1、2016-5-7學(xué)生編號：15041405姓名：王碩電路分析和模擬工作模擬實(shí)驗(yàn)2:一階動態(tài)電路響應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.研究一階動態(tài)電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的特性和規(guī)律。掌握測量一階電路時間常數(shù)的方法。2.理解積分和微分電路的概念，掌握積分和微分電路的設(shè)計(jì)和條件。3.用multisim仿真軟件設(shè)計(jì)電路參數(shù)，觀察輸入輸出波形。二、實(shí)驗(yàn)原理1.零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)波形的觀察和時間常數(shù)的測量。當(dāng)電路沒有外部激勵時，只有動態(tài)元件初始儲能釋放引起的響應(yīng)為零輸入響應(yīng)；當(dāng)電路中動態(tài)元件的初始儲能為零時，只有外部激勵產(chǎn)生的響應(yīng)為零狀態(tài)響應(yīng)；在外部激勵和動態(tài)元件初始能量存儲的共同作用下，電路產(chǎn)

2、生的響應(yīng)是完全響應(yīng)的。以一階rc動態(tài)電路為例，觀察電路的零輸入和零狀態(tài)響應(yīng)波形，其仿真電路如圖1(a)所示。(a) (b)圖1一階鋼筋混凝土動態(tài)電路作為電路的激勵，方波信號被施加到輸入端。只要方波信號的周期足夠長，電路的瞬態(tài)響應(yīng)過程基本上在方波作用或方波間隙()期間結(jié)束。因此，方波的正脈沖寬度導(dǎo)致零狀態(tài)響應(yīng)，而方波的負(fù)脈沖寬度導(dǎo)致零輸入響應(yīng)。方波激勵下和的波形如圖1(b)所示。在的零狀態(tài)響應(yīng)過程中，電路已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即電容電壓。從零狀態(tài)響應(yīng)方程因此，在當(dāng)時，計(jì)算是可用的。如果可以讀出該值，就可以測量電路的時間常數(shù)。2.rc積分電路由電阻組成的積分電路如圖2(a)所示，激勵為方波信號，如圖2(

3、b)所示，輸出電壓取自電容兩端。電路的時間常數(shù)(在工程中，大于10倍的關(guān)系遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于或遠(yuǎn)小于這個關(guān)系。)，所以電容器的充放電速度慢。當(dāng)方波的下一個下降沿(或上升沿)到來時，充電和放電尚未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。輸出波形如圖2(c)所示，大致為三角波和三角波的峰值。因此，輸出電壓近似與輸入電壓的積分成正比。圖13.遙控差分電路由電阻組成的差分電路如圖3(a)所示，激勵為方波信號，如圖3(b)所示，輸出電壓取自電阻兩端。由于電路的時間常數(shù)，電容器的充電和放電速度非?？臁．?dāng)方波的下一個下降沿(或上升沿)到來時，電容器電壓已經(jīng)在短時間內(nèi)充放電，并且已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。輸出波形如圖3(c)所示，這是一個帶周期的窄脈沖

4、。因此，輸出電壓大約與輸入電壓的微小分頻成正比。圖3三、模擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.在圖1(a)中，已知。電路連接在multisim仿真軟件中，方波信號由函數(shù)信號發(fā)生器輸出。用雙蹤示波器觀察和的波形，同時測量示波器上的值，并與理論值進(jìn)行比較。2.根據(jù)積分電路的形成條件，選擇合適的電阻和電容參數(shù)，形成如圖2(a)所示的積分電路，其為方波。在雙蹤示波器中同時觀察和的波形。3.根據(jù)差分電路的形成條件，選擇合適的電阻和電容參數(shù)，形成如圖3(a)所示的差分電路，其為方波。在雙蹤示波器中同時觀察和的波形。第四，思考問題1.什么樣的電信號可以用作一階rc電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的激勵信號？答：階躍信號可作

5、為rc一階電路的零輸入響應(yīng)激勵源；脈搏答：這取決于電容電壓的初始值和極性。只有當(dāng)電容器的初始電壓的極性和幅度與突然激勵的極性和幅度完全相同時，才不會有瞬態(tài)變化。3.在研究方波激勵積分電路的響應(yīng)時，響應(yīng)波形不能及時達(dá)到穩(wěn)定值，因此不能用實(shí)驗(yàn)方法測量。但是積分電路的響應(yīng)波形包含時間常數(shù)的信息。應(yīng)該用什么方法來測量這個值？答：由電阻組成的積分電路如圖2(a)所示，激勵為方波信號，如圖2(b)所示，輸出電壓取自電容兩端。電路的時間常數(shù)(在工程中，大于10倍的關(guān)系遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于或遠(yuǎn)小于這個關(guān)系。)，所以電容器的充放電速度慢。當(dāng)方波的下一個下降沿(或上升沿)到來時，充電和放電尚未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。輸出波形如圖2(c)所示，大致為三角波和三角波的峰值。因此，輸出電壓近似與輸入電壓的積分成正比。答：r=/c；=rc4.如果一階電阻抗電路改為一階電阻抗電路，方波激勵電路的響應(yīng)波形是什么？答：如果將一階電阻搜索電路改為一階電阻搜索電路，對于方波激勵，電路的響應(yīng)波形將如何從三角波變?yōu)殇J脈沖？5.rl電路可以用來設(shè)計(jì)積分或微分電路嗎？如果是，電路參數(shù)設(shè)計(jì)