电路基础与实践作者刘科第3章动态电路的时域分析课件.ppt

第3章 动态电路的时域分析 3.1 动态元件 3.2 换路定律及初始值的确定 3.3 一阶电路的零输入响应 3.4 一阶电路的零状态响应 3.5 一阶电路的全响应 3.6 阶跃函数和阶跃响应 3.7 实践项目一阶电路的响应测试 小结 3.1 动态元件 在路中如果有电容元件或电感元件，当电路中有开关的动作或者某些参数的改变时，电路不会立即达到稳定，而是有一个过渡过程，这个过程称为动态过程，而电容和电感称为动态元件。 3.7实践项目 一阶电路的响应测试 项目目的 通过本项目，学习用Multisim对动态电路进行仿真分析学习按要求设计电路、搭建实际电路；学习使用示波器观察和分析电路响应、研究RC电路响应的规律和特点。 设备材料 1、电脑（装有Multisim电路仿真软件） 1台 2、函数信号发生器 1台 3、双踪示波器 1台 4、实验电路板（面包板）1块 5、尖嘴钳 1把 6、偏口钳 1把 7、单刀双掷开关 1个 8、电阻、电容以及导线 若干 3.7.1 任务一 观察电容的充电、放电过程 操作步骤及方法 1）设计一个RC串联电路，在Multisim中进行仿真分析，记录波形。图3-36中给出三组电路参数，信号源选用CLOCK_VOLTAGE，幅值2V，频率0.1Hz（周期10s）。定义信号源正极为节点1；C1、C2、C3上端分别定义为节点2、节点3、节点4。 2）在菜单栏上选择“Simulate\Analyese\Transient Analysis”，弹出Transient Analysis窗口。Analusis Parameters选项中的Start time设为“0”Sec、End time设为“5”Sec；Output选项中，Variables in circuit选择Voltage，把节点1、2、3、4的电压添加为仿真变量，其它选项默认。点击“Simulate”按钮，弹出仿真曲线，观察电容充电过程，分析电路参数对充电时间的影响，并记录曲线。 3.7.1 任务一 观察电容的充电、放电过程 操作步骤及方法 3）按照步骤2操作，只是把Analysis Parameters选项中的Start time设为“5”Sec、End time设为“10”Sec，点击“Simulate”按钮，弹出仿真曲线，观察电容放电过程，分析电路参数对放电过程的影响，并记录曲线。 4）选择一组参数，在面包板上搭建实际电路，原理图如图3-37所示。直流电压2V，双踪示波器的两个输入通道分别接电源电压和电容电压，电源开关打到1位置，观察波形变化。 5）开关在1位置足够长时间，电容充电完成后，把开关迅速打到2位置，观察波形变化。 6）计算各组参数对应的电路时间常数。 3.7.2 任务二 方波输入的响应 操作步骤及方法 1）设计一个RC仿真电路，输入方波信号频率为100Hz、幅度为1V，分别观察电容电压和电阻电压的变化波形。由于在仿真分析中，不能直接看元件上的电压，只能看到节点对参考点的电压，故设计了仿真电路如图3-38（a）所示。图中R1=R2，、C1=C2，2节点上的电压就等于R1、R2上的电压，相当于（b）图上的uR；而3节点上的电压就等于C1、C2上的电压，相当于（b）图上的uC。 2）把节点1、2、3的电压作为仿真变量，进行瞬态分析（Transient Analysis），方法同任务一的步骤2，观察3～5个周期的波形，记录对应的电路参数和波形。 3.7.2 任务二 方波输入的响应 操作步骤及方法 3）改变电路中的电容、电阻值，注意保持R1=R2、C1=C2，观察不同电路参数时，波形的变化情况，记录电路参数和波形。 4）保持电路参数为图3-38（a）所示的数值，改变方波信号源的频率，观察波形变化，记录频率和波形；保持信号源频率在100Hz，改变方波信号源的占空比（Duty Cycle），观察波形变化，记录占空比和波形。 3.7项目 一阶电路的响应测试 注意事项 1、RC电路参数选择时，要注意时间常数的大小，避免充电过程太快，示波器难以观察。 2、输入信号的数值不能过大，以免损坏元件和设备。 项目报告 1、画出仿真电路和实验电路原理图。 2、计算各个电路参数对应的时间长数。 3、记录通过仿真观察到的响应曲线，并记录响应曲线对应的时间长数和信号源幅值、频率、占空比等信息。 图3-37 实际电路原理图 图