工训中心的牛马实验
- 实验目的:
1.培训应用示波器测量电路暂响应过程的技能。观测RC一阶电路暂态过程的动态曲线,测量其时间常数及作为积分应用特性。
2.观测RLC二阶电路暂态过程的三种状态轨迹,测量并分析其参数。
- 实验仪器和器材:
1.实验仪器
直流稳压电源型号:IT6302
台式多用表型号:UT805A
信号发生器型号:DG1022U
数字示波器型号:DSO-X 2012A(DPO 2012B)
⒉.实验(箱)器材
电路实验箱
元器件:电阻(1k、10k、10k电位器);电容(0.1uF、0.01uF);电感(10mH)
3.实验预习的虚拟实验平台
- 实验内容:
1.在mutisim平台连接一个能观测零输入响应、零状态响应和完全响应的电路图;分别观测该电路的零输入响应、零状态响应和完全响应的动态曲线。
⒉连接电路并观测RC低通(或高通)—阶电路,测量时间常数t。
接单次脉冲发送电路输出,用示波器测试波形;根据响应曲线测量出时间常数T,并与理论计算值进行比较。
用信号发生器输出周期尽量长的方波来模拟阶跃激励信号,用示波器观测响应曲线及t。
3.用信号发生器输出周期尽量短的方波作输入信号,RC低通一阶电路作积分应用,测量输出三角波的斜率并与计算值比较。
4.(选)连接RLC并联电路,用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信,调节电位器R,观察、分析二阶电路响应的三种状态轨迹及其特点。
5.(选)分别设定R为1k,10k测定LCR电路的衰减常数α和振荡频率wd,并分析误差。
- 实验原理:
1.—阶电路阶跃信号响应观测
零状态响应:储能元件的初始值为0,电路接阶跃信号U,电路的响应为零状态响应。
零输入响应:电路的储能元件具有初始能量且输入为零,电路的响应为零输入响应
2.一阶电路常数τ测量
a.阶跃信号响应曲线测量τ
完全响应:u1=5V,u2=15V
零状态响应:
当t=τ=RC时: UC=0.632U
b.用方波信号模拟阶跃信号,观测一阶低通电路Uc (t)
3.观测积分电路、微分电路的方波响应
在RC低通电路中,如t远大于输入信号周期T,输出电压UC近似地正比于输入电压U对时间的积分,输入方波,输出接近为三角波。
在RC高通电路中,输出电压UR近似地正比于输入电压U对时间的微分。
4.二阶电路的阶跃响应观测与测量
a.二阶RLC电路
串联二阶RLC电路
并联二阶GLC电路
b.观测二阶RLC电路三种状态
二阶电路响应三种状态轨迹的观测
c.二阶RLC电路α与wd的测量
根据欠阻尼响应曲线可测量α与wd
- 实验过程和数据记录:
- Multisim模拟一个能观测零输入响应、零状态响应和完全响应的电路图
该电路的零输入响应、零状态响应和完全响应的动态曲线:
- 常数τ的测量
- 输入直流电源信号(单脉冲))测量τ
实验步骤:
1.按照实验原理图在实验箱连接好电路
2.示波器使用前先测校正信号,确保探头及操作正常;
3.将示波器水平定标设置为400uS(根据τ设置),垂直定标设置为500mV
4.将示波器触发源选 ch1 ,上升边沿触发,触发电平调到1V左右;
5.按下单次触发键SINGLE ;
6.按下单次脉冲开关输出变高(3.5V),示波器显示输入U及输出Uc响应曲线。
结果记录:
U |
R |
C |
3.5V |
10kΩ |
0.1μf |
UC波形图
i(t)波形图
Multisim模拟图:
当t=τ=RC时: UC=0.632U,可得
τ的计算值为1ms
τ的测量值为1.6ms
U |
R |
C |
3.5V |
10kΩ |
0.01μf |
UC波形图
i(t)波形图
Multisim模拟图:
τ的计算值为0.1ms
τ的测量值为0.15ms
- 输入方波信号测量t
实验步骤:
- 按照实验原理在实验箱上连接好电路
- 按照实验要求调好信号发生器的参数
- 后续实验步骤同测直流信号的步骤
数据记录:
U |
频率 |
R |
C |
5vpp |
100Hz |
10kΩ |
0.1μf |
UC波形图
i(t)波形图
Multisim模拟图:
τ的值为1.6ms
U |
频率 |
R |
C |
5vpp |
1000Hz |
10kΩ |
0.01μf |
UC波形图
i(t)波形图
Multisim模拟图:
τ的值为0.14ms
3.观测积分电路、微分电路的方波响应
实验步骤
1.按照实验原理连接好电路
2.后续步骤同测直流时的步骤
积分电路:
U |
频率 |
R |
C |
5vpp |
1000Hz |
10kΩ |
0.1μf |
UC波形图
i(t)波形图
Multisim模拟图:
U/t的值为4.9V/ms
U |
频率 |
R |
C |
5vpp |
10000Hz |
10kΩ |
0.01μf |
UC波形图
i(t)波形图
U/t的值为4.9V/ms
微分电路:
U |
频率 |
R |
C |
5vpp |
1000Hz |
10kΩ |
0.1μf |
UC波形图
i(t)波形图
U/t的值为4.9V/ms
U |
频率 |
R |
C |
5vpp |
10000Hz |
10kΩ |
0.01μf |
U/t的值为4.9V/ms
- 实验总结
- 思考题
1.1什么样的电信号可作为RC一阶电路零输入响应、零状态响应和完全响应的激励源?
阶跃信号可作为RC一阶电路零输入响应激励源;
脉冲信号可作为RC一阶电路零状态响应激励源;
正弦信号可作为RC一阶电路完全响应的激励源
1.2何谓积分电路和微分电路,必须具备什么条件? 在方波 脉冲的激励下,输出信号波形的变化规律如何?这两种电路有何功用?
积分电路和微分电路当然是对信号求积分与求微分的电路了 它最简单的构成是一个运
放大器,一个电阻R和一个二极管C 运放的负极接地,正极接二极管,输出端Uo再与正极接接一个电阻就是微分电路, 当二极管位置和电阻互换一下就是积分电路, 这两种电路就是用来求积分与微分的 方波输入积分电路积分出来就是三角波 微分的是锯齿波 把图中的电阻跟电容位置调换就是积分电路了
1.3根据二阶电路实验电路元件的参数,计算出处于临界阻尼状太的R之值
由R=2根号L/C
得R的值为632Ω
- 心得总结:
初步掌握了应用示波器测量电路暂响应过程的技能。学会观测一阶RC电路的暂态过程的动态曲线,测量其时间常数及作为积分应用特性。
掌握的技能:学会计算RC电路的时间常数τ
人文:未提前预习,导致实验进度较慢。同时电路连接错误导致未出现预期的结果,需要重新测量。
记忆:课前提前预习,可以极大的知识的记忆程度。同时,及时对知识进行梳理也可以节约大量记忆成本。