电子技术实验：一阶电路时域响应

T 20 20RC 自己确定频率 f 。
用示波器观察且绘下us、uR的波形，记下电压灵敏度、扫描 速度，测出uR峰峰值UO 和T的数值。将测量值与理论值相 比较，DS-2B-04 • 2．函数发生器EE1641B型 • 3．双踪示波器5020B型
1台 1台 1台

（平均值）
放电过程
表中H是充电过程uc由0上升至0.632Us时或放电过程uc由Us下降 至0.368Us时，垂直方向的格数，D是相应的水平方向的格数。
2．积分电路
us为函数发生器提供的方波信号，其峰峰值为usp-p=1V， 电阻R= 2 KΩ，电容C=0.1μF，按积分电路条件
T RC 自行确定频率 f 。
电阻R = 2KΩ，电容C = 0.1μF ，按测量 的条件
T 10 10RC 自己确定频率 f ( f 1 ) ．
T
用示波器双踪观察且按1：1比例绘下us和uc的波形，计算
出 的数值，并与理论值相比较。
充电过程
CH1、CH2 电压灵敏度（V / div）
扫描速度 (s / div) H (div) D (div)
一阶电路的时域响应
一．实验目的
• 研究一阶电路的时域响应。 • 学会用示波器观察和分析电路的时域响应，
测量一阶电路的时间常数。 • 研究积分电路和微分电路。
二．实验原理
1．一阶电路的时域响应
一阶电路——只包含有一个储能元件电容或电感的电路。
零状态响应：一阶电路在储能元件的初始值为零的情况下， 由外施激励引起的响应称为零状态响应。
很大 ( 10 T ) 时，由于
2
uc (t) uR (t) ，
所以 us (t) uR (t)

ui
R C
uo
2）选取R=500Ω,C=0.1µF, 2）选取R=500Ω,C=0.1µF, 电源频率f =1000Hz,观察波 电源频率 观察波 形输出，并记录结果。 形输出，并记录结果。
1）选取R=1000Ω,C=0.1µF,电 ）选取 电 源频率f 源频率 =1000Hz，观察波形 ， 输出，并记录结果。 输出，并记录结果。
1).选取 选取R=200Ω,C=0.05µF, 选取 电源频率f 电源频率 =1000Hz,观察 观察 波形输出，并记录结果。 波形输出，并记录结果。
Cui≈ RCR Nhomakorabeauo
2).选取 选取R=300Ω,C=0.05µF, 选取 电源频率f 电源频率 =1000Hz,观察 观察 波形输出，并记录结果。 波形输出，并记录结果。
2、积分电路。 、积分电路。 时间常数τ远远大于方波周期 时间常数 远远大于方波周期T 。 远远大于方波周期 1).选取 选取R=10kΩ,C=0.1µF,电 选取 电 源频率f 源频率 =1000Hz,观察波 观察波 形输出，并记录结果。 形输出，并记录结果。
R
ui
C
uo
3、微分电路。 、微分电路。 时间常数τ远远小于方波周期 时间常数 远远小于方波周期T 。 远远小于方波周期
duC u R = iR = RC dt du
i
dt
ui = uC + uR ≈ uC
四.实验报告要求
参考《实验指导书》书写。 参考《实验指导书》书写。
实验十五 一阶电路的时域响应
一.实验目的 实验目的
参考《实验指导书》书写。P93 参考《实验指导书》书写。
二.实验设备 实验设备
ui
R C

实验二 一阶系统的时域响应及参数测定实验指导说明书一、实验目的1．了解双闭环不可逆直流调速系统的原理、组成及主要单元部件的作用。

2．掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤、方法及参数的测定。

3．研究调节器参数对系统动态性能的影响二、实验内容1．理论设计：根据所学的理论知识和实践技能，了解带转速微分负反馈的双闭环V-M 调速系统的基本原理，解决积分调节器的饱和非线性问题；采用工程设计方法设计一个带转速微分负反馈的双闭环直流调速系统(含主电路和控制电路,选择的元器件，系统的电气原理图)。

2．仿真实践：根据所设计系统，利用MATLAB/Simulink 建立各个组成部分相应的数学模型，并对系统仿真模型进行综合调试，分析系统的动态性能，并进行校正，得出正确的仿真实验波形和合适控制器参数，为搭建实际系统提供参考。

三、实验步骤四、附录1001()101000.1110.1s s s sφ==⨯++ 参数：惯性环节的时间常数T=0.1S 域响应：C(S)=R(S)⨯()s φR(S) 反拉普拉斯变换t 域响应：()c t =1L -（C(S)）()-10()()()(1)101r t =,()0,<0100110011()10100101010.1(t)=10(1-e )t C S R S S R S t S S C S S S S S S Sc φ=≥⎧=⎨⎩⎛⎫=⋅==- ⎪++⎝⎭+输入信号是单位阶跃函数，t （）一阶系统的时域响应：任务：（1）在单位阶跃信号作用下，求取一阶系统的输出响应;设置不同的参数，分析系统输出响应。

（2）在单位斜坡信号作用下，求取一阶系统的输出响应；设置不同的参数，分析系统输出响应。

技巧：建立自控系统的模型，首先必须掌握控制系统的工作原理，并根据工作原理建立系统的动态结构方框图，依此建立系统的控制模型。

在单位阶跃作用下，R(S)=1/S,C(S)=101101010()()()0.1()0.110.10.1110110100.1110()101()10()100101(1)1011010tC S R S S S S S S s s s s c t t e t c t c φ-===-++=-=-++=-→∝∝=-===⨯-⨯=。

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下次实验内容 交流参数的测量
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uC
（3）调节示波器，使屏幕上呈现出一个稳 U OM 定的指数曲线，测得Uc=0.632UOM时对 应的时间，即为该电路的时间常数τ 。 0.632UOM
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τ
t
图 2-4
（4）将图8中的电阻和电容的位置互换，在示波器的屏 幕上观察电阻两端电压UR(t)的变化曲线。并记录观察到 的波形。
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值US，这样在0～T/2范围内UC即为零状态响应；而从t=T/2 开始， US =0，因为电源内阻很小，则电容C相当于从起始
电压US向R放电，若T≈10τ，在T/2～T时间范围内C上电荷
可放完，这段时间范围即为零输入响应。第二周期重复第一 周期，如图4(c)所示，如此周而复始。如果电路的时间常数 并不远小于周期，则电路将处于不完全充放电的情况，因此 电路就属于非零状态响应和非零输入响应。
四、注意事项
1.信号发生器的输出不能短路，其接地端与示波器的 接地端要相连（称共地）。 2.调节仪器旋钮时，动作要平缓，动作不要过快、过 猛。 3.改接电路要断开函数信号发生器，不可在通电的情 况改接电路，否则容易烧坏函数信号发生器。
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五、实验报告要求
1.将实验中观测到的矩形脉冲电压、UC的充放 电的波形集中按比例对应画出。
电路的微分方程为：
t
RCduc t dt
uc
0
响应为 ：u c(t)u c(0 )eU S e
零输入响应曲线如图2(b)所示。
（a）
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（b）
图 2 一阶RC电路及零状态响应曲线
从图中看出，无论是零状态响应还是零输入响应，其响应曲线 都是按照指数规律变化的，变化的快慢由时间常数τ决定，即电路 瞬态过程的长短由τ决定。τ大，瞬态过程长；τ小，瞬态过程短。 时间常数由电路参数决定，一阶RC电路的时间常数τ=RC，由此计 算出τ的理论值。 τ还可以从uc的变化曲线上求得,如图3所示。对 充电曲线，幅值上升到终值的63.2％对应的时间即为一个τ。对放 电曲线，幅值下降到初值的36.8％对应的时间也是一个τ。或者可 在起点作指数曲线的切线，此切线与稳态值坐标线的交点与起点之 间的时间坐标差即为时间常数τ。根据上述两种方法可以在已知指 数曲线上近似地确定时间常数数精值品课，件 一般认为经过3τ～5τ的时间， 过渡过程趋于结束。