一阶动态响应电路分析

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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。