动态电路仿真实验探究

1.实验目的

（1）研究RC一阶电路的零输入响应、零状态响应和全响应的规律和特点。

（2）掌握一阶电路时间常数的测量方法，了解电路参数对时间常数的影响。

2.实验原理与说明

1）RC一阶电路的零状态响应

RC一阶电路如图2-9-1所示，开关S在“1”的位置，uC＝0，处于零状态，当开关S合向“2”的位置时，电源通过R向电容C充电，uC（t）称为零状态响应，，变化曲线如图2-9-2所示，当uC上升到US（1 −1/e）所需要的时间称为时间常数。

图2-9-2

2）RC一阶电路的零输入响应

在图2-9-1中，开关S在“2”的位置电路稳定后，再合向“1”的位置时，电容C通过R放电，uC（t）称为零输入响应，，变化曲线如图2-9-3所示，当uC下降到USe−1所需要的时间称为时间常数τ ，τ＝RC。

图2-9-3

3）测量RC一阶电路时间常数τ(https://www.xing528.com)

图2-9-1电路的上述暂态过程很难观察，为了用普通示波器观察电路的暂态过程，需采用图2-9-4所示的周期性方波uS作为电路的激励信号，方波信号的周期为T，只要满足便可在示波器的荧光屏上形成稳定的响应波形。

图2-9-1

图2-9-4

电阻R、电容C串联后与方波发生器的输出端连接，用双踪示波器观察电容电压uC，便可观察到稳定的指数曲线，如图2-9-5所示，在荧光屏上测得电容电压最大值UCm=a（cm），取b=0.632a（cm），与指数曲线交点对应时间t轴的x点，则根据时间t轴比例尺（扫描时间），该电路的时间常数。

图2-9-5

3.实验内容

RC一阶电路的充、放电过程：

（1）测量时间常数τ：选择EEL-51组件上的R、C元件，令R＝10 kΩ，C＝0.022 µF（223），用示波器观察激励uS与响应uC的变化规律，测量并记录时间常数τ。

（2）观察时间常数τ（即电路参数R、C）对暂态过程的影响。令R＝10 kΩ，C＝0.022 µF，观察并描绘响应的波形，继续增大C（取0.022 µF～0.22 µF）或增大R（取10 kΩ、30 kΩ），定性地观察对响应的影响。