第6章动态电路

1、普通高等教育“十一五”国家级规划教材 通过实训，加深对动态电路的理解，掌握一阶电路通过实训，加深对动态电路的理解，掌握一阶电路动态响应的实验方法，初步掌握二阶电路动态响应的实动态响应的实验方法，初步掌握二阶电路动态响应的实验研究方法。验研究方法。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材1)1)微分电路与积分电路的实验研究（基本技能微分电路与积分电路的实验研究（基本技能性性实训）。实训）。2)2)一阶电路动态响应的实验研究（基本技能一阶电路动态响应的实验研究（基本技能性性实训）。实训）。3)3)二阶电路动态响应的实验研究（设计性实训）。二阶电路动态响应的实验研究（设计性实训）。普通高等教育“十一五

2、”国家级规划教材 1 1）加深对微分电路与积分电路的理解。）加深对微分电路与积分电路的理解。 2 2）熟悉微分电路与积分电路动态响应的特性。）熟悉微分电路与积分电路动态响应的特性。 3 3）掌握微分电路与积分电路的实验研究方法。）掌握微分电路与积分电路的实验研究方法。普通高等教育“十一五”国家级规划教材 微分电路和积分电路是电容器充放电现象的一种应用。微分电路和积分电路是电容器充放电现象的一种应用。在一定条件下，在一定条件下，RCRC电路既可以构成微分电路，也可以构成积电路既可以构成微分电路，也可以构成积分电路。分电路。 将将RCRC电路的电阻端作为输出端，在电路参数满足电路的电阻端作为输出端

3、，在电路参数满足T T 时，便构成了微分电路，如图时，便构成了微分电路，如图6-16-1所示。由于所示。由于值远小于脉值远小于脉宽宽T T值，电容的充放电时间极短，所以电阻两端输出电压为值，电容的充放电时间极短，所以电阻两端输出电压为正负尖峰波形，如图正负尖峰波形，如图6-26-2所示。所示。普通高等教育“十一五”国家级规划教材微分电路波形微分电路波形图图6-2 6-2 微分电路输入、输出波形微分电路输入、输出波形图图6-1 6-1 微分电路微分电路普通高等教育“十一五”国家级规划教材积分电路波形积分电路波形 将将RCRC电路的电容端作为输出端，在电路参数满足电路的电容端作为输出端，在电路参数

4、满足TT时，便构成了积分电路时，便构成了积分电路，如图如图6-36-3和图和图6-46-4所示。所示。图图6-3 6-3 积分电路积分电路图图6-4 6-4 积分电路输入、输出波形积分电路输入、输出波形普通高等教育“十一五”国家级规划教材1 1. .微分电路实验微分电路实验 RC RC串联微分电路如图串联微分电路如图6-56-5所示。电路参数：所示。电路参数：R R1K/3W1K/3W，C C1 10.1F0.1F，C C2 20.01F0.01F，信号发生器信号发生器5 5V/V/方波。方波。 电阻电阻R R两端电压作为输出端，信号发生器分别输出两端电压作为输出端，信号发生器分别输出1001

5、00H HZ Z、1KH1KHZ Z、5KH5KHZ Z、10KH10KHZ Z和和2020KHKHZ Z等方波信号，用示波器等方波信号，用示波器观察输入和输出电压波形，并将测试数据填入表观察输入和输出电压波形，并将测试数据填入表6-26-2中。中。普通高等教育“十一五”国家级规划教材微分实验电路微分实验电路图图6-5 6-5 微分微分实验电路实验电路普通高等教育“十一五”国家级规划教材2. . 积分电路实验积分电路实验 RCRC串联积分实验电路如图串联积分实验电路如图6-66-6所示。电路参数与操作所示。电路参数与操作步骤同微分电路。电容步骤同微分电路。电容C C两端作为输出端，调节信号发生

6、两端作为输出端，调节信号发生器分别输出器分别输出100100H HZ Z、1KH1KHZ Z、5KH5KHZ Z、10KH10KHZ Z和和2020KHKHZ Z等方波信等方波信号，用示波器观察输入和输出电压的波形号，用示波器观察输入和输出电压的波形，并将测试数，并将测试数据填入表据填入表6-36-3中。中。普通高等教育“十一五”国家级规划教材积分实验电路积分实验电路图图6-6 6-6 积分实验电路积分实验电路普通高等教育“十一五”国家级规划教材 1 1）用示波器观察信号发生器产生的方波，防止失真。）用示波器观察信号发生器产生的方波，防止失真。 2 2）示波器的探头与电路连接时，接地点不能接错

7、，否则）示波器的探头与电路连接时，接地点不能接错，否则信号将被短路。信号将被短路。 3 3）信号发生器、示波器和电路的地端应连接在一起，即）信号发生器、示波器和电路的地端应连接在一起，即共地，以防止干扰。共地，以防止干扰。 4 4）用示波器观察）用示波器观察U UC C和和I IC C波形时，由于信号幅值相差较大，波形时，由于信号幅值相差较大，要缓慢调节要缓慢调节Y Y轴的灵敏度，使波形清晰可测。轴的灵敏度，使波形清晰可测。普通高等教育“十一五”国家级规划教材 6-1 实训项目完实训项目完机械工业出版社印制机械工业出版社印制普通高等教育“十一五”国家级规划教材 1 1）加深对一阶电路动态响应的

8、理解。）加深对一阶电路动态响应的理解。 2 2）熟悉一阶电路零状态响应和零输入响应的特性。）熟悉一阶电路零状态响应和零输入响应的特性。 3 3）掌握一阶电路动态响应的实验研究方法。）掌握一阶电路动态响应的实验研究方法。普通高等教育“十一五”国家级规划教材 储能元件的初始值为零，仅由激励引起的响应叫做零储能元件的初始值为零，仅由激励引起的响应叫做零状态响应，如图状态响应，如图6-76-7所示。这是一个所示。这是一个RCRC串联电路，电容串联电路，电容C C的的初始值为零，电路处于稳定状态。在初始值为零，电路处于稳定状态。在t t0 0时刻，开关时刻，开关S S由由2 2转到转到1 1时，电源时，

9、电源UsUs经经R R向向C C充电。充电。图图6-7 6-7 一阶一阶RCRC电路动态响应电路电路动态响应电路1. 零状态响应零状态响应普通高等教育“十一五”国家级规划教材 当电路中激励为零，仅由储能元件的初始状态引起的当电路中激励为零，仅由储能元件的初始状态引起的响应称为零输入响应。在图响应称为零输入响应。在图6-76-7所示电路中，开关所示电路中，开关S S置置1 1时，时，电路已达稳态。在电路已达稳态。在t t0 0时刻，将开关时刻，将开关S S由由1 1转到转到2 2，电容，电容C C经经电阻电阻R R放电。放电。图图6-7 6-7 一阶一阶RCRC电路动态响应原理图电路动态响应原理

10、图2.零输入响应零输入响应普通高等教育“十一五”国家级规划教材 由电路的非零初始状态和外加输入共同激励下，产生由电路的非零初始状态和外加输入共同激励下，产生的响应为全响应，如图的响应为全响应，如图6-86-8所示。在所示。在t t0 0时刻，将开关时刻，将开关S S闭闭合，此时，电路的响应就是全响应。合，此时，电路的响应就是全响应。图图6-8 6-8 一阶一阶RCRC全响应电路全响应电路3. 全响应全响应普通高等教育“十一五”国家级规划教材1. . 零状态响应实验零状态响应实验 电路如电路如图图6-106-10所示。电路参数：直流电源所示。电路参数：直流电源UsUs10V10V，R R1 12

11、K2K，R R2 2300300，电解电容电解电容C C10001000F F，S S为转换开关。为转换开关。图图6-10 一阶一阶RC电路动态响应实验电路电路动态响应实验电路普通高等教育“十一五”国家级规划教材 1 1）转换开关）转换开关S S首先置于首先置于2 2位，电容充分放电，使电容的位，电容充分放电，使电容的初始储能为零。初始储能为零。 2 2）在）在t t0 0时刻，开关由时刻，开关由2 2转到转到1 1，电源，电源UsUs经经R R向向C C充电，充电，电压表显示电压表显示UcUc开始增加，开始增加，电容逐渐充电到电容逐渐充电到1010V V，用秒表记用秒表记录时间，按照表录时间

12、，按照表6-56-5所列出所列出UcUc定值，逐点求出时间定值，逐点求出时间，并并将测试数据填入表将测试数据填入表6-56-5中。中。 3 3）此时，电路的响应为零状态响应，用双踪示波器观）此时，电路的响应为零状态响应，用双踪示波器观察分析波形。察分析波形。普通高等教育“十一五”国家级规划教材 实验电路如实验电路如图图6-106-10所示，电路参数不变。所示，电路参数不变。图图6-10 一阶一阶RCRC电路动态响应实验电路电路动态响应实验电路普通高等教育“十一五”国家级规划教材 1 1）开关）开关S S首先置于首先置于1 1位，使电容充分充电，位，使电容充分充电，C C达到稳态，达到稳态，电压

13、表显示电压表显示Uc=10VUc=10V。 2 2）在在t t0 0时刻，开关由时刻，开关由1 1转到转到2 2，电容，电容C C向向R R放电，电压放电，电压表显示表显示UcUc开始下降，用秒表记录时间，按照表开始下降，用秒表记录时间，按照表6-66-6所列出所列出UcUc定值，逐点求出时间定值，逐点求出时间，并将测试数据填入表并将测试数据填入表6-66-6中。中。 3 3）此时，电路的响应为零输入响应，用双踪示波器观）此时，电路的响应为零输入响应，用双踪示波器观察分析波形。察分析波形。普通高等教育“十一五”国家级规划教材 1 1）连接电解电容器时，要注意正负极性。如果极性接）连接电解电容器

14、时，要注意正负极性。如果极性接反了，漏电流会大量增加，甚至会损坏电容器。反了，漏电流会大量增加，甚至会损坏电容器。 2 2）用示波器观察波形时，要根据被测信号幅值不同，）用示波器观察波形时，要根据被测信号幅值不同，调节幅值开关的灵敏度，使波形清晰可测。调节幅值开关的灵敏度，使波形清晰可测。 3 3）示波器的探头与实验电路连接时，接地点不能接错，）示波器的探头与实验电路连接时，接地点不能接错，否则信号将被短路。否则信号将被短路。普通高等教育“十一五”国家级规划教材 6-2 实训项目完实训项目完机械工业出版社印制机械工业出版社印制普通高等教育“十一五”国家级规划教材 1）加深对）加深对二阶电路动态

15、响应二阶电路动态响应的理解。的理解。 2 2）了解了解二阶电路动态响应的实验研究方法。二阶电路动态响应的实验研究方法。 3）初步掌握设计性实训的思路和方法。）初步掌握设计性实训的思路和方法。普通高等教育“十一五”国家级规划教材 1 1）RLCRLC串联电路，无论是零输入响应，或是零状态响串联电路，无论是零输入响应，或是零状态响应，二阶电路动态过程的性质，应，二阶电路动态过程的性质，完全由特征方程完全由特征方程的特征根的特征根来决定的。来决定的。210LCPRCP21,20122RRPLLLC 222（） （）式中式中0/2 ,1RLLC普通高等教育“十一五”国家级规划教材 1 1）如果）如果R

16、 R2 2 ，则则P P1 1, ,2 2为两个不相等的负实根，为两个不相等的负实根，电路过渡过程的性质为过阻尼非震荡过程；电路过渡过程的性质为过阻尼非震荡过程； 2 2）如果）如果R R2 2 ，则则P P1 1, ,2 2为两个相等的负实根，电为两个相等的负实根，电路过渡过程的性质为临界阻尼过程；路过渡过程的性质为临界阻尼过程； 3 3）如果）如果R R2 2 ，则则P P1 1, ,2 2为一对共轭复数，电路过为一对共轭复数，电路过渡过程的性质为欠阻尼振荡过程。渡过程的性质为欠阻尼振荡过程。 改变电路参数改变电路参数R R、L L或或C C，均可使电路发生上述三种不均可使电路发生上述三种

17、不同性质的过程。同性质的过程。CLCLCL普通高等教育“十一五”国家级规划教材 在电路发生振荡时，其振荡性质可分为三种情况：在电路发生振荡时，其振荡性质可分为三种情况： 1 1）衰减振荡衰减振荡：电路中电压或电流的振荡幅度按指数：电路中电压或电流的振荡幅度按指数规律逐渐减小，最后衰减到零；规律逐渐减小，最后衰减到零； 2 2）等幅振荡等幅振荡：电路中电压或电流的振荡幅度保持不：电路中电压或电流的振荡幅度保持不变，相当于电路中电阻为零，振荡过程不消耗能量；变，相当于电路中电阻为零，振荡过程不消耗能量； 3 3）增幅振荡增幅振荡：此时电压或电流的振荡幅度按指数规：此时电压或电流的振荡幅度按指数规律

18、逐渐增加，相当于电路中存在负值电阻，振荡过程中律逐渐增加，相当于电路中存在负值电阻，振荡过程中逐渐得到能量补充。逐渐得到能量补充。普通高等教育“十一五”国家级规划教材 RLCRLC串联二阶电路如图串联二阶电路如图6-116-11所示。电路参数：所示。电路参数：L L100mH100mH，电位器电位器R4.7K，C0.11F F，信号发生器输信号发生器输出电压出电压=2=2V/50/50100HZ/100HZ/方波。方波。 L L为电感线圈，为电感线圈，C C为可变电容，为可变电容，R R为可变电阻。改变电为可变电阻。改变电容或电阻的参数可获得各种响应状态。信号发生器接地端容或电阻的参数可获得各

19、种响应状态。信号发生器接地端与示波器的接地端并联接地。与示波器的接地端并联接地。 振荡电路中电流振荡电路中电流I I，在电阻在电阻R R上产生电压作为取样信号上产生电压作为取样信号电压加到示波器的电压加到示波器的Y Y输入端，即能观察到测量值的波形与输入端，即能观察到测量值的波形与数值。数值。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材实验电路实验电路图图6-11 6-11 RLCRLC串联的二阶电路串联的二阶电路普通高等教育“十一五”国家级规划教材操作步骤操作步骤 调节信号发生器的方波输出频率为调节信号发生器的方波输出频率为5050100HZHZ，输出电输出电压压2 2V V固定不变，固定不变，L L为电感线圈，为电感线圈，C C选用选用0.20.2f f电容，电容，R R为可变为可变电阻电阻4.7K，在在0 05005002K2K范围可调。用示波器观察分范围可调。用示波器观察分析析R R2 2 、R R2 2 以及以及 R R2 2 条件下的响应特性。条件下的响应特性。 测定测定RL