一階動態(tài)響應(yīng)(電路分析)

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1、2016-5-7學(xué)號：15041405姓名：王碩電路分析仿真大作業(yè)仿真實(shí)驗(yàn)二：一階動態(tài)電路響應(yīng)仿真實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、研究一階動態(tài)電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)及完全響應(yīng)的特點(diǎn)和規(guī)律。掌握測量一階電路時間常數(shù)的方法。2、理解積分和微分電路的概念，掌握積分、微分電路的設(shè)計(jì)和條件。3、用multisim仿真軟件設(shè)計(jì)電路參數(shù)，并觀察輸入輸出波形。二、實(shí)驗(yàn)原理1、零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)波形的觀察及時間常數(shù)的測量。當(dāng)電路無外加激勵，僅有動態(tài)元件初始儲能釋放所引起的響應(yīng)——零輸入響應(yīng)；當(dāng)電路中動態(tài)元件的初始儲能為零，僅有外加激勵作

2、用所產(chǎn)生的響應(yīng)——零狀態(tài)響應(yīng)；在外加激勵和動態(tài)元件的初始儲能共同作用下，電路產(chǎn)生的響應(yīng)——完全響應(yīng)。以一階RC動態(tài)電路為例，觀察電路的零輸入和零狀態(tài)響應(yīng)波形，其仿真電路如圖1（a）所示。（a）（b）圖1一階RC動態(tài)電路方波信號作為電路的激勵加在輸入端，只要方波信號的周期足夠長，在方波作用期間或方波間隙期間，電路的暫態(tài)響應(yīng)過程基本結(jié)束（）。故方波的正脈寬引起零狀態(tài)響應(yīng)，方波的負(fù)脈寬引起零輸入響應(yīng)，方波激勵下的和的波形如圖1（b）所示。在的零狀態(tài)響應(yīng)過程中，由于，故在時，電路已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即電容電壓。由零狀態(tài)響應(yīng)方程

3、可知，當(dāng)時，計(jì)算可得。如能讀出的值，則能測出該電路的時間常數(shù)。2、RC積分電路由RC組成的積分電路如圖2（a）所示，激勵為方波信號如圖2（b）所示，輸出電壓取自電容兩端。該電路的時間常數(shù)（工程上稱10倍以上關(guān)系為遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于或遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于關(guān)系。），故電容的充放電速度緩慢，在方波的下一個下降沿（或上升沿）到來時，充放電均未達(dá)到穩(wěn)態(tài)，輸出波形如圖2（c）所示，為近似三角波，三角波的峰值。故，因而，所以輸出電壓近似地與輸入電壓的積分成正比。圖13、RC微分電路由RC組成的微分電路如圖3（a）所示，激勵為方波信號如圖3（b）所示，輸

4、出電壓取自電阻兩端。該電路的時間常數(shù)，故電容的充放電速度非?？欤诜讲ǖ南乱粋€下降沿（或上升沿）到來時，電容電壓在很短的時間內(nèi)已充放電完成，并早已達(dá)到穩(wěn)態(tài)，輸出波形如圖3（c）所示，為周期窄脈沖。因而，所以輸出電壓近似地與輸入電壓的微分成正比。圖3三、仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、在圖1（a）中，已知。在multisim仿真軟件中連接電路，并由函數(shù)信號發(fā)生器輸出的方波信號。利用雙蹤示波器同時觀察和的波形，并在示波器上測量值，并與理論值進(jìn)行比較。2、根據(jù)積分電路形成條件，選擇合適的R、C參數(shù)，組成如圖2（a）所示的積分電路，其中為、

5、的方波。在雙蹤示波器中同時觀察和的波形。3、根據(jù)微分電路形成的條件，選擇合適的R、C參數(shù)，組成如圖3(a)所示的微分電路，其中為、的方波。在雙蹤示波器中同時觀察和的波形。四、思考題1、什么樣的電信號可以作為一階RC電路零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的激勵信號？答：階躍信號可作為RC一階電路零輸入響應(yīng)激勵源；脈沖信號可作為RC一階電路零狀態(tài)響應(yīng)激勵源；正弦信號可作為RC一階電路完全響應(yīng)的激勵源，2、當(dāng)電容具有初始值時，RC電路在階躍激勵下是否會出現(xiàn)沒有暫態(tài)的現(xiàn)象，為什么？答：要看電容電壓的初始值大小及極性,只有在電容

6、初始電壓的極性、大小完全與突加激勵相同的條件下,才不會出現(xiàn)過渡暫態(tài)變化。3、在研究方波激勵積分電路的響應(yīng)時，由于，使得響應(yīng)波形在時間內(nèi)無法達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，故不能通過實(shí)驗(yàn)方法測量值。但在積分電路的響應(yīng)波形中包含了時間常數(shù)的信息，應(yīng)用什么方法測量值？答：由RC組成的積分電路如圖2（a）所示，激勵為方波信號如圖2（b）所示，輸出電壓取自電容兩端。該電路的時間常數(shù)（工程上稱10倍以上關(guān)系為遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于或遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于關(guān)系。），故電容的充放電速度緩慢，在方波的下一個下降沿（或上升沿）到來時，充放電均未達(dá)到穩(wěn)態(tài)，輸出波形如圖2（c）所示，為近

7、似三角波，三角波的峰值。故，因而，所以輸出電壓近似地與輸入電壓的積分成正比。答：R=τ/C;τ=RC4、若將一階RC電路改為一階RL電路，對于方波激勵，電路的響應(yīng)波形又會怎樣？答：若將一階R搜索C電路改為一階RL電路，對于方波激勵，電路的響應(yīng)波形又會怎樣由三角波變成尖脈沖。5、能否用RL電路設(shè)計(jì)積分或微分電路，如果能，電路參數(shù)設(shè)計(jì)需滿足什么條件？答：積分電路：τ>>T，τ很大，則i充電速度越來越慢==≈因此輸出信號電壓近似于輸入信號的電壓的積分成正比，輸入信號為方波信號時，輸出信號電壓為三角波信號。附上電感仿真圖