北京理工大學(xué)電工和電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)RC電路仿真實(shí)驗(yàn).doc

《北京理工大學(xué)電工和電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)RC電路仿真實(shí)驗(yàn).doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《北京理工大學(xué)電工和電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)RC電路仿真實(shí)驗(yàn).doc（6頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

實(shí)驗(yàn)1.3 RC電路的暫態(tài)過(guò)程 1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康? （1）學(xué)習(xí)一階RC電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)。 （2）學(xué)習(xí)EDA軟件Multisim13的使用。 2．實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求 （1）計(jì)算圖1.3.1 ~ 1.3.3中，電容電壓在t = τ時(shí)的uC (τ)及電路時(shí)間常數(shù)τ的理論值。 （2）掌握微分電路和積分電路的條件。 （3）預(yù)習(xí)附錄E中Multisim13軟件的使用。 3. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及裝置型號(hào) 裝有仿真軟件Multisim10.0以上的計(jì)算機(jī)。 序號(hào) 名稱 元件庫(kù)路徑與名稱 參數(shù)設(shè)置 1 直流電壓源 Sources/POWER_SOURCES/DC_POWER 10V 4V 2 脈沖電壓源 （幅度4V， 頻率400Hz） Sources/SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES/PULSE_VOLTAGE Iniatial Value -2V Pulsed Value 2V Period 1.35ms Pulse Width 0.625ms 3 電源地 Sources/POWER_SOURCES/GROUND 4 電解電容33μF Basic/CAP_ELECTROLICT/33uF-POL 無(wú)需設(shè)定 5 電阻 Basic/BASIC_VIRTUAL/RESISTOR_VIRTUAL 按需設(shè)定 6 單刀單擲開(kāi)關(guān) Basic/SWITCH/SPST 7 單刀雙擲開(kāi)關(guān) Basic/SWITCH/SPDT 8 電容 Basic/BASIC_VIRTUAL/CAPCITOR_VIRTUAL 按需設(shè)定 4. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求 （1）測(cè)繪RC電路的響應(yīng)曲線 零輸入響應(yīng) 按圖1.3.1接線。其中R = 10kΩ，C = 33μF，US = 10V。在仿真開(kāi)始前，使單刀單擲開(kāi)關(guān)S閉合（想一想為什么？），然后開(kāi)始仿真計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)時(shí)間請(qǐng)觀察Multisim程序界面下部的程序運(yùn)行狀態(tài)指示。電壓測(cè)量用測(cè)量?jī)x器工具欄中的黃色探針，該探針在仿真運(yùn)行按鈕處于運(yùn)行時(shí)有效。將測(cè)量結(jié)果記入表1.3.1中。 + + S uC US - 圖1.3.1 C 3300mF R + - l 閉合開(kāi)關(guān)S，使電容器C上電壓的初始值為10V。 l 打開(kāi)開(kāi)關(guān)S，電容C開(kāi)始放電過(guò)程。 將電阻換為R = 5.6kW，C不變，測(cè)量uC (t ) 對(duì)應(yīng)的時(shí)間，記入表1.3.2中。 注：只要求測(cè)量uC (t ) 一個(gè)點(diǎn)，不需要測(cè)量完整的曲線。 表1.3.1 uC (V) 9 8 7 6 5 uC (t ) =3.68 3 2 1 t (s) 0.034463 0.073446 0.117514 0.168362 0.228814 0.329839 0.397363 0.531073 0.760829 表1.3.2 電路參數(shù) R = 10kW，C = 33mF R = 5.6kW，C = 33mF 時(shí)間常數(shù) t (s) 理論值 0.33 理論值 0.1848 實(shí)測(cè)值 0.329839 實(shí)測(cè)值 0.184516 （2）測(cè)繪RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)曲線 按圖1.3.2接線，其中R = 10kW，C = 33mF，US = 10V。 閉合開(kāi)關(guān)S，將電容器放電，使電容器兩端初始電壓為零。 斷開(kāi)S，使電容器充電，按表1.3.3要求進(jìn)行計(jì)時(shí)，并記入表1.3.3中。 表1.3.3 uC (V) 1 2 3 4 5 uC (t ) =6.32 7 8 9 t (s) 0.034652 0.073446 0.117514 0.168738 0.228814 0.329839 0.397363 0.532957 0.760829 t (s) 理論值 0.33 實(shí)測(cè)值 0.329839 + + S uC US - 圖1.3.2 C 3300mF R + - + + S uC US1 - 圖1.3.3 C 3300mF R + - 2 1 + US2 - （3）測(cè)繪RC電路的全響應(yīng)曲線 按圖1.3.3接線，圖中US1 = 4V，US2 = 10V，R = 10kW，電容器改為C = 2200mF，US1、US2由直流穩(wěn)壓電源的兩路輸出分別提供。先將開(kāi)關(guān)S置于“1”，使電容器充電至US2值，然后再將S置于“2”，按表1.3.4的要求進(jìn)行計(jì)時(shí)，并記入表1.3.4中。 表1.3.4 uC (V) 9 8 7 uC (t ) =6.21 5 4.4 t 理論值 t 實(shí)測(cè)值 t (s) 0.060264 0.133710 0.229755 0.329839 0.593220 0.894539 0.33 0.329839 （4）觀察在矩形脈沖激勵(lì)下，RC電路的時(shí)間常數(shù)對(duì)輸出波形的影響。 利用Multisim軟件提供的元件和測(cè)量?jī)x器，按照表1.3.5的要求，連接電路，選擇參數(shù)，加入輸入信號(hào)，進(jìn)行仿真運(yùn)行。觀察RC電路的輸入和輸出波形，并記入表1.3.5中。 a) 按圖1.3.4連接RC串聯(lián)電路，從電阻兩端取輸出電壓。 b) 加入矩形脈沖作為輸入信號(hào)ui，其頻率f = 400Hz、幅度為4V。 按表1.3.5的要求，當(dāng)選取不同的電路參數(shù)時(shí)，用示波器觀察、描繪ui和uo的波形，并記入表1.3.5中。 c) 按圖1.3.5連接RC串聯(lián)電路，從電容兩端取輸出電壓，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟b)。 表1.3.5 項(xiàng)目 參 數(shù) 電路及波形 參 數(shù) 電路及波形 電 路 圖 從電阻兩端取輸出電壓 從電容兩端取輸出電壓 輸 入 矩形脈沖 f = 400Hz Uom = 4V 矩形脈沖 f = 400Hz Uom = 4V 輸 出 R = 510W C = 0.22mF R = 1kW C = 0.22mF R = 1kW C = 0.47mF R = 2kW C = 0.33mF R = 1kW C = 33mF R = 10kW C = 0.33mF 圖1.3.5 - ui uo R C + + - 圖1.3.4 - ui uo R C + + - 5. 實(shí)驗(yàn)總結(jié)要求 （1）根據(jù)表1.3.1、1.3.3、1.3.4數(shù)據(jù)用坐標(biāo)紙畫(huà)出RC電路響應(yīng)的三條曲線，并分析時(shí)間常數(shù)t 的實(shí)測(cè)值和理論值有差別的原因。 （2）分析RC電路在矩形脈沖激勵(lì)下，電路結(jié)構(gòu)和電路參數(shù)對(duì)輸出波形的影響，并由實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)積分電路、微分電路的條件。 元件性能與參數(shù)誤差：設(shè)計(jì)時(shí)的理論值是以理想元器件為基礎(chǔ)的，而實(shí)際器件不可能做到理想性能與參數(shù)。 測(cè)量?jī)x器產(chǎn)生的誤差：測(cè)量?jī)x器在采樣與處理到顯示的過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生誤差，特別是對(duì)數(shù)據(jù)的采樣，多高頻率的數(shù)據(jù)據(jù)采樣率都避免不了誤差。 （2）RC越大，Uc越接近輸入波形，Ur越趨于平緩。 積分電路：t = RC >> 2 T ( T為方波脈沖的重復(fù)周期) 微分電路：t = RC << 2 T ( T為方波脈沖的重復(fù)周期)