一阶rc电路的暂态响应实验报告分析

本文为大家带来一阶rc电路的暂态响应实验报告分析。

实验内容和原理

1、零输入响应：指输入为零，初始状态不为零所引起的电路响应。

2、零状态响应：指初始状态为零，而输入不为零所产生的电路响应。

3、完全响应：指输入与初始状态均不为零时所产生的电路响应。

操作方法和实验步骤

1、利用Multisim软件仿真，了解电路参数和响应波形之间的关系，并通过虚拟示波器的调节熟悉时域测量的基本操作。

2、实际操作实验。积分电路和微分电路的电路接法如下，其中电压源使用方波：

实验数据记录和处理

任务1：软件仿真

1.RC电路零输入响应、零状态响应仿真及时间常数的确定

上图是零输入响应电容的放电曲线，取第一个参考点为峰值点（4.369s， 5V），计算得第二个参考点电压应为5×0.368=1.84V，调整黄色测量线至曲线上最接近的对应点，得横坐标4.421s，由图得τ=51.613ms

上图是零状态响应电容的充电曲线，任取第一个参考点为（5.186s， 1.007V），计算得第二个参考点电压应为1.007+0.632×（5-1.007）=3.580V，调整黄色测量线至曲线上最接近的对应点得横坐标5.237s，由图得τ=50.806ms

2.方波电路零输入响应、零状态响应仿真及时间常数的确定

由于操作读数方法和上面一样，以下仿真中均已调整好两条测量线的位置，因此虚拟仪表面板上显示的T2-T1直接可作为仿真测量的时间常数值，下面不再一一叙述读数过程。

时间常数为τ：

时间常数为0.1τ：

时间常数为0.5τ：

时间常数为2τ：

时间常数为10τ（无法用本实验方法从面板测得时间常数）：

微分电路输入、输出波形比较：

积分电路输入、输出波形比较：

3.同时观测阶跃和冲激响应电路的仿真

任务2：实际操作实验

1． 实验电路按照下图接线：

调整示波器参数，暂停画面，使得在一个屏幕内同时 显示出零状态响应（左部分）和零输入响应（右部分）曲 线如下：

图中已调整好两条测量线的位置，因此直接读出时间常数τ=1.2s（两图测量结果相同） 2.按下图接线，并按此配置电路元件参数：

在示波器上观察比较输入、输出波形得：（左为微分电路，右为积分电路）

3. 按下图接线

并利用示波器同时观察RC电路的阶跃响应和冲激响应如下：

实验结果与分析

仿真部分因为是理想仪器，具有较高精度，故不作误差分析。

实际操作中，零状态响应和零输入响应测得τ=1.2s，理论值τ0=RC=1000×1×10-3=1s，两者比较接近，造成误差的原因主要是示波器测量功能的分度有限，测量线无法连续移动，只能取到离散的测量点，并未准确满足两个测量点的理论数量关系。

微分电路和积分电路的观测结果表明：当方波信号的周期T大于电路的时间常数τ时，电容充分充、放电速度快于方波变化的速度，因此能够实现方波到窄脉冲信号的转变，而且当τ比T小越多时，脉冲信号宽度越窄，形成了微分电路；当方波信号的周期T小于电路的时间常数τ时，电容在方波信号的一个周期内无法完成充分的充、放电，因此能实现方波到三角波的转变，而且τ比T大越多时，三角波线性越好，形成了积分电路。

上面3中的图片可以观察到，CH1（较窄波形）的是冲激响应曲线，CH2（较宽波形）是阶跃响应曲线，冲激响应的波形更接近于脉冲信号，阶跃响应的波形更接近于方波信号。