一階動態(tài)響應(yīng)電路分析

1、電路分析仿真大作業(yè)仿真實驗二：一階動態(tài)電路響應(yīng)仿真實驗姓名：王碩一、實驗?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)及完全響應(yīng)的特點和規(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、微分電路的設(shè)計和條件。3、用multisim仿真軟件設(shè)計電路參數(shù)，并觀察輸入輸出波形。二、實驗原理1、 零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)波形的觀察及時間常數(shù)的測量。當(dāng)電路無外加激勵， 僅有動態(tài)元件初始儲能釋放所引起的響應(yīng)一一零輸入響應(yīng)；當(dāng)電路中動態(tài)元件的初始儲能為零，僅有外加激勵作用所產(chǎn)生的響應(yīng)一一零狀態(tài)響應(yīng)；在外加激勵和動態(tài)元件的初始儲能共同作用下，電路產(chǎn)生的響應(yīng)一一完全響應(yīng)。以一階RC

2、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RC動態(tài)電路方波信號作為電路的激勵加在輸入端，只要方波信號的周期足夠長，在方波作用期間或方波間隙期間，電路的暫態(tài)響應(yīng)過程基本結(jié)束(T/2 5 )。故方波的正脈寬引起零狀態(tài)響應(yīng)，方波的負(fù)脈寬引起零輸入響應(yīng)，方波激勵下的 Uj(t)和u°(t)的波形如圖1(b)所示。在t (0, T/2)的零狀態(tài)響 應(yīng)過程中，由于T，故在t T/2時，電路已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即電容電壓 uo(t) US。由零狀態(tài)響應(yīng)方程可知，當(dāng)Uo(t) U s/2時，計算可得t1 0.69。如能讀出t1的值，則能測出該電路

3、的時間常 數(shù)。2、RC積分電路由RC組成的積分電路如圖 2(a)所示，激勵ui(t)為方波信號如圖2(b)所示，輸出電壓uo(t) 取自電容兩端。該電路的時間常數(shù)RC T (工程上稱10倍以上關(guān)系為遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于或遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于關(guān)2系。)，故電容的充放電速度緩慢，在方波的下一個下降沿 (或上升沿)到來時，充放電均未達(dá)到穩(wěn)態(tài)，輸出波形如圖2(c)所示，為近似三角波，三角波的峰值 E' E。故 i(t) 包，因而u°(t) uc(t) 丄i(t)dt ui(t)dt，所以輸出電壓近似地 R RCRC與輸入電壓的積分成正比。圖13、RC微分電路由RC組成的微分電路如圖 3(a)所示，激勵ui(

4、t)為方波信號如圖3(b)所示，輸出電壓uo(t)取自電阻兩端。該電路的時間常數(shù)RCT，故電容的充放電速度非?？?，在方波的下一個下2降沿(或上升沿)到來時，電容電壓在很短的時間內(nèi)已充放電完成，并早已達(dá)到穩(wěn)態(tài)，輸出波形如圖 3( c)所示，為周期窄脈沖。因而u°(t)uR(t )Ri(t)RCduc(t)RCdUi(t),所以輸出電壓近似地與輸入電壓的dtdt微分成正比。圖3三、仿真實驗內(nèi)容1、在圖1( a)中，已知R 10k、C 10nF。在multisim仿真軟件中連接電路，并由函數(shù)信號發(fā)生器輸出Vp p 4.0V, f 500 1000Hz的方波信號。利用雙蹤示波器同時觀察 山和

5、uo(t)的波 形，并在示波器上測量值，并與理論值進(jìn)行比較。2、 根據(jù)積分電路形成條件，選擇合適的R、C參數(shù)，組成如圖2(a)所示的積分電路，其中 Ui(t)為Vp p 4.0V、f 1kHz的方波。在雙蹤示波器中同時觀察Ui (t)和Uo (t)的波形。3、根據(jù)微分電路形成的條件，選擇合適的R、C參數(shù)，組成如圖3(a)所示的微分電路，其中Ui(t)為Vp p 4.0V、f 1kHz的方波。在雙蹤示波器中同時觀察ui (t)和uo (t)的波形。R3DS 01 -宙書-刁。事片慮警口 I_:a t * F 5 iJrIB i聲n毎q：c<*電也密觀* 13凸壯工”:g畑 cJEM 3 I

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7、階電路完全響應(yīng)的激勵源，2、 當(dāng)電容具有初始值時，RC電路在階躍激勵下是否會出現(xiàn)沒有暫態(tài)的現(xiàn)象，為什么答：要看電容電壓的初始值大小及極性，只有在電容初始電壓的極性、大小完全與突加激勵相同的條件下，才不會出現(xiàn)過渡暫態(tài)變化。3、在研究方波激勵積分電路的響應(yīng)時，由于T，使得響應(yīng)波形Uc(t)在T/2時間內(nèi)無法達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，故不能通過實驗方法測量值。但在積分電路的響應(yīng)波形中包含了時間常數(shù)的信息，應(yīng)用什么方法測量值答：由RC組成的積分電路如圖 2 (a)所示，激勵 Ui(t)為方波信號如圖2 ( b)所示，輸出電壓 取TRC 自電容兩端。該電路的時間常數(shù)2 (工程上稱10倍以上關(guān)系為遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于或遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于關(guān)(或上升沿)到來時，充放電均未達(dá)到穩(wěn)態(tài),。系。)，故電容的充放電速度緩慢， 在方波的下一個下降沿 輸出波形如圖2(c)所示，為近似三角波，三角波的峰值故 i (t ) u R(t )R1Ui(t)，因而 Uo(t)Uc(t)i (t )dtRC1RCui(t )dt ，所以輸出電壓近似地與輸入電壓的積分成正比。答：R= T /C; T =RC4、 若將一階RC電路改為一階RL電路，對于方波激勵，電路的響應(yīng)波形又會怎樣答：若將一階R搜索C電路改為一階RL電路，對于方波激勵，電路的響應(yīng)波形又會怎樣由三角波變 成尖脈沖。5、能否用RL電路設(shè)計積分或微分電路，如果能，電路參數(shù)設(shè)計需滿足什