一阶动态响应(电路分析)

2016 5 7 电路分析仿真大作业 仿真实验二 一阶动态电路响应仿真实验 学号 15041405 姓名 王硕 一 实验目的 1 研究一阶动态电路的零输入响应 零状态响应及完全响应的特点和规律 掌握测量一阶 电路时间常数的方法 2 理解积分和微分电路的概念 掌握积分 微分电路的设计和条件 3 用 multisim 仿真软件设计电路参数 并观察输入输出波形 二 实验原理 1 零输入响应和零状态响应波形的观察及时间常数的测量 当电路无外加激励 仅有动态元件初始储能释放所引起的响应 零输入响应 当电 路中动态元件的初始储能为零 仅有外加激励作用所产生的响应 零状态响应 在外加 激励和动态元件的初始储能共同作用下 电路产生的响应 完全响应 以一阶 RC 动态电路为例 观察电路的零输入和零状态响应波形 其仿真电路如图 1 a 所示 tui tuo t t 2 TT2 3T 0 0 T2 T T2 2 3T 2 T S U S U a b 图 1 一阶 RC 动态电路 方波信号作为电路的激励加在输入端 只要方波信号的周期足够长 在方波作用期间 或方波间隙期间 电路的暂态响应过程基本结束 故方波的正脉宽引起零状 52 T 态响应 方波的负脉宽引起零输入响应 方波激励下的和的波形如图 1 b 所 tui tuo 示 在的零状态响应过程中 由于 故在时 电路已经达 2 0 Tt T 2 Tt 到稳定状态 即电容电压 由零状态响应方程 So Utu 1 t So eUtu 可知 当时 计算可得 如能读出的值 则能测出该电路2 So Utu 69 0 1 t 1 t 的时间常数 2 RC 积分电路 由 RC 组成的积分电路如图 2 a 所示 激励为方波信号如图 2 b 所示 输 tui 出电压取自电容两端 该电路的时间常数 工程上称 10 倍以上关系为 tuo 2 T RC 远远大于或远远小于关系 故电容的充放电速度缓慢 在方波的下一个下降沿 或上升 沿 到来时 充放电均未达到稳态 输出波形如图 2 c 所示 为近似三角波 三角波的 峰值 E E 故 因而 所以输出 R tu R tu ti iR dttu RC dtti C tutu ico 1 1 电压近似地与输入电压的积分成正比 tuo tui R C 积分电路 a i u E E 0 t E 0 o u t E 输入激励信号 b 积分电路响应波形 c 图 1 3 RC 微分电路 由 RC 组成的微分电路如图 3 a 所示 激励为方波信号如图 3 b 所示 输 tui 出电压取自电阻两端 该电路的时间常数 故电容的充放电速度非常 tuo 2 T RC 快 在方波的下一个下降沿 或上升沿 到来时 电容电压在很短的时间内已充放电完成 并早已达到稳态 输出波形如图 3 c 所示 为周期窄脉冲 因而 所以输出电压近似地与 dt tdu RC dt tdu RCtRitutu iC Ro 输入电压的微分成正比 tuo R C 微分电路 a tui o u E2 t E2 0 微分电路响应波形 c i u E E 0 t 输入激励信号 b 图 3 三 仿真实验内容 1 在图 1 a 中 已知 在 multisim 仿真软件中连接电路 并由nFCkR1010 函数信号发生器输出的方波信号 利用双踪示波器同时HzfVV pp 10005000 4 观察和的波形 并在示波器上测量值 并与理论值进行比较 tui tuo 2 根据积分电路形成条件 选择合适的 R C 参数 组成如图 2 a 所示的积分电路 其 中为 的方波 在双踪示波器中同时观察和的波 tuiVV pp 0 4 kHzf1 tui tuo 形 3 根据微分电路形成的条件 选择合适的 R C 参数 组成如图 3 a 所示的微分电路 其 中为 的方波 在双踪示波器中同时观察和的波 tuiVV pp 0 4 kHzf1 tui tuo 形 四 思考题 1 什么样的电信号可以作为一阶 RC 电路零输入响应 零状态响应和完全响应的激励信号 答 阶跃信号可作为 RC 一阶电路零输入响应激励源 脉冲信号可作为 RC 一阶电路 零状态响应激励源 正弦信号可作为 RC 一阶电路完全响应的激励源 2 当电容具有初始值时 RC 电路在阶跃激励下是否会出现没有暂态的现象 为什么 答 要看电容电压的初始值大小及极性 只有在电容初始电压的极性 大小完全与突加激励 相同的条件下 才不会出现过渡暂态变化 3 在研究方波激励积分电路的响应时 由于 使得响应波形在时间内T tuC2 T 无法达到稳态值 故不能通过实验方法测量值 但在积分电路的响应波形中包含了时间 常数的信息 应用什么方法测量值 答 由 RC 组成的积分电路如图 2 a 所示 激励 为方波信号如图 2 b 所示 输 tui 出电压 取自电容两端 该电路的时间常数 工程上称 10 倍以上关系为远 2 T RC 远大于或远远小于关系 故电容的充放电速度缓慢 在方波的下一个下降沿 或上升沿 到来时 充放电均未达到稳态 输出波形如图 2 c 所示 为近似三角波 三角波的峰值 故 因而 R tu R tu ti iR dttu RC dtti C tutu ico 1 1 所以输出电压近似地与输入电压的积分成正比 答 R C RC 4 若将一阶 RC 电路改为一阶 RL 电路 对于方波激励 电路的响应波形又会怎样 答 若将一阶 R 搜索 C 电路改为一阶 RL 电路 对于方波激励 电路的响应波形又会怎样 由三角波变成尖脉冲 5 能否用 RL 电路设计积分或微分电路 如