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第1页共7页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，具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电路的零输

2、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：du RC c uc 0 dt微分方程的解为tt-uc 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。(a)(b)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：duRC c+uc=U s tdt微分方程的解为tuc=U s 1-

3、e RC =Ut-s 1-e t 0(a)(b)图2 RC电路的零状态响应RC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4、RC电路全响应RC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-e - t 0cs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tUc=Us (Uo Us)e- t 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，则用示波器可以观察到稳定的RC电路响应波形。图3所示的川波形为电

4、路时间常数 小于方波周期的情况。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发生塞 方波信号2、实验前预习及实验仿真要求：(1)使用Multisim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 2(R=5kQ>

5、RC 2 (R=25k Q ) RC (R=50k Q丘种情况下用虚拟的泰克示 波器观察北、i的波形并记录。三种情况u-t波形i-t波形RC T2(R=5kQ , r=50 Q)RC(R=25kQ, r=100Q)RC T2 (R=50kQ, r=100Q)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 、RC /第3页共7页©曲有上利孝先电路理论课程教学改革第#页共7页RC2三种情况下用示波器观察uc、i的波形并记录。(1)当 R=5kQ, r=50Q, C=0.1pF时的 uc、i 的波形(2)当 R=25kQ, r=10

6、0Q, C=0.1 仙 F时的 uc、i 的波形(3)当 R=50kQ, r=100Q, C=0.1 仙 F时的 uc、i 的波形电路理论课程教学改革1 口酬第7页共7页六、实验数据处理1、在下面的方格纸上作出 R=5kQ, r=50 Q, C=0.1仙F时的Uc、i的波形。r/LAJ7XkJrr->1J1A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

7、初始储能时接通直流电源，RC电路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p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%稳态值的时间问隔。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