一阶动态响应电路分析

1、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一一零输入响应；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一一零状态响应；在外加激励和动态元件的初始储能共同作用下，电路产生的响应一一完全响应。以一阶RC

2、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。(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(T/2 5 )。故方波的正脉宽引起零状态响应，方波的负脉宽引起零输入响应，方波激励下的 Uj(t)和u°(t)的波形如图1(b)所示。在t (0, T/2)的零状态响 应过程中，由于T，故在t T/2时，电路已经达到稳定状态，即电容电压 uo(t) US。由零状态响应方程可知，当Uo(t) U s/2时，计算可得t1 0.69。如能读出t1的值，则能测出该电路

3、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ui(t)为方波信号如图2(b)所示，输出电压uo(t) 取自电容两端。该电路的时间常数RC T (工程上称10倍以上关系为远远大于或远远小于关2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 i(t) 包，因而u°(t) uc(t) 丄i(t)dt ui(t)dt，所以输出电压近似地 R RCRC与输入电压的积分成正比。图13、RC微分电路由RC组成的微分电路如图 3(a)所示，激励ui(

4、t)为方波信号如图3(b)所示，输出电压uo(t)取自电阻两端。该电路的时间常数RCT，故电容的充放电速度非常快，在方波的下一个下2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u°(t)uR(t )Ri(t)RCduc(t)RCdUi(t),所以输出电压近似地与输入电压的dtdt微分成正比。图3三、仿真实验内容1、在图1( a)中，已知R 10k、C 10nF。在multisim仿真软件中连接电路，并由函数信号发生器输出Vp p 4.0V, f 500 1000Hz的方波信号。利用双踪示波器同时观察 山和

5、uo(t)的波 形，并在示波器上测量值，并与理论值进行比较。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 Ui(t)为Vp p 4.0V、f 1kHz的方波。在双踪示波器中同时观察Ui (t)和Uo (t)的波形。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Ui(t)为Vp p 4.0V、f 1kHz的方波。在双踪示波器中同时观察ui (t)和uo (t)的波形。R3DS 01 -宙書-刁。事片虑警口 I_:a t * F 5 iJrIB i聲n毎q：c<*电也密观* 13凸壯工”:g畑 cJEM 3 I

6、t_LS * 1"I四、n环 轄.'FIB 元砂I i*4i QR 匸碎曰 «£.< iOB< 4曲，帼IK回 工山sna< SOW 脚工口曲Tk*"- 亦囲貝7巳121»113n<A IL*IB4XI 嗎也29 亍 Xi msH4iDN>EFH 出P TR I QJOIltV o.on t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

7、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T，使得响应波形Uc(t)在T/2时间内无法达到稳态值，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 Ui(t)为方波信号如图2 ( b)所示，输出电压 取TRC 自电容两端。该电路的时间常数2 (工程上称10倍以上关系为远远大于或远远小于关(或上升沿)到来时，充放电均未达到稳态,。系。)，故电容的充放电速度缓慢， 在方波的下一个下降沿 输出波形如图2(c)所示，为近似三角波，三角波的峰值故 i (t ) u R(t )R1Ui(t)，因而 Uo(t)Uc(t)i (t )dtRC1RCui(t )dt ，所以输出电压近似地与输入电压的积分成正比。答：R= T /C; T =RC4、 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，如果能，电路参数设计需满足什