动态电路实验报告.doc

实验报告实验课程：电路实验(2)实验名称： 动态电路 专业班级： 学生姓名： 同 组 人： 指导教师： 实验时间： 成 绩： 电工实验中心一、 实验目的1、 熟练掌握SS-7802A示波器和DDS函数信号发生器的使用，并测绘图形。2、 测定RC一阶电路的零输入响应，零状态响应及全响应。3、 学习电路时间常数的测定方法。4、 掌握有关微分电路和积分电路的概念5、 测试二阶动态电路的零状态响应和零输入响应， 了解电路元件参数对响应的影响。6、 观察、分析二阶电路响应的三种状态轨迹及其特点， 以加深对二阶电路响应的认识与理解。二、实验原理1、RC一阶电路动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程。要用普通示波器观察过渡过程和测量有关参数，就必须使这次单次变化的过程重复出现。为此，我们利用电信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；利用方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号。只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同。图1-1(b)所示的RC一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定电路的时间常数时间常数的测定方法：用示波器测量零输入响应的波形如图11（a）所示根据一阶微分方程的求解得知UcUme-t/RCUme-t/ 。当t=时Uc（）=0.368Um。此时所对应的时间就等于亦可用零状态响应波形增加到0.632Um所对应的时间测得，如图1-1（c）所示（a）零输入响应 （b）RC一阶电路 （c）零状态响应 图1-1微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的电路，它对电路元件参数和输入信号的周期有特定的要求，一个简单的RC串联电路，在放行序列脉冲的重复激励下，当满足时且由R两端的电压作为响应输出，则该电路就是一个微分电路。因此此时电路的输出信号电压与输入信号的微分成正比，如图1-2（a）所示。利用微分方程可以将方波转变成尖脉冲。(a)微分电路 (b) 积分电路 图1-2若将图1-2（a）的R与C位置调换一下，如图1-2（b）所示，由C两端的电压作为响应输出，且当电路的参数满足 =RCT/2,则该RC电路称积分电路。因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。利用积分电路可以将方波转变成三角波。从输入输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的作用，应在实验过程仔细观察与记录。2、GCL二阶电路一个二阶电路在方波正、负阶跃信号的激励下，可获得零状态与零输入响应，其响应的变化轨迹决定于电路的固有频率。当调节电路的元件参数值，使电路的固有频率分别为负实数、共轭复数及虚数时，可获得单调地衰减、衰减振荡和等幅振荡的响应。在实验中可获得过阻尼，欠阻尼和临界阻尼这三种响应图形。简单而典型的二阶电路是一个RLC串联电路和GCL并联电路，这二者之间存在着对偶关系。本实验仅对GCL并联电路进行研究。为了得到电路的二阶微分方程，列出KCL方程代入电容，电阻和电感的VCR方程得到微分方程这是一个常系数非齐次线性二阶微分方程。其特征方程为由此求解得到特征根当电路元件参数G,L,C的量值不同时，特征根可能出现以下三种情况：1）时，s1,s2为两个不相等的实根。2）时，s1,s2为两个相等的实根。3）时，s1,s2为共轭复数根。当两个特征根为不相等的实数根时，称电路是过阻尼的；当两个特征根为相等的实数根时，称电路是临界阻尼的；当两个特征根为共轭复数根时，称电路是欠阻尼的。三、实验器材1、RC一阶电路序号名称型号与规格数量备注1函数信号发生器12双踪示波器13一阶、二阶实验电路板DGJ032、GCL二阶电路序号名 称型号与规格数量备注1函数信号发生器1DG032双踪示波器1自备3动态实验电路板1DG07四、实验内容和步骤1、双踪示波器和信号发生器认真学习并掌握函数信号发生器与双踪示波器的构造及使用方法，熟练操作这两种仪器。同时，对动态电路实验板有一个整体性的认识，了解如何利用回路法迅速连接实验设计电路。2、RC一阶电路认清实验电路板上R、C元件的布局及其标称值，各开关的通断位置等。1）微分电路。（1）从电路板上选R10K，C3300pF组成如图9-1(b)所示的RC充放电电路。ui为脉冲信号发生器输出的Um3V、f1KHz的方波电压信号，并通过两根同轴电缆线，将激励源ui和响应uC的信号分别连至示波器的两个输入口YA和YB。这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律，请测算出时间常数，并用方格纸按1:1 的比例描绘波形。少量地改变电容值或电阻值，定性地观察对响应的影响，记录观察到的现象（2） 令R10K，C0.01F，观察并描绘响应的波形，继续增大C 之值，定性地观察对响应的影响。2）积分电路。（1）选择动态板上R、C元件，令C0.01F，R10K。在同样的方波激励信号（Um3V，f1KHz）作用下，观测并描绘激励与响应的波形。（2）增大C的值至0.01F，R保持不变，观察并描绘响应的波形，继续增大C的值到0.1F，定性观察参数改变对响应的影响。3、GCL二阶电路动态电路实验板与实验十三相同，如图3-3所示。利用动态电路板中的元件与开关的配合作用，组成如图4-1所示的GCL并联电路。令R110K，L15mH，C0.01F，R2为10K可调电阻。令脉冲信号发生器的输出为Um1.5V，f1KHz的方波脉冲， 通过同轴电缆接至图中的激励端，同时用同轴电缆将激励端和响应输出接至双踪示波器的YA和YB 两个输入口。 图4-1调节可变电阻器R2之值， 观察二阶电路的零输入响应和零状态响应由过阻尼过渡到临界阻尼，最后过渡到欠阻尼的变化过渡过程，分别定性地描绘、记录响应的典型变化波形。记录临界阻尼情况的电阻值。五、实验注意事项1、RC一阶电路1）调节电子仪器各旋钮时，动作不要过快、过猛。实验前，需熟读双踪示波器的使用说明书。观察双踪时，要特别注意相应开关、旋钮的操作与调节。2）信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起（称共地）， 以防外界干扰而影响测量的准确性。3）示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时，应将辉度调暗，以延长示波管的使用寿命。2、GCL二阶电路1）调节R2时，要细心、缓慢，临界阻尼要找准。2）观察双踪时，显示要稳定，如不同步， 则可采用外同步法触发（看示波器说明）。六、实验数据记录及处理。见附纸。七、实验归纳总结1、RC一阶电路1）根据实验结果，所得的曲线计算值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。（1）计算值。由于我们组用的电源是Um=1.85V，所以从0增加到1.17V所用时间为测量得到=33.0s，理论值为=RC=33.0s（2）测量结果与计算结果基本一致。2）根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变化特征（1）条件：积分电路应满足条件RC（T为方波脉冲的重复周期） 微分电路应满足条件RC（T为方波脉冲的重复周期）（2）波形变换特征：R固定时，当C增大，时间常数也增大，波形也变的陡一点。C固定时，当R增大，时间常数也增大，波形也变的陡一点。3）心得体会：本次实验基本达到了预期目的。通过本次实验，我不仅进一步掌握了示波器的使用和调节方法，也成功观察到了RC一阶响应电路波形的变化特征，由此对RC一阶电路响应的整体特征有了更加清晰深刻的体会。总而言之，能将书本上的知识转化为手头仪器的动态显示，并亲身操作，这让学生感到学以致用，受益匪浅。特别需要强调的是，示波器和信号发生器是电学基本仪器，应熟练掌握使用方法，并且对可能出现的常见错误有整体了解，这样才能保证电路实验的顺利成功。2、GCL二阶电路1）误差来源：1，电感存在一定电阻，影响结果的准确性。2，电容、电感的标识值和实际值存在偏差。3，万用表测电阻的测量误差。4，调节滑动变阻器时，只凭肉眼观测、判断临界阻尼情况，误差不可避免，且难以估计。2）心得体会：GCL并联电路，通过改变滑动变阻器的阻值，分别得到了 ，三