RC一阶动态电路暂态过程的研究ppt课件

1、实验4:动态电路瞬态过程研究，1。4.1实验目的：1 .研究一阶电路零状态响应和零输入响应的基本规律和特点，以及电路参数对响应的影响。2.了解时间常数对响应波形的影响。3.了解积分和微分电路的特性。4.掌握阻抗测量的特点和方法。2，4.2实验原理，1。一阶RC电路的时域响应用一阶微分方程描述的电路称为一阶动态电路。一阶动态电路通常由一个(或几个)电阻元件和一个动态元件(电容或电感)组成。一阶动态电路时域分析的步骤是建立电路切换后的电路微分方程，并求出满足初始条件的微分方程的解，即电路响应。在图4.1(a)所示的电路中，如果UC (0-)=0，当t=0时，开关s从2变为1，并且DC电源通过r充电

2、到c。此时，电路的响应是零状态响应。图4.1一阶RC电路和响应曲线，4、其解为、t0、电路的微分方程为，其中=RC为电路的时间常数。图4.1(b)显示了、5和零状态的响应曲线。如果开关S位于位置1，电路已达到稳定状态，即UC=(0-)=Us；当t=0时，开关S从1转到2，电容通过R放电。此时的电路响应是零输入响应，而uc=(0-)=uc (0)，图4.1(c一阶RC电路和响应从图中可以看出，无论是零状态响应还是零输入响应，其响应曲线都按照指数规律变化，变化速度由时间常数决定，即电路瞬态过程的长度由。大，瞬态过程长；短暂的短暂过程。时间常数由电路参数决定，一阶RC电路的时间常数等于RC，从而计算

3、出理论值。图4.1一阶RC电路和响应曲线，8，如图4.2所示，也可以从uc的变化曲线中得到。对于充电曲线，对应于振幅上升到最终值的63.2的时间是1。对于放电曲线，当振幅下降到初始值的36.8时，相应的时间也是1。或者指数曲线的切线可以在起点处作出，该切线与稳态坐标线的交点与起点之间的时间坐标差就是时间常数。根据上述两种方法，可以在已知的指数曲线上近似确定时间常数的值。人们普遍认为，35年后，过渡进程往往会结束。图4.2电容器充放电电压曲线，9，为了在普通示波器上观察这些响应波形，有必要使这些波形周期性地变化。如何实现周期性变化？周期性方波(即方波序列)可用作激励，描述如下。如图4.3(a)所

4、示，RC串联电路由方波激励(如图4.3(b)所示)。4.3方波激励下的响应波形，10。从t=0开始，电路完全连接到DC电源。如果T/2足够大(T/24)，uC可以在0T/2响应时间范围内达到稳定值USe，因此uC在0T/2范围内是零状态响应；从t=T/2，us=0，因为电源的内部电阻非常小，电容c相当于从初始电压us放电到r，如果T/24，c上的电荷可以在T/2-T的时间范围内放电，这个时间范围是零输入响应。第二个周期重复第一个周期，如图4.3(c)所示。图4.3方波激励下的响应波形，11。将该周期性变化的电压发送到示波器的y轴输入端，并适当调整“时基”旋钮，使周期性波形清晰地显示在屏幕上，然

5、后前半个周期是零状态响应，后半个周期是零输入响应。(使用示波器的另一个通道输入us来识别零状态和零输入)。在线性系统中，零状态响应和零输入响应之和称为系统的完全响应。也就是说，全响应=零状态响应和零输入响应。要观察电流波形，将电阻R上的电压ur发送到示波器。因为示波器只能输入电压，以及电阻上的电压和电流12，2。积分电路和微分电路都是电容器充放电现象的应用。图4.4所示电路以电容电压为输出，us(t)为周期为t的方波信号。让uc(0)=0，然后，图4.4集成电路图4.5集成电路也就是说，在方波激励下，电容上的充电电压远远小于电阻上的电压，因此，等式(4.1)可以改写为，这表明如果uc(t)作为

6、输出电压， uc(t)大约与输入电压us(t)随时间的积分成正比，因此在这种情况下，积分电路必须满足要求，一般取10倍。 如果选择了R和C，则取输入信号的频率。当方波的频率不变时，数值越大，三角波的线性越好，但其振幅也减小。当该值变小时，波形的振幅将增加，但其线性将恶化。15，差分电路将RC电路的电阻电压uR作为输出，如图4.6所示。然后、(4.3)，当时间常数小时，即us(t)uc(t)。(2)，那么等式(4.3)可以重写为、(4.4)、图4.6差分电路图，4.7差分电路波形，16。等式(4.4)表明，输出电压uR(t)与输入电压uS(t)的时间差大致成比例，因此在这种情况下，RC电路称为差

7、分电路。差分电路的输出波形是正负交替的锐脉冲，其输入输出波形如图4.7所示。图4.6差分电路图4.7差分电路波形17差分电路必须满足条件。如果选择了R和C，则取输入信号的频率。当输入信号的频率恒定时，值越小，脉冲越尖锐。3交流阻抗的测量原理和应用方法，4.3实验内容，1。测量一阶RC电路响应和值的实验电路如图4.1所示，us(t)是信号发生器输出的f=1khz、VPP=1v的方波信号。激励源us(t)和响应信号uc(t)分别通过两根同轴电缆连接到示波器的两个输入端CH1和CH2。在示波器屏幕上观察和测试激励和响应波形以及下列参数。18，R=10K，C=3300PF，R=10K，C=0.01F，

8、R=10K，C=0.1F。设计一阶积分电路，使c=0.1f，R=10K，输入方波的幅度UPP为2V。设计积分电路，确定输入方波的频率。用示波器观察和测量输入输出电压的波形和最大值。3.设计一阶差分电路，使C=0.1F，R=10K，输入方波的幅度UPP为3V。设计一个差分电路，确定输入方波的频率，用示波器观察和测量输入输出电压的波形和最大值。4.组件的交流阻抗测量。19，4.4实验设备1。功能信号发生器2。双踪示波器3。电阻器和电容器。4.5预览和报告要求，一次预览1份。当阶跃信号作用于一阶和二阶电路时，了解电路中的电流和电压变化。2.阅读相关章节，复习函数信号发生器和示波器的使用。3.了解微分电路和积分电路的工作原理。20，2报告要求1。绘制任务2中的每条响应曲线，并解释其电路特性。2.根据实验曲线，确定任务1中三种情况下