6-电路理论实验报告(一阶电路的响应研究6)(1)

1、电路理论课程教学改革电路理论实验报告专业班级： 自动化 1904 姓名： 刘卓 学号： 201901020428 实验室名称：电工技术实验室 指导老师： 胡鹤宇、张向华实验日期： 2020年 6月15 日星期一实验六：一阶电路的响应研究一、实验目的1、学习用示波器观察和分析 RC 电路的响应；2、掌握一阶电路时间常数的测量方法；3、了解电路参数对电路动态过程的影响。二、实验仪器THGE-1型实验台、信号发生器、示波器、电阻实验箱等。三、实验原理1、一阶电路含有电感、电容储能元件的电路，其响应可由微分方程求解。如果含有储能元件的电路所列 写的是一阶微分方程，相应的电路称为一阶电路。2、RC 电路

2、的零输入响应RC 电路属于一阶电路，如果没有输入信号作激励，由储能元件的初始储能产生的响应称为零 输入响应。图 1(a)电路中，电容的初始电压 uc 0 U0 ，微分方程为：RC duc uc 0dt c微分方程的解为- t-tuc U0e RC U 0et 0上式中 = RC称为时间常数。 RC 电路的零输入响应反映了电容对电阻的放电过程， 其uc的波形见 图 1( b)所示。图 1 RC 电路的零输入响应3、RC 电路的零状态响应 如果储能元件的初始储能为零，由输入信号作激励引起的响应为零状态响应。图2(a)电路中，设激励为直流电压源，列写微分方程为：ducRC ddutc +uc=U s

3、 t 0微分方程的解为- t -tuc=U s 1-e RC =U s 1-e- t 0RC 电路的零状态响应反映了电容经电阻充电的过程，其 uc 的波形见图 2（b）所示。图 2 RC 电路的零状态响应第 3页 共 7 页RC4、RC 电路全响应 如果储能元件的初始储能不为零，输入信号也不为零，它们共同引起的响应称为全响应 电路的全响应有两种表达形式：ttuc U0e Us 1-et0上式说明全响应可以分解为零输入响应分量与零状态响应分量之和 t uc=Us （U 0 US）et 0上式说明全响应还可以分解为强制分量和自由分量之和。5、RC 电路的方波响应如果在 RC 电路中，激励为方波信号

4、，则用示波器可以观察到稳定的 所示的 uc 波形为电路时间常数 小于方波周期的情况。RC 电路响应波形。图 3图 3 RC 电路的方波响应6、RC电路时间常数 可以从充电或放电曲线上估算。设时间坐标单位 t 已确定，对于充电曲 线 见图 4（a） ，其幅值上升到终值的 63.2%所对应的时间为一个 。对于放电曲线 见图 4（b）， 其幅值下降到初值的 36.8%所对应的时间为一个 。电路理论课程教学改革图 4 RC 电路的充电和放电曲线四、实验任务及要求1、RC电路方波响应：实验观察图 5所示 RC电路的方波响应。图 5 RC 电路方波响应测试电路图2、实验前预习及实验仿真要求：(1)使用 M

5、ultisim 软件对图 5所示的电路图进行仿真。取方波信号周期 T=5ms。当 C一定， 改变 R，在 RC T2 (R=5k)、 RC T2 (R=25k)、 RC T2 (R=50k)三种情况下用虚拟的泰克示 波器观察 uC 、i 的波形并记录。五、实验步骤及原始数据记录1、按照图 5所示电路接线，取方波信号周期 T=5ms。当C一定，改变R ，在RC T2、RC T2 、 第 3页 共 7 页电路理论课程教学改革第 7 页 共 7 页RC T2 三种情况下用示波器观察 uC 、 i的波形并记录。（1）当 R=5k，r=50，C=0.1F时的uC 、 i 的波形2）当 R=25k，r=1

6、00，C=0.1F时的 uC、i 的波形3）当 R=50k，r=100，C=0.1F时的 uC、i 的波形电路理论课程教学改革六、实验数据处理第 8 页 共 7 页电路理论课程教学改革3、在下面的方格纸上作出 R=50k，r=100 ，C=0.1F时的uC 、 i 的波形。七、实验总结及思考题1、比较实验测得的时间常数 与理论计算的时间常数 的差异，分析产生误差的原因。2、根据测得的波形，讨论时间常数对uC 、 i的波形有何影响？3、根据实验中在三种情况下获得的波形，分析 RC 电路参数满足什么条件称微分电路？满足 什么条件称积分电路？4、当电路储能元件具有初始储能时接通直流电源， RC 电路

7、是否有可能出现无动态过程现象， 为什么 ?第一问答：时间常数是指电路输入阶跃信号时，电路输出波形中从10%稳态值上升至 90%稳态值的时间间隔。为了减小误差，你可多次测量求平均。第二问答：时间常数越大，电路达到稳态的时间越长，过渡过程也越长。第三问答：在 R 上取电压信号作为输出就是微分，在 C 上取电压信号作为输出就是积分 第四问答：这种情况是可能的 ,比如说吧 ,一个简单的 RC 电路接直流电源 E.该回路由一个开关 S 控制首先闭合开关 ,足够长时间 （电容充电完毕 ,电容电压等于电源电压 E）,然后闭合开关 , 电容被 断开,无放电回路再次闭合开关 ,很明显 ,电路直接进入稳态 ,电容端电压无变化这也适用于交流电源 假定也是以上同一电路 ,直流电源换成交流电源首先闭合开关 ,足够长时间（电容充电完毕 ,电容电压 等于电源电压 Esinat,进入稳态） ,假定在交流电