电路基础-实验3 动态电路暂态过程(仿真实验)
电路的暂态过程 实验报告
电路的暂态过程实验报告电路的暂态过程实验报告引言：电路的暂态过程是指在电路中，当电源或负载发生变化时，电路中的电流、电压和功率等参数会发生瞬时的变化过程。
了解电路的暂态过程对于电路设计和故障排除都具有重要意义。
本实验旨在通过实际测量电路的暂态过程，深入理解电路的暂态特性。
实验目的：1. 通过实验测量电路中电流和电压的暂态变化过程；2. 分析电路中的暂态特性，如电流和电压的峰值、上升时间、下降时间等；3. 探究电路中元件的暂态响应规律。
实验原理：暂态过程的特点是瞬时的变化，因此需要使用示波器来观测电路中的电流和电压波形。
示波器可以将电流和电压信号转换为可视化的波形图，方便我们分析电路的暂态特性。
实验步骤：1. 搭建实验电路：根据实验要求，选择合适的电路拓扑结构，连接电源、负载和示波器等设备。
2. 设置示波器参数：根据实验需要，设置示波器的触发方式、时间基准、垂直灵敏度等参数，以便正确观测电流和电压波形。
3. 施加电源变化：通过改变电源电压或负载电阻等方式，使电路中发生变化，观察电流和电压的暂态变化过程。
4. 记录数据：使用示波器记录电流和电压的波形，并测量相关参数，如峰值、上升时间、下降时间等。
5. 分析结果：根据实验数据，分析电路的暂态特性，并探究电路中元件的暂态响应规律。
实验结果与分析：通过实验测量，我们得到了电路中电流和电压的暂态波形，并计算了相关参数。
以某电路为例，当电源电压突然变化时，电流和电压都会发生瞬时变化。
电流和电压的峰值大小与电源变化的幅值有关，可以通过实验测量得到。
上升时间和下降时间反映了电流和电压从初始状态到峰值或从峰值回到稳态的时间，也是电路响应速度的重要指标。
在实验过程中，我们还发现了一些有趣的现象。
例如，在电路中添加了电容元件后，电压的上升时间会变长，这是因为电容具有充放电的过程，导致电路响应变慢。
此外，电感元件的存在也会影响电路的暂态特性，因为电感具有储存能量的特性，导致电流和电压的变化更为缓慢。
暂态现象仿真演示
暂态现象仿真演示任意时刻电容储存的能量221C C Cu W = J ，电感储存的能量221L L Li W = J ，因为W C 和W L 在换路瞬间不能突变，所以u C 和i L 在换路瞬间也不能突变。
设t =0为换路瞬间，t =0-表示换路前的终了瞬间，t =0+表示换路后的初始瞬间。
u C 和i L 在换路瞬间不能突变，称为换路定则。
用公式表示为⎩⎨⎧-=+-=+)(i )(i )(u )(u L L C C 0000 暂态现象的仿真电路如图a 所示。
图a仿真步骤如下：开关J1打到上面，电路处于稳定状态，灯X1、X3亮，灯X2灭。
开关J1打到下面瞬间，灯X1灭，灯X2、X3亮，且亮度相同。
随之，灯X2、X3变暗，最后分别变灭。
电路达到新的稳态，u C =0，i L =0。
再将开关J1打到上面瞬间，灯X1、X2亮，且亮度相同（说明u C =0），灯X3不亮（说明i L =0）。
随之，灯X2变暗，直至变灭，灯X3逐渐变亮，最终亮度同灯X1。
电路中有换路，有储能元件，就一定会存在暂态吗？答案当然是否定的。
电路换路后是否存在着暂态，实质要看换路前后储能元件的能量有没有变化，如果有，就存在暂态；如果没有，就不会发生暂态。
仿真电路图b中，换路前后电容两端的电压没有变化，电容储存的能量没有变化，电路中不存在暂态，灯泡在换路前后都不亮。
图c中的灯泡在开关接通上或下的瞬间都会变亮，并持续一段时间才灭掉，说明图c的电路存在暂态。
图b 图c仿真电路如图d，验证换路定则中u C(0+)=u C(0-)。
示波器波形如图e所示。
从波形图可以看出，每次切换开关J1的状态，即换路瞬间，电阻R3两端的电压、流过电容的电流都会由一个值跳到另一个值，即会突变；电容C1两端的电压换路瞬间不会发生突变，即u C(0+)= u C(0-)。
图d图e。
实验三 RLC串联电路的暂态过程实验报告
实验三RLC串联电路的暂态过程实验报告14级软件工程班候梅洁14047021【实验目的】1.用存储示波器观察RC，RL电路的暂态过程，理解电容，电感特性及电路时间常数τ的物理意义。
2.用示波器观察RLC串联电路的暂态过程，理解阻尼振动规律。
3.进一步熟悉使用示波器。
【实验仪器】电感箱、电容箱、电阻箱、函数信号发生器、示波器、导线等。
【实验原理】在阶跃电压作用下，RLC串联电路由一个平衡态跳变到另一平衡态的转变过程，这一转变过程称为暂态过程。
暂态过程期间，电路中的电流及电容，电感上的电压呈现出规律性的变化，称为暂态特性。
1.RC电路的暂态过程。
电路如图所示：【实验结果与分析】1.观测U c波形时：方波信号500Hz输出；分别取：第一组R=1000ῼ，C=0.5uF，第二组R=500ῼ，C=0.2uF；用示波器观测波形后，我们在坐标纸上绘制了U、U c、UR的波形图，从图中可以看到：U、UR、U c三者周期、相位均相同。
且UR=U-U c。
U、U c都是呈指数型变化的，然而U比U c变化的缓一些。
在阶跃电压的作用，U c是渐变接近新的平衡值，而不是跃变，这是由于电筒C储能元件，在暂态过程中不能跃变。
而UR变化幅度很大，理论上，UR的峰值应该是是U的峰值的两倍，因为开关接1时，给电容正向充电时，R两端的电压为E，当反向电容放时，R两端电压为-E，两者之差为2E，就是UR的峰值。
而事实上，我们看到的波形图中UR的峰值小于2U，这可能是由于：（1）电阻内部有损耗、欠阻尼振荡状态下的电感和电容存在着附加损耗电阻，并且其阻值随着振荡频率的升高而增大．故实际上电路中的等效阻值大于R与用万用表测出的电感阻值之和.（2）数字示波器记录的数据精确度有限造成误差。
（3）数字示波器系统存在内部系统误差。
（4）外界扰动信号会对示波器产生影响。
（5）电器元件使用时间过长，可能造成相应的参数有误差。
（6）电源电压不稳定.2.测量RC串联电路的时间常数：我们取一个峰值处为t1，取与其最近的一个零点处为t2，调节示波器将t1和t2时间段的波形放大到合适大小，从光屏上测出半衰期（此时U c=E/2)t为92.0s，通过公式U c=E·e-t/τ，计算出时间常数为132.73s。
暂态实验报告
实验名称：暂态实验实验目的：1. 理解暂态现象的概念和产生原因。
2. 掌握暂态实验的基本步骤和方法。
3. 分析暂态过程在电路系统中的应用。
实验时间：2023年4月10日实验地点：电子实验室实验器材：1. 双踪示波器2. 信号发生器3. 电阻箱4. 电容箱5. 指示灯6. 电源7. 连接线实验原理：暂态现象是指在电路系统突然受到干扰或改变时，电路中电压、电流等参数发生瞬间变化的现象。
暂态过程分为瞬态过程和稳态过程。
瞬态过程是指在电路参数发生变化的瞬间，电路中电压、电流等参数的变化过程；稳态过程是指在电路参数稳定后，电路中电压、电流等参数的稳定状态。
实验步骤：1. 连接电路：根据实验要求，搭建电路，连接好电阻箱、电容箱、指示灯、电源和连线。
2. 调整参数：调整电阻箱和电容箱的参数，使其符合实验要求。
3. 开启电源：开启电源，观察指示灯是否点亮，记录初始状态。
4. 瞬态过程观察：改变电路参数，如突然断开电容或电阻，观察指示灯的变化，并使用示波器记录电压、电流的变化过程。
5. 稳态过程观察：等待电路达到稳态，观察指示灯是否稳定，记录稳态下的电压、电流值。
6. 分析实验结果：分析实验过程中观察到的暂态现象，总结实验结果。
实验结果与分析：1. 在电路参数突然改变时，指示灯的亮度发生了变化，说明电路中存在暂态现象。
2. 通过示波器观察到，在电容或电阻突然断开时，电压和电流发生了瞬间的突变，随后逐渐恢复到稳态值。
3. 在稳态过程中，指示灯的亮度稳定，说明电路已达到稳态。
4. 通过对比不同电路参数下的暂态现象，可以发现暂态过程的时间与电路参数有关，参数越大，暂态过程的时间越长。
实验结论：1. 暂态现象是电路系统在受到干扰或改变时，电压、电流等参数发生瞬间变化的现象。
2. 暂态过程分为瞬态过程和稳态过程，瞬态过程的时间与电路参数有关。
3. 暂态现象在电路系统中具有重要作用，如电路保护、信号传输等。
实验体会：通过本次实验，我对暂态现象有了更深入的了解，掌握了暂态实验的基本步骤和方法。
动态电路仿真实验
实验报告二一、实验目的通过仿真电路理解动态电路的基本工作原理及基本分析方法。
二、实验内容1.RC一阶动态电路仿真；2.RC二阶动态电路仿真；三、实验环境计算机、MULTISIM仿真软件四、实验电路(一)RC一阶动态电路仿真实验（1）RC充电（零状态响应）1.实验电路2.理论分析计算当接通电源后，电源会对电容快速充电，知道电容两端的电压为9.990V为止，即函数图象会从零点然后急剧上升，知道逼近10V.3.仿真结果（2）RC放电（零输入响应）1.实验电路2.理论分析计算当开关拨到无源线路时，刚才充满电的电容会进行放电，直达电容两端的电压为0V。
初设电容初始电压为10V，则仿真图象将会从点（0,10）急剧下降，直到为零。
3. 仿真结果（3）一阶RC电路的完全响应1.实验电路2.理论分析计算当一个非零初始状态的一阶电路受到激励时，电路产生的响应成为全响应。
对于线性电路，电路的全响应是零输入响应和零状态响应之和。
3. 仿真结果(二) RC二阶动态电路仿真实验（1）欠阻尼状态1.实验电路2.理论分析计算R d=2k==ΩR=100Ω <R d所以电路工作于欠阻尼的衰减性震荡状态3. 仿真结果（2）过阻尼状态1.实验电路2.理论分析计算R d=2k==ΩR=10K >R d所以电路工作于过阻尼的非震荡性状态3. 仿真结果（3）临界阻尼状态1.实验电路2.理论分析计算R==Ωd=2kR=2KΩ =R d所以电路工作于临界阻尼的非震荡性状态3. 仿真结果五、分析研究在RC一阶和二阶的动态电路仿真实验当中，实验的仿真结果与理论结果是一致的。
六、总结虽然得出的结果是与理论结果一致，但对于电路的工作原理，及对一阶和二阶动态电路的还不能完全理解，在课后必须再巩固这一知识点。
电路的暂态过程实验报告
电路的暂态过程实验报告电路的暂态过程实验报告引言：电路是现代科技的基础，我们日常所使用的电器设备都离不开电路的运作。
而了解电路的暂态过程对于电路设计和故障排除都具有重要意义。
本实验旨在通过实际操作和观察，探究电路在开关、充放电等过程中的暂态行为。
实验目的：1. 了解电路暂态过程的基本概念和特点；2. 学习使用示波器观察电路暂态过程；3. 掌握电路暂态过程的实验操作方法。
实验仪器和材料：1. 示波器；2. 电源；3. 电阻、电容、电感等元件。
实验步骤：1. 准备工作：将电源、示波器和电路元件连接好，确保电路连接正确且安全；2. 开关过程的暂态过程观察：a. 将示波器的探头连接到开关处，观察开关闭合瞬间的电压和电流变化；b. 记录开关闭合瞬间的电压和电流波形，并分析其暂态过程；c. 重复上述步骤，观察开关断开瞬间的电压和电流变化，并记录波形。
3. 充放电过程的暂态过程观察：a. 将示波器的探头连接到电容或电感处，观察充电和放电过程中的电压和电流变化；b. 记录充电和放电过程中的电压和电流波形，并分析其暂态过程；c. 重复上述步骤，观察不同电容或电感值下的充放电暂态过程，并记录波形。
实验结果与分析：1. 开关过程的暂态过程观察结果：a. 在开关闭合瞬间，电压和电流会出现瞬间的变化，形成尖峰波形；b. 在开关断开瞬间，电压和电流也会出现瞬间的变化，形成尖峰波形；c. 这是由于开关瞬间的导通和断开引起的电感和电容的暂态响应。
2. 充放电过程的暂态过程观察结果：a. 在电容充电过程中，电压会逐渐上升，而电流则逐渐减小，最终趋于稳定；b. 在电容放电过程中，电压会逐渐下降，而电流则逐渐增大，最终趋于稳定；c. 在电感充电过程中，电压会逐渐上升，而电流则逐渐增大，最终趋于稳定；d. 在电感放电过程中，电压会逐渐下降，而电流则逐渐减小，最终趋于稳定。
结论：通过本实验的观察和分析，我们可以得出以下结论：1. 电路在开关过程中会产生暂态过程，表现为电压和电流的瞬间变化；2. 电路中的电容和电感元件在充放电过程中也会产生暂态过程，表现为电压和电流的逐渐变化；3. 了解电路的暂态过程有助于电路设计和故障排除。
RC一阶动态电路暂态过程的研究
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态电路。一阶动态电路通常是由一个(或若干个) 电阻元件和一个动态元件(电容或电感)组成。 一阶动态电路时域分析的步骤是建立换路后的 电路微分方程，求满足初始条件微分方程的解， 即电路的响应。
图3.1 一阶RC电路及响应曲线
在图3.1(a)所示电路中，若uc(0-)=0,t=0时开关S由2 打向1，直流电源经R向C充电，此时，电路的响应 为零状态响应。
始 us，向uRs放=0电，，因若为T电/2源>4内 ，阻在很T小/2，-T则时电间容范C围相内当C于上从电起荷始可电放压完，
这段时间范围即为零输入响应。第二周期重复第一周期，如
图3.3(c)所示，如此周而复始。
将这周期性变化的电压送到示波器Y轴输入端， 适当调节“时基”旋钮使荧光屏上清楚显示出一个周 期的波形，则前半周是零状态响应，后半周是零输入 响应。(用示波器的另一通道输入uS，以资鉴别是零 状态和零输入)。线性系统中，零状态响应与零输入 响应之和称为系统的完全响应。
us US
us US
t
0
T/2
T
t
0
T/2
T
零输入响应
零状态响应
零状态响应
rlc电路的暂态过程实验报告
rlc电路的暂态过程实验报告《RLC电路的暂态过程实验报告》摘要：本实验通过搭建RLC电路并进行暂态过程的实验，观察电路中电流和电压随时间的变化。
实验结果表明，RLC电路在初始时刻会出现振荡现象，随着时间的推移，振荡逐渐衰减直至稳定。
同时，观察到电路中的能量在振荡过程中的转换和损耗。
引言：RLC电路是由电阻、电感和电容组成的电路，它在电路中具有重要的应用价值。
在实际电路中，RLC电路经常出现暂态过程，即在电路刚刚接通或者断开时，电流和电压会发生变化。
因此，了解RLC电路的暂态过程对于电路的设计和分析具有重要意义。
实验目的：1. 了解RLC电路的基本原理和特性；2. 观察RLC电路的暂态过程，了解电路中电流和电压随时间的变化；3. 分析电路中的能量转换和损耗过程。
实验原理：RLC电路是由电阻（R）、电感（L）和电容（C）组成的串联或并联电路。
在电路中，电感和电容会储存能量，而电阻会消耗能量。
当电路中的电流或电压发生变化时，电感和电容会释放或吸收能量，导致电路中出现振荡现象。
在RLC电路的暂态过程中，电路中的能量会发生转换和损耗。
实验步骤：1. 按照实验要求搭建RLC电路；2. 接通电源，记录电路中电流和电压随时间的变化；3. 分析电路中的能量转换和损耗过程；4. 对实验结果进行总结和分析。
实验结果：实验结果表明，在RLC电路的暂态过程中，电路中的电流和电压会出现振荡现象。
随着时间的推移，振荡逐渐衰减直至稳定。
同时，观察到电路中的能量在振荡过程中的转换和损耗。
通过实验数据的分析，我们可以进一步了解RLC电路的特性和暂态过程。
结论：通过本次实验，我们对RLC电路的暂态过程有了更深入的了解。
实验结果表明，RLC电路在暂态过程中会出现振荡现象，并且电路中的能量会发生转换和损耗。
这些结果对于电路的设计和分析具有重要的参考价值。
展望：在今后的实验中，我们可以进一步研究RLC电路的特性和应用，探索更多关于电路暂态过程的规律和特点。
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图9-1 一阶RC 电路 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U s
的响应为零状态响应，有
RC t
s s c e U U t u --=)(
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
RC t
s c e U t u -=)(
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。
（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。
图9-3方波激励与电容的充放电曲线
（3）RC电路充、放电的时间常数τ可从示波器观察的响应波形中计算出来。
设时间坐标单位确定，对于充电曲线，幅值由零上升到终值的63.2%所需的时间为时间常数τ。
对于放电曲线，幅值下降到初值的36.8%所需的时间同为时间常数τ（图9-2）
（4）一阶RC动态电路在一定的条件下，可以近似构成微分电路或积分电路。
当时间常数τ（=RC）远远小于方波周期T时，图9-4（a）所示为微分电路。
输出电压u0(t)与方波激励u s(t)的微分近似成比例，输入、输出波形如图9-4(b)所示。
从中可见，利用微分电路可以实现从方波到尖脉冲波形的转变。
（a）微分电路(b)微分电路输入输出波形
图9-4微分电路及其输入输出波形
当时间常数τ（=RC）远远大于方波周期T时，图9-5（a）所示为积分电路，输出电压u0(t)与方波激励u s的积分近似成比例。
输入、输出波形如图9-5（b）所示。
从中可见，利用积分电路可以实现从方波到三角波形的转变。
（a）积分电路(b)积分电路输入输出波形
图9-5 积分电路及其输入输出波形
[实验任务]
（1）连接电路如图9-6所示，应用示波器观察RC电路充、放电的动态波
形，确定时间常数，并与理论值进行比较。
延时开关参数的说明：如图9-7所示设定延时开关的参数，其中Time on为5s，Time off为1s。
TON是指以激活电路的时刻为t＝0，在t=5s时开关由位置2变为位置3。
TOFF是指t＝1s时，开关有位置3变为位置2。
一般情况下：t在0－1s之间，开关的位置由这两个参数中较小值决定，若TOFF〈TON，则在0－1s之间，开关在位置2；若TOFF〉TON，则在0－1s之间，开关在位置3。
图9-6 接有延时开关的充放电电路
图9-7 延时开关参数设置
（2）图9-8所示，微分电路接至峰值一定，周期T一定的方波信号源，调节电阻值和电容箱电容值。
观察并描绘τ=0.01T、τ=0.2T和τ=T三种情况下的
u s(t)和u0(t)的波形。
用示波器测出对应各种情况的时间常数，记入表9-1中，并与给定的理论值比较。
图9-8 微分电路
表
选取合适的电阻，电容参数，观察并描绘τ=T、τ=3T和τ=5T三种情况下的u s(t)和u0(t)的波形，用示波器测出对应的时间常数。
自拟表格，记录有关数据和波形。
并与给定的理论值比较。
图9-9 积分电路
（4）将RC一阶电路改为RL一阶电路，观察并描绘有关暂态过程的波形。
（5）设计一个简单的一阶网络实验线路，要求能观察到该网络的零输入响应、零状态响应和全响应。
研究输入响应与初始状态，零状态响应与激励的线性
关系。
讨论全响应与激励的关系。
[预习与思考]
（1）将方波信号转换为尖脉冲信号，可通过什么电路来实现？对电路的参数有什要求？
（2）将方波信号转换为三角波信号，可通过什么电路来实现？对电路的参数有什么要求？
（3）为什么本实验中所介绍的RC微、积分电路是近似的微、积电路？最大误差出现在什么地方？
（4）完成实验任务中的纪录数据或波形的自拟表格。
（5）完成实验任务中的电路设计，并做出相应的理论分析。
[实验报告要求]
（1）绘制所有波形曲线。
（2）完成实验任务中所有表格的数据记录和计算工作。
（3）分析实验任务中的纪录波形，总结微分电路的设计原则。
（4）分析实验任务中的纪录波形，总结积分电路的设计原则。
（6）做出实验任务（5）的设计实验报告。