北京理工大学电工和电子技术实验RC电路仿真实验.doc

实验1.3 RC电路的暂态过程1．实验目的（1）学习一阶RC电路的零输入响应、零状态响应和全响应2）学习EDA软件Multisim13的使用2．实验预习要求（1）计算图1.3.1 ~ 1.3.3中，电容电压在t = τ时的uC (τ)及电路时间常数τ的理论值2）掌握微分电路和积分电路的条件3）预习附录E中Multisim13软件的使用3. 实验设备及装置型号 装有仿真软件Multisim10.0以上的计算机序号名称元件库路径与名称参数设置1直流电压源Sources/POWER_SOURCES/DC_POWER10V 4V2脉冲电压源（幅度4V，频率400Hz）Sources/SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES/PULSE_VOLTAGEIniatial Value -2VPulsed Value 2VPeriod 1.35msPulse Width 0.625ms3电源地Sources/POWER_SOURCES/GROUND4电解电容33μFBasic/CAP_ELECTROLICT/33uF-POL无需设定5电阻Basic/BASIC_VIRTUAL/RESISTOR_VIRTUAL按需设定6单刀单掷开关Basic/SWITCH/SPST7单刀双掷开关Basic/SWITCH/SPDT8电容Basic/BASIC_VIRTUAL/CAPCITOR_VIRTUAL按需设定4. 实验内容及要求（1）测绘RC电路的响应曲线è 零输入响应按图1.3.1接线。

其中R = 10kΩ，C = 33μF，US = 10V在仿真开始前，使单刀单掷开关S闭合（想一想为什么？），然后开始仿真计时计时时间请观察Multisim程序界面下部的程序运行状态指示电压测量用测量仪器工具栏中的黄色探针，该探针在仿真运行按钮处于运行时有效将测量结果记入表1.3.1中SuCUS-图1.3.1C3300mFR+-l 闭合开关S，使电容器C上电压的初始值为10Vl 打开开关S，电容C开始放电过程è 将电阻换为R = 5.6kW，C不变，测量uC (t ) 对应的时间，记入表1.3.2中注：只要求测量uC (t ) 一个点，不需要测量完整的曲线表1.3.1uC (V)98765uC (t ) =3.68321t (s)0.0344630.0734460.1175140.1683620.2288140.3298390.3973630.5310730.760829表1.3.2电路参数R = 10kW，C = 33mFR = 5.6kW，C = 33mF时间常数t (s)理论值0.33理论值0.1848实测值0.329839实测值0.184516（2）测绘RC电路的零状态响应曲线è 按图1.3.2接线，其中R = 10kW，C = 33mF，US = 10V。

è 闭合开关S，将电容器放电，使电容器两端初始电压为零è 断开S，使电容器充电，按表1.3.3要求进行计时，并记入表1.3.3中表1.3.3uC (V)12345uC (t ) =6.32789t (s)0.0346520.0734460.1175140.1687380.2288140.3298390.3973630.5329570.760829t (s)理论值0.33实测值0.329839++SuCUS-图1.3.2C3300mFR+-++SuCUS1-图1.3.3C3300mFR+-21+US2-（3）测绘RC电路的全响应曲线按图1.3.3接线，图中US1 = 4V，US2 = 10V，R = 10kW，电容器改为C = 2200mF，US1、US2由直流稳压电源的两路输出分别提供先将开关S置于“1”，使电容器充电至US2值，然后再将S置于“2”，按表1.3.4的要求进行计时，并记入表1.3.4中表1.3.4uC (V)987uC (t ) =6.2154.4t 理论值t 实测值t (s)0.0602640.1337100.2297550.3298390.5932200.8945390.330.329839（4）观察在矩形脉冲激励下，RC电路的时间常数对输出波形的影响。

利用Multisim软件提供的元件和测量仪器，按照表1.3.5的要求，连接电路，选择参数，加入输入信号，进行仿真运行观察RC电路的输入和输出波形，并记入表1.3.5中a) 按图1.3.4连接RC串联电路，从电阻两端取输出电压b) 加入矩形脉冲作为输入信号ui，其频率f = 400Hz、幅度为4V按表1.3.5的要求，当选取不同的电路参数时，用示波器观察、描绘ui和uo的波形，并记入表1.3.5中c) 按图1.3.5连接RC串联电路，从电容两端取输出电压，重复实验步骤b)表1.3.5项目参 数电路及波形参 数电路及波形电路图从电阻两端取输出电压从电容两端取输出电压输入矩形脉冲f = 400HzUom = 4V矩形脉冲f = 400HzUom = 4V输出R = 510WC = 0.22mFR = 1kWC = 0.22mFR = 1kWC = 0.47mFR = 2kWC = 0.33mFR = 1kWC = 33mFR = 10kWC = 0.33mF图1.3.5-uiuoRC++-图1.3.4-uiuoRC++-5. 实验总结要求（1）根据表1.3.1、1.3.3、1.3.4数据用坐标纸画出RC电路响应的三条曲线，并分析时间常数t 的实测值和理论值有差别的原因。

2）分析RC电路在矩形脉冲激励下，电路结构和电路参数对输出波形的影响，并由实验结果总结积分电路、微分电路的条件元件性能与参数误差：设计时的理论值是以理想元器件为基础的，而实际器件不可能做到理想性能与参数 测量仪器产生的误差：测量仪器在采样与处理到显示的过程中都会产生误差，特别是对数据的采样，多高频率的数据据采样率都避免不了误差2）RC越大，Uc越接近输入波形，Ur越趋于平缓积分电路：t = RC >> 2 T ( T为方波脉冲的重复周期)微分电路：t = RC << 2 T ( T为方波脉冲的重复周期)。