第三章 电路的暂态分析 一、填空题： 1. 一阶RC 动态电路的时间常数τ=___RC____,一阶RL 动态电路的时间常数τ=__L/R______。 2. 一阶RL 电路的时间常数越__大/小 _ (选择大或小)，则电路的暂态过程进行的越快 慢/快 （选择快或慢）。。 3. 在电路的暂态过程中，电路的时间常数τ愈大，则电压和电流的增长或衰减就 慢 。 4. 根据换路定律，(0)(0)c c u u +-=，()+0L i =()0L i — 5. 产生暂态过程的的两个条件为 电路要有储能元件 和 电路要换路 。 6. 换路前若储能元件未储能，则换路瞬间电感元件可看为 开路 ，电容元件可看为 短路 ；若储能元件已储能，则换路瞬间电感元件可用 恒流源 代替，电容元件可用 恒压源 代替。 7. 电容元件的电压与电流在关联参考方向下，其二者的关系式为1 u idt C = ?；电感元件的电压与电流在关联参考方向下，其二者的关系式为di u L dt =。 8. 微分电路把矩形脉冲变换为 尖脉冲 ，积分电路把矩形脉冲变换为 锯齿波 。 9．下图所示电路中，设电容的初始电压(0)10C u V -=-，试求开关由位置1打到位置2后电容电压上升到90 V 所需要的时间为 4.8*10-3 秒。 F μ100 10. 下图所示电路中，V U u C 40)0(0_==，开关S 闭合后需 0.693**10-3
秒时间C u 才能增长到80V ？ + U C - 11. 下图所示电路在换路前处于稳定状态，在0t =时将开关断开，此时电路的时间常数τ为 （R 1 +R 2 ）C 。 U 12. 下图所示电路开关S 闭合前电路已处于稳态，试问闭合开关的瞬间， )0(+L U 为 100V 。 1A i L 13. 下图所示电路开关S 闭合已久，t=0时将开关断开，则i L (0-)= 4A ，u C (0+)= 16V ，i C (0+)= 0 。 u c 14．下图所示电路，当t=0时将开关闭合，则该电路的时间常数为 0.05S 。
放大电路的瞬态分析与稳态分析 对放大电路的研究，目前有稳态分析法和瞬态分析法两种不同的分析方法。 稳态分析法：也就是已讨论过的频率响应分析法。该方法以正弦波为放大电路的基本信号，研究放大电路对不同频率信号的幅值和相位的响应（或叫做放大电路的频域响应）。其优点是分析简单，便于测试；缺点是不能直观地确定放大电路的波形失真。 瞬态分析法：是以单位阶跃信号为放大电路的输入信号，研究放大电路的输出波形随时间变化的情况，它又称为放大电路的阶跃响应或时域响应。此方法常以上升时间和平顶降落的大小作为波形的失真标志。其优点是可以很直观地判断放大电路的波形失真，并可利用脉冲示波器直接观测放大电路瞬态响应。 在工程实际中，这两种方法可以互相结合，根据具体情况取长补短地运用。 单级放大电路的瞬态响应的上升时间 放大电路的阶跃响应分析以阶跃电压作为放大电路的基本信号，图1表示一个阶跃电压，它表示为 放大电路的阶跃响应主要由上升时间t r 和平顶降落来表示。阶跃响应分析其目的是求出这两个参数，并可将它与稳态分析中参数相联系。 分析单级共射放大电路的阶跃响应时，可采用小信号等效电路，将阶跃电压可分为上升阶段和平顶阶段并按其特点对电路进行简化。 图1 图 2
阶跃电压中上 升较快的部分，与 稳态分析中的高频 区相对应，可用RC 低通电路来模拟， 如图 2（a）所示。 由图可知 式中V S是阶跃 信号平顶部分电压 值。与时间 的关系如图2（b）所示。 上式表示在上升阶段时输出电压v O随时间变化的关系。输入电压v S在t=0 时是突然上升到最终值的，而输出电压是按指数规律上升的，需要经过一定时间，才能到达最终值，这种现象称为前沿失真。一般用输出电压从最终值的10%上升至90%所需的时间t r来表示前沿失真，t r称为上升时间。 由图2（b）经推导可得 已知可得 或 可见，上升时间t r与上限频率f H成反比，f H越高，则上升时间愈短，前沿失真越小。 单级放大电路的瞬态响应的平顶降落 阶跃电压的平顶阶段与稳态分析中的低频区相对应，所以可用如图1（a）所示RC 高通电路来模拟。
第二章电路的瞬态分析 课堂设计
讲授准备 １．写好教案，准备多媒体教室并试验课件； ３．清点到课人数，登记教学日志； ４．接受报告，如有首长听课，须向首长报告。 课目：RC电路的瞬态分析 目的：1、RC电路的零输入响应。 2、RC电路的零状态响应。 3、RC电路的全响应。 内容：一、RC电路的零输入响应 二、RC电路的零状态响应 三、RC电路的全响应 方法：理论讲解、多媒体演示、课堂练习 时间：2课时 地点：教室 要求：1．遵守课堂纪律，姿态端正，认真听讲； 2．理论联系实际，做到学用结合； 3．认真讨论，积极踊跃发言。 保障：１．教材和笔记本； ２．多媒体课件和教鞭。 ３．多媒体教室。 讲授实施 2.4 RC电路的瞬态分析
本节导学：本节主要学习RC 电路的零输入相应、零状态相应和全相应的微分方程。公式比较多，其实都是全相应的微分方程的解。 一、RC 电路的零输入响应 如图RC 串联电路中，先将开关S 闭合在a 端，使电容两端的电压充至U 0，然后突然将开关S 合到b 端。这个时候是不是就没有电源，也就是换路后外部激励为零，但在内部储能的作用下，电容经电阻开始放电。那么，这个时候电路的输出也就是电路的响应为零输入响应。 那么，我们研究RC 电路的零输入响应也就是研究电容的放电规律。 换路以后，根据KVL ，由换路后的电路可列出方程式： 0=+C C u Ri 由于电容的电流和电容的存在这样一个关系：dt du C i =，带入上面的方程，就有：0=+C C u dt du RC 。那么，这是一个一阶线性齐次常微分方程。所以我们也称这样的电路为一阶动态电路。 t RC t RC c C C C C C C C C Ae e e u c t RC u dt RC u du u dt du RC u Ri 1111 1 ln 1 00- -==+-=-==+=+ 那么，A 是任意常数。
第三章一阶电路的瞬态分析 3．1．1 换路定则 在换路瞬间(t=0)，根据能量不能跃变的原理，则有电感电流不能跃变和电容 电压不能跃变。即 t=0－表示换路前终了瞬间；t=0＋表示换路后初始瞬间。换路定则主要用来确 定换路瞬间，即t=0 时刻电感电流和电容电压的初始值，然后再根据基本定律确＋ 时刻其他各个电量的初值。 定t=0 ＋ 3．1．2 储能公式 电感储存的磁场能量与电流有关；电容储存的电场能量与电压有关。且 注意：电感电压可以跃变；电容电流可以跃变；电阻只耗能不储能，故不产生瞬 态过程，其中的电压和电流均可发生跃变。 3．1．3“三要素法”公式 即f(t)=稳态分量+瞬态分量，其中f(t)表示一阶线性电路瞬态过程中的任意 变量(电流或电压)；f(∞)表示换路后电路已达到稳定状态时电流或电压的稳态 值；f(0+)表示瞬态变量的初始值；时间常数τ是表征瞬态过程进行快慢的参数， 它的大小反映了电路中能量储存或释放的速度，τ愈大，则瞬态过程时间愈长。 对于RC电路：τ=RC。对于RL电路：τ=L／R。 注意：这里的R、L和C都是等效值，其中的R是取换路后的电路，从储能 元件两端看进去的一个等值电阻。“三要素法”只适用于求解直流电源激励的一
阶线性电路的瞬态响应。 3．1．4 RC串联电路的矩形波脉冲响应特点 对于RC串联电路，当输入信号为连续的矩形波脉冲周期信号时，在不同的电路时间常(τ=RC)下，从电阻或电容两端会获得不同的输出电压波形，从而使输出信号与输入信号之间可形成近似的一种微分关系或积分关系。 3．2．1 本章重点 (1)换路瞬间(t=0+)各电量初始值的确定。换路定则仅适用于换路瞬间，可根据它来确定t=0+时电路电压和电流之值。即瞬态过程的初始值，其方法如下。 ①由t=0-时的等效电路求出u C(0-)和i L(0-)。如果换路前电路处于稳态，则电感视为短路，电容视为开路。 ②在t=0+的电路中，用换路定则确定的u C(0+)和i L(0+)出t=0+的等效电路。 ③用电压源U0=u C(0+)代替电容，用电流源I0=i L(0+)代替电感。作出t=0+时刻的等效电路，应用求解直流电路的方法，计算电路中其他各量在t=0+时的初始值。 (2)瞬态过程结束后(t=∞)，各电量稳态值的求取。此时电感视为短路，电容视为开路，再应用直流电路的分析方法进行求解。 (3)理解“三要素法”公式，并能熟练地应用。对于同一电路中的任何电压
电路的暂态分析习题解 答 公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-
第五章 电路的暂态分析 题图所示各电路在换路前都处于稳态，求换路后电流i 的初始值和稳态值。 解：（a ）A i i L L 32 6)0()0(===-+， 换路后瞬间 A i i L 5.1)0(2 1)0(==++ 稳态时，电感电压为0， A i 32 6== （b ）V u u C C 6)0()0(==-+， 换路后瞬间 02 ) 0(6)0(=-= ++C u i 稳态时，电容电流为0， A i 5.12 26=+= （c ）A i i L L 6)0()0(11==-+，0)0()0(22==-+L L i i 换路后瞬间 A i i i L L 606)0()0()0(21=-=-=+++ 稳态时电感相当于短路，故 0=i (a)(b) (d) (c) C C 2Ω 2 +6V - 题5.1图 i
（d ）2 (0)(0)6322 C C u u V +-==?=+ 换路后瞬间 6(0)63 (0)0.75224 C u i A ++--= ==+ 稳态时电容相当于开路，故 A i 12 226 =++= 题图所示电路中，S 闭合前电路处于稳态，求u L 、i C 和i R 的初始值。 解：换路后瞬间 (0)6L i A +=， (0)3618C u V +=?= (0)6(0)0R L i i ++=-= (0)18 (0)(0)6033 C C L u i i +++=-=-= (0)(0)(0)0L C R u u Ri ++++==， (0)(0)18L C u u V ++=-=- 求题图所示电路换路后u L 和i C 的初始值。设换路前电路已处于稳态。 解：换路后，(0)(0)4L L i i mA +-==， 所以换路后4mA 电流全部流过R 2，即 (0)4C i mA += 由于(0)(0)8C C u u V +-==，故 2(0)(1)(0)(0)20812L L c u R R i u V +++=-++=-+=- Ω +u L -题5.2图 题5.3图 C
动态电路的暂态分析
第六章 动态电路的暂态分析 本章的主要任务是认识动态电路的过渡过程，学习动态电路过渡过程的变化规律，掌握动态电路过渡过程的基本分析方法。 本章基本要求 1. 了解动态电路过渡过程产生的原因。 2. 正确理解电路的换路定律。 3. 求解电路的初始值和稳态值。 4. 正确理解动态电路的零输入响应、零状态响应和全响应。 5. 掌握动态电路暂态分析的经典法。 6. 掌握一阶电路的三要素分析法。 7. 一阶电路过渡过程变化规律及其物理意义。 本章习题解析 6－1 电路如图6－1所示，已知6=U V ，Ω=51R ，Ω=12R ，Ω=43R ，开关S 闭合前电路已处于稳态。0=t 时开关S 闭合。试求+=0t 时的C u 、L u 、i 、i C 和i L 。 图6－1 3 i R 1 R 3 3
t = 0-时等效电路 t = 0+时等效电路 图6－1(a) 图6－1 (b) 解 (1)画出换路前t = 0-时的等效电路，如图6－1(a)所示，得 A 1)0(2 1=+= -R R U i L 1)0(22 1=+= -R R R U u C V 由换路定律，得 A 1)0()0(==-+L L i i ， V 1)0()0(==-+C C u u (2)画出换路后t = 0+时的等效电路，如图6－1(b)所示，得 ()25.14 1 60=-= +C i A ()25.010)0(=-=++C i i A ()()5100=?-=++C C i u u V 6－2 电路如图6－2所示，已知220=U V ，Ω=1201R ，Ω=3202R ， Ω=1003R ，1=L H ，10=C μF ，0=t 时开关S 闭合。试求：(1)+=0t 时的i 、 1i 、2i 、L u 、C u ；(2)当电路进入稳态后)(∞=t ，计算上述电流和电压的值。 3 图6－2
实验二 一阶电路的瞬态响应 一 实验目的 1 用万用表观察时间常数τ较大的RC 串联电路接通直流电压的瞬态响应。熟悉用万 用表判别较大电容好坏的方法。 2 用示波器观察和测定RC 电路的阶跃响应和时间常数τ。 3 了解时间常数对响应波形的影响及积分、微分电路的特点。 二 原理说明 1 用万用表观察大时间常数的RC 串联电路接通直流电压的瞬态响应。 如上图所示，虚线框内为万用表的欧姆档等效电路，它由电池，中值电阻r 和电流表G 组成。当万用表黑、红表笔分别接电解电容的正、负极时，就构成了RC 串联电路接通直流电压的情况，而表头指针的偏转就反映了电路响应电流的大小（满度电流I=v/r ）。当将电容的两个端点短路，即使电容的初始电压为零 0)0(=C V ，则电容两端的电压为 )1(/τt C e V V --= 电路中电流为 τ /t e r V i -= 其中rc =τ是这个电路的时间常数，若从下图所示响应电流随时间变化的曲线上，任 意选两点P （i 1，t 1）和Q （i 2, t 2） 则由 τ /11t e r V i -= τ/22t e r V i -= 得 τ/)(ln 122 1t t i i -= 于是，可得时间常数τ的关系式 ) /ln(211 2i i t t -= τ 若取 2/12i i = 则 7 .01 2t t -= τ 这样，只要从某点电流值i 1开始计时到i 1/2值所经历的时间除以0.7即为电路的时间常数τ。 图2-1 万用表的欧姆档检查电解点容等效电路 图2-2 点容器接通直流电压时响应 电流
当改变万用表欧姆档的档值时，其中值电阻值也随之改变，即电路的时间常数τ也随之改变，则瞬态响应所经历的时间也随之改变。当被测电容很小时，由于τ太小和表针的惰性，表针还未启动瞬态响应过程已经结束。所以，当电容量小于0.01uF 时，用万用表欧姆档还不能观察到电路的瞬态响应过程，且也只能在R ×10K 档（r 中=240K ）观察到表针有摆动的现象，表针未偏转至满度值就返回。 利用上述原理就可用万用表来判别大于0.01uF 的电容器的好坏，若表针不摆动或偏转后不返回，则说明电容器开路或短路。若表针不返回至“∞”处，则说明电容器漏电。 2 积分电路和微分电路 如图所示为一阶RC 串联电路图。 )(t Vs 是周期为T 的方波信号， 设0)0(=C V 则 dt t V RC dt R t V C dt t i C t V R R C ???=== )(1 )(1)(1)( 当时间常数RC =τ很大，即τ》T 时，在方波的激励下，C V 上冲得的电压远小于R V 上的电压，即)(t V R 》)(t V C 因此 )()(t V t Vs R ≈ 所以 dt t V RC t V S C ? ≈ )(1 )( 上式表明，若将)(t V C 作为输出电压，则)(t V C 近似与输出电压)(t Vs 对时间的积分成正比。我们称此时的RC 电路为积分电路，波形如下 如果输出电压是电阻R 上的电压V R （t ）则有 dt t dV RC t i R t V C R ) ()()(? =?= V S V 图2-3 一阶RC 串联实验电路图
按键消抖电路瞬态分析和设计 按键是仪器仪表中普遍采用的人机输入接口电路。在按键电路中必须考虑对按键的抖动进行软件消抖和硬件消抖。软件消抖具有使用硬件数量少的优点，但也具有以下两个缺点：（1）在仪器键盘电路中，多个按键安装在仪器面板上，键盘的输出通过排线连接到主控板上，此时键盘导线寄生电感和寄生电容的存在，寄生电感寄生电容和排线电阻将组成二阶振荡系统，二阶振荡将形成负电平脉冲，而负电平脉冲很容易超出数字芯片的输入最大允许电平范围，导致数字芯片容易损坏。（2）按键闭合和断开时，电压信号下降沿非常陡峭，剧烈变化的电压信号将通过互容传递到相邻导线上。硬件消抖电路的设计主要是要考虑以下三个因素：（1）消除信号的抖动，确保按键电路输出信号的平整；（2）消除信号的下冲，因为下冲电平超出了后续数字芯片的最大输入电平范围；（3）降低信号变化的速度，避免在邻线上引起容性串扰；（4）不影响按键电路的正常功能。常见的硬件消抖电路包括电容滤波消抖和触发器消抖。电容滤波消抖采用电阻和电容组成低通滤波器，具有电路结构简单可靠的优点，因此本文将重点阐述该消抖电路。1 按键消抖电路结构与电路模型图1为某仪器按键电路原理图，按键安装在仪器面板上，通过导线连接到主控板上，按键的一端接上拉电阻并连接后续电路，按键的另一端接地，当按键没有按下时，按键输出高电平，当按键按下时，按键输出低电平。图2为加上滤波电容后的按键电路。 图1 某仪器按键电路 图2 按键消抖电路 图3为按键消抖电路的电路模型。图中R0为连接按键导线的电阻，L 为导线电感，C0为导线对地电容，C f为滤波电容，C p为按键后续电路的输入电容，R i为按键后续电路的输入阻抗，R 为上拉电阻，V CC为电源电压，U为按键消抖电路的输出电压。
实验四 三阶系统的瞬态响应及稳定性分析 一、实验目的 (1)熟悉三阶系统的模拟电路图。 (2)由实验证明开环增益K 对三阶系统的动态性能及稳定性的影响。 (3)研究时间常数T 对三阶系统稳定性的影响。 图8-16 三阶系统原理框图 图8-17 三阶系统模拟电路 图8-16为三阶系统的方框图，它的模拟电路如图8-17所示，对应的闭环传递函数为： 该系统的特征方程为： T 1T 2T 3S3+T 3（T 1+T 2）S2+T 3S+K=0 其中K=R 2/R 1，T 1=R 3C 1，T 2=R 4C 2，T 3=R 5C 3。 若令T 1=0.2S ，T 2=0.1S ，T 3=0.5S ，则上式改写为 用劳斯稳定判据，求得该系统的临界稳定增益K=7.5。这表示K>7.5时，系统为不稳定；K<7.5时，系统才能稳定运行；K=7.5时,系统作等幅振荡。 除了开环增益K 对系统的动态性能和稳定性有影响外，系统中任何一个时间常数的变化对系统的稳定性都有影响，对此说明如下： 令系统的剪切频率为 ωc ，则在该频率时的开环频率特性的相位为： ?（ωc ）= - 90? - tg -1T 1ωc – tg -1T 2ωc 相位裕量γ=180?+?（ωc ）=90?- tg -1T 1ωc- tg -1T 2ωc K )S T )(S T (S T K )S (U )S (U i o +1+1+=2130=100+50S +15S +S 23Κ
由上式可见，时间常数T 1和T 2的增大都会使γ减小。 四、思考题 (1)为使系统能稳定地工作，开环增益应适当取小还是取大？ (2)系统中的小惯性环节和大惯性环节哪个对系统稳定性的影响大，为什么？ (3)试解释在三阶系统的实验中，输出为什么会出现削顶的等幅振荡？ (4)为什么图8-13和图8-16所示的二阶系统与三阶系统对阶跃输入信号的稳态误差都为零? (5)为什么在二阶系统和三阶系统的模拟电路中所用的运算放大器都为奇数？ 五、实验方法 图8-16所示的三阶系统开环传递函数为： (1)按K=10，T 1=0.2S, T 2=0.05S, T 3=0.5S 的要求，调整图8-17中的相应参数。 (2)用慢扫描示波器观察并记录三阶系统单位阶跃响应曲线。 (3)令T 1=0.2S ， T 2=0.1S ， T 3=0.5S ，用示波器观察并记录K 分别为5、7.5和10三种情况下的单位阶跃响应曲线。 (4)令K=10，T 1=0.2S ，T 3=0.5S ，用示波器观察并记录T 2分别为0.1S 和0.5S 时的单位阶跃响应曲线。 六实验报告 (1)作出K=5、7.5和10三种情况下的单位阶跃响应波形图，据此分析K 的变化对系统动态性能和稳定性的影响。 (2)作出K=10，T1=0.2S ，T3=0.5S ，T 2分别为0.1S 和0.5S 时的单位阶跃响应波形图，并分析时间常数T 2的变化对系统稳定性的影响。 (3)写出本实验的心得与体会。 )1)(1()(213++=S T S T S T K S G
第三章电路的暂态分 析1
第三章 电路的暂态分析 一、填空题： 1. 一阶RC 动态电路的时间常数τ=___RC____,一阶RL 动态电路的时间常数τ=__L/R______。 2. 一阶RL 电路的时间常数越__大/小 _ (选择大或小)，则电路的暂态过程进行的越快 慢/快 （选择快或慢）。。 3. 在电路的暂态过程中，电路的时间常数τ愈大，则电压和电流的增长或衰减就 慢 。 4. 根据换路定律，(0)(0)c c u u +-=，()+0L i =()0L i — 5. 产生暂态过程的的两个条件为 电路要有储能元件 和 电路要换路 。 6. 换路前若储能元件未储能，则换路瞬间电感元件可看为 开路 ，电容元件可看为 短路 ；若储能元件已储能，则换路瞬间电感元件可用 恒流源 代替，电容元件可用 恒压源 代替。 7. 电容元件的电压与电流在关联参考方向下，其二者的关系式为1 u idt C = ? ；电感元件的电压与电流在关联参考方向下，其二者的关系式为di u L dt =。 8. 微分电路把矩形脉冲变换为 尖脉冲 ，积分电路把矩形脉冲变换为 锯齿波 。 9．下图所示电路中，设电容的初始电压(0)10C u V -=-，试求开关由位置1打到位置2后电容电压上升到90 V 所需要的时间为 4.8*10-3 秒。
F μ100 10. 下图所示电路中，V U u C 40 )0(0_==，开关S 闭合后需 0.693**10-3 秒时间C u 才能增长到 80V ？ + U C - 11. 下图所示电路在换路前处于稳定状态，在0t =时将开关断开，此时电路的时间常数τ为 （R 1 +R 2 ）C 。 U 12. 下图所示电路开关S 闭合前电路已处于稳态，试问闭合开关的瞬间，)0(+L U 为 100V 。 1A i L
第8章电路的暂态分析 含有动态元件L和C的线性电路，当电路发生换路时，由于动态元件上的能量不能发生跃变，电路从原来的一种相对稳态过渡到另一种相对稳态需要一定的时间，在这段时间内电路中所发生的物理过程称为暂态，揭示暂态过程中响应的规律称为暂态分析。 本章的学习重点： ●暂态、稳态、换路等基本概念； ●换路定律及其一阶电路响应初始值的求解； ●零输入响应、零状态响应及全响应的分析过程； ●一阶电路的三要素法； ●阶跃响应。 8.1 换路定律 1、学习指导 （1）基本概念 从一种稳定状态过渡到另一种稳定状态需要一定的时间，在这一定的时间内所发生的物理过程称为暂态；在含有动态元件的电路中，当电路参数发生变化或开关动作等能引起的电路响应发生变化的现象称为换路；代表物体所处状态的可变化量称为状态变量，如i L和u C就是状态变量，状态变量的大小显示了储能元件上能量储存的状态。 （2）基本定律 换路定律是暂态分析中的一条重要基本规律，其内容为：在电路发生换路后的一瞬间，电感元件上通过的电流i L和电容元件的极间电压u C，都应保持换路前一瞬间的原有值不变。此规律揭示了能量不能跃变的事实。 （3）换路定律及其响应初始值的求解 一阶电路响应初始值的求解步骤一般如下。 ①根据换路前一瞬间的电路及换路定律求出动态元件上响应的初始值。 ②根据动态元件初始值的情况画出t=0＋时刻的等效电路图：当i L(0＋)=0时，电感元件在图中相当于开路；若i L(0＋)≠0时，电感元件在图中相当于数值等于i L(0＋)的恒流源；当 u C(0＋)=0时，电容元件在图中相当于短路；若u C(0＋)≠0，则电容元件在图中相当于数值等于u C(0＋)的恒压源。
中南大学 CAD实验 题目各种激励信号的设置及瞬态分析学生姓名 指导教师 学院 专业班级 学生学号 年月日
一、实验目的 1、了解各种激励信号中参数的意义，掌握其设置方法。 2、掌握对电路进行瞬态分析的设置方法，能够对所给出的实际电路进行规 定的瞬态分析，得到电路的瞬态响应曲线。 二、实验内容 1、正确设置正弦信号、脉冲信号、周期性分段线性信号，参数自行确定，要求屏幕上正好显示4个完整周期的信号曲线。 （1）正弦信号voff=1v, vampl=2v, vfreq=1khz, phase=60, df=0, td=0 （2）脉冲信号Pulse:v1=1v, v2=3v,per=2s, pw=1s,td=1s,tf=0.6s,tr=0.2s （3）PWL(piece-wise Linear) t1=0s, t2=1s, t3=1.2s,t4=1.3s, t5=2s, t6=3.5s
t7=4s,t8=4.5s V1=0, v2=2, v3=0.5, v4=2, v5=1, v6=3, v7=1, v8=2 2、对下图单管放大电路进行瞬态分析，信号源采用正弦波，频率从1kHz 到20kHz任意选定。根据信号频率，合理选择分析结束时间，观测输出端的波形，屏幕上正好显示5个完整周期的波形。
设置如下：正弦信号：voff=1v, vampl=2v, vfreq=1khz, phase=60, df=0, td=0 3、在瞬态分析的同时对输出节点（out）的电压波形进行傅里叶分析，分析计算到6次谐波。 FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V(OUT) DC COMPONENT = 2.174553E+00 HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG) 1 1.000E+03 5.468E+00 1.000E+00 -1.190E+0 2 0.000E+00 2 2.000E+0 3 1.451E+00 2.653E-01 -1.466E+02 9.135E+01 3 3.000E+03 1.265E+00 2.314E-01 5.004E-01 3.574E+02 4 4.000E+03 1.192E+00 2.180E-01 -2.589E+01 4.500E+02 5 5.000E+03 2.318E-01 4.240E-02 1.074E+02 7.022E+02 6 6.000E+03 8.352E-01 1.528E-01 9.329E+01
第六章一阶电路暂态分析 一、教学基本要求 1、掌握动态电路的特点、电路初始值的求法、零输入响应、零状态响应、 全响应、阶跃响应、冲激响应的概念和物理意义。 2、会计算和分析一阶动态电路，包括三种方法：⑴全响应＝零状态响应＋ 零输入响应；⑵全响应＝暂态响应＋稳态响应；⑶“三要素”法。 二、教学重点与难点 1. 教学重点：(1). 动态电路方程的建立和动态电路初始值的确定； (2). 一阶电路时间常数的概念； (3). 一阶电路的零输入响应和零状态响应； (4). 求解一阶电路的三要素方法； (5). 自由分量和强制分量、暂态分量和稳态分量的概念； 2．教学难点: (1). 应用基尔霍夫定律和电感、电容的元件特性建立动态电 路方程。 (2).电路初始条件的概念和确定方法。 三、本章与其它章节的联系： 本章讨论的仍是线性电路，因此前面讨论的线性电路的分析方法和定理全部可以用于本章的分析中。第9章讨论的线性电路的正弦稳态响应就是动态电路在正弦激励下的稳态分量的求解。 四、学时安排总学时：6
五、教学内容
§6.1 动态电路的方程及其初始条件 1.动态电路 含有动态元件电容和电感的电路称动态电路。由于动态元件是储能元件，其VCR 是对时间变量t 的微分和积分关系，因此动态电路的特点是：当电路状态发生改变时（换路）需要经历一个变化过程才能达到新的稳定状态。这个变化过程称为电路的过渡过程。 下面看一下电阻电路、电容电路和电感电路在换路时的表现。 1）电阻电路 图6.1 （a）（b） 图6.1（a）所示的电阻电路在t =0 时合上开关，电路中的参数发生了变化。电流i 随时间的变化情况如图6.1（b）所示，显然电流从t＜0时的稳定状态直接进入t＞0 后的稳定状态。说明纯电阻电路在换路时没有过渡期。 2）电容电路 图6.2 （a）（b）
三墩职业技术学院实验报告课程名称：电子电路设计实验指导老师：成绩：__________________ 实验名称：一阶RC电路的瞬态响应过程实验研究实验类型：探究类同组学生姓名：__ 一、实验目的二、实验任务与要求 三、实验方案设计与实验参数计算（3.1 总体设计、3.2 各功能电路设计与计算、3.3完整的实验电路……） 六、实验调试、实验数据记录七、实验结果和分析处理 八、讨论、心得 一、实验目的 1、熟悉一阶RC电路的零状态响应、零输入响应过程。 2、研究一阶RC电路在零输入、阶跃激励情况下，响应的基本规律和特点。 3、学习用示波器观察分析RC电路的响应。 4、从响应曲线中求RC电路的时间常数。 二、实验理论基础 1、一阶RC电路的零输入响应（放电过程） 零输入响应：
电路在无激励情况下，由储能元件的初始状态引起的响应，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。） 在图1中，先让开关K 合于位置a ，使电容C 的初始电压值0)0(U u c =-，再将开关K 转到位置b 。 电容器开始放电，放电方程是 可以得出电容器上的电压和电流随时间变化的规律： 衰减到1/e （36.8%）)0(u c 所需要的 式中τ=RC 为时间常数，其物理意义是 时间，反映了电路过渡过程的快慢程度。τ越大，暂态响应所持续的时间越长，即过渡过程的时间越长；反之，τ越小，过渡过程的时间越短。时间常数可以通过相 应的衰减曲线来反应，如图2。由于经过5τ时间后，已经衰减到初态的1%以 下，可以认为经过5τ时间，电容已经放电完毕。 图2 2、一阶RC 电路的零状态响应（充电过程） 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，充电方程为 图1 ) 0(0≥=+t dt du RC u C C ) 0()0()(0≥- =- =---t e R U R e u t i t RC t C C τ ) (u t C )0()0()(0≥==- - -t e U e u t u t RC t C C τ )(u t C 装 订