对上次提出问题的思考

1、对上次提出问题的思考对上次提出问题的思考1 1能不能加直流激励用手动开关实现三种状态能不能加直流激励用手动开关实现三种状态响应波形的观测？如果不行用什么样的激励信响应波形的观测？如果不行用什么样的激励信号实现号实现2 2激励信号的周期、电路的时间常数以及三种激励信号的周期、电路的时间常数以及三种状态响应之间有什么样的关系状态响应之间有什么样的关系3 3激励信号的周期与电路的时间常数之间满足激励信号的周期与电路的时间常数之间满足什么样的关系时可实现近似的积分和微分运算什么样的关系时可实现近似的积分和微分运算国家工科电工电子基础教学基地国家工科电工电子基础教学基地国国 家家 级级 实实 验验 教教

2、 学学 示示 范范 中中 心心 一一. .实验目的实验目的国家工科电工电子基础教学基地国家工科电工电子基础教学基地国国 家家 级级 实实 验验 教教 学学 示示 范范 中中 心心 1 1、掌握示波器及函数发生器的正确使用、掌握示波器及函数发生器的正确使用2 2、掌握用示波器观测一阶电路阶跃响应的方法和、掌握用示波器观测一阶电路阶跃响应的方法和时间常数的测定方法时间常数的测定方法3 3、观测二阶、观测二阶RLC电路的过阻尼和欠阻尼响应及其电路的过阻尼和欠阻尼响应及其状态轨迹状态轨迹4 4、研究、研究RC微分电路和积分电路的特性微分电路和积分电路的特性二、实验原理二、实验原理1. 1. 一阶电路的

3、概念一阶电路的概念国家工科电工电子基础教学基地国家工科电工电子基础教学基地国国 家家 级级 实实 验验 教教 学学 示示 范范 中中 心心 用一阶微分方程描述的电路用一阶微分方程描述的电路RRCL三种响应三种响应: :零状态响应、零输入响应、全响应零状态响应、零输入响应、全响应国家工科电工电子基础教学基地国家工科电工电子基础教学基地国国 家家 级级 实实 验验 教教 学学 示示 范范 中中 心心 零状态响应零状态响应 储能元件的初始值为储能元件的初始值为零，仅仅由输入激励引起零，仅仅由输入激励引起的响应的响应 tCSutU1e 时间常数时间常数: :=RC1SR+-usic+-2C(0)t u

4、c(t)tus0.632us工程上当工程上当t5时可以时可以看成稳态看成稳态uc(t)国家工科电工电子基础教学基地国家工科电工电子基础教学基地国国 家家 级级 实实 验验 教教 学学 示示 范范 中中 心心 零输入响应零输入响应电路在无激励情况下，电路在无激励情况下，由储能元件的初始状态由储能元件的初始状态引起的响应引起的响应 tCCutu0e (0)t uc(t)tus0.368us工程上当工程上当t5时可以时可以看成稳态看成稳态uc(t)1SR+-usic+-2C国家工科电工电子基础教学基地国家工科电工电子基础教学基地国国 家家 级级 实实 验验 教教 学学 示示 范范 中中 心心 全响应

5、全响应电路在输入激励和储能元电路在输入激励和储能元件的初始储能共同作用下件的初始储能共同作用下引起的响应引起的响应 00tCCCCutuueu(t) uc(t)tus全响应全响应5101SR+-usic+- -2Cuc(t)国家工科电工电子基础教学基地国家工科电工电子基础教学基地国国 家家 级级 实实 验验 教教 学学 示示 范范 中中 心心 几种响应及其波形的实验观察几种响应及其波形的实验观察用周期性的方波（低电用周期性的方波（低电平设为零电压）代替开平设为零电压）代替开关和直流激励关和直流激励uc(t)us(t)US /2t-US /21SR+-usic+- -2Cuc(t)us(t)us

6、t当取当取 T=10零输入零输入零状态零状态国家工科电工电子基础教学基地国家工科电工电子基础教学基地国国 家家 级级 实实 验验 教教 学学 示示 范范 中中 心心 几种响应及其波形的实验观察几种响应及其波形的实验观察用周期性的方波（低电用周期性的方波（低电平设为零电压）代替开平设为零电压）代替开关和直流激励关和直流激励uc(t)1SR+-usic+- -2Cuc(t)us(t)ust当取当取 T=2全响应全响应国家工科电工电子基础教学基地国家工科电工电子基础教学基地国国 家家 级级 实实 验验 教教 学学 示示 范范 中中 心心 RC微分电路微分电路当当 （T为方波脉冲的重复周为方波脉冲的重

7、复周期），且由期），且由R端作为响应输出，就构成了一个微端作为响应输出，就构成了一个微分电路。分电路。+ +- -uiR+ +- -uOCRC(T / 2 ) 国家工科电工电子基础教学基地国家工科电工电子基础教学基地国国 家家 级级 实实 验验 教教 学学 示示 范范 中中 心心 RC积积分电路分电路当当 （T为方波脉冲的重复周为方波脉冲的重复周期），且由期），且由R端作为响应输出，就构成了一个微端作为响应输出，就构成了一个微分电路。分电路。RC(T / 2 ) + +- -uiR+ +- -uOC直流偏移直流偏移波形对称波形对称直流分量的叠加直流分量的叠加国家工科电工电子基础教学基地国家工科

8、电工电子基础教学基地国国 家家 级级 实实 验验 教教 学学 示示 范范 中中 心心 t 示波器双踪观测波形示波器双踪观测波形国家工科电工电子基础教学基地国家工科电工电子基础教学基地国国 家家 级级 实实 验验 教教 学学 示示 范范 中中 心心 双踪观测方式双踪观测方式垂直方式垂直方式t国家工科电工电子基础教学基地国家工科电工电子基础教学基地国国 家家 级级 实实 验验 教教 学学 示示 范范 中中 心心 串联串联RLC电路模型和数学模型电路模型和数学模型uCC +_R Lus+_22dd( )ddcccsuuLCRCuu tttt国家工科电工电子基础教学基地国家工科电工电子基础教学基地国国

9、 家家 级级 实实 验验 教教 学学 示示 范范 中中 心心 特征方程的解为：特征方程的解为：210LCpRCp其特征方程为：其特征方程为：21,2122RRpLLLC p1,2是特征方程的根，由电路的结构和参是特征方程的根，由电路的结构和参数确定，称为电路的固有频率。当电路的数确定，称为电路的固有频率。当电路的RLC之间的关系不同时，电路的固有频率可能出现之间的关系不同时，电路的固有频率可能出现三种情况：三种情况： 国家工科电工电子基础教学基地国家工科电工电子基础教学基地国国 家家 级级 实实 验验 教教 学学 示示 范范 中中 心心 a.a.当当 时，特征根是两个不相等的负实数，时，特征根

10、是两个不相等的负实数，响应是非振荡性的，称为过阻尼情况响应是非振荡性的，称为过阻尼情况b.b.当当 时，特征根是两个相等的负实数，时，特征根是两个相等的负实数，响应处于临界状态，称为临界阻尼情况响应处于临界状态，称为临界阻尼情况c.c.当当 时，特征根是两个共轭复数，响应时，特征根是两个共轭复数，响应是衰减振荡性的，称为欠阻尼情况是衰减振荡性的，称为欠阻尼情况L2CR2LRCL2CRt2221,201jj22dRRpLLLC 2RL 欠阻尼情况欠阻尼情况: :其中：其中：01LC 220d 衰减系数衰减系数谐振角频率谐振角频率衰减谐振角频率衰减谐振角频率衰减系数衰减系数和衰减谐振角频率和衰减谐

11、振角频率d d测试方法测试方法11ndttTn 12 (1)2ddnnftt 111lnmnmnUttU 三、实验内容三、实验内容tt国家工科电工电子基础教学基地国家工科电工电子基础教学基地国国 家家 级级 实实 验验 教教 学学 示示 范范 中中 心心 自选自选R、C参数，计算时间常数，参数，计算时间常数，用函数发生器输出方波信号，用函数发生器输出方波信号，Upp=4V。选择合适频率选择合适频率，用示，用示波器观察响应的波形。波器观察响应的波形。测出时测出时间常数间常数，绘出，绘出us(t)、uC(t)和和uR(t)的波形。的波形。只要测得只要测得：uC(t)= 0.632us时对应的时间，

12、即为电路的时时对应的时间，即为电路的时间常数。间常数。 RC函数发生器函数发生器RC函数发生器函数发生器示波器示波器tt国家工科电工电子基础教学基地国家工科电工电子基础教学基地国国 家家 级级 实实 验验 教教 学学 示示 范范 中中 心心 自选自选R、C参数，计算时间常数，用函数发生器参数，计算时间常数，用函数发生器输出方波信号，输出方波信号，Upp=4V。选择合适频率选择合适频率，用示波，用示波器观察全响应的波形。并在同一坐标系下定量的器观察全响应的波形。并在同一坐标系下定量的绘出绘出us(t)、uC(t) 的波形。的波形。国家工科电工电子基础教学基地国家工科电工电子基础教学基地国国 家家

13、 级级 实实 验验 教教 学学 示示 范范 中中 心心 3. RC微分电路微分电路当当 （T为方波脉冲的重复周为方波脉冲的重复周期），且由期），且由R端作为响应输出，就构成了一个微端作为响应输出，就构成了一个微分电路。分电路。+ +- -uiR+ +- -uOCRC(T / 2 ) 设定信号频率和幅值设定信号频率和幅值在示波器上观察激励在示波器上观察激励与响应的变化规律，与响应的变化规律，并在同一坐标中描绘激励并在同一坐标中描绘激励与响应的波形。与响应的波形。 国家工科电工电子基础教学基地国家工科电工电子基础教学基地国国 家家 级级 实实 验验 教教 学学 示示 范范 中中 心心 当当 （T为

14、方波脉冲的重复周为方波脉冲的重复周期），且由期），且由R端作为响应输出，就构成了一个微端作为响应输出，就构成了一个微分电路。分电路。RC(T / 2 ) + +- -uiR+ +- -uOC4. RC积分电路积分电路 设定信号频率和幅值设定信号频率和幅值在示波器上观察激励与在示波器上观察激励与响应的变化规律，响应的变化规律，并在同一坐标中描绘激励与响并在同一坐标中描绘激励与响应的波形。应的波形。 调节信号源频率调节信号源频率f=500Hz5. 二阶二阶RLC电路的暂态响应电路的暂态响应（1 1）调节）调节R至最大，至最大，观测电容电压过阻尼波形观测电容电压过阻尼波形（2 2）调节）调节R至最小，至最小，观测电容电压欠阻尼波形观测电容电压欠阻尼波形根据该波形根据该波形测量衰减系数测量衰减系数和衰减谐振角频率和衰减谐振角频率d d四、实验报告要求四、实验报告要求2、用坐标纸定量描绘测试波形，正确标明相应、用坐标纸定量描绘测试波形，正确标明相应坐标。坐标。3、根据测量数据和波形，分析测试结果总结相、根据测量数据和波形，分析测试结果总结相关内容。关内容。4、回答思考题。、回答思考题。国家工科电工电子基础教学基地国家工科电工电子基础教学基地国国 家家 级级 实实 验验 教教 学学