實驗八RC一階電路的響應(yīng)

1、實驗八 RC一階電路的響應(yīng)一、實驗?zāi)康?、研究RC電路在零輸入、階躍激勵和方波激勵情況下，響應(yīng)的基本規(guī)律和特點。2、學(xué)習(xí)用示波器觀察分析電路的響應(yīng)。二、原理及說明1、一階RC電路對階躍激勵的零狀態(tài)響應(yīng)就是直流電源經(jīng)電阻R向C充電。對于圖8-1所示的一階電路,當(dāng)t=0時開關(guān)K由位置2轉(zhuǎn)到位置1,由方程： 初始值： 可得出電容和電流隨時間變化的規(guī)律： 上述式子表明,零狀態(tài)響應(yīng)是輸入的線形函數(shù)。其中=RC，具有時間的量綱，稱為時間常數(shù)，它是反映電路過渡過程快慢程度的物理量。越大，暫態(tài)響應(yīng)所待續(xù)的時間越長。反之，越小，過渡過程的時間越短。圖8-12、電路在無激勵情況下，由儲能元件的初始狀態(tài)引起的響應(yīng)稱

2、為零輸入響應(yīng)。即電容器的初始電壓經(jīng)電阻R放電。在圖8-1中，讓開關(guān)K于位置1，使初始值UC（0-）=U0，再將開關(guān)K轉(zhuǎn)到位置2。電容器放電由方程： 可以得出電容器上的電壓和電流隨時間變化的規(guī)律： 3、對于RC電路的方波響應(yīng)，在電路的時間常數(shù)遠(yuǎn)小于方波周期時，可以視為零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng)的多次過程。方波的前沿相當(dāng)于給電路一個階躍輸入，其響應(yīng)就是零狀態(tài)響應(yīng)，方波的后沿相當(dāng)于在電容具有初始值UC（0-）時把電源用短路置換，電路響應(yīng)轉(zhuǎn)換成零輸入響應(yīng)。由于方波是周期信號，可以用普通示波器顯示出穩(wěn)定的圖形，以便于定量分析。本實驗采用的方波信號的頻率為1000Hz。三、儀器設(shè)備 PC機、Multisim1

3、0.0；四、實驗方法：1、 打開Multisim10軟件：開始程序National InstrumentsCircuit Design Suite 10.0 Multisim電源庫Place Source示波器、儀表Run基本元件庫：Place Basic圖8-22、繪制電路圖（1）、單擊工具欄的：Place Basic 按鈕彈出如下對話框：圖8-3 電阻圖8-4 電容圖8-5 單刀雙擲開關(guān)單擊工具欄的：Place Source 按鈕彈出如下對話框：圖8-6 12V 直流穩(wěn)壓電源圖8-7 方波信號源1、RC電路充電 按圖8-8接線。 首先將開關(guān)扳向0，使電容放電，電壓表顯示為0.0。 將開關(guān)置

4、于停止位上1，按清零按鈕使秒表置零。將開關(guān)扳向1位開始計時，當(dāng)電壓表指示的電容電壓UC達(dá)到表8-1中所規(guī)定的某一數(shù)值時，記下秒表時間填在表8-1中，圖8-8 注意：開關(guān)斷開的時間盡量要短，否則電容放電造成電容兩端的電壓下降。表8-1 RC電路充電UC（V）3456789充電時間t1（s）4.3205.8687.89610.02712.88715.96719.7292、RC電路放電將電容充電至10V電壓，將開關(guān)K置于0點，方法同上。數(shù)據(jù)記在表8-2中。表8-2 RC電路放電UC（V）9876543放電時間t1（s）7.5589.21410.93813.38715.78318.89223.1443

5、、用示波器觀察RC電路的方波響應(yīng)調(diào)整信號發(fā)生器，使之產(chǎn)生1KHz、VP-P=2V的方波。 按圖8-9接線。按下面4種情況選取不同的R、C值。C=1000PF R=10K C=1000PF R=100KC=0.01F R=1K C=0.01F R=100K用示波器觀察UC（t）波形的變化情況，并將其描繪下來。示波器參數(shù)設(shè)置 圖8-9 電路圖五、報告要求1、描繪出電容充電及放電過程。2、把用示波器觀察到的各種波形畫出，并做出必要的說明。實驗九 二階電路的響應(yīng)一、實驗?zāi)康?、觀測二階電路零狀態(tài)響應(yīng)的基本規(guī)律和特點。2、分析電路參數(shù)對電路響應(yīng)的影響。3、觀察零狀態(tài)響應(yīng)的狀態(tài)軌跡，學(xué)習(xí)判斷電路動態(tài)過程的

6、性質(zhì)。二、實驗原理與說明1、含有兩個獨立儲能元件,能用二階微分方程描述的電路稱為二階電路，當(dāng)電路中具有一個電感和一個電容時，就組成了簡單的二階電路。如圖9-1所示。根據(jù)基爾霍夫定律，電路中電壓、電流，可用二階微分方程表達(dá) 圖9-1 圖9-2為便于分析并解答，現(xiàn)以電容C對R、L放電為例，具體分析圖9-2所示電路，其對應(yīng)的二階微分方程為： 設(shè)初始值為：，上式微分方程的解為： 式中A，B是由初始條件決定的常數(shù)，P1，P2是微分方程的根，且有： 令： （稱衰減系數(shù)） （稱固有振蕩角頻率） （d稱振蕩角頻率）則： 顯然，電路的響應(yīng)與電路參數(shù)有關(guān)，當(dāng)電路參數(shù)為不同值時，電路的響應(yīng)可能出現(xiàn)以下情況：當(dāng)時，稱

7、為非振蕩（過阻尼）放電過程。其響應(yīng)為 當(dāng)時，稱為臨界（臨界阻尼）狀態(tài)，其響應(yīng)為 當(dāng)時，稱為衰減振蕩（欠阻尼）放電過程。其響應(yīng)為 當(dāng)R=0時，稱為等幅振蕩（無阻尼）過程。其響應(yīng)為 當(dāng)R0時，為發(fā)散振蕩（負(fù)阻尼）過程。 在一般線性電路中，總是存在電阻R=0和R0的電路響應(yīng)，可用接入負(fù)電阻的方法實現(xiàn)。2、震蕩頻率d與衰減系數(shù)的實驗測量方法：當(dāng)電路出現(xiàn)衰減振蕩時，其響應(yīng)為：將uc(t) (或i(t)送入示波器，顯示出電壓（或電流）波形，如圖93所示。 圖9-3 圖9-43、動態(tài)電路的狀態(tài)軌跡按圖9-4接線，US（t）階躍信號如圖所示。將uC（t）信號接示波器，便可觀察到電路的狀態(tài)軌跡，如圖9-5所示。（a）欠阻尼（b）臨界阻尼（c）過阻尼圖9-5三、儀器設(shè)備1、PC機、Multisim10.0； 四、實驗內(nèi)容電路如圖： 圖9-6 1、觀察R、L、C串聯(lián)電路響應(yīng)，調(diào)節(jié)電阻R值，記錄不同參數(shù)時，電路響應(yīng)波形。實驗電路可參照圖9-6所示電路連接，R為10K電位計，C選1000pF電容，L為2.5mH。（方波幅值選1V至2V，頻率選1至3KHz）。2、調(diào)整R值，將uC（t）接示波器，觀察uC（t）軌跡并記錄波形。 欠阻尼：R=500 L=