一階rc電路的暫態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析

本文為大家?guī)硪浑Arc電路的暫態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理

1、零輸入響應(yīng)：指輸入為零，初始狀態(tài)不為零所引起的電路響應(yīng)。

2、零狀態(tài)響應(yīng)：指初始狀態(tài)為零，而輸入不為零所產(chǎn)生的電路響應(yīng)。

3、完全響應(yīng)：指輸入與初始狀態(tài)均不為零時(shí)所產(chǎn)生的電路響應(yīng)。

操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟

1、利用Multisim軟件仿真，了解電路參數(shù)和響應(yīng)波形之間的關(guān)系，并通過虛擬示波器的調(diào)節(jié)熟悉時(shí)域測(cè)量的基本操作。

2、實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)。積分電路和微分電路的電路接法如下，其中電壓源使用方波：

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理

任務(wù)1：軟件仿真

1.RC電路零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)仿真及時(shí)間常數(shù)的確定

上圖是零輸入響應(yīng)電容的放電曲線，取第一個(gè)參考點(diǎn)為峰值點(diǎn)（4.369s， 5V），計(jì)算得第二個(gè)參考點(diǎn)電壓應(yīng)為5×0.368=1.84V，調(diào)整黃色測(cè)量線至曲線上最接近的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，得橫坐標(biāo)4.421s，由圖得τ=51.613ms

上圖是零狀態(tài)響應(yīng)電容的充電曲線，任取第一個(gè)參考點(diǎn)為（5.186s， 1.007V），計(jì)算得第二個(gè)參考點(diǎn)電壓應(yīng)為1.007+0.632×（5-1.007）=3.580V，調(diào)整黃色測(cè)量線至曲線上最接近的對(duì)應(yīng)點(diǎn)得橫坐標(biāo)5.237s，由圖得τ=50.806ms

2.方波電路零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)仿真及時(shí)間常數(shù)的確定

由于操作讀數(shù)方法和上面一樣，以下仿真中均已調(diào)整好兩條測(cè)量線的位置，因此虛擬儀表面板上顯示的T2-T1直接可作為仿真測(cè)量的時(shí)間常數(shù)值，下面不再一一敘述讀數(shù)過程。

時(shí)間常數(shù)為τ：

時(shí)間常數(shù)為0.1τ：

時(shí)間常數(shù)為0.5τ：

時(shí)間常數(shù)為2τ：

時(shí)間常數(shù)為10τ（無法用本實(shí)驗(yàn)方法從面板測(cè)得時(shí)間常數(shù)）：

微分電路輸入、輸出波形比較：

積分電路輸入、輸出波形比較：

3.同時(shí)觀測(cè)階躍和沖激響應(yīng)電路的仿真

任務(wù)2：實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)

1． 實(shí)驗(yàn)電路按照下圖接線：

調(diào)整示波器參數(shù)，暫停畫面，使得在一個(gè)屏幕內(nèi)同時(shí) 顯示出零狀態(tài)響應(yīng)（左部分）和零輸入響應(yīng)（右部分）曲 線如下：

圖中已調(diào)整好兩條測(cè)量線的位置，因此直接讀出時(shí)間常數(shù)τ=1.2s（兩圖測(cè)量結(jié)果相同） 2.按下圖接線，并按此配置電路元件參數(shù)：

在示波器上觀察比較輸入、輸出波形得：（左為微分電路，右為積分電路）

3. 按下圖接線

并利用示波器同時(shí)觀察RC電路的階躍響應(yīng)和沖激響應(yīng)如下：

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

仿真部分因?yàn)槭抢硐雰x器，具有較高精度，故不作誤差分析。

實(shí)際操作中，零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng)測(cè)得τ=1.2s，理論值τ0=RC=1000×1×10-3=1s，兩者比較接近，造成誤差的原因主要是示波器測(cè)量功能的分度有限，測(cè)量線無法連續(xù)移動(dòng)，只能取到離散的測(cè)量點(diǎn)，并未準(zhǔn)確滿足兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的理論數(shù)量關(guān)系。

微分電路和積分電路的觀測(cè)結(jié)果表明：當(dāng)方波信號(hào)的周期T大于電路的時(shí)間常數(shù)τ時(shí)，電容充分充、放電速度快于方波變化的速度，因此能夠?qū)崿F(xiàn)方波到窄脈沖信號(hào)的轉(zhuǎn)變，而且當(dāng)τ比T小越多時(shí)，脈沖信號(hào)寬度越窄，形成了微分電路；當(dāng)方波信號(hào)的周期T小于電路的時(shí)間常數(shù)τ時(shí)，電容在方波信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)無法完成充分的充、放電，因此能實(shí)現(xiàn)方波到三角波的轉(zhuǎn)變，而且τ比T大越多時(shí)，三角波線性越好，形成了積分電路。

上面3中的圖片可以觀察到，CH1（較窄波形）的是沖激響應(yīng)曲線，CH2（較寬波形）是階躍響應(yīng)曲線，沖激響應(yīng)的波形更接近于脈沖信號(hào)，階躍響應(yīng)的波形更接近于方波信號(hào)。