实验一 典型环节的电路模拟与数字仿真实验

典型环节的电路模拟实验报告一、实验目的。

本实验旨在通过电路模拟实验，加深对典型电路环节的理解，掌握电路分析和模拟技术，提高实际应用能力。

二、实验仪器与设备。

1. 信号发生器。

2. 示波器。

3. 电压表。

4. 电流表。

5. 电阻箱。

6. 电感。

7. 电容。

8. 多用电表。

9. 直流稳压电源。

10. 模拟电路实验箱。

三、实验内容。

1. 一阶电路的模拟实验。

首先，我们搭建了一个简单的一阶电路，包括一个电阻和一个电容。

通过改变输入信号的频率，我们观察到电压和相位随频率的变化规律，验证了一阶电路的频率响应特性。

2. 二阶电路的模拟实验。

接着，我们搭建了一个二阶电路，包括一个电阻、一个电感和一个电容。

通过改变输入信号的频率和幅值，我们观察到了电路的频率响应和幅频特性，并绘制了幅频特性曲线和相频特性曲线。

3. 交流电桥路的模拟实验。

最后，我们进行了交流电桥路的模拟实验，通过调节电阻箱和电容箱的数值，平衡电桥，测得了未知电阻和未知电容的数值。

四、实验结果与分析。

通过本次实验，我们深入了解了一阶电路、二阶电路和交流电桥路的特性，掌握了电路分析和模拟技术，提高了实际应用能力。

我们通过实验数据的分析，验证了理论知识，加深了对电路特性的认识，为今后的电路设计和分析打下了坚实的基础。

五、实验总结。

本次实验使我们更加熟悉了典型电路环节的特性和分析方法，提高了我们的动手能力和实际操作技能。

通过实验，我们不仅加深了对电路理论知识的理解，而且提高了实际应用能力，对今后的学习和科研工作都具有重要意义。

六、实验心得。

通过本次实验，我们深刻体会到了实验与理论相结合的重要性，只有通过实际操作，我们才能更好地理解和掌握理论知识。

同时，实验中我们也遇到了一些问题，但通过团队合作和老师的指导，我们顺利地完成了实验，并取得了令人满意的结果。

七、参考文献。

1. 《电路分析》，XXX，XXX出版社，XXXX年。

2. 《电路模拟与实验》，XXX，XXX出版社，XXXX年。

实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真一、实验目的1.熟悉THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱及上位机软件的使用；2.熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；3.测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。

二、实验设备1.THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱；2.PC 机一台(含上位机软件)、USB 数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB 接口线；3.双踪慢扫描示波器一台(可选)； 三、实验内容1.设计并组建各典型环节的模拟电路；2.测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响；3.在上位机仿真界面上，填入各典型环节数学模型的实际参数，据此完成它们对阶跃响应的软件仿真，并与模拟电路测试的结果相比较。

四、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。

熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析是十分有益的。

本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图 如图1-1所示。

图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。

1.比例（P ）环节 图1-1比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。

它的传递函数与方框图分别为：K S U S U S G i O ==)()()(当U i (S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K 时的响应曲线如图1-2所示。

图1-22.积分（I ）环节积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。

它的传递函数与方框图分别为：TsS U S U s G i O 1)()()(==设U i (S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T 时的响应曲线如图1-3所示。

图1-33.比例积分(PI)环节比例积分环节的传递函数与方框图分别为：)11(11)()()(21211212CSR R R CS R R R CS R CS R S U S U s G i O +=+=+==其中T=R 2C ，K=R 2/R 1设U i (S)为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数(K)为1、积分系数为T 时的PI 输出响应曲线。

南昌大学实验报告学生姓名：梁志甲学号：6101113153 专业班级：电气134实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：一、实验项目名称：典型环节的模拟研究二、实验要求1．了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式2．观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响三、主要仪器设备及耗材1．计算机一台（Windows XP操作系统）2．AEDK-labACT自动控制理论教学实验系统一套3．LabACT6_08软件一套四、实验内容和步骤1)．观察比例环节的阶跃响应曲线典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。

图3-1-1 典型比例环节模拟电路实验步骤：注：‘S ST’不能用“短路套”短接！（1）用信号发生器（B1）的‘阶跃信号输出’和‘幅度控制电位器’构造输入信号（Ui）：B1单元中电位器的左边K3开关拨下（GND），右边K4开关拨下（0/+5V阶跃）。

阶跃信号输出（B1的Y测孔）调整为4V（调节方法：按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮，L9灯亮，调节电位器，用万用表测量Y测孔）。

（2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线，表如下。

（a）安置短路套（b）测孔联线（3）运行、观察、记录：（注：CH1选‘×1’档。

时间量程选‘×1’档）①打开虚拟示波器的界面，点击开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+4V阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo ）的实际响应曲线Uo （t ）。

② 改变比例系数（改变运算模拟单元A1的反馈电阻R 1），重新观测结果，填入实验报告。

2)．观察惯性环节的阶跃响应曲线典型惯性环节模拟电路如图3-1-4所示。

图3-1-4 典型惯性环节模拟电路实验步骤： 注：‘S ST’不能用“短路套”短接！（1）用信号发生器（B1）的‘阶跃信号输出’ 和‘幅度控制电位器’构造输入信号（Ui ）： B1单元中电位器的左边K3开关拨下（GND ），右边K4开关拨下（0/+5V 阶跃）。

自动控制原理实验报告院（系）：能源与环境学院专业：热能与动力工程姓名：周宇盛学号： 03010130 同组人员：王琪耀马晓飞实验时间： 2012 年 10 月 23 日实验名称：典型环节的电路模拟一、实验目的1. 熟悉THBDC-1型信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台及上位机软件的使用；2. 熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；3. 测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。

二、实验设备1. THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台；2. PC机一台(含上位机软件)、数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、采接卡接口线；三、实验内容1. 设计并组建各典型环节的模拟电路；2. 测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响；一、各典型环节电路图1. 比例（P ）环节根据比例环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。

图中后一个单元为反相器，其中R 0=200K 。

若比例系数K=1时，电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=100K 。

若比例系数K=2时，电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=200K 。

2. 积分（I ）环节根据积分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。

图中后一个单元为反相器，其中R 0=200K 。

若积分时间常数T=1S 时，电路中的参数取：R=100K ，C=10uF(T=RC=100K ×10uF=1)； 若积分时间常数T=时，电路中的参数取：R=100K ，C=1uF(T=RC=100K ×1uF=；3. 比例积分(PI)环节根据比例积分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。

图中后一个单元为反相器，其中R 0=200K 。

若取比例系数K=1、积分时间常数T=1S 时，电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=100K ，C=10uF(K= R 2/ R 1=1,T=R 1C=100K ×10uF=1)；若取比例系数K=1、积分时间常数T=时，电路中的参数取：R 1=100K ，R 2=100K ，C=1uF(K= R 2/ R 1=1,T=R 1C=100K ×1uF=。

东南大学能源与环境学院实验报告课程名称：自动控制原理实验名称：典型环节的电路模拟院（系）：能源与环境学院专业：热能与动力工程姓名：李鹏学号：03009414实验室：自动控制实验室实验组别：同组人员：陈兴实验时间：2011年10 月14日评定成绩：审阅教师：目录一．实验目的 (3)二．实验设备 (3)三．实验内容 (3)四．实验曲线 (3)五．实验原理 (5)六．实验结论 (7)七．实验思考题 (7)典型环节的电路模拟（实验报告）姓名:李鹏学号:03009414 班级:030094实验指导老师：__________________ 成绩：____________________一、实验目的1. 熟悉THBDC-1型信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台及上位机软件的使用；2. 熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；3. 测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。

二、实验设备1. THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台；2. PC机一台(含上位机软件)、数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、采接卡接口线三、实验内容1. 设计并组建各典型环节的模拟电路；2. 测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响；四、实验数据或曲线图1 实验曲线对应参数如下：1.1 1.22.1 2.23.1 3.24.1 4.25.1 5.2五、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。

熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析是十分有益的。

本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图如图1-1所示。

图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。

1. 比例（P ）环节 图1-1比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。

它的传递函数与方框图分别为：K S U S U S G i O ==)()()(当U i (S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K 时的响应曲线如图1-2所示。

实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真一、实验目的1.熟悉THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱及上位机软件的使用；2.熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；3.测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。

二、实验设备1.THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱；2.PC 机一台(含上位机软件)、USB 数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB 接口线；3.双踪慢扫描示波器一台(可选)； 三、实验内容1.设计并组建各典型环节的模拟电路；2.测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响；3.在上位机仿真界面上，填入各典型环节数学模型的实际参数，据此完成它们对阶跃响应的软件仿真，并与模拟电路测试的结果相比较。

四、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。

熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析是十分有益的。

本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图 如图1-1所示。

图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。

1.比例（P ）环节 图1-1比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。

它的传递函数与方框图分别为：K S U S U S G i O ==)()()(当U i (S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K 时的响应曲线如图1-2所示。

图1-22.积分（I ）环节积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。

它的传递函数与方框图分别为：TsS U S U s G i O 1)()()(==设U i (S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T 时的响应曲线如图1-3所示。

图1-33.比例积分(PI)环节比例积分环节的传递函数与方框图分别为：)11(11)()()(21211212CSR R R CS R R R CS R CS R S U S U s G i O +=+=+==其中T=R 2C ，K=R 2/R 1设U i (S)为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数(K)为1、积分系数为T 时的PI 输出响应曲线。

典型环节的电路模拟与软件仿真研究在电子电路设计中，电路模拟和软件仿真是至关重要的环节。

通过电路模拟和软件仿真，我们可以有效地预测电路的性能和行为，从而提前发现并解决潜在问题，确保电路设计的稳定性和可靠性。

本文将从定义、方法、工具、应用等方面对典型环节的电路模拟和软件仿真进行全面研究和说明。

一、定义和方法电路模拟是指通过计算机软件模拟电路中电信号的传递和变化过程，以达到预测电路性能并进一步优化电路设计的目的。

常见的电路模拟方法有蒙特卡罗模拟法、数字仿真法等。

软件仿真是指使用计算机软件对电路进行仿真，以模拟电路的行为、响应和参数等信息。

常见的软件仿真软件有PSpice、Multisim和LTspice等。

二、工具介绍1、PSpicePSpice是一款电路仿真软件，由Cadence公司开发。

它可以模拟模拟和数字电路，且操作简单，使用广泛。

PSpice提供丰富的电路组件、仿真模型和矢量图像等，可以满足大部分的仿真需求。

2、MultisimMultisim是美国NI公司开发的电路仿真软件，具有图形化界面和多样的仿真功能。

Multisim 能够模拟模拟和数字电路，并包括了数据采集和设计验证等附加功能，确保了高效且精确的仿真和分析。

3、LTspiceLTspice是一种用于模拟和构建电路图的自由软件，由Linear Technology公司开发。

它可以对模拟电路进行精确的SPICE仿真，并提供方便的电流波形捕获和频谱分析工具。

三、应用电路模拟和软件仿真广泛应用于电子电路设计的各个环节，如模拟和数字电路的设计、电源电路的设计、信号放大器的设计等。

1、模拟电路的设计在模拟电路的设计中，电路模拟和软件仿真是必不可少的工具。

首先，我们可以通过仿真软件对模拟电路的直流参数进行模拟分析和计算，如电流、电压、功率等。

同时，通过软件仿真，我们可以预测电路的动态性能特征，如相位响应、时间响应等。

2、电源电路的设计在电源电路的设计中，电路模拟和软件仿真也是必不可少的工具。

典型环节的电路模拟与软件仿真研究实验结论本研究实验以典型环节的电路模拟与软件仿真为研究对象，通过理论推导与实验验证的方式，得出以下结论：
1.钳位电路是一种常用的电路保护装置，可以在控制电压范围内保护电路不被过压或过流损坏。

2.比例积分控制器在控制系统中具有广泛应用，能够实现稳态误差为零的控制效果，并能够对系统的超调量和响应速度进行调节。

3.串联型PID控制器在控制系统中也有着重要的应用，其控制效果优于传统的比例积分控制器，能够更加精确地控制系统的稳态误差和动态响应性能。

4.在软件仿真实验中，利用MATLAB/Simulink软件可以方便快捷地进行电路模拟和控制系统仿真，有效提高了研究效率和准确性。

综上所述，本研究实验对典型环节的电路模拟和控制系统仿真进行了深入研究，得到了有价值的结论，为相关领域的研究提供了参考和借鉴。

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实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真一、实验目的1.熟悉THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱及上位机软件的使用；2.熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；3.测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。

二、实验设备型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱；机一台(含上位机软件)、USB 数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB 接口线；3.双踪慢扫描示波器一台(可选)； 三、实验内容1.设计并组建各典型环节的模拟电路；2.测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响；3.在上位机仿真界面上，填入各典型环节数学模型的实际参数，据此完成它们对阶跃响应的软件仿真，并与模拟电路测试的结果相比较。

四、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。

熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析是十分有益的。

本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图 如图1-1所示。

图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。

1.比例（P ）环节 图1-1比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。

它的传递函数与方框图分别为：K S U S U S G i O ==)()()(当U i (S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K 时的响应曲线如图1-2所示。

图1-22.积分（I ）环节积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。

它的传递函数与方框图分别为：TsS U S U s G i O 1)()()(==设U i (S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T 时的响应曲线如图1-3所示。

图1-33.比例积分(PI)环节比例积分环节的传递函数与方框图分别为：)11(11)()()(21211212CSR R R CS R R R CS R CS R S U S U s G i O +=+=+==其中T=R 2C ，K=R 2/R 1设U i (S)为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数(K)为1、积分系数为T 时的PI 输出响应曲线。

典型环节的电路模拟实验报告一、实验目的。

本实验旨在通过电路模拟实验，加深对典型环节电路的理解，掌握电路模拟实验的基本方法和技巧，提高实验操作能力和实验数据处理能力。

二、实验仪器与设备。

1. 电源，直流稳压电源。

2. 示波器，数字示波器。

3. 信号发生器，正弦波信号发生器。

4. 万用表，数字万用表。

5. 电阻箱，标准电阻箱。

6. 电容箱，标准电容箱。

7. 电感箱，标准电感箱。

8. 电路板，实验用电路板。

9. 直流电桥，数字直流电桥。

三、实验内容。

1. 一阶低通滤波器。

搭建一阶低通滤波器电路，利用示波器观察输入输出信号波形，测量幅频特性曲线。

2. 二阶低通滤波器。

搭建二阶低通滤波器电路，观察输入输出信号波形，测量幅频特性曲线。

3. 非线性电路。

搭建非线性电路，观察输入输出信号波形，研究非线性电路的特性。

四、实验步骤与方法。

1. 按照实验要求，搭建电路并连接好各种仪器设备。

2. 调节电源输出电压和信号频率，使其符合实验要求。

3. 利用示波器观察输入输出信号波形，记录数据。

4. 利用万用表测量电路中各元件的电压、电流值。

5. 对实验数据进行处理和分析，绘制幅频特性曲线和特性曲线。

五、实验结果与分析。

1. 一阶低通滤波器实验结果显示，随着频率的增加，输出信号的幅值逐渐减小，符合一阶低通滤波器的特性。

2. 二阶低通滤波器实验结果显示，在一定频率范围内，输出信号的幅值随频率的增加而减小，超过一定频率后，输出信号幅值急剧下降，呈现出二阶低通滤波器的特性。

3. 非线性电路实验结果显示，输入信号的幅值较小时，输出信号基本与输入信号一致；当输入信号幅值较大时，输出信号出现明显的失真现象，符合非线性电路的特性。

六、实验总结。

通过本次实验，我对典型环节电路的特性有了更深入的了解，掌握了电路模拟实验的基本方法和技巧，提高了实验操作能力和实验数据处理能力。

同时，也加深了对电路原理的理解，为今后的学习打下了坚实的基础。

七、存在的问题与改进意见。