一階動態(tài)電路的研究

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測定RC一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)、零輸入響應(yīng)及完全相應(yīng)。

2、掌握電容器充電與放電過程中電流與電壓的變化規(guī)律。3、了解電路參數(shù)對充放電過程的影響。4、學(xué)習(xí)電路時(shí)間常數(shù)的測量方法5、掌握有關(guān)微分電路和積分電路的概念；了解微分電路與積分電路的功能。實(shí)驗(yàn)原理一階電路是指用一階微分方程描述的動態(tài)電路。動態(tài)電路至少包含一個儲能元件（電感或電容）的集中參數(shù)電路。當(dāng)動態(tài)電路的結(jié)構(gòu)或元件的參數(shù)等發(fā)生變化時(shí)，會產(chǎn)生過渡過程，使電路改變原來的工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)變到另一工作狀態(tài)。動態(tài)電路在任意時(shí)刻的響應(yīng)與激勵的全部過去歷史有關(guān)，即使激勵不再作用，仍可能有響應(yīng)。在一階RC電路中，由于電容器是一種儲能元件，它在電路的通斷、換接時(shí)，其貯能不可能突變，電路中的電壓和電流隨時(shí)間變化，這個過程通常稱之為瞬態(tài)過程，工程上亦稱為過渡過程。在動態(tài)電路中，如果貯能元件的初始狀態(tài)為零，僅有輸入引起的響應(yīng)，稱為零狀態(tài)響應(yīng)。如果電路的輸入為零，僅由電路貯能元件的初始能量激發(fā)的響應(yīng)，稱為零輸入響應(yīng)；全響應(yīng)則為輸入和電路貯能元件的初始能量共同作用引起的響應(yīng)。

若一電容為C的未經(jīng)充電的理想電容器經(jīng)過電阻R與一電壓為U的直流電源在t=0時(shí)接通，電容器的端電壓uc將按下面的指數(shù)規(guī)律變化：，t≥0式中，τ=RC為該電路的時(shí)間常數(shù)。電容器電流的變化規(guī)律是：，t≥0如果電容器已充電到直流電壓U，在t≥0時(shí)，經(jīng)過R放電，則電容器電壓uc的變化規(guī)律是：

，t≥0

而放電時(shí)電容器電流：，t≥0。如果電路的時(shí)間常數(shù)足夠大（在幾秒左右），電壓、電流的衰減相當(dāng)緩慢，一般認(rèn)為經(jīng)過4—5τ的時(shí)間瞬態(tài)過程趨于結(jié)束。一階RC電路的充放電電路如圖所示，CRK充電放電Us實(shí)驗(yàn)任務(wù)1、在Multisim7工作窗口編輯一階（RC串聯(lián)）電路。2、一階電路的激勵源為時(shí)鐘方波，參數(shù)設(shè)置：US=2Vf=100Hz3、元件參數(shù)R=1k,C值待定4、根據(jù)5≤T/2,計(jì)算電容C=？5、用示波器觀測RC電路中的uc、uR在時(shí)鐘方波信號作用下的響應(yīng)，畫出他們的響應(yīng)波形。6、測時(shí)間常數(shù)（要求：的相對誤差小于3%）數(shù)學(xué)模型：uC=US（1-e-t/）采用半壓法：當(dāng)UC=US/2時(shí)t=t0則=1.443t0圖解見“方波響應(yīng)”曲線。7、用示波器的疊加測量法，觀測電路中的uc+uR是否等于外加方波源的輸出電壓uS，并說明相等或不相等的原因。8、觀測RC微分電路和積分電路的輸出波形實(shí)驗(yàn)表格電阻電容時(shí)間常數(shù)（τ=RC）一個周期響應(yīng)曲線理論值測量值RC串聯(lián)電路C=？內(nèi)容要求τ理=？t0=？τ測=？uctuc+uRtuRt零狀態(tài)響應(yīng)零輸入響應(yīng)uc與合成曲線uRR=1k

積分響應(yīng)微分響應(yīng)uctuRtC=？C=？2uuc

us2t0uRuus22t0

將連續(xù)的時(shí)鐘方波信號加在電壓初始值為零的RC電路上，電路的方波信號響應(yīng)相當(dāng)于對階躍信號的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)。RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)、零輸入響應(yīng)R=1kCUs=2Vf=100Hztt0t05≤T/2CRK充電放電Us微分電路

用示波器觀測RC微分電路的波形，分析，（）的關(guān)系。當(dāng)T/2時(shí)：

;電阻兩端的電壓與輸入電壓近似成導(dǎo)數(shù)關(guān)系。即：

于是在電阻兩端輸出電壓為正負(fù)交替的尖脈沖。實(shí)際應(yīng)用中常用于把方波脈沖轉(zhuǎn)換為尖脈沖，作為觸發(fā)信號。dtdusRC(u

)R=uoR=1kCUs=2Vf=100HztUR(t)UC(t)uR

uousdtducRC=icu

R(t)=(t)R(t)u

C(t)u

R(t)u

C(t)u

S(t)≈t20-2usuRT/2t20usuC積分電路用示波器觀測RC積分電路的波形，分析us，u0（uc）的關(guān)系。當(dāng)T/2時(shí)：電容兩端的電壓與輸入電壓近似成積分關(guān)系。即：

于是在電容兩端輸出的電壓近似為三角波。實(shí)際應(yīng)用中常用于把方波信號轉(zhuǎn)換為三角波。R=1kCUs=2Vf=100Hztu

R(t)u

S(t)≈u

R(t)u

C(t)dtuR=iu

C(t)=(t)Rdt(t)=uR(t)dtC1C1RC1uS(t)dtRC1u

C(t)=ust20-2uCT/2實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在坐標(biāo)紙上