实验四 RC一阶电路的响应测试

实验四 RC一阶电路的响应测试

★实验

一． 实验目的

1．测定RC一阶电路的零输入响应，零状态响应及完全响应

2．学习电路时间常数的测量方法

3．掌握有关微分电路和积分电路的概念

二． 原理说明

1．动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程，对时间常数 较大的电路，可用慢扫描长余辉示波器观察光点移动的轨迹。然而能用一般的双踪示波器观察过渡过程和测量有关的参数，必须使这种单次变化的过程重复出现，为次，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即令方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；方波下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号，只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数 。电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的影响和直流接通与断开的过渡过程是基本相同的。

2．RC一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数 。

3．时间常数 的测量方法：

用示波器测得零输入响应的波形如图4-1（a）所示：

根据一阶微分方程的求解得知

U0 Ee t/Rc Ee t/

当t= 时，U0 0.368E，此时所对应的时间就等于

也可用零状态响应波形增长到0.368E所对应的时间测得，如图3-1（c）所

示。

若将图4-2（a）中的R与C位置调换一下，即由C端作为响应输出，且当

电路参数的选择满足 =RC〉〉T/2条件时，如图4-2（b）所示即称为积分电路，因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。

三．实验设备

1．双踪示波器

2．信号源（下组件）

3． 相应组件

四．实验内容及步骤

实验线路板的结构如图3-2所示，首先看懂线路板的走线，认清激励与响应端口所在的位置；认清R、C元件的布局及其标称值；各开关的通断位置等。

（1） 选择动态电路板上的R、C元件，令

R=10K ， C=3300pF

组成如图4-1（b）所示的RC充放电电路，E为脉冲信号发生器输出VP P 2V，f=1KHz的方波电压信号，并通过示波器探头将激励源E和响应Uc的信号分别连至示波器的两个输入口Ya和Yb，这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律，来测时间常数 ，并用方格纸1：1的比例描绘波形。

（2） 令R=10K ，C=0.1 F，观察并描绘响应的波形，继续增大C之值，定性地观察对响应的影响。

（3） 选择动态板上的R、C元件，组成如图4-2（a）所示的微分电路，令C=0.1 F，R=100 ，在同样的方法激励信号（VP P 2V，f=1KHz）作用下，观测并描绘激励与响应的波形。

增减R之值，定性地观察对应的响应的影响，并记录，当R增至100K 时，输

入输出波形有何本质上的区别？

五．实验注意事项

1．调节电子仪器各旋钮时，动作不要过猛。实验前，尚需熟练双踪示波器的使用说明，特别是观察双踪是，要特别注意开关，旋钮的操作与调节。

2．信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起（称共地），以防外界干扰而影响测量的准确顶。

3．示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动是，应将辉度调暗，以延长示波管的使用寿命。

六．预习思考题

1．什么样的电信号可作为RC一阶电路零输入响应，零状态响应和完全响应的激励信号？

2．以知RC一阶电路R=10K ，C=0.1 F，试计算时间常数 ，并根据 值的物理意义，拟定测量 的方案。

3．何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？它们在方波序列脉冲的激励下，其输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功能？

4． 预习要求：熟练仪器的使用说明回但上述问题，准备方格纸。

七．实验报告

1．根据实验观测结果，在方格纸上绘出RC一阶电路的充放电时UC的变化曲线，由趋向测得的 值，并与参数值的计算结果作比较，并分析误差的原因。

2．根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的特征。

★★实验（设计性实验）

三． 实验目的

1．测定RC一阶电路的零输入响应，零状态响应及完全响应

2．学习电路时间常数的测量方法设计方法

3．掌握有关微分电路和积分电路的概念及设计方法

二、设计要求

. 测定一阶RC动态电路的零输入响应、零状态响应及全响应。

. 测定动态电路时间常数。

. 设计微分电路、积分电路和耦合电路。

三、实验原理

四、设计提示

1. RC电路时间常数τ的测定方法

图3-1（a）所示的RC电路中，电压源的方波信号，电容电压的零输入响应为

是幅值为、周期为、占空比为

（3-1）

式3-1表明，零输入响应是从初始值

图3-1（b）所示。当

测量电容电压 时， 开始，按指数规律逐渐地衰减，如 。用示波器测定时间常数时，可 所对应的时间，即为时间常数 。

同样地，也可用零状态响应波形来测定时间常数。图3-1（a）所示的RC电路的零状态响应为

（a） （b） （c）

图3-1 当

到 时， ，如图3-1（c）所示。电容电压从0增加 时对应的时间，就是时间常数。

2. 积分电路

是周期为 、占空比为 的方波信号， 时，电容电压的充、放电时间远大于方波信号的 ，所以，电容两端的电压

图3-1（a）电路中，电压源如果电路的时间常数周期，则 ，

上式表明，如果把

当作输入， 当作输出，那么，输出近似地等于输

为方波时，入的积分。这时，图3-1（a）电路可认为是一个积分电路。当输入

输出是三角波。

3. 微分电路

为输入，电阻电压 为输出，当时间常数

，所图3-1(a)

电路中，如果以

时，电容电压的充、放电时间远小于方波信号的周期，则

以，电阻两端的电压为

上式表明，输出

4. 耦合电路 近似等于输入 的微分。

，取电阻电压 为输出，则 ，图3-1（a）电路中，如果

这就构成耦合电路，电容C称为耦合电容。耦合电路常应用在多级交流放大电路中，起传送交流信号、隔断直流信号的作用。

五、实验仪器和器材

1. 双踪示波器1台

2. 信号发生器1台

3. 电阻3只 510Ω×1；10KΩ×1；100KΩ×1

4. 电容5只 3300pF×1；0.01μF×1；0.1μF×2；1μF×1

5. 短接桥和连接导线若干 P8-1和50148

6. 实验用9孔插件方板 1块 297mm×300mm

六、实验注意事项

调节电子仪器各旋钮时，动作不要过猛。实验前，尚需熟读双踪示波器的使用说明，特别是观察双踪信号时，要特别注意开关、旋钮的操作与调节。

信号发生器的接地端与示波器的接地端要共地，以防外界干扰而影响测量的准确性。

七、思考题

已知某RC一阶电路的R=10kΩ，C=0.01μF，试计算时间常数τ，并根据τ值的物理意义，拟定测量τ的方案。

何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件 它们在方波序列脉冲的激励 下，其输出信号波形的变化规律如何 这两种电路有何功能

八、设计报告要求

1.要求写出设计方案，画出实验电路并给出元件参数。分析电路工作原理，作必要的理论计算并画出响应曲线。

2. 根据实验观测结果，在方格纸上绘出RC一阶 …… 此处隐藏：7060字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……