实验3动态电路综合实验

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1、实验三动态电路综合实验一、实验目的1、实验研究RC-阶电路和RLC-.阶电路的零输入响应、零状态响应和全响应的规律和特点。2、掌握一阶电路时间常数、二阶电路衰减系数和振荡频率的测量方法，了解电路参数对时间常数的影响。3、观察、分析二阶电路响应的三种变化曲线及其特点，加深对二阶电路响应的认识与理解。二、实验原理1、RC-阶电路的零状态响应RC—阶电路如图3—1所示，开关S在T的位置，uc=0,处于零状态，当开关S合向2的位置时，电源通过/?向电容C充电，uc⑴称为零状态响应uc=-^SCf变化曲线如图3—2所示，当必上升到0.632心所需要的时间称为时间常数八t=RCo2、RC-阶电

2、路的零输入响应在图3—1中，开关S在2的位置电路稳定后，再合向T的位置时，电容C通过/?放电，必⑴称为t零输入响应，叫=人「,变化曲线如图3-3所示，当他卜降到0.368久所需要的时间称为时间常数—t=RC.3、测量RC—阶电路时间常数Q图3—1电路的上述暂态过程很难观察，为了用普通示波器观察电路的暂态过程，需采川图3—4所示的周期性方波“s作为电路的激励信号，方波信号的周期为T,只要满足->5r,便可在示波器的荧光屏上形成稳定的响应波形。2电阻/?、电容C串联与方波发生器的输出端连接，用双踪示波器观察电容电压必，便可观察到稳定的指数曲线，如图3—5所示，在荧光屏上测得电容电床最大

3、值UCm=a(cm)取b=0.632a(cm),-与指数曲线交点对应吋间f轴的x点，则根据吋间r轴比例尺(扫描时间丄)，该电路的时间常数r=x(cm)x—cmcm4、微分电路和积分电路在方波信号“s作川在电阻/?、电容C串联电路屮，当满足电路时间常数r远远小于方波周期T的条件时，电阻两端(输出)的电压如与方波输入信号他呈微分关系，你«RC^,dr该电路称为微分电路。当满足电路时间常数。远远大于方波周期7的条件时，电容C两端(输出)的电压"C与方波输入信号"S呈积分关系，fwsd/，该电路称为枳分电路。RCJ微分电路和积分电路的输出、输入关系如图3-6(a)>(b)所示。5、二阶RL

4、C串联电路的零状态响应在图3-7所示R、厶、C电路中，Uc(0)=0,在r=0时开关S闭合，电压方程为:LC^^+RC^+uc=Udtdtc这是一个二阶常系数非齐次微分方程，该电路称为二阶电路，电源电压U为激励信号，电容两端电压化为响应信号。根据微分方程理论，仏•包含两个分量：何态分量“2和稳态分量tic,即当满足R<2uc=Uq+ufc体解与电路参数R、L、C有关。uc(f)=“2+uc=Ae亠sin(Q/+(p)+U其中，衰减系数/遗，衰减时间常数2占=牛振荡频率"隹一缶,振荡周期变化曲线如图3-8(a)所示，化的变化处在衰减振荡状态，由于电阻R比较小，乂称为图3-8(C)1S

5、图3-9当满足R>2店肘,叱的变化处在过阻尼状态，由于电阻R比较人，电路中的能量被电阻很快消耗掉，心无法振荡，变化曲线如图3—8(b)所示。当满足R=2J-时，々的变化处在临界阻尼状态，变化曲线如图3—盹)所示。6、二阶RLC串联电路的零输入响应在图3-9电路中，开关S与T端闭合，电路处于稳定状态，血(0)=",在f=0时开关S与2闭合，输入激励为零，电压方程为：rd2ur小LC+RC+uc=0drdrc这是一个二阶常系数齐次微分方程，根据微分方程理论，血只包含暂态分量稳态分量为零。和零状态响应一样，根据/?与2盘的大小关系，血的变化规律分为衰减振荡(欠阻尼)、过阻尼和临界阻尼三种

6、状态，它们的变化曲线与图3-7中的暂态分量"：类似，衰减系数、衰减时间常数、振荡频率为零状态响应完全一样。本实验对/?、C、厶并联电路进行研究，激励采川方波脉冲，二阶电路在方波正.负阶跃信号的激励下，可获得零状态与零输入响应，响应的规律与&L、C串联电路相同。测量"衰减振荡的参数，如图3-8（a）W-示，用示波器测出振荡周期八便可计算出振荡频率血，按照衰减轨迹111］线，测屋一0.367A对应的时间0,便可计算出哀减系数6o三、实验设备1、双踪示波器，或NEEL-04A虚拟仪器接口单元；2、函数信号发生器（方波输出），或NEEL-03A信号源模块；3、MEEL-03电工原理（三）模

7、块、MEEL-05A元件箱（一）模块。四、实验内容C实验电路如图3—10所示，图中电阻/?从MEEL-03电工原理（三）模块上选取（请看懂线路板的走线，认清激励与响应端口所在的位置；电容C从MEEL-05A元件箱（一）模块组件上选取x0.01PF/63VnJ'调电容，认清/?、C元件的布局及其标称值；各开关的通断位置等），川双踪示波器观察电路激励（方波）信号和响应信号。"s为方波输出信号，将信号源的'波形选择'开关置方波信号位置上，将信号源的信号输出端与示波器探头连接