实验八--RC一阶电路的响应.doc

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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。二、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：初始值：可得出电容和电流随时间变化的规律：上述式子表明,零状态响应是输入的线形函数。其中τ=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。τ越大，暂态响应所待续的时间越长。反之，τ越小，过渡过程的

2、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-）=U0，再将开关K转到位置2。电容器放电由方程：可以得出电容器上的电压和电流随时间变化的规律：3、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

3、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：开始—>程序—>NationalInstruments—>CircuitDesignSuite10.0—〉Multisim电源库PlaceSource示波器、仪表Run基本元件库：PlaceBasic图8-22、绘制电路图（1）、单击工具栏的：PlaceBasic按钮弹出如下对话框：图8-3电阻图8-4电容图8-5单刀双掷

4、开关单击工具栏的：PlaceSource按钮弹出如下对话框：图8-612V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，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）4.3205.8687.89610.02

5、712.88715.96719.7292、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8-2RC电路放电UC（V）9876543放电时间t1（s）7.5589.21410.93813.38715.78318.89223.1443、用示波器观察RC电路的方波响应①调整信号发生器，使之产生1KHz、VP-P=2V的方波。②按图8-9接线。按下面4种情况选取不同的R、C值。⑴C=1000PFR=10KΩ⑵C=1000PFR=100KΩ⑶C=0.01μFR=1KΩ⑷C=0.01μFR=

6、100KΩ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质。二、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

7、夫定律，电路中电压、电流，可用二阶微分方程表达图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：设初始值为：，上式微分方程的解为：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：令：（称衰减系数）（称固有振荡角频率）（ωd称振荡角频率）则：显然，电路的响应与电路参数有关，当电路参数为不同值时，电路的响应可能出现以下情况：⑴当时，称为非振荡（过阻尼）放电过程。其响应为⑵当时，称为临界（临界阻尼）状态，其响应为⑶当时，称为衰减振荡（欠阻尼）放电

8、过程。其响应为⑷当R=0时，称为等幅振荡（无阻尼）过程。其响应为⑸当R<0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=0和R<0的电路响应，可用接入负电阻的方法实现。2、震荡频率ωd与衰减系数σ的实验测量方法：当电路出现衰减振荡时，其响应为：将uc(t)(或i(t))送入示波器，显示出电压（或电流）波形，如图9