HUN工训中心：电路暂态响应测量实验报告

工训中心的牛马实验

1. 实验目的：

1.培训应用示波器测量电路暂响应过程的技能。观测RC一阶电路暂态过程的动态曲线，测量其时间常数及作为积分应用特性。

2.观测RLC二阶电路暂态过程的三种状态轨迹，测量并分析其参数。

1. 实验仪器和器材：

1.实验仪器

直流稳压电源型号:IT6302

台式多用表型号:UT805A

信号发生器型号:DG1022U

数字示波器型号:DSO-X 2012A(DPO 2012B)

⒉.实验(箱）器材

电路实验箱

元器件:电阻(1k、10k、10k电位器);电容(0.1uF、0.01uF);电感(10mH)

3.实验预习的虚拟实验平台

1. 实验内容：

1.在mutisim平台连接一个能观测零输入响应、零状态响应和完全响应的电路图;分别观测该电路的零输入响应、零状态响应和完全响应的动态曲线。

⒉连接电路并观测RC低通（或高通)—阶电路,测量时间常数t。

接单次脉冲发送电路输出，用示波器测试波形;根据响应曲线测量出时间常数T，并与理论计算值进行比较。

用信号发生器输出周期尽量长的方波来模拟阶跃激励信号,用示波器观测响应曲线及t。

3.用信号发生器输出周期尽量短的方波作输入信号，RC低通一阶电路作积分应用,测量输出三角波的斜率并与计算值比较。

4.(选）连接RLC并联电路,用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信,调节电位器R,观察、分析二阶电路响应的三种状态轨迹及其特点。

5.(选）分别设定R为1k,10k测定LCR电路的衰减常数α和振荡频率wd，并分析误差。

1. 实验原理：

1.—阶电路阶跃信号响应观测

零状态响应:储能元件的初始值为0，电路接阶跃信号U，电路的响应为零状态响应。

零输入响应:电路的储能元件具有初始能量且输入为零，电路的响应为零输入响应

   

2.一阶电路常数τ测量

a.阶跃信号响应曲线测量τ

完全响应：u1=5V，u2=15V

               

零状态响应：

                             

当t=τ=RC时: UC=0.632U

                   

b.用方波信号模拟阶跃信号,观测一阶低通电路Uc (t)

      

3.观测积分电路、微分电路的方波响应

在RC低通电路中，如t远大于输入信号周期T,输出电压UC近似地正比于输入电压U对时间的积分,输入方波，输出接近为三角波。

               

                           

在RC高通电路中，输出电压UR近似地正比于输入电压U对时间的微分。

          

4.二阶电路的阶跃响应观测与测量

a.二阶RLC电路

串联二阶RLC电路

              

 

        

并联二阶GLC电路

b.观测二阶RLC电路三种状态

二阶电路响应三种状态轨迹的观测

                  

c.二阶RLC电路α与wd的测量

根据欠阻尼响应曲线可测量α与wd

                  

1. 实验过程和数据记录：

1. Multisim模拟一个能观测零输入响应、零状态响应和完全响应的电路图

该电路的零输入响应、零状态响应和完全响应的动态曲线：

              

          

          

1. 常数τ的测量

1. 输入直流电源信号（单脉冲)）测量τ

实验步骤：

1.按照实验原理图在实验箱连接好电路

2.示波器使用前先测校正信号，确保探头及操作正常;

3.将示波器水平定标设置为400uS(根据τ设置)，垂直定标设置为500mV

4.将示波器触发源选 ch1 ,上升边沿触发，触发电平调到1V左右;

5.按下单次触发键SINGLE ;

6.按下单次脉冲开关输出变高（3.5V），示波器显示输入U及输出Uc响应曲线。

结果记录：

U	R	C
3.5V	10kΩ	0.1μf

  

                                                                    UC波形图                             

                                                                        i（t）波形图

Multisim模拟图：

当t=τ=RC时: UC=0.632U，可得

τ的计算值为1ms

τ的测量值为1.6ms

U	R	C
3.5V	10kΩ	0.01μf

 

 UC波形图                         

    i（t）波形图

Multisim模拟图：

τ的计算值为0.1ms

τ的测量值为0.15ms

1. 输入方波信号测量t

实验步骤：

1. 按照实验原理在实验箱上连接好电路
2. 按照实验要求调好信号发生器的参数
3. 后续实验步骤同测直流信号的步骤

数据记录：

U	频率	R	C
5vpp	100Hz	10kΩ	0.1μf

  

 UC波形图                         

 

   i（t）波形图

Multisim模拟图：

τ的值为1.6ms

U	频率	R	C
5vpp	1000Hz	10kΩ	0.01μf

   

 UC波形图                           

  i（t）波形图

Multisim模拟图：

τ的值为0.14ms

3.观测积分电路、微分电路的方波响应

实验步骤

1.按照实验原理连接好电路

2.后续步骤同测直流时的步骤

积分电路：

U	频率	R	C
5vpp	1000Hz	10kΩ	0.1μf

     

 UC波形图                           

  i（t）波形图

Multisim模拟图：

       

U/t的值为4.9V/ms

U	频率	R	C
5vpp	10000Hz	10kΩ	0.01μf

  

 UC波形图                          

   i（t）波形图

U/t的值为4.9V/ms

微分电路：

U	频率	R	C
5vpp	1000Hz	10kΩ	0.1μf

                                                          

                                                                       UC波形图                             

                 

                                                                i（t）波形图

U/t的值为4.9V/ms

U	频率	R	C
5vpp	10000Hz	10kΩ	0.01μf

U/t的值为4.9V/ms

1. 实验总结

1. 思考题

1.1什么样的电信号可作为RC一阶电路零输入响应、零状态响应和完全响应的激励源?

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

1.2何谓积分电路和微分电路，必须具备什么条件? 在方波 脉冲的激励下，输出信号波形的变化规律如何?这两种电路有何功用?

积分电路和微分电路当然是对信号求积分与求微分的电路了 它最简单的构成是一个运

放大器，一个电阻R和一个二极管C 运放的负极接地，正极接二极管，输出端Uo再与正极接接一个电阻就是微分电路， 当二极管位置和电阻互换一下就是积分电路， 这两种电路就是用来求积分与微分的 方波输入积分电路积分出来就是三角波 微分的是锯齿波 把图中的电阻跟电容位置调换就是积分电路了

1.3根据二阶电路实验电路元件的参数,计算出处于临界阻尼状太的R之值

由R=2根号L/C

得R的值为632Ω

1. 心得总结：

初步掌握了应用示波器测量电路暂响应过程的技能。学会观测一阶RC电路的暂态过程的动态曲线，测量其时间常数及作为积分应用特性。

掌握的技能：学会计算RC电路的时间常数τ

人文：未提前预习，导致实验进度较慢。同时电路连接错误导致未出现预期的结果，需要重新测量。

记忆：课前提前预习，可以极大的知识的记忆程度。同时，及时对知识进行梳理也可以节约大量记忆成本。