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  • 一阶动态电路实验报告
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    2020-12-19 13:59:05

    一阶动态电路的响应测试实验报告

    1.

    实验摘要

    1

    、研究

    RC

    电路的零输入响应和零状态响应。用示波器观察响应

    过程。电路参数:

    R=100K

    C=10uF

    Vi=5V

    2.

    从响应波形图中测量

    时间常数和电容的充放电时间

    2.

    实验仪器

    5V

    电源,

    100K

    Ω

    电阻,

    10uF

    电容,示波器,导线若干

    2.

    实验原理

    (

    1

    )

    RC

    电路的零输入响应和零状态响应

    (

    i

    )电路中某时刻的电感电流和电容电压称为该时刻的电路状

    态。

    t=0

    时,电容电压

    uc

    (

    0

    )称为电路的初始状态。

    (

    ii

    )

    在没有外加激励时,仅由

    t=0

    零时刻的非零初始状态引起

    的响应称为零输入响应,

    它取决于初始状态和电路特性

    (通过时间常

    τ

    =RC

    来体现)

    ,这种响应时随时间按指数规律衰减的。

    (

    iii

    )在零初始状态时仅由在

    t0

    时刻施加于电路的激励引起的

    响应称为零状态响应,

    它取决于外加激励和电路特性,

    这种响应是由

    零开始随时间按指数规律增长的。

    (

    iiii

    )线性动态电路的完全响应为零输入响应和零状态响应之

    和动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程。

    要用普通示波器

    观察过渡过程和测量有关的参数,

    就必须使这种单次变化的过程重复

    出现。为此,我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号,

    即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号;

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    实验九 :一阶动态电路的响应测试(二)

    一、实验目的:

    1、 观测RC 一阶电路的方波响应;

    2、 通过对一阶电路方波响应的测量,练习示波器的读数;

    二、实验内容:

    1、研究RC 电路的方波响应。选择T/RC 分别为10、5、1时,电路参数: R=1K Ω,C=0.1μF 。

    2、观测积分电路的Ui(t)和Uc(t)的波形,记录频率对波形的影响,从波形图上测量时间常数。积分电路的输入信号是方波,Vpp=5V 。

    3、观察微分电路的Ui(t)和U R (t)的波形,记录频率对波形的影响。微分电路的输入信号也是方波,Vp-p=1V 。 三、实验环境:

    面包板一个,导线若干,电阻一个(1k Ω),DS1052E 示波器一台,电解电容一个(0.1μF ),EE1641C 型函数信号发生器一台。 四、实验原理:

    1. 方波激励:

    ?电路图:

    ?方波波形:(调整方波电压范围在0~5V ) 2. 积分电路:

    一个简单的RC 串联电路,在方波脉冲的重复激励下,当满足τ=RC>>T/2时(T 为

    方波脉冲的重复周期),且由C 两端的电压作为响应输出,则该电路就是一个积分电路。此时电路的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。

    ?电路图:(以f=1000Hz 为例)

    C1

    100nF

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    本文为大家带来一阶rc电路的暂态响应实验报告分析。

    实验内容和原理

    1、零输入响应:指输入为零,初始状态不为零所引起的电路响应。

    2、零状态响应:指初始状态为零,而输入不为零所产生的电路响应。

    3、完全响应:指输入与初始状态均不为零时所产生的电路响应。

    操作方法和实验步骤

    1、利用Multisim软件仿真,了解电路参数和响应波形之间的关系,并通过虚拟示波器的调节熟悉时域测量的基本操作。

    2、实际操作实验。积分电路和微分电路的电路接法如下,其中电压源使用方波:

    实验数据记录和处理

    任务1:软件仿真

    1.RC电路零输入响应、零状态响应仿真及时间常数的确定

    上图是零输入响应电容的放电曲线,取第一个参考点为峰值点(4.369s, 5V),计算得第二个参考点电压应为5×0.368=1.84V,调整黄色测量线至曲线上最接近的对应点,得横坐标4.421s,由图得τ=51.613ms

    上图是零状态响应电容的充电曲线,任取第一个参考点为(5.186s, 1.007V),计算得第二个参考点电压应为1.007+0.632×(5-1.007)=3.580V,调整黄色测量线至曲线上最接近的对应点得横坐标5.237s,由图得τ=50.806ms

    2.方波电路零输入响应、零状态响应仿真及时间常数的确定

    由于操作读数方法和上面一样,以下仿真中均已调整好两条测量线的位置,因此虚拟仪表面板上显示的T2-T1直接可作为仿真测量的时间常数值,下面不再一一叙述读数过程。

    时间常数为τ:

    时间常数为0.1τ:

    时间常数为0.5τ:

    时间常数为2τ:

    时间常数为10τ(无法用本实验方法从面板测得时间常数):

    微分电路输入、输出波形比较:

    积分电路输入、输出波形比较:

    3.同时观测阶跃和冲激响应电路的仿真

    任务2:实际操作实验

    1. 实验电路按照下图接线:

    调整示波器参数,暂停画面,使得在一个屏幕内同时 显示出零状态响应(左部分)和零输入响应(右部分)曲 线如下:

    图中已调整好两条测量线的位置,因此直接读出时间常数τ=1.2s(两图测量结果相同) 2.按下图接线,并按此配置电路元件参数:

    在示波器上观察比较输入、输出波形得:(左为微分电路,右为积分电路)

    3. 按下图接线

    并利用示波器同时观察RC电路的阶跃响应和冲激响应如下:

    实验结果与分析

    仿真部分因为是理想仪器,具有较高精度,故不作误差分析。

    实际操作中,零状态响应和零输入响应测得τ=1.2s,理论值τ0=RC=1000×1×10-3=1s,两者比较接近,造成误差的原因主要是示波器测量功能的分度有限,测量线无法连续移动,只能取到离散的测量点,并未准确满足两个测量点的理论数量关系。

    微分电路和积分电路的观测结果表明:当方波信号的周期T大于电路的时间常数τ时,电容充分充、放电速度快于方波变化的速度,因此能够实现方波到窄脉冲信号的转变,而且当τ比T小越多时,脉冲信号宽度越窄,形成了微分电路;当方波信号的周期T小于电路的时间常数τ时,电容在方波信号的一个周期内无法完成充分的充、放电,因此能实现方波到三角波的转变,而且τ比T大越多时,三角波线性越好,形成了积分电路。

    上面3中的图片可以观察到,CH1(较窄波形)的是冲激响应曲线,CH2(较宽波形)是阶跃响应曲线,冲激响应的波形更接近于脉冲信号,阶跃响应的波形更接近于方波信号。

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    纵观世间百态,可用两字概括世界仅存的物质—粒子的性质:“被动”, 因为每一个粒子都要时刻受到其他粒子的力的作用,并因此而运动。且每一个粒子的运动状态都可概括为:“在这里,到那里”。 这就是我们人类感知的世界,在微观粒子尺度上是如此简单的,但在人眼中却复杂。这些粒子是时刻互相影响的,因此我们可以总结出:在宇宙形成的那一刻,这个世界就注定了应该出现什么事物,和各种事物出现的先后顺序(真实的是:物质作用规律是固定的)。由此还可以得出地球上的科学规律普遍适用于任何其它区域,并且粒子从开始运动(包括相对运动)时就都停不下来,通俗说是“一发不可收拾”,因此时间不可倒流,时间本不存在。 我认为一些以前的人坚信的“因果律”是正确的,因此它可以作为上述论点的论据。[这里面提到的粒子是已发现的某些微观粒子,或是比其余微观粒子更基本的粒子]

    英文译文:

    World Theory

    Having observing the world unfolding,we can use the word 'Passive ' to generalize the property of the only substances-microcosmic particle in the world because whichever microcosmic particle has to get the effects of forces from the others at every moment,and exercises because of that .And the summarization whichever microcosmic particles' state of motion is 'Here and there '.This is the world we mankind feeling,it's so simple at the scale of microcosmic particle while it's very complex from human standpoint.These microcosmic particles are always affecting each other,so we can summarize that the world was bound to appear that the certain object should appear and the sequencing of the certain objects at the moment of the universe came into being (The reality is that the law of how all objects behave is settled) . We can also summarize that the law of how all objects behave in the area wherever is the same with the earth universally,and one microcosmic particle's motion can't be stopped after it began to exercise (Including the relative motions), which can be described that the microcosmic particle's is outing of 'hand '.So the time can't backfly and the time is not existing in fact.I think the law of causation firmly believed by some philosophers and scientists is right ,so it can be the argument of the thesis above .

    (The particles mentioned above are the microcosmic particles we mankind have discovered or the particles more fundamental than the rest microcosmic particles).

    2. 电路分析一阶电路分析

    从电路中看出,电路就是一个RC充放电电路。

    在R=10k时,电路的时间常数τ=RC较小,也就是说在很短的时间内,就可以完成电路的充放电,电容电压变化很快、能够较好地反映出电容的充放电特性。当R=1M时,电路的时间常数急剧变大,1M=10^6Ω=1000kΩ,时间常数变化为原来的1000倍,电路的过渡过程时间变得很长,在有限时间内,电容没有完全放电就开始充电、充电电压尚未明显变化时,又开始放电。

    因此从信号波形的变化,几乎看不到电压的变化,成为一个方波。本质就是电路的时间常数增大,使得电路的过渡过程时间增长所导致的。

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