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广工一阶动态电路响应的研究实验报告 　　一阶动态电路的响应测试实验报告　　1.实验摘要　　1、研究RC电路的零输入响应和零状态响应。用示波器观察响应过程。电路参数：R=100K、C=10uF、Vi=5V　　2.从响应波形图中测量时间常数和电容的充放电时间　　2.实验仪器　　5V电源，100KΩ电阻，10uF电容，示波器，导线若干　　2.实验原理　　RC电路的零输入响应和零状态响应　　电路中某时刻的电感电流和电容电压称为该时刻的电路状态。t=0时，电容电压uc称为电路的初始状态。　　在没有外加激励时，仅由t=0零时刻的非零初始状态引起的响应称为零输入响应，它取决于初始状态和电路特性，这种响应时随时间按指数规律衰减的。　　在零初始状态时仅由在t0时刻施加于电路的激励引起的响应称为零状态响应，它取决于外加激励和电路特性，这种响应是由零开始随时间按指数规律增长的。　　线性动态电路的完全响应为零输入响应和零状态响应之和动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程。要用普通示波器观察过渡过程和测量有关的参数，就必须使这种单次变化的过程重复出现。为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；利用方　　波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号。只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ，那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的　　2.时间常数τ的测定方法:　　用示波器测量零输入响应的波形，根据一阶微分方程的求解得知uc＝Um*e-t/RC＝Um*e-t/τ,当t＝τ时，即t为电容放电时间，Uc(τ)＝。　　此时所对应的时间就等于τ。亦可用零状态响应波形增加到所对应的时间测得，即电容充电的时间t.　　测量电容充放电时间的电路图　　如图所示，R=100KΩ，us=5V,c=10uF,单刀双掷开关A.　　4实验步骤和数据记录　　按如图所示的电路图在连接好电路，测量电容C的两端电压变化，即一阶动态电路的响应测试。　　用示波器测量电容两端的电压，示波器的测量模式调整为追踪。打开电源开关，将开关和电压源端相接触，使电容充电，用示　　波器记录电容充电时的电压变化。　　将开关和另一端相接触，使电容放电，用示波器记录电容放电时的电压变化。　　充电时波形图　　放电时波形图　　充电时：充电时间T=,时间常数τ=　　放电时：放电时间T=,时间常数τ=　　5.实验总结　　(1)实验测得在误差范围内，充电时间T=,时间常数τ=放电时间T=,时间常数τ=　　(2)电路连接好后方可打开电源，否则会损坏器件，产生误差。实验时应注意同示波器动态测量电容两端电压的方法，以便得到正确波形。　　(3)将实验数据与一阶动态电路的原理进行对比，并找出实验误差，进行改进实验。　　学号：　　姓名：王硕　　一、实验目的　　1、研究一阶动态电路的零输入响应、零状态响应及完全响应的特点和规律。掌握测量一阶电路时间常数的方法。　　2、理解积分和微分电路的概念，掌握积分、微分电路的设计和条件。　　3、用multisim仿真软件设计电路参数，并观察输入输出波形。　　二、实验原理　　1、零输入响应和零状态响应波形的观察及时间常数?的测量。　　当电路无外加激励，仅有动态元件初始储能释放所引起的响应——零输入响应；当电路中动态元件的初始储能为零，仅有外加激励作用所产生的响应——零状态响应；在外加激励和动态元件的初始储能共同作用下，电路产生的响应——完全响应。　　以一阶RC动态电路为例，观察电路的零输入和零状态响应波形，其仿真电路如图1所示。　　ui(uo(　　图1一阶RC动态电路　　方波信号作为电路的激励加在输入端，只要方波信号的周期足够长，在方波作用期间或方波间隙期间，电路的暂态响应过程基本结束。故方波的正脉宽引起零状态响应，方波的负脉宽引起零输入响应，方波激励下的ui(t)和uo(t)的波形如图1所示。在t?(0，T/2)的零状态响应过程中，由于???T，故在t?T/2时，电路已经达到稳定状态，即电容电压uo(t)?US。由零状态响应方程　　uo(t)?US(1?e?t/?)　　可知，当uo(t)?US/2时，计算可得t1??。如能读出t1的值，则能测出该电路的时间常数?。　　2、RC积分电路　　由RC组成的积分电路如图2所示，激励ui(t)为方波信号如图2所示，输出电压uo(t)取自电容两端。该电路的时间常数??RC??T，故电容的充放电速度缓慢，在方波的下一个下降沿　　到来时，充放电均未达到稳态，输出波形如图2所示，为近似三角波，三角波的峰值E??E。故i(t)?uR(t)ui(t)11ui