實(shí)驗(yàn)2.4一階電路暫態(tài)過程的分析與研究的實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)2.4一階電路暫態(tài)過程的分析與研究一、實(shí)驗(yàn)名稱：一階電路暫態(tài)過程的分析與研究二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)及目的1.基本實(shí)驗(yàn)任務(wù)研究RC一階電路的零輸入、零狀態(tài)響應(yīng)的基本規(guī)律和特點(diǎn)；研究RC微分電路和積分電路在脈沖信號(hào)激勵(lì)下的響應(yīng)。2.擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)任務(wù)研究利用RC串聯(lián)電路的電路參數(shù)與其暫態(tài)過程的關(guān)系進(jìn)行波形轉(zhuǎn)換的方法；設(shè)計(jì)能將方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為尖脈沖和三角波的電路。3.實(shí)驗(yàn)?zāi)康难芯縍C一階電路的零輸入、零狀態(tài)響應(yīng)；研究RC微分電路和積分電路在脈沖信號(hào)激勵(lì)下的響應(yīng)；進(jìn)一步掌握示波器和函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的使用。三、實(shí)驗(yàn)原理及電路1.實(shí)驗(yàn)原理方波響應(yīng)，用半個(gè)周期遠(yuǎn)大于電路時(shí)間常數(shù)的脈沖信號(hào)代替階躍信號(hào)作為激勵(lì)源，觀測(cè)零輸入和零狀態(tài)響應(yīng)。微分電路，當(dāng)RC串聯(lián)電路從電組兩端輸出，且滿足時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于矩形脈沖的半個(gè)周期時(shí)，輸出電壓與輸入電壓的微分成正比。積分電路，當(dāng)RC串聯(lián)電路從電容兩端輸出，且滿足時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于矩形脈沖的半個(gè)周期時(shí)，輸出電壓與輸入電壓的積分成正比。2.實(shí)驗(yàn)電路圖2.4.1實(shí)驗(yàn)電路四、實(shí)驗(yàn)儀器及器件1.實(shí)驗(yàn)儀器示波器1臺(tái)，使用正常；函數(shù)信號(hào)發(fā)生器1臺(tái)，使用正常。2.實(shí)驗(yàn)器件1μF電容1個(gè)、0.1μF電容1個(gè)、1kΩ電阻1個(gè)、10kΩ電阻1個(gè)，使用均正常。五、實(shí)驗(yàn)方案與步驟1.用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出2Vpp/1kHz的方波，通過示波器通道一DC耦合監(jiān)測(cè)信號(hào)，調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的直流偏移旋鈕使其成為矩形脈沖。2.按圖2.4.1（b）接線，分別觀測(cè)2Vpp/1kHz矩形脈沖，R=1k,C=0.1F；2Vpp/100Hz矩形脈沖，R=1k,C=1F；2Vpp/10Hz矩形脈沖，R=10k,C=1F的輸入輸出波形，測(cè)量零輸入和零狀態(tài)響應(yīng)的初始值和時(shí)間常數(shù)。3.用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出2Vpp/100Hz矩形脈沖信號(hào)，按圖2.4.1（a）接線，分別觀測(cè)R=1k,C=0.1F；R=1k,C=1F；R=10k,C=1F的微分電路。4.用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出2Vpp/2kHz矩形脈沖信號(hào)，按圖2.4.1（b）接線，分別觀測(cè)R=1k,C=0.1F；R=1k,C=1F；R=10k,C=1F的積分電路。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1.零輸入和零狀態(tài)響應(yīng)的觀測(cè)圖2.4.2零輸入和零狀態(tài)響應(yīng)multisim仿真圖電路參數(shù)Ui=2Vpp/1kHz矩形脈沖R=1k,C=0.1FUi=2Vpp/100Hz矩形脈沖,R=1k,C=1FUi=2Vpp/10Hz矩形脈沖,R=10k,C=1F零輸入初始U2V2V2V零狀態(tài)初始U000τ理論值0.1ms1ms10msτ測(cè)量值0.1ms誤差%0激勵(lì)與響應(yīng)波形2.微分電路的觀測(cè)圖2.4.3微分電路multisim仿真圖電路參數(shù)Ui=2Vpp/100Hz矩形脈沖R=1k,C=0.1FR=1k,C=1FR=10k,C=1F激勵(lì)與響應(yīng)波形注：該激勵(lì)是矩形脈沖，尖脈沖的幅值等于矩形脈沖的幅值為2V。若激勵(lì)是1V方波，則尖脈沖幅值為2V，是方波幅值的兩倍（尖脈沖的幅值等于激勵(lì)躍變電壓的差值）！3.積分電路的觀測(cè)圖2.4.4積分電路multisim仿真圖電路參數(shù)Ui=2Vpp/2kHz矩形脈沖R=10k,C=0.1FR=1k,C=0.1FR=10k,C=1F激勵(lì)與響應(yīng)波形注：實(shí)際積分出的三角波幅值很小！七、測(cè)量數(shù)據(jù)的分析1．將測(cè)量值U0、τ分別與理論計(jì)算值作比較。若誤差較大，試說明其產(chǎn)生原因；略八、存在問題的分析與處理1.實(shí)驗(yàn)中遇到的問題與處理略九、思考題1.電路參數(shù)變化時(shí)對(duì)響應(yīng)有何影響？在微分電路中，當(dāng)時(shí)，可觀測(cè)到輸出波形呈尖脈沖狀，且尖脈沖的幅度等于矩形脈沖的幅值。若，尖脈沖的寬度減小。若，尖脈沖幅值減小，寬度增大，呈類似鋸齒波狀，這是由于時(shí)間常數(shù)過大，電容未放電完全造成的。在積分電路中，若滿足，可觀測(cè)到輸出波形呈三角波狀，但三角波的幅值很小。若，三角波的幅值減小，接近一條直線。若，三角波幅值增大，波形呈指數(shù)上升下降狀，這是由于時(shí)間常數(shù)不是非常大，電容充放電的指數(shù)關(guān)系被顯現(xiàn)出來。2.用示波器觀察RC電路的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)時(shí)，為什么激勵(lì)必須是方波？RC零輸入相應(yīng)是指電路無激勵(lì)，電容從初始電壓放電至0的過渡過程。RC零狀態(tài)響應(yīng)是指電容無儲(chǔ)能，電容從0充電至穩(wěn)態(tài)值的過渡過程。要觀測(cè)這兩個(gè)響應(yīng)，需要設(shè)計(jì)兩個(gè)電路，分別給階躍信號(hào)。而半個(gè)周期遠(yuǎn)大于RC電路時(shí)間常數(shù)的矩形脈沖，可以認(rèn)為在脈沖某一邊沿到來時(shí)，前一邊沿所引起的過渡過程已經(jīng)結(jié)束。則電路對(duì)上升沿的響應(yīng)是零狀態(tài)響應(yīng)，而電路對(duì)下降沿的響應(yīng)是零輸入相應(yīng)，即可同時(shí)觀測(cè)這兩個(gè)響應(yīng)