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电路基础-实验3 动态电路暂态过程(仿真实验)

实验三 一阶动态电路暂态过程的研究

[实验目的]

(1)研究一阶RC电路的零输入响应、零状态响应和全响应的变化规律和特点。

(2)研究一阶电路在阶跃激励和方波激励情况下,响应的基本规律和特点。测定一阶电路的时间常数t,了解电路参数对时间常数的影响。

(3)掌握积分电路和微分电路的基本概念。

(4)学习用示波器观察和分析电路的响应。

[实验原理与说明]

(1电路,为一阶电路。图9-1所示为一阶RC

电路。首先将开关S置于1使电路处于零状

态。在t=0时刻由1扳向2,电路对激励Us

的响应为零状态响应,有

uc(t) Us Use t

RC

这一暂态过程为电容充电的过程,充电曲线如图12-2(a)所示。电路的零状态响应与激励成正比。

若开头S首先置于2使电路处于稳定

状态,在t=0时刻由2扳向1,电路为零输

入响应,有

uc(t) Use t

RC

这一暂态过程为电容放电过程,放电曲线如图9-2(b)所示。电路的零输入响应与初始状态成正比。

动态电路的零状态响应与零输入响应之和称为全响应。全响应与激励不存在简单的线性关系。

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(a)充电曲线 (b)放电曲线

图9-2 一阶RC电路的电容电压的充放电曲线及时间常数

(2)动态电路在换路以后,一般经过一段时间的暂态过程后便达到稳态。由于这一过程不是重复的,所以不易用普通示波器来观察其动态过程。可由方波激励实现一阶RC电路重复出现的充放电过程。其中方波激励的半周期T/2与时间常数τ(=RC)之比保持在5:1左右的关系,可使电容每次充、放电的暂态过程基本结束,再开始新一次的充、放电暂态过程(图9-3)。其中充电曲线对应图9-1所示电路的零状态响应,放电曲线对应该电路的零输入响应。

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