TEL:02585866145,一階RC電路的階躍響應(yīng),實(shí)驗(yàn)?zāi)康?課本P204-206,一階RC電路的階躍響應(yīng),1.復(fù)習(xí)一階RC電路階躍響應(yīng)的基本概念；2.根據(jù)圖2-7-1給定的電路參數(shù)(電容分別為0.047F和1F)，分別計(jì)算電路時(shí)間常數(shù)。并敘述本次實(shí)驗(yàn)中時(shí)間常數(shù)對(duì)響應(yīng)波形的影響；3.復(fù)習(xí)信號(hào)發(fā)生器和示波器的基本使用方法；4.列出運(yùn)用雙蹤數(shù)字示波器用“光標(biāo)測(cè)量”中“手動(dòng)模式”或“追蹤模式”測(cè)量電信號(hào)任意兩點(diǎn)間時(shí)間間隔的操作步驟及注意事項(xiàng)；5.采用Multisim仿真軟件仿真,得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的理論值6.根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)寫(xiě)出預(yù)習(xí)報(bào)告。,預(yù)習(xí)要求,=RC=26.32s,=560s,實(shí)驗(yàn)儀器,雙蹤示波器函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電工電子綜合實(shí)驗(yàn)箱,一階RC電路的階躍響應(yīng),測(cè)量時(shí)保持示波器兩個(gè)通道共地。,根據(jù)需要正確設(shè)置觸發(fā)、通道耦合方式,實(shí)驗(yàn)儀器,示波器,光標(biāo)測(cè)量模式（cursor）,注意要產(chǎn)生的信號(hào)波形!,實(shí)驗(yàn)儀器,函數(shù)信號(hào)發(fā)生器,直流偏置的添加,DGDZ-2型電工電子綜合實(shí)驗(yàn)箱,實(shí)驗(yàn)電路,實(shí)驗(yàn)原理,實(shí)驗(yàn)原理（教材P55-57）,一階RC電路的階躍響應(yīng),階躍信號(hào)和階躍響應(yīng),階躍信號(hào)：,階躍響應(yīng)：零狀態(tài)時(shí)電路在階躍信號(hào)激勵(lì)下的響應(yīng)。求解階躍響應(yīng)（零狀態(tài)）可用三要素法,實(shí)驗(yàn)原理,為了能用示波器觀察階躍信號(hào)作用于一階電路的過(guò)渡過(guò)程，就要求電路周期性的重復(fù)過(guò)渡過(guò)程。為此，采用給RC電路加周期方波信號(hào)激勵(lì)的方法實(shí)現(xiàn)。一般認(rèn)為過(guò)渡過(guò)程在45時(shí)間內(nèi)結(jié)束。因此方波周期T應(yīng)大于10倍的電路時(shí)間常數(shù)，即T10。,圖1方波信號(hào)T10,實(shí)驗(yàn)原理,實(shí)驗(yàn)電路圖,1、如上圖電路，當(dāng)脈沖寬度T1=T/25時(shí)，電容上的電壓響應(yīng)為：,式（1）,實(shí)驗(yàn)原理,電阻上的電壓響應(yīng)為：,由以上公式可得到以下結(jié)論：當(dāng)t=時(shí)，Vc=（1-e-1）Vs=0.633Vs；當(dāng)t=T1+時(shí)，Vc=e-1Vs=0.367Vs；當(dāng)t=時(shí)，VR1=0.367VsR1/(R0+R1)。=RC=(50+510)0.04710-6=26.3s,式（2）,一階RC電路的階躍響應(yīng),t,t,t,Vs,VC,電容充電經(jīng)過(guò)一個(gè)的時(shí)間，電容上所充的電壓為電源電壓的63.3%。電容放電經(jīng)過(guò)一個(gè)的時(shí)間，電容上所剩電壓為最大電壓的36.7%。在電容分別充電和放電時(shí)，經(jīng)過(guò)一個(gè)的時(shí)間，電阻上的電壓為其自身最大峰值電壓的36.7%。,VS,VR,一階RC電路的階躍響應(yīng),t,t,t,Vs,VC,T/25時(shí)，在示波器顯示的波形圖上讀出一階RC電路的時(shí)間常數(shù)值：取電壓波形從0到縱向最大高度的63.3%(充電時(shí))或36.7%(放電時(shí))在橫軸(時(shí)間軸)上的投影，該段投影長(zhǎng)度即為時(shí)間常數(shù)值。,VS,VR,思考：RL電路的時(shí)間常數(shù)如何側(cè)量,1）示波器CH1、CH2均置直流耦合。2）信號(hào)發(fā)生器輸出送示波器CH1，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，輸出f=1.25kHz，周期T=800s，脈寬T1=400s，電壓峰峰值Vs=2V的方波信號(hào)。設(shè)置“直流偏移”使方波信號(hào)幅度在0V到2V之間(無(wú)負(fù)脈沖)。3)連接電路，用示波器CH2觀察電容充放電波形。計(jì)算、讀測(cè)、記錄波形和值（光標(biāo)-手動(dòng)或光標(biāo)-追蹤）。4)觀察電阻R1上的波形。計(jì)算、讀測(cè)、記錄波形和值（光標(biāo)-手動(dòng)或光標(biāo)-追蹤）。要求觀察電容和電阻上的電壓波形，畫(huà)出波形圖。作圖時(shí)應(yīng)注意：A.各波形與輸入方波信號(hào)在時(shí)間上的對(duì)應(yīng)關(guān)系。B.各波形相對(duì)于橫坐標(biāo)的位置。提示：測(cè)量時(shí)要把電壓靈敏度調(diào)高，時(shí)間軸刻度/格減小些，即使波形顯示盡量大，以增加測(cè)量的精度。,實(shí)驗(yàn)步驟,實(shí)驗(yàn)電路接線圖,加直流偏置,直流耦合,測(cè)Vc電壓的電路圖,一階RC電路的階躍響應(yīng),實(shí)驗(yàn)電路接線圖,加直流偏置,直流耦合,測(cè)Vc電壓的電路圖,實(shí)驗(yàn)電路接線圖,測(cè)VR電壓的電路圖,1.將測(cè)Vc的電路中C，R位置對(duì)調(diào)2.用測(cè)Vc的電路，調(diào)整數(shù)字示波器Math,設(shè)置Math波形為信號(hào)發(fā)生器-電容電壓注意：示波器math功能僅為波形計(jì)算，非電壓值計(jì)算，所以為了獲得電壓值的計(jì)算，應(yīng)將兩通道信號(hào)的電壓靈敏度設(shè)為相同值,一階RC電路的階躍響應(yīng),實(shí)驗(yàn)電路接線圖,加直流偏置,直流耦合,測(cè)VR電壓的電路圖,數(shù)學(xué)運(yùn)算,數(shù)學(xué)運(yùn)算（MATH）功能實(shí)現(xiàn),操作類型包括：ABABABABFFT,兩通道可選,MATH幅度,運(yùn)算波形的幅度可以通過(guò)垂直SCALE旋鈕調(diào)整。幅度以百分比的形式顯示，如上圖左下角的狀態(tài)顯示。幅度的范圍從0.1至1000以125的方式步進(jìn)，即0.1、0.2、0.51000%。,點(diǎn)擊,！math只是對(duì)兩顯示波形的操作，而非電壓值的操作！光標(biāo)測(cè)量只能對(duì)math進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量，不能光標(biāo)測(cè)量,一階RC電路的階躍響應(yīng),2、將電路中的電容改為1F，則=560s，T1。電路在方波信號(hào)激勵(lì)下電容充放電波形和電阻上的電壓波形右圖所示。,t,t,t,Vs,T1,VC,VS,VR,T,V2,V1,Vs,Vs,V2,V1,V1,V2,一階RC電路的階躍響應(yīng),2、將電路中的電容改為1F，則=560s，T1。電路在方波信號(hào)激勵(lì)下電容充放電波形和電阻上的電壓波形右圖所示。需指出的是：圖中坐標(biāo)原點(diǎn)t0，而是若干周期后（t5），電容充放電相等，進(jìn)入周期穩(wěn)定狀態(tài)后的波形圖。,t,t,t,Vs,T1,VC,VS,VR,T,Vc2,Vc1,Vs,Vs,VR2,VR1,VR1,VR2,一階RC電路的階躍響應(yīng),根據(jù)三要素法：電容充電電壓為Vc(t)=Vs+(V1-Vs)e-t/(V)則：V2=Vc(T1)=Vs+(V1-Vs)e-T1/(V)由此可得到：=T1/ln(Vc1Vs)/(Vc2Vs)(3)在電容充電期間電阻上的電壓波形為：VR(t)=V2e-t/(V)則：V1=VR(T1)=V2e-T1/(V)可得：=T1/ln(VR2/VR1)(4)參照前面的實(shí)驗(yàn)步驟，從示波器上讀到V1，V2值分別代入(2-7-5)或(2-7-6)均可求得電路時(shí)間常數(shù)值。,5）將電路中0.047F電容改用1F，用示波器CH2觀察電容充放電波形。記錄波形，讀測(cè)V1和V2值，計(jì)算值。6)用示波器CH2觀察電阻R1上的波形。記錄波形，讀測(cè)V1和V2值，計(jì)算值。,實(shí)驗(yàn)步驟,提示：實(shí)測(cè)VR上的電壓比理論值小,原因是一部分電壓降在R0上,這時(shí)代入=T1/ln(Vc1Vs)/(Vc2Vs)中的Vs值要用實(shí)測(cè)值代入求。這樣誤差比較小。,一階RC電路的階躍響應(yīng),7）調(diào)整“直流偏移”，使Vs成為對(duì)稱于橫坐標(biāo)的方波信號(hào)。分別觀察電容和電阻上的電壓波形，畫(huà)出波形圖并與圖2-7-3作比較。作圖時(shí)應(yīng)注意：A.各波形與輸入方波信號(hào)在時(shí)間上的對(duì)應(yīng)關(guān)系。B.各波形相對(duì)于橫坐標(biāo)的位置。,實(shí)驗(yàn)思考題,一階RC電路的階躍響應(yīng),實(shí)驗(yàn)思考題,1.全響應(yīng)可分解為零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)。試分析圖2-7-2(b)，圖2-7-3(b)中分別對(duì)應(yīng)方波信號(hào)前、后各半個(gè)周期的響應(yīng)中包含了哪些分量?2.步驟7中0.047F和1F電容上的電壓響應(yīng)包含了哪些響應(yīng)?(按對(duì)應(yīng)方波信號(hào)前、后半周分別分析)3.一個(gè)周期信號(hào)，可用一系列