一階電路的階躍響應演示文稿

一階電路的階躍響應演示文稿當前1頁，總共29頁。（優(yōu)選）一階電路的階躍響應.當前2頁，總共29頁。一階RC電路的階躍響應當前3頁，總共29頁。1學習用示波器和信號發(fā)生器研究一階電路暫態(tài)響應的方法。2學習從不同的RC一階電路響應波形上讀取時間常數(shù)τ。3正確區(qū)分響應波形中的零輸入響應和零狀態(tài)響應。實驗目的當前4頁，總共29頁。課本P204-206一階RC電路的階躍響應1.復習一階RC電路階躍響應的基本概念；

2.根據(jù)圖2-7-1給定的電路參數(shù)(電容分別為0.047μF和1μF)，分別計算電路時間常數(shù)τ。并敘述本次實驗中時間常數(shù)τ

對響應波形的影響；

3.復習信號發(fā)生器和示波器的基本使用方法；

4.列出運用雙蹤數(shù)字示波器用“光標測量”中“手動模式”或“追蹤模式”測量電信號任意兩點間時間間隔的操作步驟及注意事項；

5.采用Multisim仿真軟件仿真,得出實驗數(shù)據(jù)的理論值6.根據(jù)實驗任務寫出預習報告。

預習要求τ=RC=26.32μsτ=560μs當前5頁，總共29頁。實驗儀器雙蹤示波器函數(shù)信號發(fā)生器電工電子綜合實驗箱一階RC電路的階躍響應當前6頁，總共29頁。測量時保持示波器兩個通道共地。根據(jù)需要正確設置觸發(fā)、通道耦合方式實驗儀器示波器光標測量模式（cursor）當前7頁，總共29頁。注意要產(chǎn)生的信號波形!

實驗儀器函數(shù)信號發(fā)生器直流偏置的添加當前8頁，總共29頁。DGDZ-2型電工電子綜合實驗箱當前9頁，總共29頁。

實驗電路實驗原理當前10頁，總共29頁。實驗原理（教材P55-57）一階RC電路的階躍響應當前11頁，總共29頁。階躍信號和階躍響應階躍信號：0t(t)1階躍響應：

零狀態(tài)時電路在階躍信號激勵下的響應。求解階躍響應（零狀態(tài)）可用三要素法當前12頁，總共29頁。實驗原理為了能用示波器觀察階躍信號作用于一階電路的過渡過程，就要求電路周期性的重復過渡過程。為此，采用給RC電路加周期方波信號激勵的方法實現(xiàn)。一般認為過渡過程在4τ～5τ時間內(nèi)結束。因此方波周期T應大于10倍的電路時間常數(shù)τ，即T≥10τ

。

0T/2

T3T/22TtUS返回目錄uS(t)圖1方波信號T≥10τ當前13頁，總共29頁。實驗原理

實驗電路圖1、如上圖電路，

，當脈沖寬度T1=T/2≥5τ

時，電容上的電壓響應為：式（1）當前14頁，總共29頁。實驗原理電阻上的電壓響應為：由以上公式可得到以下結論：當t=τ時，Vc=（1-e-1）Vs=0.633Vs；當t=T1+τ時，Vc=e-1Vs=0.367Vs；當t=τ時，VR1=0.367Vs×R1/(R0+R1)。

τ=RC=(50+510)Ω×0.047×10-6=26.3μs式（2）當前15頁，總共29頁。一階RC電路的階躍響應tttVsτVC電容充電經(jīng)過一個τ的時間，電容上所充的電壓為電源電壓的63.3%

。電容放電經(jīng)過一個τ的時間，電容上所剩電壓為最大電壓的36.7%

。在電容分別充電和放電時，經(jīng)過一個τ的時間，電阻上的電壓為其自身最大峰值電壓的36.7%

。VSVRVsT10.633VsT0.367Vst當前16頁，總共29頁。一階RC電路的階躍響應tttVsτVC

T/2≥5τ時，在示波器顯示的波形圖上讀出一階RC電路的時間常數(shù)τ值：取電壓波形從0到縱向最大高度的63.3%(充電時)或36.7%(放電時)在橫軸(時間軸)上的投影，該段投影長度即為時間常數(shù)τ值。VSVRVsT10.633VsT0.367Vst思考：RL電路的時間常數(shù)如何側量當前17頁，總共29頁。1）示波器CH1、CH2均置直流耦合。2）信號發(fā)生器輸出送示波器CH1，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器，輸出f=1.25kHz，周期T=800μs，脈寬T1=400μs，電壓峰峰值Vs=2V的方波信號。設置“直流偏移”使方波信號幅度在0V到2V之間(無負脈沖)。3)連接電路，用示波器CH2觀察電容充放電波形。計算、讀測、記錄波形和τ值（光標-手動或光標-追蹤）。4)觀察電阻R1上的波形。計算、讀測、記錄波形和τ值（光標-手動或光標-追蹤）。要求觀察電容和電阻上的電壓波形，畫出波形圖。作圖時應注意：A.各波形與輸入方波信號在時間上的對應關系。B.各波形相對于橫坐標的位置。提示：測量時要把電壓靈敏度調(diào)高，時間軸刻度/格減小些，即使波形顯示盡量大，以增加測量的精度。

實驗步驟當前18頁，總共29頁。

實驗電路接線圖加直流偏置直流耦合測Vc電壓的電路圖當前19頁，總共29頁。一階RC電路的階躍響應

實驗電路接線圖加直流偏置直流耦合測Vc電壓的電路圖當前20頁，總共29頁。

實驗電路接線圖測VR電壓的電路圖1.將測Vc的電路中C，R位置對調(diào)2.用測Vc的電路，調(diào)整數(shù)字示波器Math,設置Math波形為信號發(fā)生器-電容電壓注意：示波器math功能僅為波形計算，非電壓值計算，所以為了獲得電壓值的計算，應將兩通道信號的電壓靈敏度設為相同值當前21頁，總共29頁。一階RC電路的階躍響應

實驗電路接線圖加直流偏置直流耦合測VR電壓的電路圖當前22頁，總共29頁。數(shù)學運算數(shù)學運算（MATH）功能實現(xiàn)操作類型包括：A＋BA－BA×BA÷BFFT兩通道可選MATH幅度運算波形的幅度可以通過垂直

SCALE旋鈕調(diào)整。幅度以百分比的形式顯示，如上圖左下角的狀態(tài)顯示。幅度的范圍從0.1％至1000％以1－2－5的方式步進，即0.1％、0.2％、0.5％……1000%。點擊！math只是對兩顯示波形的操作，而非電壓值的操作！光標測量只能對math進行手動測量，不能光標測量當前23頁，總共29頁。一階RC電路的階躍響應2、將電路中的電容改為1μF，則τ=560μs，τT1。電路在方波信號激勵下電容充放電波形和電阻上的電壓波形右圖

所示。tttVsT1VCVSVRTV2V1VsVsV2V1V1V2當前24頁，總共29頁。一階RC電路的階躍響應2、將電路中的電容改為1μF，則τ=560μs，τT1。電路在方波信號激勵下電容充放電波形和電阻上的電壓波形右圖

所示。需指出的是：圖中坐標原點t≠0，而是若干周期后（t≥5τ），電容充放電相等，進入周期穩(wěn)定狀態(tài)后的波形圖。tttVsT1VCVSVRTVc2Vc1VsVsVR2VR1VR1VR2當前25頁，總共29頁。一階RC電路的階躍響應根據(jù)三要素法：電容充電電壓為Vc(t)=Vs+(V1-Vs)e-t/τ(V)則：V2=Vc(T1)=Vs+(V1-Vs)e-T1/τ(V)由此可得到：τ=T1/ln[(Vc1－Vs)/(Vc2－Vs)]

(3)在電容充電期間電阻上的電壓波形為：VR(t)=V2e-t/τ(V)則：V1=VR(T1)=V2e-T1/τ(V)可得：τ=T1/ln(VR2/VR1)(4)參照前面的實驗步驟，從示波器上讀到V1，V2值分別代入(2-7-5)或(2-7-6)均可求得電路時間常數(shù)τ值。當前26頁，總共29頁。5）將電路中0.047μF電容改用1μF，用示波器CH2觀察電容充放電波形。記錄波形，讀測V1和V2值，計算τ值。6)用示波器CH2觀察電阻R1上的波形。記錄波形，讀測V1和V2值，計算τ值。

實驗步驟提示：實測VR上的電壓比理論值小,原因是一部分電壓降在R0上,這時代入τ=T1/ln[(Vc1－Vs)/(Vc2－Vs)]

中的Vs值要用實測值代入求τ。這樣誤差比較小