一階電路的階躍響應(yīng)演示文稿

一階電路的階躍響應(yīng)演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)（優(yōu)選）一階電路的階躍響應(yīng).當(dāng)前第2頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)一階RC電路的階躍響應(yīng)當(dāng)前第3頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)1學(xué)習(xí)用示波器和信號(hào)發(fā)生器研究一階電路暫態(tài)響應(yīng)的方法。2學(xué)習(xí)從不同的RC一階電路響應(yīng)波形上讀取時(shí)間常數(shù)τ。3正確區(qū)分響應(yīng)波形中的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康漠?dāng)前第4頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)課本P204-206一階RC電路的階躍響應(yīng)1.復(fù)習(xí)一階RC電路階躍響應(yīng)的基本概念；

2.根據(jù)圖2-7-1給定的電路參數(shù)(電容分別為0.047μF和1μF)，分別計(jì)算電路時(shí)間常數(shù)τ。并敘述本次實(shí)驗(yàn)中時(shí)間常數(shù)τ

對(duì)響應(yīng)波形的影響；

3.復(fù)習(xí)信號(hào)發(fā)生器和示波器的基本使用方法；

4.列出運(yùn)用雙蹤數(shù)字示波器用“光標(biāo)測(cè)量”中“手動(dòng)模式”或“追蹤模式”測(cè)量電信號(hào)任意兩點(diǎn)間時(shí)間間隔的操作步驟及注意事項(xiàng)；

5.采用Multisim仿真軟件仿真,得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的理論值6.根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)寫出預(yù)習(xí)報(bào)告。

預(yù)習(xí)要求τ=RC=26.32μsτ=560μs當(dāng)前第5頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)實(shí)驗(yàn)儀器雙蹤示波器函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電工電子綜合實(shí)驗(yàn)箱一階RC電路的階躍響應(yīng)當(dāng)前第6頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)測(cè)量時(shí)保持示波器兩個(gè)通道共地。根據(jù)需要正確設(shè)置觸發(fā)、通道耦合方式實(shí)驗(yàn)儀器示波器光標(biāo)測(cè)量模式（cursor）當(dāng)前第7頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)注意要產(chǎn)生的信號(hào)波形!

實(shí)驗(yàn)儀器函數(shù)信號(hào)發(fā)生器直流偏置的添加當(dāng)前第8頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)DGDZ-2型電工電子綜合實(shí)驗(yàn)箱當(dāng)前第9頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)前第10頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)實(shí)驗(yàn)原理（教材P55-57）一階RC電路的階躍響應(yīng)當(dāng)前第11頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)階躍信號(hào)和階躍響應(yīng)階躍信號(hào)：0t(t)1階躍響應(yīng)：

零狀態(tài)時(shí)電路在階躍信號(hào)激勵(lì)下的響應(yīng)。求解階躍響應(yīng)（零狀態(tài)）可用三要素法當(dāng)前第12頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)實(shí)驗(yàn)原理為了能用示波器觀察階躍信號(hào)作用于一階電路的過渡過程，就要求電路周期性的重復(fù)過渡過程。為此，采用給RC電路加周期方波信號(hào)激勵(lì)的方法實(shí)現(xiàn)。一般認(rèn)為過渡過程在4τ～5τ時(shí)間內(nèi)結(jié)束。因此方波周期T應(yīng)大于10倍的電路時(shí)間常數(shù)τ，即T≥10τ

。

0T/2

T3T/22TtUS返回目錄uS(t)圖1方波信號(hào)T≥10τ當(dāng)前第13頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)電路圖1、如上圖電路，

，當(dāng)脈沖寬度T1=T/2≥5τ

時(shí)，電容上的電壓響應(yīng)為：式（1）當(dāng)前第14頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)實(shí)驗(yàn)原理電阻上的電壓響應(yīng)為：由以上公式可得到以下結(jié)論：當(dāng)t=τ時(shí)，Vc=（1-e-1）Vs=0.633Vs；當(dāng)t=T1+τ時(shí)，Vc=e-1Vs=0.367Vs；當(dāng)t=τ時(shí)，VR1=0.367Vs×R1/(R0+R1)。

τ=RC=(50+510)Ω×0.047×10-6=26.3μs式（2）當(dāng)前第15頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)一階RC電路的階躍響應(yīng)tttVsτVC電容充電經(jīng)過一個(gè)τ的時(shí)間，電容上所充的電壓為電源電壓的63.3%

。電容放電經(jīng)過一個(gè)τ的時(shí)間，電容上所剩電壓為最大電壓的36.7%

。在電容分別充電和放電時(shí)，經(jīng)過一個(gè)τ的時(shí)間，電阻上的電壓為其自身最大峰值電壓的36.7%

。VSVRVsT10.633VsT0.367Vst當(dāng)前第16頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)一階RC電路的階躍響應(yīng)tttVsτVC

T/2≥5τ時(shí)，在示波器顯示的波形圖上讀出一階RC電路的時(shí)間常數(shù)τ值：取電壓波形從0到縱向最大高度的63.3%(充電時(shí))或36.7%(放電時(shí))在橫軸(時(shí)間軸)上的投影，該段投影長(zhǎng)度即為時(shí)間常數(shù)τ值。VSVRVsT10.633VsT0.367Vst思考：RL電路的時(shí)間常數(shù)如何側(cè)量當(dāng)前第17頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)1）示波器CH1、CH2均置直流耦合。2）信號(hào)發(fā)生器輸出送示波器CH1，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，輸出f=1.25kHz，周期T=800μs，脈寬T1=400μs，電壓峰峰值Vs=2V的方波信號(hào)。設(shè)置“直流偏移”使方波信號(hào)幅度在0V到2V之間(無(wú)負(fù)脈沖)。3)連接電路，用示波器CH2觀察電容充放電波形。計(jì)算、讀測(cè)、記錄波形和τ值（光標(biāo)-手動(dòng)或光標(biāo)-追蹤）。4)觀察電阻R1上的波形。計(jì)算、讀測(cè)、記錄波形和τ值（光標(biāo)-手動(dòng)或光標(biāo)-追蹤）。要求觀察電容和電阻上的電壓波形，畫出波形圖。作圖時(shí)應(yīng)注意：A.各波形與輸入方波信號(hào)在時(shí)間上的對(duì)應(yīng)關(guān)系。B.各波形相對(duì)于橫坐標(biāo)的位置。提示：測(cè)量時(shí)要把電壓靈敏度調(diào)高，時(shí)間軸刻度/格減小些，即使波形顯示盡量大，以增加測(cè)量的精度。

實(shí)驗(yàn)步驟當(dāng)前第18頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)電路接線圖加直流偏置直流耦合測(cè)Vc電壓的電路圖當(dāng)前第19頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)一階RC電路的階躍響應(yīng)

實(shí)驗(yàn)電路接線圖加直流偏置直流耦合測(cè)Vc電壓的電路圖當(dāng)前第20頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)電路接線圖測(cè)VR電壓的電路圖1.將測(cè)Vc的電路中C，R位置對(duì)調(diào)2.用測(cè)Vc的電路，調(diào)整數(shù)字示波器Math,設(shè)置Math波形為信號(hào)發(fā)生器-電容電壓注意：示波器math功能僅為波形計(jì)算，非電壓值計(jì)算，所以為了獲得電壓值的計(jì)算，應(yīng)將兩通道信號(hào)的電壓靈敏度設(shè)為相同值當(dāng)前第21頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)一階RC電路的階躍響應(yīng)

實(shí)驗(yàn)電路接線圖加直流偏置直流耦合測(cè)VR電壓的電路圖當(dāng)前第22頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)數(shù)學(xué)運(yùn)算數(shù)學(xué)運(yùn)算（MATH）功能實(shí)現(xiàn)操作類型包括：A＋BA－BA×BA÷BFFT兩通道可選MATH幅度運(yùn)算波形的幅度可以通過垂直

SCALE旋鈕調(diào)整。幅度以百分比的形式顯示，如上圖左下角的狀態(tài)顯示。幅度的范圍從0.1％至1000％以1－2－5的方式步進(jìn)，即0.1％、0.2％、0.5％……1000%。點(diǎn)擊！math只是對(duì)兩顯示波形的操作，而非電壓值的操作！光標(biāo)測(cè)量只能對(duì)math進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量，不能光標(biāo)測(cè)量當(dāng)前第23頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)一階RC電路的階躍響應(yīng)2、將電路中的電容改為1μF，則τ=560μs，τT1。電路在方波信號(hào)激勵(lì)下電容充放電波形和電阻上的電壓波形右圖

所示。tttVsT1VCVSVRTV2V1VsVsV2V1V1V2當(dāng)前第24頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)一階RC電路的階躍響應(yīng)2、將電路中的電容改為1μF，則τ=560μs，τT1。電路在方波信號(hào)激勵(lì)下電容充放電波形和電阻上的電壓波形右圖

所示。需指出的是：圖中坐標(biāo)原點(diǎn)t≠0，而是若干周期后（t≥5τ），電容充放電相等，進(jìn)入周期穩(wěn)定狀態(tài)后的波形圖。tttVsT1VCVSVRTVc2Vc1VsVsVR2VR1VR1VR2當(dāng)前第25頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)一階RC電路的階躍響應(yīng)根據(jù)三要素法：電容充電電壓為Vc(t)=Vs+(V1-Vs)e-t/τ(V)則：V2=Vc(T1)=Vs+(V1-Vs)e-T1/τ(V)由此可得到：τ=T1/ln[(Vc1－Vs)/(Vc2－Vs)]

(3)在電容充電期間電阻上的電壓波形為：VR(t)=V2e-t/τ(V)則：V1=VR(T1)=V2e-T1/τ(V)可得：τ=T1/ln(VR2/VR1)(4)參照前面的實(shí)驗(yàn)步驟，從示波器上讀到V1，V2值分別代入(2-7-5)或(2-7-6)均可求得電路時(shí)間常數(shù)τ值。當(dāng)前第26頁(yè)\共有29頁(yè)\編于星期六\20點(diǎn)5）將電路中0.047μF電容改用1μF，用示波器CH2觀察電容充放電波形。記錄波形，讀測(cè)V1和V2值，計(jì)算τ值。6)用示波器CH2觀察電阻R1上的波形。記錄波形，讀測(cè)V1和V2值，計(jì)算τ值。

實(shí)驗(yàn)步驟提示：實(shí)測(cè)VR上的電壓比理論值小,原因是一部分電壓降在R0上,這時(shí)代入τ=T1/ln[(Vc1－Vs)/(Vc2－Vs)]

中的Vs值要用實(shí)測(cè)值代入求τ。這樣誤差比較小。當(dāng)前第27頁(yè)\共有29頁(yè)\