阶RC电路的阶跃响应ppt课件.ppt

目录上页下页:025:025－－－－8586614585866145eelab.njupt.edueelab.njupt.edu目录上页下页目录上页下页1 1学惯用示波器和信号发生器研讨一阶电路暂态学惯用示波器和信号发生器研讨一阶电路暂态呼应的方法呼应的方法2 2学学习从不同的从不同的RCRC一一阶电路呼路呼应波形上波形上读取取时间常常数数ττ 3 3正确区分呼应波形中的零输入呼应和零形状正确区分呼应波形中的零输入呼应和零形状呼应实验目的实验目的目录上页下页课本课本课本课本P204-206P204-206P204-206P204-206一一阶RC电路的路的阶跃呼呼应1.1.1.1.复复复复习习习习一一一一阶阶阶阶RCRCRCRC电电电电路路路路阶跃阶跃阶跃阶跃呼呼呼呼应应应应的根本概念；的根本概念；的根本概念；的根本概念；2. 2. 2. 2. 根据根据根据根据图图图图2-7-12-7-12-7-12-7-1给给给给定的定的定的定的电电电电路参数路参数路参数路参数( ( ( (电电电电容分容分容分容分别为别为别为别为0.047μF0.047μF0.047μF0.047μF和和和和1 1 1 1 μF)μF)μF)μF)，分，分，分，分别计别计别计别计算算算算电电电电路路路路时间时间时间时间常数常数常数常数ττττ。

并表达本次并表达本次并表达本次并表达本次实验实验实验实验中中中中时间时间时间时间常数常数常数常数 τ τ τ τ 对对对对呼呼呼呼应应应应波形的影响；波形的影响；波形的影响；波形的影响； 3.3.3.3.复复复复习习习习信号信号信号信号发发发发生器和示波器的根本运用方法；生器和示波器的根本运用方法；生器和示波器的根本运用方法；生器和示波器的根本运用方法；4.4.4.4.列出运用双踪数字示波器用列出运用双踪数字示波器用列出运用双踪数字示波器用列出运用双踪数字示波器用““““光光光光标标标标丈量〞中丈量〞中丈量〞中丈量〞中““““手手手手动动动动方式方式方式方式〞或〞或〞或〞或““““追踪方式〞丈量追踪方式〞丈量追踪方式〞丈量追踪方式〞丈量电电电电信号恣意两点信号恣意两点信号恣意两点信号恣意两点间时间间间时间间间时间间间时间间隔的操作隔的操作隔的操作隔的操作步步步步骤骤骤骤及本卷及本卷及本卷及本卷须须须须知；知；知；知； 5.5.5.5.采用采用采用采用MultisimMultisimMultisimMultisim仿真仿真仿真仿真软软软软件仿真件仿真件仿真件仿真, , , ,得出得出得出得出实验实验实验实验数据的数据的数据的数据的实际值实际值实际值实际值6.6.6.6.根据根据根据根据实验义务实验义务实验义务实验义务写出写出写出写出预习报预习报预习报预习报告。

告 预预 习习 要要 求求 τ=RC=26.32 τ=RC=26.32 τ=RC=26.32 τ=RC=26.32 μsμsμsμsτ=560 μsτ=560 μsτ=560 μsτ=560 μs目录上页下页实 验 仪 器器 双踪示波器双踪示波器双踪示波器双踪示波器 函数信号函数信号函数信号函数信号发发生器生器生器生器 电电工工工工电电子子子子综综合合合合实验实验箱箱箱箱一一阶RCRC电路的路的阶跃呼呼应目录上页下页丈量丈量时坚持示波器两个持示波器两个通道共地通道共地根据需求正确根据需求正确设置触置触发、通、通道耦合方式道耦合方式实实 验验 仪仪 器器示示波波器器光光标丈量方式〔丈量方式〔cursorcursor〕〕目录上页下页留意要留意要产生的信号波形生的信号波形! ! 实实 验验 仪仪 器器函函数数信信号号发发生生器器直流偏置的添加直流偏置的添加目录上页下页DGDZ-2型电工电子综合实验箱目录上页下页 实实 验验 电电 路路 实实 验验 原原 理理目录上页下页实 验 原原 理〔教材理〔教材P55-57〕〕一一阶RCRC电路的路的阶跃呼呼应目录上页下页阶跃信号和阶跃呼应阶跃信号和阶跃呼应阶跃信号：信号：0 t   (t)1阶跃呼呼应：： 零形状零形状时电路在路在阶跃信号鼓励下的呼信号鼓励下的呼应。

求解求解阶跃呼呼应〔零形状〕可用三要素法〔零形状〕可用三要素法目录上页下页实实 验验 原原 理理 为了能用示波器察看了能用示波器察看阶跃信号作用于一信号作用于一阶电路的路的过渡渡过程，就要求程，就要求电路周期性的反复路周期性的反复过渡渡过程为此，采用此，采用给RCRC电路加周期方波信号鼓励路加周期方波信号鼓励的方法的方法实现普通以为过渡渡过程在程在4τ 4τ ～～5τ5τ时间内内终了因此方波周期了因此方波周期T T应大于大于1010倍的倍的电路路时间常数常数ττ，即，即T≥10τ T≥10τ 0 T/2 T 3T/2 2T tUS前往目前往目录uS(t)图1 1 方波信号方波信号T≥10τT≥10τ目录上页下页实实 验验 原原 理理 实实 验验 电电 路路 图图 1、如上、如上图电图电路，路， ，， 当脉冲当脉冲宽宽度度 T1=T/2≥5τ 时时，，电电容上的容上的电压电压呼呼应为应为：：式〔式〔1 1〕〕目录上页下页实实 验验 原原 理理电阻上的电压呼应为：电阻上的电压呼应为：由以上公式可得到以下由以上公式可得到以下结论：：当当 t=τ时，， Vc= 〔〔1-e-1〕〕Vs =0.633Vs；；当当 t=T1+τ时，，Vc=e-1Vs =0.367Vs；；当当 t=τ时，，VR1=0.367Vs×R1/(R0+R1)。

τ =RC=(50+510)Ω×0.047×10-6 = 26.3μs式〔式〔2 2〕〕目录上页下页一阶一阶RC电路的阶跃呼应电路的阶跃呼应tttVsτVCü电容充容充电经过一个一个τ的的时间，，电容上所充的容上所充的电压为电源源电压的的63.3% ü电容放容放电经过一个一个τ的的时间，，电容上所剩容上所剩电压为最大最大电压的的36.7% ü在在电容分容分别充充电和放和放电时，，经过一个一个τ的的时间，，电阻上的阻上的电压为其其本身最大峰本身最大峰值电压的的36.7% VSVRVsT10.633VsT0.367Vst目录上页下页一阶一阶RC电路的阶跃呼应电路的阶跃呼应tttVsτVC T/2≥5τ时，在示波器，在示波器显示的波形示的波形图上上读出一出一阶RC电路的路的时间常数常数τ值：取：取电压波形从波形从0到到纵向最大高度的向最大高度的63.3%(充充电时)或或36.7%(放放电时)在横在横轴(时间轴)上的上的投影，投影，该段投影段投影长度即度即为时间常数常数τ值VSVRVsT10.633VsT0.367Vst思索：思索：RLRL电路的时间常数如何侧量电路的时间常数如何侧量目录上页下页1〕 〕示波器示波器CH1、、 CH2均置直流耦合。

均置直流耦合2〕 〕信号信号发发生器生器输输出送示波器出送示波器CH1，，调调理信号理信号发发生器，生器，输输出出f=1.25kHz，周期，周期T=800μs，脉，脉宽宽T1=400μs，，电压电压峰峰峰峰值值Vs=2V的方波信号的方波信号设设置置“直流偏移〞直流偏移〞 使方波信号幅使方波信号幅度在度在0V到到2V之之间间 (无无负负脉冲脉冲)3)衔衔接接电电路，用示波器路，用示波器CH2察看察看电电容充放容充放电电波形计计算、算、读测读测、、记录记录波形和波形和τ值值〔 〔光光标标-手手动动或光或光标标-追踪追踪〕 〕4) 察看察看电电阻阻R1上的波形上的波形计计算、算、读测读测、、记录记录波形和波形和τ值值〔 〔光光标标-手手动动或光或光标标-追踪追踪〕 〕要求察看要求察看电电容和容和电电阻上的阻上的电压电压波形，画出波形波形，画出波形图图作图图时应时应留意：留意： A.各波形与各波形与输输入方波信号在入方波信号在时间时间上的上的对应对应关系 B.各波形相各波形相对对于横坐于横坐标标的位置提示：丈量提示：丈量时时要把要把电压电压灵敏度灵敏度调调高，高，时间轴时间轴刻度刻度/格减小格减小些，即使波形些，即使波形显显示尽量大，以添加丈量的精度。

示尽量大，以添加丈量的精度 实验实验步步骤骤目录上页下页 实验电实验电路接路接线图线图加直流偏置加直流偏置直流耦合直流耦合测Vc电压的电路图目录上页下页一阶一阶RC电路的阶跃呼应电路的阶跃呼应 实验电实验电路接路接线图线图加直流偏置加直流偏置直流耦合直流耦合测Vc电压的电路图目录上页下页 实验电实验电路接路接线图线图测VR电压的电路图1.1.将测将测VcVc的电路中的电路中C C，，R R位置对调位置对调2.2.用测用测VcVc的电路，调整数字示波器的电路，调整数字示波器Math,Math,设置设置MathMath波形为信号发生器波形为信号发生器- -电电容电压容电压 留意：示波器留意：示波器mathmath功能仅为波形功能仅为波形计算，非电压值计算，所以为了获得计算，非电压值计算，所以为了获得电压值的计算，应将两通道信号的电电压值的计算，应将两通道信号的电压灵敏度设为一样值压灵敏度设为一样值目录上页下页一阶一阶RC电路的阶跃呼应电路的阶跃呼应 实验电实验电路接路接线图线图加直流偏置加直流偏置直流耦合直流耦合测VR电压的电路图目录上页下页数学运算数学运算〔数学运算〔MATH〕功能〕功能实现实现操作类型包括：操作类型包括：A A＋＋B AB A－－B A×B B A×B A÷B FFTA÷B FFT两通道两通道可可选MATHMATH幅幅度度运运算算波波形形的的幅幅度度可可以以经经过过垂垂直直 SCALE 旋旋钮钮调调整整。

幅幅度度以以百百分分比比的的方方式式显显示示，，如如上上图图左左下下角角的的形形状状显显示示幅幅度度的的范范围围从从0.1％％至至1000％％以以1－－2－－5的的方方式式步步进进，，即即0.1％％、、0.2％％、、0.5％％……1000%点击点击！！mathmath只是对两显示波形的操作，而非电压值的操作只是对两显示波形的操作，而非电压值的操作！光标丈量只能对！光标丈量只能对mathmath进展手动丈量，不能光标丈量进展手动丈量，不能光标丈量目录上页下页一阶一阶RC电路的阶跃呼应电路的阶跃呼应2、将、将电电路中的路中的电电容改容改为为1μF，那么，那么τ=560μs，，τT1电电路在方路在方波信号鼓励下波信号鼓励下电电容充容充放放电电波形和波形和电电阻上的阻上的电压电压波形右波形右图图 所示tttVsT1VCVSVRTV2V1VsVsV2V1V1V2目录上页下页一阶一阶RC电路的阶跃呼应电路的阶跃呼应2、将、将电电路中的路中的电电容改容改为为1μF，那么，那么τ=560μs，，τT1电电路在方波信号路在方波信号鼓励下鼓励下电电容充放容充放电电波形波形和和电电阻上的阻上的电压电压波形右波形右图图 所示。

所示 需指出的是：需指出的是：图图中坐中坐标标原点原点t ≠0，而是假，而是假设设干周干周期后期后〔 〔t ≥5τ〕 〕，，电电容充放容充放电电相等，相等，进进入周期入周期稳稳定定形状后的波形形状后的波形图图tttVsT1VCVSVRTVc2 Vc1VsVsVR2 VR1VR1VR2目录上页下页一阶一阶RC电路的阶跃呼应电路的阶跃呼应根据三要素法：电容充电电压为 Vc(t)=Vs+(V1-Vs)e-t/τ (V) 那么：V2=Vc(T1)=Vs+(V1-Vs)e-T1/τ (V) 由此可得到：τ =T1/ ln[(Vc1－Vs)/(Vc2－Vs)] (3)在电容充电期间电阻上的电压波形为： VR(t)=V2e-t/τ (V) 那么 ：V1=VR(T1)=V2e-T1/τ (V) 可得：τ=T1 / ln(VR2/VR1) (4)参照前面的实验步骤，从示波器上读到V1，V2值分别代入(2-7-5)或(2-7-6) 均可求得电路时间常数τ值。

目录上页下页5〕 〕将将电电路中路中0.047 μF电电容改用容改用1μF，用示波器，用示波器CH2察看察看电电容充放容充放电电波形记录记录波形，波形，读测读测V1和和V2值值，，计计算算τ值值6)用示波器用示波器CH2察看察看电电阻阻R1上的波形上的波形记录记录波形，波形，读测读测V1和和V2值值，，计计算算τ值值 实验实验步步骤骤提示：提示：实测VRVR上的上的电压比比实际值小小, ,缘由是一部分由是一部分电压降在降在R0R0上上, ,这时代入代入τ =T1/ ln[(Vc1τ =T1/ ln[(Vc1－－Vs)/(Vc2Vs)/(Vc2－－Vs)] Vs)] 中的中的VsVs值要用要用实测值代入求代入求ττ这样误差比差比较小目录上页下页一阶一阶RC电路的阶跃呼应电路的阶跃呼应7〕 〕调调整整“直流偏移〞直流偏移〞 ，，使使Vs成成为对为对称于横坐称于横坐标标的方波信号分的方波信号分别别察看察看电电容和容和电电阻上的阻上的电压电压波形，画出波形波形，画出波形图图并与并与图图2-7-3 作比作比较较 作作图时应图时应留意：留意： A.各波形与各波形与输输入方波入方波信号在信号在时间时间上的上的对应对应关系。

关系 B.各波形相各波形相对对于横坐于横坐标标的位置 目录上页下页实 验 思思 考考 题一一阶RCRC电路的路的阶跃呼呼应目录上页下页实实 验验 思思 考考 题题1.1.全全呼呼应应可可分分解解为为零零输输入入呼呼应应和和零零形形状状呼呼应应试试分分析析图图2-7-2(b)2-7-2(b)，，图图2-7-3(b)2-7-3(b)中中分分别别对对应应方方波波信信号号前前、、后各半个周期的呼后各半个周期的呼应应中包含了哪些分量中包含了哪些分量? ?2.2.步步骤骤7 7中中0.047μF0.047μF和和1μF1μF电电容容上上的的电电压压呼呼应应包包含含了哪些呼了哪些呼应应?(?(按按对应对应方波信号前、后半周分方波信号前、后半周分别别分析分析) )3.3.一一个个周周期期信信号号，，可可用用一一系系列列的的阶阶跃跃信信号号来来表表示示，，请请把把图图2-7-2(a) 2-7-2(a) 周周期期信信号号中中的的第第一一个个周周期期用用阶阶跃跃信信号来表示号来表示 (写出写出电压电压表达式并画出波形表达式并画出波形图图) )目录上页下页实实 验验 报报 告告 要要 求求实验称号；称号；实验目的；目的；实验仪表〔表〔应写明写明详细型号〕；型号〕；实验电路路图；；实验数据及分析：数据及分析：设计并填写数据表格，根据并填写数据表格，根据实测数据分析一数据分析一阶电路路暂态呼呼应；； 实验小小结：：总结实验的情况，的情况，实验的收的收获和和领会。