實(shí)驗(yàn)八--RC一階電路的響應(yīng).doc

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1、實(shí)驗(yàn)八RC一階電路的響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、研究RC電路在零輸入、階躍激勵(lì)和方波激勵(lì)情況下，響應(yīng)的基本規(guī)律和特點(diǎn)。2、學(xué)習(xí)用示波器觀察分析電路的響應(yīng)。二、原理及說(shuō)明1、一階RC電路對(duì)階躍激勵(lì)的零狀態(tài)響應(yīng)就是直流電源經(jīng)電阻R向C充電。對(duì)于圖8-1所示的一階電路,當(dāng)t=0時(shí)開(kāi)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(shí)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τ=RC，具有時(shí)間的量綱，稱(chēng)為時(shí)間常數(shù)，它是反映電路過(guò)渡過(guò)程快慢程度的物理量。τ越大，暫態(tài)響應(yīng)所待續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)。反之，τ越小，過(guò)渡過(guò)程的

2、時(shí)間越短。圖8-12、電路在無(wú)激勵(lì)情況下，由儲(chǔ)能元件的初始狀態(tài)引起的響應(yīng)稱(chēng)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(kāi)關(guān)K于位置1，使初始值UC（0-）=U0，再將開(kāi)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(shí)間變化的規(guī)律：3、對(duì)于RC電路的方波響應(yīng)，在電路的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于方波周期時(shí)，可以視為零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng)的多次過(guò)程。方波的前沿相當(dāng)于給電路一個(gè)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(shí)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

3、波是周期信號(hào)，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(shí)驗(yàn)采用的方波信號(hào)的頻率為1000Hz。三、儀器設(shè)備PC機(jī)、Multisim10.0；四、實(shí)驗(yàn)方法：1、打開(kāi)Multisim10軟件：開(kāi)始—>程序—>NationalInstruments—>CircuitDesignSuite10.0—〉Multisim電源庫(kù)PlaceSource示波器、儀表Run基本元件庫(kù)：PlaceBasic圖8-22、繪制電路圖（1）、單擊工具欄的：PlaceBasic按鈕彈出如下對(duì)話框：圖8-3電阻圖8-4電容圖8-5單刀雙擲

4、開(kāi)關(guān)單擊工具欄的：PlaceSource按鈕彈出如下對(duì)話框：圖8-612V直流穩(wěn)壓電源圖8-7方波信號(hào)源1、RC電路充電●按圖8-8接線?！袷紫葘㈤_(kāi)關(guān)扳向0，使電容放電，電壓表顯示為0.0?！駥㈤_(kāi)關(guān)置于停止位上1，按清零按鈕使秒表置零。將開(kāi)關(guān)扳向1位開(kāi)始計(jì)時(shí)，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(shí)，記下秒表時(shí)間填在表8-1中，圖8-8注意：開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的時(shí)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(shí)間t1（s）4.3205.8687.89610.02

5、712.88715.96719.7292、RC電路放電將電容充電至10V電壓，將開(kāi)關(guān)K置于0點(diǎn)，方法同上。數(shù)據(jù)記在表8-2中。表8-2RC電路放電UC（V）9876543放電時(shí)間t1（s）7.5589.21410.93813.38715.78318.89223.1443、用示波器觀察RC電路的方波響應(yīng)①調(diào)整信號(hào)發(fā)生器，使之產(chǎn)生1KHz、VP-P=2V的方波。②按圖8-9接線。按下面4種情況選取不同的R、C值。⑴C=1000PFR=10KΩ⑵C=1000PFR=100KΩ⑶C=0.01μFR=1KΩ⑷C=0.01μFR=

6、100KΩ用示波器觀察UC（t）波形的變化情況，并將其描繪下來(lái)。示波器參數(shù)設(shè)置圖8-9電路圖五、報(bào)告要求1、描繪出電容充電及放電過(guò)程。2、把用示波器觀察到的各種波形畫(huà)出，并做出必要的說(shuō)明。實(shí)驗(yàn)九二階電路的響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀測(cè)二階電路零狀態(tài)響應(yīng)的基本規(guī)律和特點(diǎn)。2、分析電路參數(shù)對(duì)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(dòng)態(tài)過(guò)程的性質(zhì)。二、實(shí)驗(yàn)原理與說(shuō)明1、含有兩個(gè)獨(dú)立儲(chǔ)能元件,能用二階微分方程描述的電路稱(chēng)為二階電路，當(dāng)電路中具有一個(gè)電感和一個(gè)電容時(shí)，就組成了簡(jiǎn)單的二階電路。如圖9-1所示。根據(jù)基爾霍

7、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(duì)R、L放電為例，具體分析圖9-2所示電路，其對(duì)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(chēng)衰減系數(shù)）（稱(chēng)固有振蕩角頻率）（ωd稱(chēng)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(shí)，電路的響應(yīng)可能出現(xiàn)以下情況：⑴當(dāng)時(shí)，稱(chēng)為非振蕩（過(guò)阻尼）放電過(guò)程。其響應(yīng)為⑵當(dāng)時(shí)，稱(chēng)為臨界（臨界阻尼）狀態(tài)，其響應(yīng)為⑶當(dāng)時(shí)，稱(chēng)為衰減振蕩（欠阻尼）放電

8、過(guò)程。其響應(yīng)為⑷當(dāng)R=0時(shí)，稱(chēng)為等幅振蕩（無(wú)阻尼）過(guò)程。其響應(yīng)為⑸當(dāng)R<0時(shí)，為發(fā)散振蕩（負(fù)阻尼）過(guò)程。在一般線性電路中，總是存在電阻R=0和R<0的電路響應(yīng)，可用接入負(fù)電阻的方法實(shí)現(xiàn)。2、震蕩頻率ωd與衰減系數(shù)σ的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法：當(dāng)電路出現(xiàn)衰減振蕩時(shí)，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9