电子说
本文为大家带来一阶rc威廉希尔官方网站 的暂态响应实验报告分析。
1、零输入响应:指输入为零,初始状态不为零所引起的威廉希尔官方网站 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威廉希尔官方网站 响应。
3、完全响应:指输入与初始状态均不为零时所产生的威廉希尔官方网站 响应。
1、利用Multisim软件仿真,了解威廉希尔官方网站 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。积分威廉希尔官方网站 和微分威廉希尔官方网站 的威廉希尔官方网站 接法如下,其中电压源使用方波:
1.RC威廉希尔官方网站 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.方波威廉希尔官方网站 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):
微分威廉希尔官方网站 输入、输出波形比较:
积分威廉希尔官方网站 输入、输出波形比较:
3.同时观测阶跃和冲激响应威廉希尔官方网站 的仿真
1. 实验威廉希尔官方网站 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,并按此配置威廉希尔官方网站 元件参数:
在示波器上观察比较输入、输出波形得:(左为微分威廉希尔官方网站 ,右为积分威廉希尔官方网站 )
3. 按下图接线
并利用示波器同时观察RC威廉希尔官方网站 的阶跃响应和冲激响应如下:
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。
微分威廉希尔官方网站 和积分威廉希尔官方网站 的观测结果表明:当方波信号的周期T大于威廉希尔官方网站 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,形成了微分威廉希尔官方网站 ;当方波信号的周期T小于威廉希尔官方网站 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,形成了积分威廉希尔官方网站 。
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。
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