一阶电路特性研究实验报告

一阶电路特性研究实验

一、实验名称：一阶电路特性研究 二、实验日期：2014年6月5日 三、实验目的：

1、熟练使用proteus虚拟仿真工具； 2、 RC低通\\高通滤波器频率分析； 3、RC/RL一阶电路特性分析；

四、实验用的仪器：proteus仿真软件。 五、实验原理：

一、RC低通\\高通滤波器

1．低通滤波电路

+

网络函数为：

图3.6.1 RC低通滤波电路 1?UH(j?)?2??U11j?C?11?j?CRR?j?CR

+ C U2 (jω)

_ U1(jω) _ 幅频特性：

相频特性：

|H (jω)|

H(?)?11?(?CR)2?(?)??arctan( ?RC )φ (ω) 0 - π/4

ω0 ω

1 0.707

0 ω

- π/2

（b）相频特性

ω0

（a）幅频特性

2、高通滤波电路

RC高通滤波电路具有使高频信号较易通过而抑制较低频率信号的作用。其通频带是ω0～∞，截止频率是ω0。

π/2 |T (jω)| 1 0.707

ω

（a）

0 φ (ω)

ω0

π/4

0 ω0 （b）

高通滤波电路的频率特性

（a）幅频特性 （b）相频特性

ω

2、一阶RC/RL电路零输入响应

电路与电子学

实验3 RC一阶电路响应研究

班级：12计师 学号： 2012035144023 姓名：黄月明 一、 实验目的

1． 加深理解RC电路过渡过程的规律及电路参数对过渡过程的理解 2． 学会测定RC电路的时间常数的方法

3． 观测RC充放电电路中电阻和电容电压的波形图 4．

二、 实验原理与说明 示波器 1、RC电路的时间常数

如图1所示。将周期性方波电压加于RC电路，当方波电压的幅度上升为U时，相相当于一个直流电压源Us对电容C充电，当方波电

+ R 方波发生器10V 0.5ms u ? 1ms C (b) (a) 图1

+ uC ? 1 2 EXT 压下降为零时，相当于电容C通过过电阻R放电。RC电路的充电过程uc?t??Us1?eRC电路的时间常数用τ表示，τ=RC，τ的大小决定了电路充放电时间的快慢。对充电而言，时间常数τ是电容电压uc从零增长到63.2% Us所需的时间；RC电路的放电过程

uc?t??Uset?RC，对放电而言，τ是电容电压uc从Us下降到36.8%Us所需的时间。

2、微分电路和积分电路

图1的RC充放电电路中，当电源方波电压的周期T >>τ时，

仿真实验1 一阶RC电路的暂态响应

一、实验目的

1. 熟悉一阶RC电路的零状态响应、零输入响应和全响应；

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； 3. 掌握积分电路和微分电路的基本概念； 4. 研究一阶动态电路阶跃响应和冲激响应的关系； 5. 从响应曲线中求出RC电路的时间常数τ。

二、实验原理

1、零输入响应（RC电路的放电过程）：

2、零状态响应(RC电路的充电过程)

3. 脉冲序列分析 (a) τ<

(b) τ >T

三、主要仪器设备 1.信号源

2.动态实验单元DG08 3.示波器

四、实验步骤

1.选择DG08动态电路板上的R、C元件，令R=1kΩ，C=1000μF组成如图所示的RC充放电电路，观察一阶RC电路零状态、零输入和全响应曲线。 2.在任务1中用示波器测出电路时间常数τ，并与理论值比较。

3.选择合适的R和C的值（分别取R=1KΩ,C=0.1μF；R=10KΩ,C=0.1μF和R=5 KΩ,C=1μF），连接RC电路，并接至幅值为3V，f=1kHz的方波电压信号源，利用示波器的双踪功能同时观察Uc、UR波形。

4.利用示波器的双踪功能同时观察阶跃响应和冲激响应的波形。 五、实验数据记录和处理

RC一阶电路的响应测试

实验目的

1. 测定RC一阶电路的零输入响应、零状态响应及完全响应。 2. 学习电路时间常数的测量方法。 3. 掌握有关微分电路和积分电路的概念。

4. 进一步学会用示波器观测波形。 实验电路

原理说明

1. 电路中某时刻的电感电流和电容电压称为该时刻的电路状态。t=0时电感的初始电流iL（0）和电容电压uc（0）称为电路的初始状态。

在没有外加激励时，仅由t=0零时刻的非零初始状态引起的响应称为零输入响应称为，它取决于初始状态和电路特性（通过时间常数τ=RC来体现），这种响应时随时间按指数规律衰减的。

在零初始状态时仅由在t0时刻施加于电路的激励引起的响应称为零状态响应，它取决于外加激励和电路特性，这种响应是由零开始随时间按指数规律增长的。

线性动态电路的完全响应为零输入响应和零状态响应之和。

含有耗能元件的线性动态电路的完全响应也可以为暂态响应与稳态响应之和，实践中认为暂态响应在t=5τ时消失，电路进入稳态，在暂态还存在的这段时间就成为“过渡过程”。

2. 动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程。要用普通示波器观察过渡过程和测量有关的参数，就必须使这种单次变化的

基于MATLAB的一阶动态电路特性分析

课程设计任务书

学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目：

基于MATLAB的一阶动态电路特性分析

初始条件：

MATLAB软件 微机

要求完成的任务：

1、以RC串联电路为例绘出uC(t),uR(t),i(t),pC(t),pR(t)波形,以RL并联电路的零输入响应为例汇出iL(t),iR(t),u(t),pL(t),pR(t)的波形；

2、以RC串联电路的直流激励的零状态响应为例绘出uC(t),uR(t),i(t),pC(t),pR(t)，pus(t)波形，RL并联电路的iL(t)，iR(t)，u(t)，pL(t)，pR(t)；

3、以RC串联电路的直流激励的全响应为例绘出uC(t),uR(t),i(t)波形，RL并联电路的iL(t),iR(t),u(t)波形；

4、以RC串联电路的正弦激励的零状态响应为例绘出uC(t),uR(t),i(t),us(t)波形，RL并联的iL(t),iR(t),u(t),iS(t)波形；

5、以RC串联电路的冲激响应为例绘出uC(t), i(t)波形，RL并联电路的i

一阶电路过渡过程的仿真实验报告

实验名称：一阶电路过渡过程的仿真实验 实验者：王子申 同组同学：李万业 杨锦鹏 专业及班级：14电气工程及其自动化二班

一、实验目的：

1、进一步熟悉Multisim仿真环境。 2、掌握瞬态分析的使用方法。 3、理解过渡过程的含义。

二、实验设备：

1、PC机 一台 2、Multisim仿真软件 一套

三、实验原理：

电路在一定条件下有一定的稳定状态，当条件改变，就要过渡到新的稳定状态。从一种稳定状态转到另一种新的稳定状态往往不能跃变，而是需要一定的过渡过程（时间）的，这个物理过程就称为电路的过渡过程。电路的过渡过程往往为时短暂，所以电路在过渡过程中的工作状态成为暂态，因而过渡过程又称为暂态过程。

1、RC电路的零状态响应（电容C充电）

在图5-1 (a)所示RC串联电路，开关S在未合上之前电容元件未充电，在t = 0时将开关S合上，电路既与一恒定电压为U的电源接通，对电容元件开始充电。此时电路的响应叫零状态响应，也就是电容充电的过程。

课程设计任务书

学生姓名： 赵静 专业班级： 电子0901 指导教师： 梁小宇 工作单位： 武汉理工大学 题 目：

基于MATLAB的一阶动态电路特性分析

初始条件：

MATLAB软件 微机

要求完成的任务：

1、以RC串联电路为例绘出uC(t),uR(t),i(t),pC(t),pR(t)波形,以RL并联电路的零输

入响应为例汇出iL(t),iR(t),u(t),pL(t),pR(t)的波形；

2、以RC串联电路的直流激励的零状态响应为例绘出uC(t),uR(t),i(t),pC(t),pR(t)，

pus(t)波形，RL并联电路的iL(t)，iR(t)，u(t)，pL(t)，pR(t)；

3、以RC串联电路的直流激励的全响应为例绘出uC(t),uR(t),i(t)波形，RL并联电路

的iL(t),iR(t),u(t)波形； 4、以RC串联电路的正弦激励的零状态响应为例绘出uC(t),uR(t),i(t),us(t)波形，RL并联的iL(t),iR(t),u(t),iS(t)波形；

5、以RC串联电路的冲激响应为例绘出uC(t)

实验一：一阶上水箱对象特性测试实验

一、 实训目标

1. 测量单容水箱特性曲线

2. 构成单回路，加入阶跃扰动，调节PID参数得到4:1曲线。 3. 在实验中用运用时间常数、放大倍数、滞后时间、对单容水箱进行控制。

4. 对时间常数、放大倍数、滞后时间、进行计算得到参数。 5. 在实验中调节器的比例度，积分时间，微分时间.参数的变化对实验的影响。

二、 知识目标

1、 了解单容液位控制相关知识。 2、 PID参数整定相关知识 3、 调节器参数整定相关知识。

三、 任务相关知识

1、 调节器参数整定基础知识

调节器参数的整定是过程控制系统设计的核心内容之一。它的任务是：根据被控过程的特性确定PID调节器的比例度δ，积分时间TI及微分时间TD的大小。在简单的过程控制系统中，调节器参数整定通常以系统瞬态响应的衰减率为主要指标，保证系统具有一定的稳定裕量。

调节器的参数整定方法，主要有临界比例度法、衰减曲线法。 （1）临界比例度法

这是一种闭环整定方法。由于该方法直接在闭环系统中进行，不需测

试过程的动态特性，因为方法简单，使用方便，获得了广泛的应用。具体步骤如下：

● 先将调节器的积分时间TI置于最大（TI=∞）微分时间TD置

实验九 RC一阶电路的响应测试

一、实验目的

1. 测定RC一阶电路的零输入响应，零状态响应。 2. 学习电路时间常数的测定方法。 3. 进一步学会用示波器测绘图形。 二、原理说明

1.动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程， 对时间常数τ较大的电路，可用慢扫描长余辉示波器观察光点移动的轨迹。然而能用一般的双踪示波器观察过渡过程和测量有关的参数，必须使这种单次变化的过程重复出现。为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即令方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；方波下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号，只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ，电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的影响和直流电源接通与断开的过渡过程是基本相同的。

2. RC一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数τ。 3. 时间常数τ的测定方法

(b) 零输入响应 (a) RC一阶电路 (c) 零状态响应

图 9-1

三、实验设备

序号 1 2 四、实验内容

实

一阶电路和二阶电路的动态响应

一、实验目的

1、掌握一阶电路的动态响应特性测试方法

2、掌握Multisim软件中函数发生器、示波器和波特图仪的使用方法 3、深刻理解和掌握零输入响应、零状态响应及完全响应 4、深刻理解欠阻尼、临界、过阻尼的意义

5、研究电路元件参数对二阶电路动态响应的影响

6、掌握Multisim软件中的Transient Analysis等仿真分析方法 二、实验原理

1、一阶电路的动态响应

电路的全响应：uc(t)=U0e-t/RC+Us(1-e-t/RC) (t>=0) （1）零输入响应 uc(t)=U0e-t/RC (t>=0)

输出波形单调下降。当t=τ=RC时， uc(τ)=U0/e=0.368U0，τ成为该电路的时间常数。 （2）零状态响应 uc(t)=Us(1-e-t/RC)u(t)

电容电压由零逐渐上升到Us，电路时间常数τ=RC决定上升的快慢。 2、用二阶微分方程描述的动态电路称为二阶电路。图所示的线性RLC串联电路是一个典型的二阶电路。 定义：衰减系数（阻尼系数）??R 2LLC自由振荡角频率（固有频率）?0?1 （1）零输入响应

动态电路在没有外施激励时，由动态元件的初始储能引起的响应，称为零输入