一阶电路和二阶电路的动态响应仿真实验怎么做

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

第七章

一阶电路和二阶电路的时域分析

§7-1 动态电路的方程及其初始条件 §7-2 一阶电路的零输入响应 §7-3 一阶电路的零状态响应 §7-4 一阶电路的全响应 §7-5 二阶电路的零输入响应 §7-6 二阶电路的零状态响应和全响应制作群主 页 总目录 章目录 上一页 下一页 退 出

§7-7 §7-8 *§7-9

一阶电路和二阶电路的阶跃响应 一阶电路和二阶电路的冲激响应 卷积积分

*§7-10 状态方程 *§7-11 动态电路时域分析中的几个问题

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理解动态电路的概念；熟练掌握求解一阶电路的 零输入、零状态和全响应的方法；掌握求解一阶电路 阶跃响应、冲激响应的方法；了解求解二阶电路的各 种响应的经典法；了解二阶电路的过渡过程的性质和 物理意义。

应用三要素法分析一阶电路的零输入响应、零状 态响应和全响应；求解一阶电路的阶跃响应、冲激响 应。制作群主 页 总目录 章目录 上一页 下一页 退 出

针对一阶或高阶电路，如何写出相应的微分方 程；冲激响应的求解。

讲课7学时，习题1学时。

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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

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

实验六 RC一阶电路的响应及其应用

一、实验目的

1. 学习用示波器和信号发生器研究一阶电路暂态相应的方法。 2. 学习从不同的RC一阶电路响应波形上读取时间常数 。 3. 正确区分响应波形中的零输入响应和零状态响应。 4. 研究RC微分电路和积分电路。 二．预习要求

1. 复习一阶RC电路阶跃响应的基本概念。

2. 叙述本次实验中实验常数 RC对响应波形的影响。 3. 复习示波器和信号发生器的基本使用方法。

4. 列出双踪示波器测量电信号任意两点间时间间隔的操作步骤及注意事项。 三、实验原理

为了能用示波器观察阶跃信号作用与一阶电路的过渡过程，就要求电路周期性的重复过渡过程。为此，采用给RC电路加周期方波信号激励的方法实现。一般认为过渡过程在4 ~5 时间内结束。因此方波信号周期T应大于10倍的电路时间常数 ，即T 10 。

1、如图6.1电路。 (R0 R1)C，当脉冲宽度T1 T/2 5 时，电容上的电压响应为

Vc(t) Vs(1 eVc(t) Vs e

t/

)(V)(0 t T/2))

(V)(T/2 t T)

(6.1)(6.2)

(t t/2)/

图6-1 RC一阶电路 图6-2 T 10

波形如图

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。

武汉理工大学《基础技能强化训练》课程设计说明书

二阶带通电路的频率响应

1基础强化训练题目

写出U1到I2的传递函数，令R=1， ，画出Q=5，10，20，50，100的幅频和相频响应。

图1 题目电路图

用protel绘制出该题的电路图如图2所示。

图2 protel绘制的电路图

1

武汉理工大学《基础技能强化训练》课程设计说明书

2题目分析

从题目模型来看，本题是一个典型的二阶带通电路。在下面的LC电路中，由于电路中存在着电感和电容，当电路中激励源的频率发生变化时，电路中的感抗和容抗随频率变化，从而导致电路的工作状态也跟随频率变化。当频率的变化超出一定的范围时，电路将偏离正常的工作范围，并可能导致电路失效，甚至损坏电路。

电路和系统的工作状态随频率而变化的现象称为电路和系统的频率特性，又称为频率响应。电路在单一独立激励作用下，其零状态响应r(t)的象函数r(s）与激励e(t)的象函数E(s)之比定义为该电路的网络函数H(s)。如果另网络函数H(s)中复频率s等于jω ，分析H(jω)随ω变化的情况，就可以预见相应的转移函数或者驱动点函数在正弦稳态情况下随ω变化的特性。

对于某一个固定的角频率 ，H(jω)通常是一个复数，可以表示为：

??

第三章 一阶电路暂态响应 换路定则 — 确定初始值

一阶电路的暂态响应分析 三要素公式 一阶电路的矩形波响应

3.1 换路定则日常生活中的暂态现象前面几章我们分析讨论的是电路的稳定状态。所谓 稳定状态，就是电路中的电流和电压在给定的条件下 已到达某一稳态值，稳定状态简称稳态。自然界事物的运动，在一定条件下有一定的稳定

状态，当条件改变时，就要过渡到新的稳定状态。 例如：匀速行驶的汽车突然刹车；电动机起动到稳 定转速等等。

这种从一种稳定状态转换到另一种稳定 状态往往不能跃变，而是需要一定时间(过 程)的，这个物理过程就称为过渡过程。在电路中也同样存在过渡过程，当电路 换路时，即电源的突然接通或切断，电源 瞬时值的突然改变，某个元件的突然接入 或拆除等，都会引起一个过渡过程。

由于电路中的过渡过程往往为时短暂， 因此又称为暂态过程。电路在暂态过程中 的工作状态称为暂态。

电路中暂态产生的原因暂态过程产生的内部原因是：由于电路 中含有储能元件(L或C),因物质所具有的 能量不能跃变而造成的。产生暂态的外部原 因是：由于电路发生了换路，即电源的接通、 切断；电源电压的改变；某个元件被短路； 或元件参数的改变等等。 即在含有储能元件的电路中发生换路，

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，

一阶电路动态过程的时域分析

1、典型一阶电路

一阶电路仅包含一个动态元件，若将动态元件分离出来，则由戴维南或诺顿定理可得到如下两种典型一阶电路：

典型一阶RC电路

典型一阶RL电路

注意：图中N是线性含源单口网络。 2、一阶电路的电路方程及其一般形式 ? 一阶RC电路：

①关于uC的电路方程：RCduC?uC?uS

dt②关于iC的电路方程：RCdiC?iC?CduS

dtdt③关于uR的电路方程：RCduR?uR?RCduS dtdt? 一阶RL电路

①关于iL的电路方程：LdiL?iL?1uS

RdtR②关于uL的电路方程：LduL?uL?LduS RdtRdt③关于uR的电路方程：LduR?uR?uS Rdt? 一阶电路方程的一般形式

从上可知，一阶电路的电路方程都是一阶常系数微分方程。并且，若记电路的激励为x(t)，响应为y(t)，则一阶电路方程一般形如：

dy(t)??y(t)?x(t) dt式中，? 因具有时间的单位而称为一阶电路的时间常数(time constant)。并且，对于一阶RC电路，

库??安秒??秒 ?欧?????RC???欧??法???欧?????伏????伏?????对于一阶