实验二一阶电路响应的研究.pdfVIP

实验二 一阶电路响应的研究 一、实验目的 1、研究一阶电路的零输入、零状态响应及完全响应的变化规律和特点。 2、了解时间常数对响应波形的影响及积分、微分电路的特性。 二、原理说明 1、凡是能用一阶微分方程来描述的电路称为一阶电路，线性电路的瞬态响应又分为零 输入、零状态响应和完全响应。当初始条件为零而仅由初始状态引起的响应称“零状态响应”。 激励为零而仅由初始状态引起的响应称“零输入响应”。初始状态与激励共同作用而引起的响 应为“完全响应”，它等于零状态和零输入响应之和。零输入响应是由回路参数和结构决定 的，一阶电路的零输入响应总是按指数规律衰减的，衰减的快慢决定于回路的时间常数τ。 在RC电路中τ=RC，在RL回路中τ= L/R。改变元件的参数值，可获得不同的时间常数， 由此改变衰减速率，以满足电路特性的要求。 2、瞬态响应是十分短暂的单次变化过程。它在瞬间发生而又很快消失，所以观察这一 过程是比较困难的。为了便于观察测量，实验采用方波信号来代替单次接通的直流电源，而 使单次变化过程重复出现。方波信号源的作用如图2-1虚线框内部分。K的动作频率等于方 波信号频率的2倍。可见，要求方波周期T与电路时间常数τ满足一定的关系，所观察到 的响应性质即与单次过程完全相同。 三、预习要求和练习 1、 定性画出周期方波作用下的一阶RC电路 波特图： ①τT/2 (3-5) 信号积分电路； ②τT/2 （3-5）信号微分电路； ③τ = T/2 三种情况下，瞬态响应波形， 并确定何处为零输入响应、零状态响应和完全响 应。 2、 按实验任务1中确定的各元件参数 值， 计算电路的时间常数τ与输出方波周期T 进行比 较。哪组是积分电路、哪组是微分电路。 四、实验任务 1、信号源输入方波，幅度Vp-p=2V, 频率f=5KHz。按图2-1接线，观察并定量描绘 RC、RL电路在下述参数值时，各元件两端的电压波形即波特图。 ①R=1kΩ C=0.01uF ②R=1kΩ C=0.1uF ③R=3kΩ C=0.1uF ④R=1kΩ L=10mH ⑤ R=100Ω L=10mH 2、上述各组参数中哪组是微分电路、哪组是积分电路？并在微分电路状态下，测量时 间常数τ值。（利用上升曲线的68% X轴投影、下降曲线的32% X轴投影来测量时间常数 τ=？并与理论值相比较。） 测量τ值在微分电路时测量，如果不是微分电路，可通过改变信号源频率满足微分电路 条件；工程上通过测量τ值，确定硬件参数。 五、实验仪器、设备 函数信号发生器 1台 示波器 1台 信号与系统实验箱 TKSS-C型 六、报告要求 1、分析实验结果，说明元件数值改变时对一阶电路瞬态响应的影响。 2、将同一时间常数的RC、RL电路的波形相比较。又得出什么结论？ 七、注意事项 在分析一阶电路时，首先列出此网络的微分方程，求出其通解、特解，此微分方程解的 几何描点，即是此电路的波特图。因此一阶电路的完全响应即是线性的、时不变、没有间断 点，按指数规律上升下降,上升下降速率受时间常数制约。这就是一阶电路波特图的特点。