一阶动态电路的研究

一阶动态电路工作性能研究1目录一阶动态电路工作性能研究............................................................................错误!未定义书签。一、实验目的...........................................................................................................................2二、实验条件...........................................................................................................................2三、实验原理...........................................................................................................................21.一阶RC电路的零状态响应.........................................................................................22.一阶RC电路的零输入相应.........................................................................................23.实验法测量一阶电路时间常数的原理.......................................................................24.由RC构成的积分电路.................................................................................................35.由RC构成的微分电路.................................................................................................3四、实验内容及操作步骤.......................................................................................................41.一阶RC动态电路的工作性能研究.............................................................................42.数据分析.......................................................................................................................53.结论：...........................................................................................................................5五、心得体会...........................................................................................................................6六、教师评语及成绩.....................................................................................................6一阶动态电路工作性能研究2一、实验目的1.培养学生按图连接实物电路的能力。2.进一步掌握函数信号发生器和示波器的使用方法。3.掌握一阶电路时间常数的实验测定方法。4.理解时间常数对暂态响应产生的影响。二、实验条件函数信号发生器、示波器、九孔实验仪、电阻箱、电容箱、电感元件、及导线若干。三、实验原理1.一阶RC电路的零状态响应图3.1.1给出了一阶RC电路零状态响应的原理图，图中电容电压随时间变化规律可以由式(3.1.1)来确定，其中=RC。uc(t)=Us−Us𝑒−𝑡𝑅𝐶=𝑈𝑠(1−𝑒−𝑡𝜏)(3.1.1)SUAB0tRRuiCCuSUS0tLiL_LuRRu图3.1.1RC电路零状态响应电路图3.2.1RL的零状态响应2.一阶RC电路的零输入相应图3.2.1给出了一阶RC电路零输入相应的原理电路图，当uc（t）=U时，图中电容电压随时间变化的规律可以有式3.2.1来描述，其中=RC。3.实验法测量一阶电路时间常数的原理图3.3.1给出了一阶RC电路零输入曲线图，图中当电容电压由其最大值放电一阶动态电路工作性能研究3到最大值的36.8%时，在时间轴上的两点的时间差值即等于该一阶RC电路的时间常数。图3.1.1一阶RC电路电容放电曲线图图3.4.1由RC构成的积分电路4.由RC构成的积分电路在图3.4.1中，当输入电压为周期变化的方波，且电路的时间常数远大于方波的脉宽时，电容电压随时间变化规律近似和电源电压的积分成正比，可以用式3.4.1来描述。𝑢𝑐≈1𝑅𝐶∫𝑢𝑠𝑑𝑡（3.4.1）5.由RC构成的微分电路在图3.5.1中当输入电压为周期变化的方波，且电路的时间常数远小于方波的脉宽时，电阻电压随时间的变化规律近似和电源电压的微分成正比。可以用式3.5.1来描述。图3.5.1RC构成的微分电路𝑢𝐿=𝐿𝑑𝑖𝐿𝑑𝑡=−𝑅𝐼𝑜𝑒−𝑅𝐿𝑡=−𝑅𝐼𝑜𝑒−𝑡𝜏（3.5.1）一阶动态电路工作性能研究4四、实验内容及操作步骤1.一阶RC动态电路的工作性能研究（1）按图4.1.1连接实验电路，函数信号发生器输出信号为方波，占空比为50%，频率为1.1KHz，峰峰值为3Vpp，直流偏置为1.5V。图4.1.1一阶RC实验电路图4.1.2一阶RC微分电路（2）按表4.1.1设置电阻值和电容值，用示波器观察us和uc的波形，将观察到的波形记录到表4.1.1中。（3）在uc的波形上读取暂态响应的时间常数及电容电压的最大值，记录到表4.1.1中的相应位置。（4）在图4.1.1的连接状态下，函数信号发生器输出信号为方波，占空比为50%，频率为1.1KHz，峰峰值为3Vpp，直流偏置为1.5V，设置电阻和电容值，在满足积分电路的基础上，将示波器同时观察到的us和uc的波形记录到表4.12中。（5）在图4.1.2的连接状态下，函数信号发生器输出信号为方波，占空比为50%，频率为1.1KHz，峰峰值为3Vpp，直流偏置为1.5V，设置电阻和电容值，在满足微分电路的基础上，将示波器同时观察到的us和uc的波形记录到表4.1.2中。一阶动态电路工作性能研究52.数据分析A.一阶暂态电路1.1K方波周期T=1𝑓=909𝑢𝑠半个周期12𝑇=455𝑢𝑠误差Er1=|455−452|455=0.7%i.R=500ΩC=0.1uF时间常数（理论值）RC=50𝑢𝑠Er2=|56−50|50=12%ii.R=1KΩC=0.1uF时间常数（理论值）RC=50𝑢𝑠Er2=|100−100|100=12%iii.R=1KΩC=0.2uF时间常数（理论值）RC=50𝑢𝑠Er2=|200−196|200=2.0%3.结论：根据实验曲线及实验数据可以得到，在实验允许的范围之内，时间常数与理论值基本吻合，因此可以证明电容充电曲线可以认为是一阶RC电路零输入响应的过程曲线。而电容的放电曲线可以认为是一阶RC电路的零输入响应过程曲线。B.积分电路RC电路的积分条件：RC≥Tk积分电路特点a)积分电路可以使输入方波转换成三角波或者斜波b)积分电路电阻串联在主电路中，电容在干路中c)积分电路的时间常数t要大于或者等于10倍输入脉冲宽度一阶动态电路工作性能研究6d)积分电路输入和输出成积分关系B．积分电路RC电路的积分条件：RC≤Tk积分电路特点a)微分分电路可以使输入方波转换成脉冲波b)微分电路电阻串联在主电路中，电阻在干路中c)微分电路的时间常数t要小于于或者等于10倍输入脉冲宽度d)微分电路输入和输出成微分关系五、心得体会深入学习一阶RC暂态电路，并且掌握其测量方法。了解了为积分电路的工作条件及工作特点。六、教师评语及成绩教师签名：年月日