电路分析基础实验 课件 吕伟锋 第3章 动态电路及其响应_第1页
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文档简介

一阶动态电路及其应用课程:电路分析基础实验(电路与电子线路实验1)

一阶动态电路及其应用掌握一阶动态电路各类响应的特点和规律。掌握用示波器观察波形并测量一阶动态电路时间常数的方法。理解积分、微分电路的设计。会用集成电路555芯片结合一阶动态电路设计脉冲波。一.实验目的

一阶动态电路及其应用二.实验仪器序号仪器名称型号或规格主要功能1函数信号发生器

2双踪示波器

3数字万用表

4电工电路实验台SBL系列

5九孔方板及元器件

一阶动态电路及其应用三.实验原理1.一阶动态电路充放电规律及应用以一阶RC电路为例,零状态响应时,电容电压由零通过电阻充电到稳态值,电容电压变化过程可表示为

零输入响应时,电容电压通过电阻放电到零,这一阶段电容电压的响应可表示为

一阶动态电路及其应用三.实验原理1.一阶动态电路充放电规律及应用为便于用示波器观测波形,直流电压源变成可重复的方波信号。只要方波周期足够长,在其作用期间,电路的暂稳态过程结束,则方波正脉宽引起零状态响应,负脉宽引起零输入响应。这样即可实现对RC电路两种响应的观察,如图3.1.1所示。图3.1.1

方波激励下vc(t)和vR(t)波形

一阶动态电路及其应用三.实验原理1.一阶动态电路充放电规律及应用一阶RC电路的响应按指数规律增长或衰减,如图3.1.2所示。电压由0上升至Vs/2需时间Δt=0.69τ。因此用示波器测量动态电路的时间常数τ,只要从示波器上读出Δt,再利用Δt/0.69即可求得。图3.1.2

一阶RC电路电容的暂态响应波形

一阶动态电路及其应用三.实验原理1.一阶动态电路充放电规律及应用RC电路在不同激励条件下,且当电路的元件参数和输入信号的周期之间存在某种特定的关系时,可构成简单的积分和微分电路,起到波形变换的作用。图3.1.3

积分、微分电路及其响应

一阶动态电路及其应用三.实验原理2.基于集成芯片555定时器的应用集成芯片555是一种模拟和数字功能相结合的集成定时器,可在4.5~16V工作。该定时器成本低,性能可靠,只需外接几个电阻、电容,就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路功能。图3.1.4

555引脚图

一阶动态电路及其应用三.实验原理2.基于集成芯片555定时器的应用图3.1.6(a)所示是一个多稳态电路,此时555如同一个自动电压控制开关,其工作过程依次重复,使得输出为脉冲波形。波形如图3.1.6(b)所示。(a)(b)图3.1.6

多谐振荡器电路和波形暂稳态时间:t1=0.69(R1+R2)C;t2=0.69R2C脉冲周期:T=t1+t2占空比:D=t1/T

一阶动态电路及其应用四.实验内容及步骤1.一阶RC电路暂态响应的观察及τ值的测量(1)按图3.1.2(a)连接电路,图中Vs为函数信号发生器提供的方波信号vs(t),输出信号vo(t)=vc用示波器观察并测量。(2)将函数信号发生器的输出信号通过同轴电缆线接入实验电路的输入端和示波器的CH1通道。(3)将电路输出接入示波器CH2通道。注意输入、输出的接地端保持“共地”。

一阶动态电路及其应用四.实验内容及步骤1.一阶RC电路暂态响应的观察及τ值的测量(4)输入耦合方式开关置于“DC”档,调节信号发生器使之输出Vp-p=4V,f=500~1000Hz的方波,观察并记录CH1和CH2通道信号的波形。(5)保持输入信号不变,改变R和C的参数,观察输出响应波形。了解时间常数改变对电路响应的影响。

一阶动态电路及其应用四.实验内容及步骤2.积分电路和微分电路的观测(1)根据积分电路和微分电路的形成条件,保持原方波信号,选择合适的R、C元件,组成如图3.1.3(a)、(b)所示的积分电路和微分电路。观测并描绘在此激励信号作用下响应vo的波形。(2)在不改变信号激励频率和积分电路条件的情况下,改变R或C的值,观测并描绘响应的波形,记录相关元件参数。

一阶动态电路及其应用四.实验内容及步骤3.一阶RL电路响应的研究一阶RL电路与一阶RC电路具有对偶关系,仿照一阶RC电路的研究,自行设计实验实现一阶RL电路的观测及时间常数测量,研究电路参数对响应的影响,设计并实现RL积分和微分电路。

一阶动态电路及其应用四.实验内容及步骤4.555多谐振荡实验设计用555定时器设计一个符合要求的脉冲波,通过实际测量验证设计结论。(1)频率为300Hz、450Hz、660Hz、850Hz或1500Hz其中之一。(2)频率为1kHz,占空比为3/5、2/3、3/4、4/5、0.9其中之一。(3)只改变一个元件,使频率从300Hz至30KHz粗调,但占空比不变。(4)只改变一个元件,使频率从4kHz至10kHz变化,同时占空比从0.6至0.9变化;或频率从2kHz至5kHz变化,同时占空比也从0.6至0.9变化。

一阶动态电路及其应用五.实验注意事项1.输入输出信号须共地,同轴电缆线信号端和接地端不能调换。2.电阻电容元件要选取合适,使输出不要太小或太大,否则会增加信号观测难度。

一阶动态电路及其应用六.实验预习思考题1.怎样的电信号同时可作为一阶动态电路零输入响应、零状态响应和完全响应的激励信号?2.试推导原理中测量时间常数τ的计算过程。3.了解555芯片的工作原理并设计元器件参数。

一阶动态电路及其应用七.实验总结题根据实验观测结果,归纳、总结积分、微分电路的形成条件,说明波形变换的特征。若将一阶RC电路改为一阶RL电路,对于方波激励,分析电路的响应波形。根据555多谐振荡实验测量数据、波形给出实验结论。写出实验总结、收获或体会。二阶动态电路响应及观测课程:电路分析基础实验(电路与电子线路实验1)

二阶动态电路响应及观测观测二阶动态电路响应的特点和规律了解二阶动态电路元件参数对响应的影响巩固和加强电子测量仪器的使用能力一.实验目的

二阶动态电路响应及观测二.实验仪器序号仪器名称型号或规格主要功能及特点1双踪示波器

2功率函数信号发生器

3九孔方板及元件

二阶动态电路响应及观测三.实验原理当电路中含有两个独立的储能元件时就构成二阶动态电路。图3.2.1所示为二阶RLC串联电路。图3.2.1

二阶RLC串联电路

二阶动态电路响应及观测三.实验原理以零输入响应为例,此时电路方程为特征根:衰减系数:谐振角频率:s1、s2决定了零输入响应的形式。根据R、L、C元件参数的不同,电路可能会出现过阻尼、临界阻尼、欠阻尼三种情况。

二阶动态电路响应及观测三.实验原理1.过阻尼当

,即

时为过阻尼情况,这时s1、s2为两不相等的负实根,其解形式为

。此时电路响应是非振荡衰减的。2.临界阻尼当

,即

时为临界阻尼情况,这时s1=s2=-α为相等负实根,其解形式为

此时电路响应也是非振荡衰减的,但是这种过程是振荡和非振荡的分界线。

二阶动态电路响应及观测三.实验原理3.欠阻尼当

,即

时为欠阻尼情况,这时s1、s2为一对共轭复数,其解形式为

,其中

。此时的响应是衰减振荡,如图3.2.2所示。

图3.2.2

二阶动态电路欠阻尼振荡波形

二阶动态电路响应及观测四.实验内容及步骤1.观测三种状态电路响应(基础实验)(1)按图3.2.3所示连接电路和仪器,将图中的vc信号送入示波器的CH1通道,vR信号送入示波器的CH2通道。图3.2.3

实验电路和参数

二阶动态电路响应及观测四.实验内容及步骤1.观测三种状态电路响应(基础实验)(2)在电路的vin处输入VP-P=2V,f=1kHz的方波作为电路的激励,调节电位器的阻值,使电路处于过阻尼状态,观测并绘制vc、vR(IL)的波形图。(3)改变电位器的阻值,使电路处于临界阻尼状态,观测并绘制vc、vR(IL)的波形图。(4)继续改变电位器的阻值,使电路处于欠阻尼状态。观测并绘制vc、vR(IL)的波形图。

二阶动态电路响应及观测四.实验内容及步骤2.测振荡角频率

的值(基础实验)在欠阻尼时,从示波器上测得

的值,并将其与实际计算进行比较。3.状态轨迹的显示和观测(提高要求)将示波器X-Y开关打开,观测并记录状态变量vc、IL(vR)形成的轨迹。

二阶动态电路响应及观测五.实验注意事项1.为了使瞬态过程周期性重复出现便于示波器观察,可用阶跃信号代替方波激励。2.观测vc信号的同轴电缆的两个夹子,分别接v

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