2016-5-7 电路分析仿真大作业
仿真实验二:一阶动态电路响应仿真实验
姓名:王硕
一、实验目的
1、研究一阶动态电路的零输入响应、零状态响应及完全响应的特点和规律。掌握测量一阶电路时间常数的方法。
2、理解积分和微分电路的概念,掌握积分、微分电路的设计和条件。 3、用multisim仿真软件设计电路参数,并观察输入输出波形。 二、实验原理
1、零输入响应和零状态响应波形的观察及时间常数?的测量。
当电路无外加激励,仅有动态元件初始储能释放所引起的响应——零输入响应;当电路中动态元件的初始储能为零,仅有外加激励作用所产生的响应——零状态响应;在外加激励和动态元件的初始储能共同作用下,电路产生的响应——完全响应。
以一阶RC动态电路为例,观察电路的零输入和零状态响应波形,其仿真电路如图1(a)所示。 (a) (b)
图1 一阶RC动态电路
方波信号作为电路的激励加在输入端,只要方波信号的周期足够长,在方波作用期间或方波间隙期间,电路的暂态响应过程基本结束(T/2?5?)。故方波的正脉宽引起零状态响应,方波的负脉宽引起零输入响应,方波激励下的ui(t)和uo(t)的波形如图1(b)所示。在t?(0,T/2)的零状态响应过程中,由于???T,故在t?T/2时,电路已经达到稳定状态,即电容电压uo(t)?US。由零状态响应方程
可知,当uo(t)?US/2时,计算可得t1?0.69?。如能读出t1的值,则能测出该电路的时间常数?。
2、RC积分电路
由RC组成的积分电路如图2(a)所示,激励ui(t)为方波信号如图2(b)所示,输出电压uo(t)取自电容两端。该电路的时间常数??RC??T(工程上称10倍以上关系为远远大于或远远小于关2'系。),故电容的充放电速度缓慢,在方波的下一个下降沿(或上升沿)到来时,充放电均未达到稳态,输出波形如图2(c)所示,为近似三角波,三角波的峰值E??E。
故i(t)?uR(t)ui(t)11?,因而uo(t)?uc(t)??i(t)dt?ui(t)dt,所以输出电压近似地RRCRC?与输入电压的积分成正比。
图1 3、RC微分电路
由RC组成的微分电路如图3(a)所示,激励ui(t)为方波信号如图3(b)所示,输出电压uo(t)取自电阻两端。该电路的时间常数??RC??T,故电容的充放电速度非常快,在方波的下一个下2降沿(或上升沿)到来时,电容电压在很短的时间内已充放电完成,并早已达到稳态,输出波形如图3(c)所示,为周期窄脉冲。
t)?uR(t)?Ri(t)?RC因而uo(duC(t)dui(t)?RC,所以输出电压近似地与输入电压的dtdt微分成正比。
图3 三、仿真实验内容
1、在图1(a)中,已知R?10k?、C?10nF。在multisim仿真软件中连接电路,并由函数信号发生器输出Vp?p?4.0V,f?500?1000Hz的方波信号。利用双踪示波器同时观察ui(t)和uo(t)的波形,并在示波器上测量?值,并与理论?值进行比较。
2、根据积分电路形成条件,选择合适的R、C参数,组成如图2(a)所示的积分电路,其中ui(t)为
Vp?p?4.0V、f?1kHz的方波。在双踪示波器中同时观察ui(t)和uo(t)的波形。
3、根据微分电路形成的条件,选择合适的R、C参数,组成如图3(a)所示的微分电路,其中ui(t)为
Vp?p?4.0V、f?1kHz的方波。在双踪示波器中同时观察ui(t)和uo(t)的波形。
四、
思考题
1、什么样的电信号可以作为一阶RC电路零输入响应、零状态响应和完全响应的激励信号 答: 阶跃信号可作为RC一阶电路零输入响应激励源;脉冲信号可作为RC一阶电路 零状态响应激励源;正弦信号可作为RC一阶电路完全响应的激励源,
2、当电容具有初始值时,RC电路在阶跃激励下是否会出现没有暂态的现象,为什么
答:要看电容电压的初始值大小及极性,只有在电容初始电压的极性、大小完全与突加激励相同的条件下,才不会出现过渡暂态变化。
3、在研究方波激励积分电路的响应时,由于???T,使得响应波形uC(t)在T/2时间内无法达到稳态值,故不能通过实验方法测量?值。但在积分电路的响应波形中包含了时间常数?的信息,应用什么方法测量?值
一阶动态响应电路分析
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