实验五 一阶RC串联电路的测试改09Word格式.docx

实验五 一阶RC串联电路的测试改09Word格式.docx

《实验五 一阶RC串联电路的测试改09Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验五 一阶RC串联电路的测试改09Word格式.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

换路前电路如图（a）所示，开关原来连接在1端，电路达到稳态，此时电容电压等于U0。

在t=0时开关迅速由1端转换到2端，得到换路后的电路，如图（b）所示。

换路后，电路的初始条件：

uc（0+）＝uc（0－）＝U0

当达到新的稳态时：

uc（∞）＝0

电路的时间常数：

＝RC

由三要素法，可求得图（b）电路的零输入响应为：

从上面式子可知，各电压电流变化的快慢取决于时间常数=RC。

下图为零输入响应的波形;

图2RC电路零输入响应的波形曲线

2、 

RC电路的零状态响应

零状态响应：

初始状态为零，仅仅由独立电源（称为激励或输入）引起的响应，称为零状态响应。

换路前电路如图（a）所示，此时电容电压uC（0－）=0。

假设在t=0时开关闭合，则RC串联电路与直流电压源连接，电压源通过电阻对电容充电。

换路后电路的初始条件：

uC（0+）=uC（0-）=0

电路达到新的稳态时：

uc（∞）＝US

由三要素法可求得电路的零状态响应为：

响应波形如下图所示：

从上图可见，电容电压由零开始以指数规律上升到US，经过一个时间常数变化到（1-0.368）US=0.632US，经过（4～5）时间后电容电压实际上达到US。

电容电流则从初始值US/R以指数规律衰减到零。

零状态响应变化的快慢也取决于时间常数=RC。

当时间常数越大，充电过程就越长。

四、实验内容：

1、零输入响应的测试

（1）按图5所示连接电路，脉冲源的参数按图6所示设置。

图5图6

选择仿真分析的瞬态分析命令，按图7所示设置参数。

图7

按确定按钮后，据作出了该电路的瞬态分析曲线，如图8所示。

图8

看懂该图形，说明哪一条曲线是表示电容电压随时间变化的曲线，根据图中电容电压随时间变化的曲线，测出t=0+（ms）和t=5（ms）时的电容电压值并填入表1中。

表1

t=0+（ms）时

t=5（ms）时

uC（t）/V

根据图5的RC值，求出电路时间常数，

写出t≥0ms后，电容的电压响应uC（t）。

对电容电压曲线进行分析。

说明电容上的电压从什么时刻开始按什么规律变化，是充电还是放电？

（2）对曲线进行如下减法运算:

y1–y2=y1，得到图9曲线。

图9

执行运算菜单中的统一刻度命令，得到图10波形。

图10

看懂该图形，找出电阻R1随时间变化的电压波形，分析该电压波形的变化规律，说明该电压波形为什么会随时间按图中所示规律变化。

测出t=0+（ms）和t=5（ms）时的电阻电压值并填入表2中。

表2

uR1（t）/V

写出t≥0ms时，电阻的电压响应uR1（t）。

（3）执行运算菜单中的“改物理量名”命令，分别将图中两条曲线的物理量改为uc、ur，如图11所示。

图11

（4）执行运算菜单中的微分函数命令，在图形下方的对话框中输入y2,y2,表示对y2微分后将微分结果储存在Y2，按确定后，再执行运算菜单中的乘法运算命令，在对话框中输入y2×

0.000001＝y2，将y2由电容的电压曲线变换成电容的电流曲线。

图12

（5）执行运算菜单中的除法运算命令，在图形下方的对话框中输入y1/1000=y1,按确定后,将y1由电阻的电压曲线变换成电阻的电流曲线。

（6）执行运算菜单中的“改物理量名”命令，分别将图中两条曲线的物理量改为ic、ir，执行运算菜单中的“更换单位名”命令，分别将图中两条坐标轴旁边的单位名称改为A。

如图12所示。

看懂图中曲线，测出t=0+（ms）和t=5（ms）时的电阻电流值和电容电流值并填入表3中。

表3

iC（t）/A

iR1（t）/A

写出t≥0ms后电阻R1的电流响应iR1（t）和电容的电流响应iC（t），说明t≥1ms后，iR1（t）和iC（t）按什么规律如何变化。

2、RC电路零状态响应的测试

根据图5电路，将脉冲信号源按图13所示参数设置。

图13

按造实验内容1的步骤，对该电路进行相同的测试与运算，

（1）作出电阻R1和电容的电压波形，测出t=0+（ms）和t=5（ms）时的电阻电压值和电容电压值并填入表4中。

表4

uC1（t）/V

写出t≥0ms后，电阻R1的电压响应uR1（t）和电容的电压响应uC1（t）。

说明t在0～5ms这段时间内，电阻R1的电压是如何变化的？

电容的电压又是如何变化的？

（2）作出电阻R1和电容的电流波形，测出t=0+（ms）和t=5（ms）时的电阻电流值和电容电流值并填入表5中。

表5

写出t≥1ms时，电阻R1的电流响应iR1（t）和电容的电流响应iC（t），说明t在0～5ms这段时间内，电阻R1的电流是如何变化的？

电容的电流又是如何变化的？

五、实验报告要求

1．写出实验目的

2．简述实验原理

3．列出实验内容．画出实验电路图5、整理实验数据，对实验结果进行分析讨论。

1）对RC电路零输入响应，作出电容与电阻R1的电压响应曲线，电容与电阻R1的电流响应曲线，根据实验内容填写表1、表2、表3，写出响应uR1（t）、uC1（t）、iR1（t）和iC（t）的表达式。

根据所作出的曲线和给定的时间范围说明uR1（t）、uC1（t）、iR1（t）和iC（t）随时间变化的规律。

2）RC电路零状态响应，作出电容与电阻R1的电压响应曲线，电容与电阻R1的电流的响应曲线，根据实验内容填写表4、表5，写出响应uR1（t）、uC1（t）、iR1（t）和iC（t）的表达式。

按给定的时间范围和所作出的曲线说明uR1（t）、uC1（t）、iR1（t）和iC（t）随时间变化的规律。

六、附录

（1）PUL梯形脉冲波模型

图15图16

以F0、F1、F2、……、F10依次表示各参数（F0是直流分析时该源起作用的值）。

图15各参数的说明：

F0直流电压值——F0，是直流分析时该源起作用的值。

脉冲底值（或顶值）——F1，如图16所示，若其为负值，表示脉冲低电平电压值；

若其为正值，表示脉冲高电平电压值。

脉冲顶值（或底值）——F2，如图16所示，若其为负值，表示脉冲低电平电压值；

脉冲延迟时间——F3，从t=0到脉冲开始上升时的时间间隔，如图16所示。

脉冲前沿时间——F4，对图16是指波形从脉冲底上升到脉冲顶所用的时间。

脉冲持续时间——F5，指脉冲宽度，对图16是指保持在高电平的时间。

脉冲后延时间——F6，对图16是指波形从脉冲顶下降到脉冲底所用的时间。

脉冲重复周期——F7，（＝前沿＋宽度＋后沿＋脉冲间隔）如图16所示。

（若F7=0，则表示只有单个脉冲，而不是周期性重复的脉冲序列）

脉冲幅度随机变化度——F8（缺省值为0，表不变化；

可指定小于等于1的数）

电平噪声干扰度——F9（缺省值为0，表无干扰；

可指定小于1的数）（与F1相关）

电平噪声干扰度——F10（缺省值为0，表无干扰；

可指定小于1的数）（与F2相关）

（2）瞬态分析（TR分析工作波形分析）

此命令用于分析电路对波形的响应。

做TR分析时，需要指定的参数是：

终止时间，时间步数、观测节点号

必须指定要看结果的节点号，可以答入１至６个节点号。

输出为每个节点的电压值。

做TR分析时，指定参数要仔细考虑，做分析时的时间步长（终止时间除以时间步数）越小，计算会仔细些，但计算步数多，计算时间就多。

一般情况下，看几个周期的波形就够了，而一个正弦波取30个时间点得到的曲线已足够圆滑。

时间步长要由输入信号中频率最高的成分做决定，如电路中用到脉冲时钟源时，要保证每个脉冲起作用。