一階電路的階躍響應(yīng)演示文稿

一階電路的階躍響應(yīng)演示文稿當(dāng)前第1頁\共有29頁\編于星期六\20點（優(yōu)選）一階電路的階躍響應(yīng).當(dāng)前第2頁\共有29頁\編于星期六\20點一階RC電路的階躍響應(yīng)當(dāng)前第3頁\共有29頁\編于星期六\20點1學(xué)習(xí)用示波器和信號發(fā)生器研究一階電路暫態(tài)響應(yīng)的方法。2學(xué)習(xí)從不同的RC一階電路響應(yīng)波形上讀取時間常數(shù)τ。3正確區(qū)分響應(yīng)波形中的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)。實驗?zāi)康漠?dāng)前第4頁\共有29頁\編于星期六\20點課本P204-206一階RC電路的階躍響應(yīng)1.復(fù)習(xí)一階RC電路階躍響應(yīng)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(yīng)波形的影響；

3.復(fù)習(xí)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(biāo)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(wù)寫出預(yù)習(xí)報告。

預(yù)習(xí)要求τ=RC=26.32μsτ=560μs當(dāng)前第5頁\共有29頁\編于星期六\20點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(yīng)當(dāng)前第6頁\共有29頁\編于星期六\20點測量時保持示波器兩個通道共地。根據(jù)需要正確設(shè)置觸發(fā)、通道耦合方式實驗儀器示波器光標(biāo)測量模式（cursor）當(dāng)前第7頁\共有29頁\編于星期六\20點注意要產(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(dāng)前第8頁\共有29頁\編于星期六\20點DGDZ-2型電工電子綜合實驗箱當(dāng)前第9頁\共有29頁\編于星期六\20點

實驗電路實驗原理當(dāng)前第10頁\共有29頁\編于星期六\20點實驗原理（教材P55-57）一階RC電路的階躍響應(yīng)當(dāng)前第11頁\共有29頁\編于星期六\20點階躍信號和階躍響應(yīng)階躍信號：0t(t)1階躍響應(yīng)：

零狀態(tài)時電路在階躍信號激勵下的響應(yīng)。求解階躍響應(yīng)（零狀態(tài)）可用三要素法當(dāng)前第12頁\共有29頁\編于星期六\20點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(fù)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(rèn)為過渡過程在4τ～5τ時間內(nèi)結(jié)束。因此方波周期T應(yīng)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(dāng)前第13頁\共有29頁\編于星期六\20點實驗原理

實驗電路圖1、如上圖電路，

，當(dāng)脈沖寬度T1=T/2≥5τ

時，電容上的電壓響應(yīng)為：式（1）當(dāng)前第14頁\共有29頁\編于星期六\20點實驗原理電阻上的電壓響應(yīng)為：由以上公式可得到以下結(jié)論：當(dāng)t=τ時，Vc=（1-e-1）Vs=0.633Vs；當(dāng)t=T1+τ時，Vc=e-1Vs=0.367Vs；當(dāng)t=τ時，VR1=0.367Vs×R1/(R0+R1)。

τ=RC=(50+510)Ω×0.047×10-6=26.3μs式（2）當(dāng)前第15頁\共有29頁\編于星期六\20點一階RC電路的階躍響應(yīng)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(dāng)前第16頁\共有29頁\編于星期六\20點一階RC電路的階躍響應(yīng)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(cè)量當(dāng)前第17頁\共有29頁\編于星期六\20點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(shè)置“直流偏移”使方波信號幅度在0V到2V之間(無負(fù)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(biāo)-手動或光標(biāo)-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(biāo)-手動或光標(biāo)-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(yīng)注意：A.各波形與輸入方波信號在時間上的對應(yīng)關(guān)系。B.各波形相對于橫坐標(biāo)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(dāng)前第18頁\共有29頁\編于星期六\20點

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(dāng)前第19頁\共有29頁\編于星期六\20點一階RC電路的階躍響應(yīng)

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(dāng)前第20頁\共有29頁\編于星期六\20點

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(shè)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(yīng)將兩通道信號的電壓靈敏度設(shè)為相同值當(dāng)前第21頁\共有29頁\編于星期六\20點一階RC電路的階躍響應(yīng)

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(dāng)前第22頁\共有29頁\編于星期六\20點數(shù)學(xué)運算數(shù)學(xué)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(biāo)測量只能對math進行手動測量，不能光標(biāo)測量當(dāng)前第23頁\共有29頁\編于星期六\20點一階RC電路的階躍響應(yīng)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(dāng)前第24頁\共有29頁\編于星期六\20點一階RC電路的階躍響應(yīng)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(biāo)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(dāng)前第25頁\共有29頁\編于星期六\20點一階RC電路的階躍響應(yīng)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(dāng)前第26頁\共有29頁\編于星期六\20點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。當(dāng)前第27頁\共有29頁\