RC一階電路的響應

1、實驗八RC 一階電路的響應一、實驗目的1、研究RC電路在零輸入、階躍激勵和方波激勵情況下，響應的基本規(guī)律和 特點。2、學習用示波器觀察分析電路的響應。、原理及說明1、一階RC電路對階躍激勵的零狀態(tài)響應就是直流電源經(jīng)電阻R向C充電對于圖8-1所示的一階電路，當t=0時開關K由位置2轉到位置1,由方程：URCduC =Ust _0dt初始值：Uc 0_ =0可得出電容和電流隨時間變化的規(guī)律：f t、Uc(t 尸Us 1-e t 之0U oi t Set -0R上述式子表明，零狀態(tài)響應是輸入的線形函數(shù)。其中 r=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

2、應所待續(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)引起的響應稱為零輸入響應。 即電容器的初始電壓經(jīng)電阻 R放電。在圖8-1中，讓開關K于位置1,使初始值 Uc (0-) =Uo,再將開關K轉到位置2。電容器放電由方程:Uc RC-duC =0dtt _0可以得出電容器上的電壓和電流隨時間變化的規(guī)律：tuc t = Uc 0_ et _ 0tUC t =t .0Uc 0 e-R3、對于RC電路的方波響應，在電路的時間常數(shù)遠小于方波周期時，可以視 為零狀態(tài)響應和零輸入響應的多次過程。方波的前沿相當于給電路一個階躍輸 入，其響應就是零狀態(tài)響應，方

3、波的后沿相當于在電容具有初始值Uc (0-)時把電源用短路置換，電路響應轉換成零輸入響應。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、儀器設備Pc機、Multisim10.0 ;四、實驗方法：1、打開 Multisim10 軟件： Multisim開始一 程序National Instruments circuit Design Suite 10.0Run基本元件庫Place Basic電源庫Place Source示波器、儀表I回區(qū)IHef-ch? ysfca:y | ProrttVtew | 研（:皿口|開始 .0申

4、麻曲掖hjlt周. 奮口即H 7sL,11*J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:看: Select a CanponcntDatabase:Master Databarse|30kGGroup;22k| 2 BASIC22.1k22.5kFamily：22.6k；SWITCH23.2k3g TRAN5F0HMER23.7Kf N0N_LlNEAR_TRAfJ5F.24k強 RELAY24.3k24.*. CONNECTORS5B SOCKETS有顯 SCH_CAP_SME26.1kPFST=.TQR26,7114- CAPACITOR27ki

5、roucrcfi27.2k* CAPLECTROtlT27.他ZSk# VARIA6LE_CAPACJTCfi VARIABLEJNDUCTOR 729.4kW rhfTLEFTTJlJILTrhI 3QLLWIl_JE1miiComponentE. 1031Symtwl （ANSfl鄴oseSearch.Qet城 Report | Model. Sawe Clique component on plarementConnponent type:Halp| Toterancef%）：1TModel mawf./ID:Hyperlnk:圖8-4 電容套 Select a CoponentIZ叵D

6、atabase:Component:Symbol (AN5I)w BaskFamily;EJ-RATED_VIRTUAL 0RPACK5CH_CAP,SYM5RESISTORCAPACITOR裝姜日HSWITCHTRANSFORMERMON_LINEAR_TRANSF.RELAYCONNECTORS- INDUCTORT卜匚 AP-ELE匚TRQUTIl I A n T A Fbl I- L K0K LTTCFt Y三DIPSW4DIP5W5DIP5W6DIP5W7 dipsws DIP5W9D5WPK_10D5WPK_2DSWPQ3 05WKJMWPK_5D5WPK_6D5WPK_7DSWP

7、KJ3D5WPK_9PB_DP5TSBREAKASPDT5PSTTf L 1 14VFlint Hon:5PDT SwitchGeneric/ILLUMINATED PBGeneric5PDTModel manuF./ID;Components： 26Searching：Footprint onanuf/Type；Hyperlink：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。首先將開關扳向0,使電容放電，電壓表顯示為 0.0。將開關置于停止位上1,按清零按鈕使秒表置零。將開關扳向1位開始計時，當電壓

8、表指示的電容電壓Uc達到表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，Cireui tl ： Simulating.圖8-8注意：開關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8-1RC電路充電Uc (V)3456789充電時間t1 (s)4.3205.8687.896P 10.02712.88715.96719.7292、RC電路放電將電容充電至10V電壓，將開關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)7.5589.21410.93813.38715.78318.892；23.1443、用示

9、波器觀察RC電路的方波響應調整信號發(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=1000PFR=10KQ C=1000PF R=100KQC=0.01pFR=1K QC=0.01pF R=100KQ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一、實驗目的1、觀測二階電路零狀態(tài)響應的基本規(guī)律和特點。2、分析電路參數(shù)對電路響應的影響。3、觀察零狀態(tài)響應的狀態(tài)軌跡，學習判斷電路動態(tài)過程的性

10、質。.、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d uCduCLC C + RC C + Uc = Usdt dt TOC o 1-5 h z 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，其對應的二階微分方程為：d2ucduc LC+ RC+ uc = 0dtdt設初始值為:Uc （0 + ） = Uc（0_）=U0,I（0+）= I （0_） = 0 ,上式微分方程的解為

11、:uc(t) = Aep1t+Bep2t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:2L . 2L LC人 R令： 一二；:2L（稱衰減系數(shù)）則:R、21= oLC（稱固有振蕩角頻率）1/R22()=dLC 2L（3d稱振蕩角頻率）Pi - -二一 . j d顯然，電路的響應與電路參數(shù)有關，當電路參數(shù)為不同值時, 可能出現(xiàn)以下情況：電路的響應當R2jL時，稱為非振蕩（過阻尼）放電過程。具響應為UoUc(t)B - Pi/ PtP2t、(P2e - Pe )i二-Cduc cUodtL(P2 P)2 eP2當R=2j時，稱為臨界（臨界阻尼）狀態(tài)，其響應為Uc(t) =U

12、o(1+ot)eWi(t) = -CdUcUodt Lte當R2j；L時，稱為衰減振蕩（欠阻尼）放電過程。具響應為Uc(t) = Uoe-asin(d + P)ddUc U o 1i(t) - -Ce sin dtdt oL當R=0時，稱為等幅振蕩（無阻尼）過程。其響應為冗Uc(t) =Uo sin( ot)2UooLs i nJ t 二 )當Ro時，為發(fā)散振蕩（負阻尼）過程。在一般線性電路中，總是存在電阻R=o和Ro的電路響應，可用接入負電阻的 方法實現(xiàn)。2、震蕩頻率CDd與衰減系數(shù)6的實驗測量方法:當電路出現(xiàn)衰減振蕩時，其響應為:i (t) = Ae-0 sindtUc（t） = Aie-a sin（dt + P）9 3所小。將uc(或i(t)送入示波器，顯示出電壓(或電流)波形，如圖u(t)* *A圖9-4圖9-33、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。Uc(t)(a)欠阻尼Uc(t)(b)臨界阻尼Uc(t)(c)過阻尼圖9-5三、儀器設備1、PC 機、Multisim10.0 ;四、實驗內容電路如圖:圖9-61、觀察R、L、C串聯(lián)電路響應，調節(jié)電阻 R值，記錄不同參數(shù)時，電路響應波形。實驗電路可參照圖9-6所示電路連接，R為10K電位計，C選1000