实验九一阶电路暂态响应(有数据)

实验九 一阶电路的暂态响应

一、实验目的

1、掌握一阶电路暂态响应的原理

2、观测一阶电路的时间常数τ对电路暂态过程的影响

二、实验仪器

1、双踪示波器

1台

2、模块一S5

1块

3、信号源及频率计模块S2 1块

三、实验原理

含有L 、C 储能元件的电路通常用微分方程来描述，电路的阶数取决于微分方程的阶数。凡是用一阶微分方程描述的电路称为一阶电路。一阶电路由一个储能元件和电阻组成，具有两种组合：RC 电路和RL 电路。图9-1和图9-2分别描述了RC 电路与RL 电路的基本连接示意图。

根据给定的初始条件和列写出的一阶微分方程以及激励信号，可以求得一阶电路的零输

入响应和零状态响应。当系统的激励信号为阶跃函数时，其零状态电压响应一般可表示为下列两种形式：

τt

e U t u -

=0)( （t ≥0） )1()(0τt

e U t u --= （t ≥0）

其中，τ为电路的时间常数。在RC 电路中，τ=RC ；在RL 电路中，τ=L/R 。零状态电流响应的形式与之相似。本实验研究的暂态响应主要是指系统的零状态电压响应。

τ值的测量方法:当电路两端加电压为Us 的激励时，储能原件两端的电压从0升到0.7Us 所经历的时间，即为电路的时间常数τ。

（t ）

t ）

四、实验内容

一阶电路的零状态响应，是系统在无初始储能或状态为零情况下，仅由外加激励源引起的响应。

为了使我们能够在仪器上看到稳定的波形，通常用周期性变化的方波信号作为电路的激励信号。此时电路的输出即可以看成是研究脉冲序列作用于一阶电路，也可看成是研究一阶电路的直流暂态特性。即用方波的前沿来代替单次接通的直流电源，用方波的后沿来代替单次断开的直流电源。方波的半个周期应大于被测一阶电路的时间常数3-5倍；当方波的半个周期小于被测电路时间常数3-5倍时，情况则较为复杂。

（一）一阶RC电路的观测

实验电路连接图如图9-3（a）所示。

信号源输出信号的要求：频率2.5K的方波。

①连接信号源输出端P2与P1；

②连接P2与P6；

③用示波器观测TP6输出的波形；

④根据R、C计算出时间常数τ；

⑤根据实际观测到的波形计算出实测的时间常数τ；

⑥把“P2与P6”间的连线改变为“P2连P7”或“P3连P6”或“P3连P7”（注：

当连接点改在P7时，输出测量点应该在TP7）；

⑦重复上面的实验过程，将结果填入表9-1中。

表9-1 一阶RC电路

P2—P6：

P2—P7：

P3—P6：

P3—P7：

（二）一阶RL电路的观测

实验电路连接图如图9-3（b）所示。

信号源输出信号的要求：频率2.5K的方波。

①连接信号源输出端P2与P4；

②连接P5与P8；

③用示波器观测TP8处输出的波形；

④根据R、L计算出时间常数τ；

⑤根据实际观测到的波形计算出实测的时间常数τ；

⑥把“P5与P8”间的连线改变为“P5连P9”，此时输出测量点也相应地改为TP9；

⑦重复上面的实验过程，将结果填入表9-2。

表9-2 一阶RL电路

连接点R（KΩ）L（mH）τ=L/R（μs）实测τ值测量点

P5—P8 1 10 10.00 9.600μs TP8

P5—P9 0.47 10 21.28 20.00μs TP9

P5—P8：

P5—P9：

图9-3(a) RC一阶电路实验连接图

图9-3(b) RL一阶电路实验连接图

五、实验小结

通过这次的实验我知道了时间常数越大，电路的暂态过程越长。如果电阻一定，则时间常数越大，电容值就越大。相同电压下所储存的电荷越多，完成充放电的时间也越长，暂态过程越长。如果电容值一定，则时间常数越大，电阻值就越大，电路阻碍电流流动的作用越

强，要完成充放电的时间也越长，暂态过程越长。