一階rc電路的暫態響應實驗報告分析

本文為大家帶來一階rc電路的暫態響應實驗報告分析。

實驗內容和原理

1、零輸入響應：指輸入為零，初始狀態不為零所引起的電路響應。

2、零狀態響應：指初始狀態為零，而輸入不為零所產生的電路響應。

3、完全響應：指輸入與初始狀態均不為零時所產生的電路響應。

操作方法和實驗步驟

1、利用Multisim軟件仿真，了解電路參數和響應波形之間的關系，并通過虛擬示波器的調節熟悉時域測量的基本操作。

2、實際操作實驗。積分電路和微分電路的電路接法如下，其中電壓源使用方波：

實驗數據記錄和處理

任務1：軟件仿真

1.RC電路零輸入響應、零狀態響應仿真及時間常數的確定

上圖是零輸入響應電容的放電曲線，取第一個參考點為峰值點（4.369s， 5V），計算得第二個參考點電壓應為5×0.368=1.84V，調整黃色測量線至曲線上最接近的對應點，得橫坐標4.421s，由圖得τ=51.613ms

上圖是零狀態響應電容的充電曲線，任取第一個參考點為（5.186s， 1.007V），計算得第二個參考點電壓應為1.007+0.632×（5-1.007）=3.580V，調整黃色測量線至曲線上最接近的對應點得橫坐標5.237s，由圖得τ=50.806ms

2.方波電路零輸入響應、零狀態響應仿真及時間常數的確定

由于操作讀數方法和上面一樣，以下仿真中均已調整好兩條測量線的位置，因此虛擬儀表面板上顯示的T2-T1直接可作為仿真測量的時間常數值，下面不再一一敘述讀數過程。

時間常數為τ：

時間常數為0.1τ：

時間常數為0.5τ：

時間常數為2τ：

時間常數為10τ（無法用本實驗方法從面板測得時間常數）：

微分電路輸入、輸出波形比較：

積分電路輸入、輸出波形比較：

3.同時觀測階躍和沖激響應電路的仿真

任務2：實際操作實驗

1． 實驗電路按照下圖接線：

調整示波器參數，暫停畫面，使得在一個屏幕內同時 顯示出零狀態響應（左部分）和零輸入響應（右部分）曲 線如下：

圖中已調整好兩條測量線的位置，因此直接讀出時間常數τ=1.2s（兩圖測量結果相同） 2.按下圖接線，并按此配置電路元件參數：

在示波器上觀察比較輸入、輸出波形得：（左為微分電路，右為積分電路）

3. 按下圖接線

并利用示波器同時觀察RC電路的階躍響應和沖激響應如下：

實驗結果與分析

仿真部分因為是理想儀器，具有較高精度，故不作誤差分析。

實際操作中，零狀態響應和零輸入響應測得τ=1.2s，理論值τ0=RC=1000×1×10-3=1s，兩者比較接近，造成誤差的原因主要是示波器測量功能的分度有限，測量線無法連續移動，只能取到離散的測量點，并未準確滿足兩個測量點的理論數量關系。

微分電路和積分電路的觀測結果表明：當方波信號的周期T大于電路的時間常數τ時，電容充分充、放電速度快于方波變化的速度，因此能夠實現方波到窄脈沖信號的轉變，而且當τ比T小越多時，脈沖信號寬度越窄，形成了微分電路；當方波信號的周期T小于電路的時間常數τ時，電容在方波信號的一個周期內無法完成充分的充、放電，因此能實現方波到三角波的轉變，而且τ比T大越多時，三角波線性越好，形成了積分電路。

上面3中的圖片可以觀察到，CH1（較窄波形）的是沖激響應曲線，CH2（較寬波形）是階躍響應曲線，沖激響應的波形更接近于脈沖信號，階躍響應的波形更接近于方波信號。