实验九一阶电路暂态响应(有数据)
实验九 一阶电路的暂态响应
一、实验目的
1、掌握一阶电路暂态响应的原理
2、观测一阶电路的时间常数τ对电路暂态过程的影响
二、实验仪器
1、双踪示波器
1台
2、模块一S5
1块
3、信号源及频率计模块S2 1块
三、实验原理
含有L 、C 储能元件的电路通常用微分方程来描述,电路的阶数取决于微分方程的阶数。凡是用一阶微分方程描述的电路称为一阶电路。一阶电路由一个储能元件和电阻组成,具有两种组合:RC 电路和RL 电路。图9-1和图9-2分别描述了RC 电路与RL 电路的基本连接示意图。
根据给定的初始条件和列写出的一阶微分方程以及激励信号,可以求得一阶电路的零输
入响应和零状态响应。当系统的激励信号为阶跃函数时,其零状态电压响应一般可表示为下列两种形式:
τt
e U t u -
=0)( (t ≥0) )1()(0τt
e U t u --= (t ≥0)
其中,τ为电路的时间常数。在RC 电路中,τ=RC ;在RL 电路中,τ=L/R 。零状态电流响应的形式与之相似。本实验研究的暂态响应主要是指系统的零状态电压响应。
τ值的测量方法:当电路两端加电压为Us 的激励时,储能原件两端的电压从0升到0.7Us 所经历的时间,即为电路的时间常数τ。
(t )
t )
四、实验内容
一阶电路的零状态响应,是系统在无初始储能或状态为零情况下,仅由外加激励源引起的响应。
为了使我们能够在仪器上看到稳定的波形,通常用周期性变化的方波信号作为电路的激励信号。此时电路的输出即可以看成是研究脉冲序列作用于一阶电路,也可看成是研究一阶电路的直流暂态特性。即用方波的前沿来代替单次接通的直流电源,用方波的后沿来代替单次断开的直流电源。方波的半个周期应大于被测一阶电路的时间常数3-5倍;当方波的半个周期小于被测电路时间常数3-5倍时,情况则较为复杂。
(一)一阶RC电路的观测
实验电路连接图如图9-3(a)所示。
信号源输出信号的要求:频率2.5K的方波。
①连接信号源输出端P2与P1;
②连接P2与P6;
③用示波器观测TP6输出的波形;
④根据R、C计算出时间常数τ;
⑤根据实际观测到的波形计算出实测的时间常数τ;
⑥把“P2与P6”间的连线改变为“P2连P7”或“P3连P6”或“P3连P7”(注:
当连接点改在P7时,输出测量点应该在TP7);
⑦重复上面的实验过程,将结果填入表9-1中。
表9-1 一阶RC电路
P2—P6:
P2—P7:
P3—P6:
P3—P7: