电容和值为10mH的电感；

3检查函数信号发生器是否工作正常：先设置参数(Vpp=5V f=500Hz 方波)，再用调节好的示波器测量，看是否符合要求。

2. 按照电路图在面包板上连接电路

1根据面包板竖向孔导通的特性，设计串并联电路；

2用镊子把所需的元器件插在面包板上。注意事项：①导线的连接注意美观，布线尽量成直角，避免相距太近导致的短路；②输入端和反馈端的信号应用导线引出，而不是将探头插入面包板孔中，以便与测量。

3. 测量临界阻尼/欠阻尼/过阻尼电路波形

1电路准确无误，将函数信号发生器的参数调节至合适位置，其中波形为方波，基准线与最小值重合；

2输入端接入之后，可用示波器的CH1测量输入端信号，CH2测量反馈端信号；

3测量一个波形时，读出波形的各种参数并记录，之后调整电位器的值，换另一参数的波形进行测量；

4用可移动磁盘记录波形，带回进行分析。

※数据记录与实验结果分析※

波形图记录

① 过阻尼状态

② 临界阻尼状态

③ 欠阻尼状态

实验数据：

数据测量结果：

其中欠阻尼状态下，第一波峰与第二波峰的峰值分别为：

V1=6.30V    V2=4.30V

时间间隔为：t=2.16×10^-4s

误差分析

本次实验误差的误差计算如下：

理论值

临界阻尼： ≈ 632Ω

阻尼系数： = 2292.1

测量值

临界阻尼：R=0.34452KΩ=344.52Ω

相对误差：45.49%

阻尼系数： = 1768.216

相对误差：22.86%

实验总结

通过这次实验，我对二阶动态电路有了更深入的了解，也得到了很多经验和教训。而在新的实验室中第一次使用新的仪器，显得有些不熟练，还需要继续提高水平。经验需要汲取，错误需要改正，希望在接下来的实验中我能在老师的指导下做的更好。

2013.12.16

第二篇：二阶方波输入动态电路测试实验报告

            实验 八 二阶动态电路测试实验报告

姓名：    学号：    班级：

一、  实验目的

1.          测定RCL一阶电路的零输入响应，零状态响应及完全响应。

2.          学习电路时间常数的测量方法。

3.          掌握有关微分电路和积分电路的概念。

4.          进一步学会用示波器测绘图形。

5.         研究RCL电路的方波响应

二、  实验内容

1. 研究RLC串联电路的零状态响应和零输入响应

2. 零输入响应

3. 电路参数：R=1K,C=0.1uf L=10mH  方波Vpp=5v

4. 用示波器观察Ut的波形，记录两种两种响应的欠阻尼和过阻尼，临界状态情况，测量阻尼系数。

三．数据分析

电路图如下：

1. 过阻尼波形图

2. 欠阻尼波形图

3. 临界情况

上面三张图中可以看出临界阻尼响应输出最先稳定，过阻尼响应输出稳定最慢。

数据记录：Um1=4.92v Um2=3.00v  则dUm=1.92v

R/2L=4000

dUm=1.92v

如上图就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：

衰减系数（阻尼系数）

自由振荡角频率（固有频率）

数据分析：

初始条件、电感及电容的值如图所示，t=0电路闭合。计算临界阻尼时的R值。并分别仿真R1=R/3、R和3R三种情况下电容上的电压，临界阻尼时 Ω

四．实验注意事项

1. 调节电子仪器各旋钮时，动作不要过猛。实验前，尚需熟读双踪示波器使用说明，特别是观察双踪时，要特别注意哪些开关、旋钮的操作与调节。

   2. 信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起（称共地），以防外界干扰而影响测量的准确性。

3. 示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时，应将

辉度调暗，以延长示波管的使用寿命。

分析误差原因：1，测量误差 2，电源内阻影响 3，可能电源的波动影响(如果不是所有参数同时测量的) 4，连接线路的电阻和结点的接触电阻及缩小误差猜想

可以利用示波器信号输入替代万用表触头灵敏度下降的问题

由于读数时万用表的数字晃动，导致取数不准，出粗估量是由于电源波动影响。

误差猜想 由于测电流时，不停断路，导致还原时未将触头很好接入，导致接触不良，电流时断时续，影响读数

解决方法：检查、分析电路的简单故障
电路常见的简单故障一般出现在连线或元件部分。连线部分的故障通常有连线接错，接触不良而造成的断路等；元件部分的故障通常有接错元件、元件值错，电源输出数值（电压或电流）错等。

实验心得体会：

深刻理解和掌握零输入响应、零状态响应和完全响应。在临界输入时，不需要考虑外加激励。而零状态响应则由外加激励决定。在线性系统中，全响应为零输入和零状态响应的和。

做电路实验时须得耐心加细心，很多次，因为自己的粗心导致实验数据出现误差，好在用心请教他人，有条不紊才是真理，一步一个脚印。