RC电路瞬态响应过程和RLC谐振电路

一、一阶一、一阶RC电路的瞬态响应过程实验研究电路的瞬态响应过程实验研究二、二、RLC谐振电路实验研究谐振电路实验研究 信息与电子工程实验教学中心信息与电子工程实验教学中心l实验目的 l理论基础 l实验仪器和实验电路l实验内容实验目的实验目的l一、一阶RC电路的瞬态响应过程实验研究l1熟悉一阶RC电路的零状态响应、零输入响应和全响应过程。l2研究一阶RC电路在零输入、阶跃激励和方波激励情况下，响应的基本规律和特点。l3学习用示波器观察分析RC电路的响应。l4从响应曲线中求RC电路的时间常数。l二、RLC谐振电路实验研究l1、掌握谐振频率以及品质因数的测量方法。l2、了解谐振电路特性频率特性，加深对谐振 电路的认识。l3、了解谐振电路的选频特性、通频带及其应用。理论基础（一）理论基础（一）l1一阶一阶RC电路的零输入响应（放电过程）电路的零输入响应（放电过程）l电路在无激励情况下，由储能元件的初始状态引起的响应称为零输入响应，即电路初始状态不为零，输入为零所引起的电路响应。实际上是电容器C的初始电压经电阻R放电过程。l在图9.8.1中，先让l开关K合于位置a，l使电容C的初始电压值luC(0-)=U0，再将开关lK转到位置b。电容器l开始放电，理论基础（一）理论基础（一）l放电方程为：l可以得出电容器上的电压和电流随时间变化的规律：l=RC为时间常数)0(0tdtduRCuCC)0()0()(0teUeututRCtCC)0()0()(0teRUReutitRCtCC理论基础（一）理论基础（一）l2一阶一阶RC电路的零状态响应（充电过程）电路的零状态响应（充电过程）l所谓零状态响应是指初始状态为零，而输入不为零所产生的电路响应。一阶RC电路在阶跃信号激励下的零状态响应实际上就是直流电源经电阻R向C充电的过程。在图9.8.1所示的一阶电路中，先让开关K合于位置b，当t=0时，将开关K转到位置a。电容器开始充电，理论基础（一）理论基础（一）l充电方程为：l初始值：uC(0-)=0l可以得出电压和电流随时间变化的规律：l l=RC为时间常数(0)CCSduuRCUtdt()(0)ttSSRCCUUiteetRR()11(0)ttRCCSSutUeUet理论基础（一）理论基础（一）l3方波响应方波响应l当方波信号激励加到RC两端时，在电路的时间常数远小于方波周期时，可以视为零状态响应和零输入响应的多次过程。方波的前沿相当于给电路一个阶跃输入，其响应就是零状态响应；方波的后沿相当于在电容具有初始值uC(0)时，把电源用短路置换，电路响应转换成零输入响应。l当方波的1/2周期小于电路的时间常数时，方波前后沿对应的是瞬态过程的其中一小部分。l由于方波是周期信号，可以用普通示波器显示出稳定的响应图形，便于观察和作定量分析。理论基础（二）理论基础（二）lRLC构成的串联谐振 l谐振角频率l电路的品质因数 l若计及电感内阻r，则品质因数 CLRRLQ10LC1=0rRRCLRQ,1理论基础（二）理论基础（二）l电路的阻抗lRLC串联电路谐振时，电路的阻抗最小，l电路的电流达到最大值l谐振的另一个特点是电压与电流的相位相同)1(CLjRZrRRZmin理论基础（二）理论基础（二）lRLC串联谐振电路具有带通选频特性。当谐振曲线的幅度下降至峰值 的0.707倍时，所对应的频率 称为截止频率截止频率。l上、下截止频率之间的频带范围为 谐振电路的通带范围通带范围，其带宽为l可据此公式测量RLC串联谐振电路的品质因数（对并联谐振同样适用）Qffff0c1c2-ffQ0理论基础（二）理论基础（二）lRLC构成的并联谐振 l谐振角频率l谐振时电路阻抗最大 l电路的品质因数 )(,11220CLrLCCrLCrCLRZmaxCLrQ1实验仪器与实验电路实验仪器与实验电路l示波器l函数信号发生器l实验电路板示波器示波器垂直控制水平控制显示器控制触发控制GOS-6021前面板前面板函数信号发生器函数信号发生器显示器输入键SHIFT键输出控制键电源开关频率调整占空比调整DC偏置调整幅度调整TTL输出信号输出实验电路板（一）实验电路板（一）lRC电路的响应是一个十分短暂的单次变化瞬态过程，一次激励引起电路一次响应。要在示波器上显示RC电路的响应曲线进而进行观察和测量有关参数，就必须周期性地重复进行激励，使这种单次变化的过程重复出现，而且要保证激励信号与示波器扫描的同步，才能在示波器上显示稳定的电路响应曲线。为此，实验时必须设计一个实验方案，实现对RC电路的周期性重复激励和向示波器提供扫描同步信号。实验电路板（一）实验电路板（一）实验测试部分测试信号产生部分实验电路板（二）实验电路板（二）实验内容（一）实验内容（一）l1用示波器观察RC电路的零输入响应、零状态响应和方波响应，描绘响应曲线，求出电路的时间常数。l2更换电路中电阻、电容的大小，重新测量电路的各种响应，分别求出每次测量的时间常数。l3理论计算电路的时间常数，并与实验测量值比较。实验内容（二）实验内容（二）l一、一、RLC串联谐振电路实验串联谐振电路实验l 1、按图组成实验电路lL=40mH,C=0.1F,lR=100.电感分别 选用内阻不同的两种；l用示波器测量ui和uol信号源输出ui为正弦波，电压1V实验内容（二）实验内容（二）l2 2、找出电路的谐振频率、找出电路的谐振频率f f0 0 l 将示波器的一个输入端接在电阻R的两端，使信号源的频率由小逐渐变大，当uo的读数为最大时，读得函数信号发生器上频率值即为电路的谐振频率f0 l3 3、验证谐振时的电路特点、验证谐振时的电路特点l 保持信号发生器输出频率不变，用双踪示波器测量N1和N2点的波形，记录波形并比较它们的相位。l4 4、谐振曲线的测量、谐振曲线的测量l 在谐振点两侧，按频率递增或递减100Hz,逐点测出uo的值，记入下表。实验内容（二）实验内容（二）l5 5、f f和和Q Q值值l根据谐振曲线计算f值，必要时需要补测若干点。用f和f0计算Q值的大小。l6 6、将电阻、将电阻R增大至增大至1k ，l 重复内容25，自制表格记录分析。实验内容（二）实验内容（二）l 二、二、RLC并联谐振电路实验并联谐振电路实验l1、按图组成实验电路、按图组成实验电路lL=40mH,C=0.1F,R=56k.电感分别选用内阻不同的两种；l2 2、重复实验内容一中的、重复实验内容一中的2 2至至5 5项项预习要求预习要求l预习第7章“实验六 非线性元件（二极管）特性曲线和TTL与非门传输特性的测定”和“实验七 基本门电路研究”。l电子电路基础I7.1、7.2、8.1、8.2