实验五 一阶RC串联电路的测试改09.docx

1、实验五 一阶RC串联电路的测试改09实验五 一阶RC串联电路的测试一、实验目的：1、学会脉冲源参数的设置方法2、学会使用仿真分析功能对电路进行瞬态分析3、通过实验进一步了解RC一阶电路的动态特性二.预习要求 1.复习一阶RC串联电路动态特性的有关知识2.了解零输入响应与零状态响应的有关知识3了解RC串联电路换路后电容电压、电阻电压、电容电流、电阻电流的变化规律。三、实验原理1、RC电路的零输入响应仅仅是由动态元件的初始条件引起的的响应，称为零输入响应。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

2、)所示。换路后， 电路的初始条件： u c(0+)uc(0) U0当达到新的稳态时： u c()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2 RC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

3、到新的稳态时： u c()US电路的时间常数： RC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(45)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

4、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1t=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t0ms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

5、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2t=0+(ms)时t=5(ms)时uR1(t)/V写出t0ms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y20.000001y2，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y1/10

6、00=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3t=0+(ms)时t=5(ms)时iC(t)/Ai R1(t)/A写出t0ms后电阻R1的电流响应iR1(t)和电容的电流响应iC(t)，说明t1ms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

7、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4t=0+(ms)时t=5(ms)时uR1(t)/VuC1(t)/V写出t0ms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05ms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5t=0+(ms)时t=5(ms)时iC(t)/Ai R1(t)/A写出t

8、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05ms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

9、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

10、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，可以答入至个节点号。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。