一阶RC电路的阶跃响应演示幻灯片

TEL:02585866145,一阶RC电路的阶跃响应,实验目的,课本P204-206,一阶RC电路的阶跃响应,1.复习一阶RC电路阶跃响应的基本概念；2.根据图2-7-1给定的电路参数(电容分别为0.047F和1F)，分别计算电路时间常数。并叙述本次实验中时间常数对响应波形的影响；3.复习信号发生器和示波器的基本使用方法；4.列出运用双踪数字示波器用“光标测量”中“手动模式”或“追踪模式”测量电信号任意两点间时间间隔的操作步骤及注意事项；5.采用Multisim仿真软件仿真,得出实验数据的理论值6.根据实验任务写出预习报告。,预习要求,=RC=26.32s,=560s,实验仪器,双踪示波器函数信号发生器电工电子综合实验箱,一阶RC电路的阶跃响应,测量时保持示波器两个通道共地。,根据需要正确设置触发、通道耦合方式,实验仪器,示波器,光标测量模式（cursor）,注意要产生的信号波形!,实验仪器,函数信号发生器,直流偏置的添加,DGDZ-2型电工电子综合实验箱,实验电路,实验原理,实验原理（教材P55-57）,一阶RC电路的阶跃响应,阶跃信号和阶跃响应,阶跃信号：,阶跃响应：零状态时电路在阶跃信号激励下的响应。求解阶跃响应（零状态）可用三要素法,实验原理,为了能用示波器观察阶跃信号作用于一阶电路的过渡过程，就要求电路周期性的重复过渡过程。为此，采用给RC电路加周期方波信号激励的方法实现。一般认为过渡过程在45时间内结束。因此方波周期T应大于10倍的电路时间常数，即T10。,图1方波信号T10,实验原理,实验电路图,1、如上图电路，当脉冲宽度T1=T/25时，电容上的电压响应为：,式（1）,实验原理,电阻上的电压响应为：,由以上公式可得到以下结论：当t=时，Vc=（1-e-1）Vs=0.633Vs；当t=T1+时，Vc=e-1Vs=0.367Vs；当t=时，VR1=0.367VsR1/(R0+R1)。=RC=(50+510)0.04710-6=26.3s,式（2）,一阶RC电路的阶跃响应,t,t,t,Vs,VC,电容充电经过一个的时间，电容上所充的电压为电源电压的63.3%。电容放电经过一个的时间，电容上所剩电压为最大电压的36.7%。在电容分别充电和放电时，经过一个的时间，电阻上的电压为其自身最大峰值电压的36.7%。,VS,VR,一阶RC电路的阶跃响应,t,t,t,Vs,VC,T/25时，在示波器显示的波形图上读出一阶RC电路的时间常数值：取电压波形从0到纵向最大高度的63.3%(充电时)或36.7%(放电时)在横轴(时间轴)上的投影，该段投影长度即为时间常数值。,VS,VR,思考：RL电路的时间常数如何侧量,1）示波器CH1、CH2均置直流耦合。2）信号发生器输出送示波器CH1，调节信号发生器，输出f=1.25kHz，周期T=800s，脉宽T1=400s，电压峰峰值Vs=2V的方波信号。设置“直流偏移”使方波信号幅度在0V到2V之间(无负脉冲)。3)连接电路，用示波器CH2观察电容充放电波形。计算、读测、记录波形和值（光标-手动或光标-追踪）。4)观察电阻R1上的波形。计算、读测、记录波形和值（光标-手动或光标-追踪）。要求观察电容和电阻上的电压波形，画出波形图。作图时应注意：A.各波形与输入方波信号在时间上的对应关系。B.各波形相对于横坐标的位置。提示：测量时要把电压灵敏度调高，时间轴刻度/格减小些，即使波形显示尽量大，以增加测量的精度。,实验步骤,实验电路接线图,加直流偏置,直流耦合,测Vc电压的电路图,一阶RC电路的阶跃响应,实验电路接线图,加直流偏置,直流耦合,测Vc电压的电路图,实验电路接线图,测VR电压的电路图,1.将测Vc的电路中C，R位置对调2.用测Vc的电路，调整数字示波器Math,设置Math波形为信号发生器-电容电压注意：示波器math功能仅为波形计算，非电压值计算，所以为了获得电压值的计算，应将两通道信号的电压灵敏度设为相同值,一阶RC电路的阶跃响应,实验电路接线图,加直流偏置,直流耦合,测VR电压的电路图,数学运算,数学运算（MATH）功能实现,操作类型包括：ABABABABFFT,两通道可选,MATH幅度,运算波形的幅度可以通过垂直SCALE旋钮调整。幅度以百分比的形式显示，如上图左下角的状态显示。幅度的范围从0.1至1000以125的方式步进，即0.1、0.2、0.51000%。,点击,！math只是对两显示波形的操作，而非电压值的操作！光标测量只能对math进行手动测量，不能光标测量,一阶RC电路的阶跃响应,2、将电路中的电容改为1F，则=560s，T1。电路在方波信号激励下电容充放电波形和电阻上的电压波形右图所示。,t,t,t,Vs,T1,VC,VS,VR,T,V2,V1,Vs,Vs,V2,V1,V1,V2,一阶RC电路的阶跃响应,2、将电路中的电容改为1F，则=560s，T1。电路在方波信号激励下电容充放电波形和电阻上的电压波形右图所示。需指出的是：图中坐标原点t0，而是若干周期后（t5），电容充放电相等，进入周期稳定状态后的波形图。,t,t,t,Vs,T1,VC,VS,VR,T,Vc2,Vc1,Vs,Vs,VR2,VR1,VR1,VR2,一阶RC电路的阶跃响应,根据三要素法：电容充电电压为Vc(t)=Vs+(V1-Vs)e-t/(V)则：V2=Vc(T1)=Vs+(V1-Vs)e-T1/(V)由此可得到：=T1/ln(Vc1Vs)/(Vc2Vs)(3)在电容充电期间电阻上的电压波形为：VR(t)=V2e-t/(V)则：V1=VR(T1)=V2e-T1/(V)可得：=T1/ln(VR2/VR1)(4)参照前面的实验步骤，从示波器上读到V1，V2值分别代入(2-7-5)或(2-7-6)均可求得电路时间常数值。,5）将电路中0.047F电容改用1F，用示波器CH2观察电容充放电波形。记录波形，读测V1和V2值，计算值。6)用示波器CH2观察电阻R1上的波形。记录波形，读测V1和V2值，计算值。,实验步骤,提示：实测VR上的电压比理论值小,原因是一部分电压降在R0上,这时代入=T1/ln(Vc1Vs)/(Vc2Vs)中的Vs值要用实测值代入求。这样误差比较小。,一阶RC电路的阶跃响应,7）调整“直流偏移”，使Vs成为对称于横坐标的方波信号。分别观察电容和电阻上的电压波形，画出波形图并与图2-7-3作比较。作图时应注意：A.各波形与输入方波信号在时间上的对应关系。B.各波形相对于横坐标的位置。,实验思考题,一阶RC电路的阶跃响应,实验思考题,1.全响应可分解为零输入响应和零状态响应。试分析图2-7-2(b)，图2-7-3(b)中分别对应方波信号前、后各半个周期的响应中包含了哪些分量?2.步骤7中0.047F和1F电容上的电压响应包含了哪些响应?(按对应方波信号前、后半周分别分析)3.一个周期信号，可用一系列