一階動態(tài)電路暫態(tài)過程的研究

PAGEPAGE18實驗四一階動態(tài)電路暫態(tài)過程的研究一．實驗?zāi)康?、研究一階RC電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)的變化規(guī)律和特點。2、研究一階電路在階躍激勵和方波激勵情況下，響應(yīng)的基本規(guī)律和特點。測定一階電路的時間常數(shù),了解電路參數(shù)對時間常數(shù)的影響。3、掌握積分電路和微分電路的基本概念。4、研究一階動態(tài)電路階躍響應(yīng)和沖激響應(yīng)的關(guān)系。5、學(xué)習(xí)用示波器觀察和分析電路的響應(yīng)。二．實驗原理1.含有動態(tài)元件的電路，其電路方程為微分方程。用一階微分方程描述的電路，為一階電路。圖6－1所示為一階RC電路。首先將開關(guān)S置于1使電路處于穩(wěn)定狀態(tài)。在t=0時刻由1扳向2，電路對激勵Us的響應(yīng)為零狀態(tài)響應(yīng)，有這一暫態(tài)過程為電容充電的過程，充電曲線如圖6－2a所示。電路的零狀態(tài)響應(yīng)與激勵成正比。圖6-1圖6-2（a）充電曲線圖6-2（b）放電曲線若開關(guān)S首先置于2使電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，在t=0時刻由2扳向1，電路為零輸入響應(yīng)，有這一暫態(tài)過程為電容放電過程，放電曲線如圖6－2b所示。電路的零輸入響應(yīng)與初始狀態(tài)成正比。動態(tài)電路的零狀態(tài)響應(yīng)與零輸入響應(yīng)之和稱之為全響應(yīng),全響應(yīng)與激勵不存在簡單的線性關(guān)系。2.一階RC動態(tài)電路在一定的條件下，可以近似構(gòu)成微分電路或積分電路。當(dāng)時間常數(shù)(=RC)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于方波周期T時，圖6－3(a)所示為微分電路。輸出電壓u0(t)與方波激勵uS(t)的微分近似成比例，輸入輸出波形如6－3(b)所示。從中可見，利用微分電路可以實現(xiàn)從方波到尖脈沖波形的轉(zhuǎn)變。圖6－3（a）圖6－3（b）當(dāng)時間常數(shù)(=RC)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于方波周期T時，圖6－4(a)所示為積分電路，輸出電壓uO(t)與方波激勵uS的積分近似成比例。輸入、輸出波形如圖6－4(b)所示。從中可見，利用積分電路可以實現(xiàn)從方波到三角波的轉(zhuǎn)變。圖6-4（a）積分電路圖6-4（b）積分電路輸入輸出波形3.沖激響應(yīng)一階電路在t=0時，動態(tài)元件儲能為零，輸入沖激函數(shù)S(t)在電路中所引起的響應(yīng)稱沖激響應(yīng)。如圖6-5所示的電路,動態(tài)電路的階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)的關(guān)系可通過微分電路由示波器觀察到。沖激函數(shù)S(t)由階躍函數(shù)(方波)經(jīng)過微分電路得到，沖激響應(yīng)的解為該電路階躍響應(yīng)解的導(dǎo)數(shù)。圖6-5三．實驗內(nèi)容1、圖6－3(a)所示微分電路(一階電路在掛件EEL-1上)接至峰－峰值一定，周期T一定的方波信號源(VP-P=2V,f=1KHZ),選擇不同電阻元件和電容元件,觀察并描繪=T，=0.1T和=0.01T三情況下的us(t)、uc(t)和uo(t)。用示波器測出對應(yīng)=0.1T的時間常數(shù)，并與理論值比較。2、圖6－4(a)所示積分電路接至峰－峰值一定，周期 T一定的方波信號源(VP-P=2V,f=1KHZ),選取合適的電阻、電容參數(shù)，觀察并描繪=T，=3T和=5T三種情況下的us(t)、uc(t)(uR(t))和uo(t)。用示波器測出對應(yīng)=0.1T的時間常數(shù)，并與理論值比較。3、用電壓表、秒表測定R、C電路中電容器充電曲線；測定時間常數(shù)并對電路中給定的參數(shù)進(jìn)行比較分析。利用實驗臺EEL－31掛件中的電路“RC串聯(lián)電路瞬變過程”，如圖6－6。用導(dǎo)線連接1與2接線柱。打開掛箱電源開關(guān)，斷開S1與S2，使電容處于放電狀態(tài)。調(diào)節(jié)RP2電阻值，選擇不同的,合上S1，電容C1處于充電過程。調(diào)節(jié)RP2，改變U3的電壓值，當(dāng)U2U3時，比較器輸出端V+的指示燈亮，用秒表測量開關(guān)S1合上瞬間至V+指示燈亮的時間，即可測出電容充電到U3值時的時間，作出相應(yīng)的充電曲線。圖6-6※4、對圖6－3(a),6-4(a)所示RC電路施加單脈沖激勵，由示波器觀察輸出電壓的沖激響應(yīng)。記錄所觀察到的波形?！?、設(shè)計圖6－5所示的抽象一階電路為一個具體的一階動態(tài)電路，用雙蹤示波器同時觀察所設(shè)計的一階電路的階躍響應(yīng)和沖激響應(yīng)。記錄所觀察到的波形。四．主要儀器1、示波器2、信號源(實驗臺G區(qū))3、實驗電路(實驗臺EEL－31掛件)（EEL-VII為模塊EEL-52）4、數(shù)字電壓表5、秒表五．預(yù)習(xí)思考1、將方波信號轉(zhuǎn)換為尖脈沖信號，可通過什么電路來實現(xiàn)？對電路的參數(shù)有什么要求？2、將方波信號轉(zhuǎn)換