RC一阶电路的响应

1、实验八RC 一阶电路的响应一、实验目的1、研究RC电路在零输入、阶跃激励和方波激励情况下，响应的基本规律和 特点。2、学习用示波器观察分析电路的响应。、原理及说明1、一阶RC电路对阶跃激励的零状态响应就是直流电源经电阻R向C充电对于图8-1所示的一阶电路，当t=0时开关K由位置2转到位置1,由方程：URCduC =Ust _0dt初始值：Uc 0_ =0可得出电容和电流随时间变化的规律：f t、Uc(t 尸Us 1-e t 之0U oi t Set -0R上述式子表明，零状态响应是输入的线形函数。其中 r=RC,具有时间的量 纲，称为时间常数，它是反映电路过渡过程快慢程度的物理量。越大，暂态响

2、应所待续的时间越长。反之，越小，过渡过程的时间越短。图8-12、电路在无激励情况下，由储能元件的初始状态引起的响应称为零输入响应。 即电容器的初始电压经电阻 R放电。在图8-1中，让开关K于位置1,使初始值 Uc (0-) =Uo,再将开关K转到位置2。电容器放电由方程:Uc RC-duC =0dtt _0可以得出电容器上的电压和电流随时间变化的规律：tuc t = Uc 0_ et _ 0tUC t =t .0Uc 0 e-R3、对于RC电路的方波响应，在电路的时间常数远小于方波周期时，可以视 为零状态响应和零输入响应的多次过程。方波的前沿相当于给电路一个阶跃输 入，其响应就是零状态响应，方

3、波的后沿相当于在电容具有初始值Uc (0-)时把电源用短路置换，电路响应转换成零输入响应。由于方波是周期信号，可以用普通示波器显示出稳定的图形，以便于定量分析。本实验采用的方波信号的频率为 1000Hz。三、仪器设备Pc机、Multisim10.0 ;四、实验方法：1、打开 Multisim10 软件： Multisim开始一 程序National Instruments circuit Design Suite 10.0Run基本元件库Place Basic电源库Place Source示波器、仪表I回区IHef-ch? ysfca:y | ProrttVtew | 研（:皿口|开始 .0申

4、麻曲掖hjlt周. 奋口即H 7sL,11*J图8-22、绘制电路图(1)、单击工具栏的：Place Basic按钮弹出如下对话框:看: Select a CanponcntDatabase:Master Databarse|30kGGroup;22k| 2 BASIC22.1k22.5kFamily：22.6k；SWITCH23.2k3g TRAN5F0HMER23.7Kf N0N_LlNEAR_TRAfJ5F.24k强 RELAY24.3k24.*. CONNECTORS5B SOCKETS有显 SCH_CAP_SME26.1kPFST=.TQR26,7114- CAPACITOR27ki

5、roucrcfi27.2k* CAPLECTROtlT27.他ZSk# VARIA6LE_CAPACJTCfi VARIABLEJNDUCTOR 729.4kW rhfTLEFTTJlJILTrhI 3QLLWIl_JE1miiComponentE. 1031Symtwl （ANSfl邺oseSearch.Qet城 Report | Model. Sawe Clique component on plarementConnponent type:Halp| Toterancef%）：1TModel mawf./ID:Hyperlnk:图8-4 电容套 Select a CoponentIZ叵D

6、atabase:Component:Symbol (AN5I)w BaskFamily;EJ-RATED_VIRTUAL 0RPACK5CH_CAP,SYM5RESISTORCAPACITOR装姜日HSWITCHTRANSFORMERMON_LINEAR_TRANSF.RELAYCONNECTORS- INDUCTORT卜匚 AP-ELE匚TRQUTIl I A n T A Fbl I- L K0K LTTCFt Y三DIPSW4DIP5W5DIP5W6DIP5W7 dipsws DIP5W9D5WPK_10D5WPK_2DSWPQ3 05WKJMWPK_5D5WPK_6D5WPK_7DSWP

7、KJ3D5WPK_9PB_DP5TSBREAKASPDT5PSTTf L 1 14VFlint Hon:5PDT SwitchGeneric/ILLUMINATED PBGeneric5PDTModel manuF./ID;Components： 26Searching：Footprint onanuf/Type；Hyperlink：单击工具栏的：Place Source按钮弹出如下对话框:图8-6 12V直流稳压电源图8-7 方波信号源1、RC电路充电按图8-8接线。首先将开关扳向0,使电容放电，电压表显示为 0.0。将开关置于停止位上1,按清零按钮使秒表置零。将开关扳向1位开始计时，当电压

8、表指示的电容电压Uc达到表8-1中所规定的某一数值时，记下秒表时间填在表 8-1中，Cireui tl ： Simulating.图8-8注意：开关断开的时间尽量要短，否则电容放电造成电容两端的电压下降表8-1RC电路充电Uc (V)3456789充电时间t1 (s)4.3205.8687.896P 10.02712.88715.96719.7292、RC电路放电将电容充电至10V电压，将开关K置于0点，方法同上。数据记在表 8-2 中。表8-2 RC电路放电Uc (V)9876543放电时间t1 (s)7.5589.21410.93813.38715.78318.892；23.1443、用示

9、波器观察RC电路的方波响应调整信号发生器，使之产生1KHz、Vp-p=2V的方波。按图8-9接线。按下面4种情况选取不同的R、C值。 C=1000PFR=10KQ C=1000PF R=100KQC=0.01pFR=1K QC=0.01pF R=100KQ用示波器观察Uc (t)波形的变化情况，并将其描绘下来。示波器参数设置图8-9 电路图五、报告要求1、描绘出电容充电及放电过程。2、把用示波器观察到的各种波形画出，并做出必要的说明实验九二阶电路的响应一、实验目的1、观测二阶电路零状态响应的基本规律和特点。2、分析电路参数对电路响应的影响。3、观察零状态响应的状态轨迹，学习判断电路动态过程的性

10、质。.、实验原理与说明1、含有两个独立储能元件，能用二阶微分方程描述的电路称为二阶电路，当电 路中具有一个电感和一个电容时，就组成了简单的二阶电路。如图 9-1所示。根 据基尔霍夫定律，电路中电压、电流，可用二阶微分方程表达d uCduCLC C + RC C + Uc = Usdt dt TOC o 1-5 h z 图9-1图9-2为便于分析并解答，现以电容 C对R、L放电为例，具体分析图9-2所示电 路，其对应的二阶微分方程为：d2ucduc LC+ RC+ uc = 0dtdt设初始值为:Uc （0 + ） = Uc（0_）=U0,I（0+）= I （0_） = 0 ,上式微分方程的解为

11、:uc(t) = Aep1t+Bep2t式中A, B是由初始条件决定的常数，P1, P2是微分方程的根，且有:2L . 2L LC人 R令： 一二；:2L（称衰减系数）则:R、21= oLC（称固有振荡角频率）1/R22()=dLC 2L（3d称振荡角频率）Pi - -二一 . j d显然，电路的响应与电路参数有关，当电路参数为不同值时, 可能出现以下情况：电路的响应当R2jL时，称为非振荡（过阻尼）放电过程。具响应为UoUc(t)B - Pi/ PtP2t、(P2e - Pe )i二-Cduc cUodtL(P2 P)2 eP2当R=2j时，称为临界（临界阻尼）状态，其响应为Uc(t) =U

12、o(1+ot)eWi(t) = -CdUcUodt Lte当R2j；L时，称为衰减振荡（欠阻尼）放电过程。具响应为Uc(t) = Uoe-asin(d + P)ddUc U o 1i(t) - -Ce sin dtdt oL当R=0时，称为等幅振荡（无阻尼）过程。其响应为冗Uc(t) =Uo sin( ot)2UooLs i nJ t 二 )当Ro时，为发散振荡（负阻尼）过程。在一般线性电路中，总是存在电阻R=o和Ro的电路响应，可用接入负电阻的 方法实现。2、震荡频率CDd与衰减系数6的实验测量方法:当电路出现衰减振荡时，其响应为:i (t) = Ae-0 sindtUc（t） = Aie-a sin（dt + P）9 3所小。将uc(或i(t)送入示波器，显示出电压(或电流)波形，如图u(t)* *A图9-4图9-33、动态电路的状态轨迹按图9-4接线，Us (t)阶跃信号如图所示。将uc (t)信号接示波器，便可观察到电路的状态轨迹，如图 9-5所示。Uc(t)(a)欠阻尼Uc(t)(b)临界阻尼Uc(t)(c)过阻尼图9-5三、仪器设备1、PC 机、Multisim10.0 ;四、实验内容电路如图:图9-61、观察R、L、C串联电路响应，调节电阻 R值，记录不同参数时，电路响应波形。实验电路可参照图9-6所示电路连接，R为10K电位计，C选1000