长江大学：《电路与模拟电子技术实验》课程教学课件（PPT讲稿）4.一阶电路响应仿真

四、一阶电路的响应仿真实验目的11.1.测定RC一阶电路的零输入响应零状态响应及全响应1.2、学习建立EWB（或Proteus）的仿真测试电路，学习虚拟仪器的使用，了解动态图表分析方法；1.3、学习测量一阶电路时间常数与全响应电压的方法，掌握典型微分电路和积分电路*1.4.熟悉信号发生器调整与数字示波器常用测量法的使用，电路原理与测量方法2一阶电路：仅含一个储能元件，且由一阶微分方程描述的线性电路，称为线性一阶电路求解一阶电路的三要素：10初始值：2）稳态值时间常数T：3长江大学龙从玉

长江大学 龙从玉 1 四、一阶电路的响应仿真 1、实验目的 2、电路原理与测量方法 一阶电路：仅含一个储能元件，且由一阶微分方程描述的 线性电路，称为线性一阶电路。 求解一阶电路的三要素： 1）初始值；2）稳态值 ；3）时间常数τ 。 1.1、测定RC一阶电路的零输入响应、零状态响应及全响应; 1.2、学习建立EWB（或Proteus）的仿真测试电路，学习虚拟 仪器的使用，了解动态图表分析方法； 1.3、学习测量一阶电路时间常数与全响应电压的方法，掌握典 型微分电路和积分电路； *1.4、熟悉信号发生器调整与数字示波器常用测量法的使用

2.2、一阶电路的零输入零状态响应及时间常数的测量零状（如图-1a）的零输入响应、方波激励的RC一阶电路成（增长），其变化的快慢决态响应。分别按指数规律衰减于电路的时间常数。在（T<<T/2）时，Uc = ue Rc设激励电压us=u则电容上的响应电压一阶电路的响应波形如图-1b。时间常数T=RC，测量方法如图-1b：1Us零状态响应零输入响应uus①uc=0.632us确定t的交点方波uc=0.368usUs:10V31khz不T→T②由交点时间座标确定T值！图-1一阶电路的响应图-1一阶电路a2长江大学龙从玉

长江大学 龙从玉 2 RC t uC ue − = ①uc=0.632us 确定τ的交点。 uc=0.368us uc  设激励电压us = u 则电容上的响应电压: 2.2、一阶电路的零输入、零状态响应及时间常数的测量 方波激励的RC一阶电路（如图-1a）的零输入响应、零状 态响应。分别按指数规律衰减（增长）， 其变化的快慢决 于电路的时间常数。在（τ <<T/2）时， uS R C 图- 1 一阶电路a 方波 Us:10V 1khz 一阶电路的响应波形如图-1b。时间常数τ =RC，测量方法如图-1b： us 图- 1一阶电路的响应 b t u 0 零状态响应 零输入响应 ②由交点时间 座标确定τ 值! τ τ

当t>T/2uc响应输出为全响应初始电压uco2.3.积分电路测量响应初始电压uoc与三角波电压ucpp。RususO方波ucUs:4Vucpp1khz文Uco?图-2积分电路图0因UR与ui同相2.4、微分电路(当T<<TI2,且UR作为响应输出位，所以用取样Cusu电阻的电压代表?电流波形相位us方波UR(i)4Us:4VUR1khz1图-3微分电路图3长江大学龙从玉

长江大学 龙从玉 3 当τ >T/2， uc响应输出为 全响应，初始电压uco 。 测量响应初始电压uoc与三角波电压ucpp。 2.4、微分电路 2.3、积分电路 uc (当τ <<T/2，且uR作为响应输出) uco ucpp uS 图-2 积分电路图 C R t u 0 uC uS 方波 Us:4V 1khz t u uS 0 C R 图- 3 微分电路图 uS 方波 Us:4V 1khz uR uR (i) 因UR与ui同相 位，所以用取样 电阻的电压代表 电流波形相位

3、一阶电路的响应仿真电路仿真软件版本：EWB5.123.1、创建一阶电路响应的EWB仿真电路步骤1）根据要求建立RC一阶电路响应的EWB测试电路，调用相应虚拟信号源与示波器，接入测试电路2）在EWB中调整虚拟信号源输出方波信号：用虚拟示波器光标法测量一阶电路的输入与输出信号电压。测量零输入与零状态响应的时间常数T3）用EWB的图表分析法测量一阶电路响应的上述各参数①打开EWB的分析菜单：调用电路Transient动态分析可直接测量计算一阶电路的时间常数与输出电压值使用Proteus的图表分析菜单：建立电路模拟分析图表，同21样可计算一阶电路的时间常数t与输出电压值长江大学龙从玉

长江大学 龙从玉 4 3、一阶电路的响应仿真 电路仿真软件版本：EWB5.12. 3.1、创建一阶电路响应的EWB仿真电路步骤 1）根据要求建立RC一阶电路响应的EWB测试电路，调用相应 虚拟信号源与示波器，接入测试电路。 2）在EWB中调整虚拟信号源输出方波信号；用虚拟示波器光 标法测量一阶电路的输入与输出信号电压。测量零输入与零状 态响应的时间常数τ 。 3）用EWB的图表分析法测量一阶电路响应的上述各参数： ①打开EWB的分析菜单：调用电路Transient动态分析可直接 测量计算一阶电路的时间常数与输出电压值。 ②使用Proteus的图表分析菜单：建立电路模拟分析图表，同 样可计算一阶电路的时间常数τ与输出电压值

区★EWB使用简介EWB主菜单工具菜单100%+on停让国元件与仪器菜单M58Pause一阶电路龙.ewb开关osiaseone暂停恢复按键国团园0o1kohm0.1uFFunetion CeneratorT1T2252.1037251.9901msT2-T1113.6096ERSMSVAIUVA2UV-5.00005.0000VA2-VA110.0000FrequenoyKHVB1UVB2V-5.00011.3412VB2-VB16.3412UDCDuty eyole50ChannelAChannelBTimebaseTnggerAAmpitudeI5EReduceo2cmsxn2VDUEdgeR2VDE食Offset0ReverseYpositionXposition0.00.0.00Yposition0.00000LevelCommonBExSaveB/AAVBACDACOA吉2Temp27187.01ms2025/11/15长江大学龙从玉5

2025/11/15 长江大学 龙从玉 5 EWB主菜单 工具菜单 电 源 基 本 指 示 仪 器 元件与仪器菜单 启动 停止 开关 暂停 恢复 按键 ★ EWB使用简介

3.2、创建一阶电路EWB电路示范（观察响应波形，测量时间常数）1）从基本元件库取电容与电阻，再分别（对元件双击左键）在对话框中修改元件参数为：C=0.1uf，电阻R=1K：2）从仪器库调用信号发生器，使输出f=0.5KHz.us=10V激励方波信号：3）从仪器库调用示波器，对示波器双击左键，用YA测量us：用YB测量uc，用DC耦合输入。设Y轴基准2V/格X轴基准0.2mS/格一阶电路龙.ewbosci1loncope示波器区园61kOhm1游标1游标2COTUF波形游标2-1信号源蟹道选择电凰增量2519901252S1032-813.6096TLVA25.0000VA2-VA110.0000A-5.0000ne3LH2VB2-5.0011.3412VB2-VB16.3412频率X轴台50yeleTniggerbase聚草藕台合6VtudeYAReduce电压EdgeYB食1oReverseo鼠雪翡O0.00gon00Level0.00CommonSRUIONSave大福6长江大学龙从玉

长江大学 龙从玉 6 3.2、创建一阶电路EWB电路示范（观察响应波形，测量时间常数） 1）从基本元件库取电容与电阻，再分别(对元件双击左键)在对话框中修改 元件参数为：C=0.1uf，电阻R=1K； 2 ）从仪器库调用信号发生器，使输出f=0.5KHz.us =10V激励方波信号： 3 ）从仪器库调用示波器，对示波器双击左键，用YA测量us；用YB测量uc， 用DC耦合输入。设Y轴基准2V/格、X轴基准0.2mS/格。 YA 电压基准 垂直调节 YB X轴 时间基准 水平调节 示波器 信号源 波形 选择 频率 电压 游标1 游标1 测量值 游标2 游标2-1 时间增量 电压增量

3.3、一阶电路响应的EWB时域分析例题：Electronics ForkbenchFileEditCireuitAnalysisWindowHelpCtrl+GActivate80%2onP9PauseStopCtri+T用fU票PauseAnalysis Options..,Ctrl+Y一阶电路.ewbGraoh:DC OperatingPointAC Frequency..Transient..TransientStatistics [Analog]Eourier...Monte Carlo...一阶电路.ewb7.5Display Graphs国团贝5.060konm四2.5W01UF0-2.5lunction Generator-5.0Frequenoy5H-7.5Duty eyole500Amplitude600.0u1.2m1.8m2.4m3.0mOffset1Time (s)CommonC9长江大学龙从玉

长江大学 龙从玉 7 3.3、一阶电路响应的EWB时域分析例题： 时域分析对话框

3.4、一阶电路响应的Proteus仿真示范交互式仿真实验步骤创建在ProteusISIS仿真电路：101从元件库调用电路元件例1.一阶电路响应的实时仿真（基本元件参数可以修改）②将元件联接组成待测电路图-5一阶电路响应测试电路2）从调试工具库中调用仪器（信号源、示波器可调电阻RnOa组成实时仿真测量电路8910k虚拟函数信号源A虚拟示波器3）根据实验要求在R电容C主窗口按下实时仿真键，进行实时仿真。0.1u*4）有些电路参数也可从从调试工具库中调用测试探针直接测试。8长江大学龙从玉

长江大学 龙从玉 8 例1.一阶电路响应的实时仿真 电容C 0.1u A B C D 虚拟示波器 图-5 一阶电路响应测试电路 8% 可调电阻R 10k AM FM + - 虚拟函数信号源 交互式仿真实验步骤： 1）创建在Proteus ISIS仿真电路； ①从元件库调用电路元件； （基本元件参数可以修改） ②将元件联接组成待测电路。 2）从调试工具库中调用 仪器（信号源、示波器） 组成实时仿真测量电路。 3）根据实验要求在 主窗口按下实时仿真 键，进行实时仿真。 *4）有些电路参数也可从从调试工具库 中调用测试探针直接测试。 3.4、一阶电路响应的Proteus仿真示范

3.5、一阶电路响应图表分析脉冲信号源iR1UO图表分折步骤：10k90%1）点击绘图主菜单（或图表工具TD=0图标）TR=1uTF=1u2）点击列表窗口的模拟图表分析PW=50%零输入零状态时间常数选项FREQ=1000f=1K,VL=0,VH=5VC13）在原理图窗口拉出模拟图表分V1=0析框0.1uV2=10R=1K,C=0.1uFTMANALOGU-N4）先在电路图中的测量点添加测量15.0ui探针：UDC5）再将该测量探针添加到模拟图表10.0R分析框5.16）点击图表中的为编辑对话窗口，设5.00定分析开始时间与结束时间得到分7）点击图表仿真运行图标。0.00析图表。-5.008）运用图表中的光标测量相应的电0.001.00m2.00M3.00m压与时间9长江大学龙从玉

长江大学 龙从玉 9 C1 0.1u 脉冲信号源ui TD=0 TR=1u TF=1u PW=50% FREQ=1000 V1=0 V2=10 ui uoc R 5.1 90% R1 10k 零输入零状态时间常数 f=1K,VL=0,VH=5V R=1K,C=0.1uF 积分电路分析 f=1K,VL=0,VH=5V R=5.1K,C=0.1uF 3.5、一阶电路响应图表分析 图表分析步骤： 1）点击绘图主菜单（或图表工具 图标） 2）点击列表窗口的模拟图表分析 选项 3）在原理图窗口拉出模拟图表分 析框。 4）先在电路图中的测量点添加测量 探针； 5）再将该测量探针添加到模拟图表 分析框； 6）点击图表中的编辑对话窗口，设 定分析开始时间与结束时间。 7）点击图表仿真运行图标。得到分 析图表。 8）运用图表中的光标测量相应的电 压与时间

4.实验内容与实验步骤4.1.RC一阶电路的响应的观测激励方波信号us=10v（Um=5V）、f=0.5khz使用器件：：C=0.1uf,调节电阻R分别为1K、5K、10K观察电路的输入输出信号波形us和uc，将实验中测量的一阶电路的数据与观察到相应的波形记录在表-1中。表-1观测一阶电路的响应波形记录表响应响应说明电路参数激励信号/方波波形电压R/kCluf电压/V频率/k零输入1.100.10.5uc零状态5.100.10.5积分电路uc1.100.10.5微分电路UR10长江大学龙从玉

长江大学 龙从玉 10 4、实验内容与实验步骤 4.1、RC一阶电路的响应的观测 激励方波信号us=10v (Um=5V)、f=0.5khz 使用器件:：C=0.1uf, 调节电阻R分别为1K、5K、10K。 观察电路的输入输出信号波形us和uc ，将实验中测量的一阶 电路的数据与观察到相应的波形记录在表-1中。 表-1 观测一阶电路的响应波形记录表 电路参数 激励信号/方波 响应 电压 响应 波形 说明 C/uf R/k 电压/V 频率/k 0.1 1. 10 0.5 uc 零输入/ 零状态 0.1 5. 10 0.5 uc 积分电路 0.1 1. 10 0.5 uR 微分电路