RC一階電路地響應(yīng)測試實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、實(shí)驗(yàn)五RC 一階電路的響應(yīng)測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 測定RC 階電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)及全響應(yīng)。2. 掌握有關(guān)微分電路和積分電路的概念。3. 學(xué)會時間常數(shù)t的測定方法。4. 進(jìn)一步學(xué)會用示波器觀測波形。二、原理說明圖5.1所示的矩形脈沖電壓波 u可以看成是按照一定規(guī)律定時接通和關(guān)斷的直流電壓源Uo若將此電壓Ui加在RC串聯(lián)電路上（見圖5.2 ）,則會產(chǎn)生一系列的電容連續(xù)充電和放電的動態(tài)過程，在u的上升沿為電容的充電過程，而在Ui的下降沿為電容的放電過程。 它們與矩形脈沖電壓 Ui的脈沖寬度tw及RC串聯(lián)電路的時間常數(shù)t有十分密切的關(guān)系。當(dāng)tw不變時，適當(dāng)選取不同的參數(shù)，改變時間常數(shù)T,會使電

2、路特性發(fā)生圖5.2 RC串聯(lián)電路圖質(zhì)的變化。圖5.1 矩形脈沖電壓波形1. RC 一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)所有儲能元件初始值為 0的電路對于激勵的響應(yīng)稱為零狀態(tài)響應(yīng)。電路的微分方程為：一其解為T，式中，t= RC為該電路的時間常數(shù)。2. RC 一階電路的零輸入響應(yīng)電路在無激勵情況下，由儲能元件的初始狀態(tài)引起的響應(yīng)稱為零輸入響應(yīng)。電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，電容器經(jīng)R放電，此時的電路響應(yīng)為零輸入響應(yīng)。電路的微分方程為：，其解為T。RC階電路的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)分別按指數(shù)規(guī)律衰減和增長（如圖5.3所示），其變化的快慢決定于電路的時間常數(shù)T。3. 時間常數(shù)T的測定方法方法一：在已知電路參數(shù)的條件下，時間常數(shù)可以

3、直接由公式計(jì)算得出，t=RC方法二：對充電曲線（零狀態(tài)響應(yīng)），電容的端電壓達(dá)到最大值的-（約0.632 ）倍時所需要的時間即是時間常數(shù)t。如圖 5.3 （a）所示，用示波器觀測響應(yīng)波形，取上升曲線中波形幅值的0.632倍處所對應(yīng)的時間軸的刻度，計(jì)算出電路的時間常數(shù)：T掃描時間其中，掃描時間是示波器上X軸掃描速度開關(guān)“ t/div ”的大小。是X軸上O P兩點(diǎn)之間占有的格數(shù)。而對放電曲線（零輸入響應(yīng)），時間常數(shù)是電容的端電壓下降到初值的-，即約0.368倍時所需要的時間，如圖5.3（b）所示。方法三：利用時間常數(shù)的幾何意義求解。 在圖5.4中，取電容電壓uc的曲線上任意一點(diǎn) A,通過A點(diǎn)作 切線

4、AC,則圖中的次切距即在時間坐標(biāo)上次切距的長度等于時間常數(shù)T。這說明曲線上任一點(diǎn)，如果以該點(diǎn)的斜率為固定變化率衰減，經(jīng)過t時間為 0。圖5.4時間常數(shù)t的幾何意義4. 微分電路和積分電路一個簡單的RC串聯(lián)電路，在方波序列脈沖的重復(fù)激勵下，當(dāng)滿足t-時(T為方波脈沖的重復(fù)周期)，且由R兩端的電壓作為響應(yīng)輸出，這就是一個微分電路，如圖5.5 (a)所示。此時電路的輸出信號電壓與輸入信號電壓的微分成正比。利用微分電路可以將方波轉(zhuǎn)變成尖脈沖，如圖5.6 (a)。RcT/2RrUr(a)微分電路(b)積分電路圖5.5微分、積分電路示意圖若由C兩端的電壓作為響應(yīng)輸出，如圖5.5 (b)所示，當(dāng)電路的參數(shù)滿

5、足t-條件時，即稱為積分電路。此時電路的輸出信號電壓與輸入信號電壓的積分成正比。禾U用積分電路可以將方波轉(zhuǎn)變成三角 波，如圖5.6 ( b)。從輸入輸出波形來看，上述兩個電路均起著波形變換的作用，請?jiān)趯?shí)驗(yàn)過程仔細(xì)觀察與 記錄。UittwT111111V、ttwtUOO(a)Uo(b)UitwTtO圖5.6微積分電路激勵、響應(yīng)波形示意圖二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備函數(shù)信號發(fā)生器直流電路實(shí)驗(yàn)箱雙蹤示波器四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 將信號發(fā)生器輸出電壓置零，按照圖5.7連接電路，通過兩根同軸電纜線將激勵源Ui和響應(yīng)Uc的信號分別連至示波器的兩個輸入口Ya和Yb,調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出波形為方波，頻率f=1kHZ，峰峰值 U-p=

6、3V,分別選取 R= 10KQ, C= 5600pF和R= 10KQ, C= 6800pF兩組參數(shù)，在示波器的屏幕上觀察激勵與響應(yīng)的變化規(guī)律，并用方格紙按 1:1的比例描繪波形。Ya屏蔽線Ybr-示波器脈沖信號4 aP發(fā)生器圖5.7 實(shí)驗(yàn)電路圖2. 在步驟1的基礎(chǔ)上，令 R= 10KQ, C= 0.1卩F,觀察并描繪響應(yīng)的波形。3. 關(guān)閉信號源。從電路板上重新選取 R= 10KQ,C= 5600pF,將圖5.7中的R、C調(diào)換位置后連接電路,接通信號發(fā)生器，在同樣的方波激勵信號下，在示波器上觀測并描繪激勵Ui和響應(yīng)UR的波形。4. 禾U用方法二或者方法三，計(jì)算出三種電路的時間常數(shù)，將T的計(jì)算值、

7、測量值記錄在表5.1中。表5.1時間常數(shù)T的計(jì)算組別R/k QC/卩Ft /cm （測量值）t /cm （計(jì)算值）1零狀態(tài)零輸入響應(yīng)電路2微分電路3積分電路五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1. 調(diào)節(jié)電子儀器各旋鈕時，動作不要過快過猛。用示波器觀察波形時，要特別注意相應(yīng)開關(guān)、旋鈕的 操作與調(diào)節(jié)。2. 信號源的接地端與示波器的接地端要連在一起（稱共地），以防外界干擾而影響測量的準(zhǔn)確性。3. 示波器的輝度不應(yīng)過亮，尤其是光點(diǎn)長期停留在熒光屏上不動時，應(yīng)將輝度調(diào)暗，以延長示波管的 使用壽命。六、預(yù)習(xí)思考題1. 什么樣的電信號可作為 RC階電路零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的激勵信號？2. 何謂積分電路和微分電路，它

8、們必須具備什么條件？它們在方波序列脈沖的激勵下，其輸出信號波 形的變化規(guī)律如何？這兩種電路有何功用？七、數(shù)據(jù)處理和分析1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀測結(jié)果，在方格紙上按照1 : 1比例繪出RC 階電路充放電時激勵與響應(yīng)信號的波形。2. 完成三種電路時間常數(shù)t值的計(jì)算，并與理論計(jì)算結(jié)果作比較，分析誤差原因。3. 將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1中R=10KQ、C= 5600pF測量的時間常數(shù)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3中測量的時間常數(shù)t值進(jìn)行對比，并得出結(jié)論。4. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀測結(jié)果，說明輸出波形與時間常數(shù)T、輸入信號的脈沖寬度tw及響應(yīng)端的關(guān)系。儀器儀表簡介UT39A型數(shù)字式萬用表萬用表又稱為多用表，用來測量直流電流、直流電壓、交流電流、交流電

9、壓、電阻等電氣參數(shù)。數(shù)字 式萬用表由于讀取數(shù)據(jù)容易、準(zhǔn)確、輸入阻抗大、功能多等優(yōu)點(diǎn)，使用越來越普遍。一、UT39A型數(shù)字萬用表主要部件及功能1液晶顯示屏：顯示所測量的電氣參數(shù)。2. 電源開關(guān)：按下黃色POWER鍵，儀表電源接通；彈起黃色POWER鍵，儀表電源關(guān)閉。3. 數(shù)據(jù)保持開關(guān)：按下藍(lán)色HOLD1鍵，液晶顯示屏上保持顯示當(dāng)前測量數(shù)據(jù)，并在屏幕左上方顯示H標(biāo)記；彈起該按鍵則退出數(shù)據(jù)保持模式。4. 功能選擇開關(guān)：選擇萬用表的測量模式及量程，比如交流電壓、交流電流 、直流電壓-、直流電流、電阻Q等。5. 輸入插孔：根據(jù)功能選擇開關(guān)，將表筆插入對應(yīng)的輸入孔。黑色表筆總是接入COM，接口；測量電壓、

10、電阻時使用紅黑 2表筆接入，紅色表筆接入VQ 接口；測量小電流（w 200mA時紅色接線柱接入uAmA 接口；測量大電流時紅色接線柱接入A接口。6. 測量電阻、電壓時，使用一紅一黑的表筆測量；測量電流時必須使用電流檢查插座。二、使用注意事項(xiàng)1. 在表筆連接被測電路之前，一定要嚴(yán)格檢查所選檔位及量程與測量對象是否相符，因?yàn)殄e誤的檔位及量程有時不僅得不到測量結(jié)果，甚至?xí)p壞萬用表，初學(xué)者要格外注意。（特別是要測量電壓，卻使用電流檔位和接線柱，極易損壞儀表）2. 測量時，盡量用一只手握住兩只表筆，手指不要觸及表筆的金屬部分和被測器件。3. 測量中若需要轉(zhuǎn)換量程，必須在表筆離開電路后才能進(jìn)行，否則容易

11、損壞儀表。4. 測量時常會遇到多種電氣參數(shù)，每次測量前要注意根據(jù)測量參數(shù)種類把功能選擇開關(guān)轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的 檔位和量程，這是初學(xué)者最容易忽略的環(huán)節(jié)。5. 測量電阻時，必須把電阻脫離電路，不帶電情況下測量，否則會出現(xiàn)測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)甚至損壞萬用表。SG1732型直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源為低壓直流電工實(shí)驗(yàn)提供恒壓源（理想電壓源）或恒流源（理想電流源）。輸出電壓023V,輸出電流 01.5A。一、SG1732型直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源主要部件及功能1.4個顯示屏幕，分別為：通道 1電流顯示屏，通道1電壓顯示屏，通道 2電流顯示屏，通道 2電壓 顯示屏。2. 4個調(diào)節(jié)旋鈕，分別為：通道 1電流調(diào)節(jié)旋鈕，通道

12、1電壓調(diào)節(jié)旋鈕，通道 2電流調(diào)節(jié)旋鈕，通道 2電壓調(diào)節(jié)旋鈕。3. 穩(wěn)壓、溫流指示燈。4. 3組通道輸出，2組可調(diào)穩(wěn)壓穩(wěn)流電源輸出， 1組固定5V恒壓源輸出。5. 電源開關(guān)。通道1電流顯示屏通道1電壓顯示屏通道：電流顯示屏通道2電莊顯示屏可調(diào)通道1電壓凋節(jié)旋鈕電流調(diào)節(jié)旋鈕電源開關(guān)口J調(diào)通迺2電壓調(diào)節(jié)旋鈕電流調(diào)節(jié)旋鈕” 11113 +二、使用注意事項(xiàng)1. 通道1（2）為恒壓源或恒流源，由穩(wěn)壓穩(wěn)流指示燈決定，當(dāng)指示燈亮在穩(wěn)壓處，此時該通道為恒壓源, 反之則為恒流源。2. 由于本儀器功率較大，為防止線路接錯通電后造成損失，在連接電路前，應(yīng)將電壓、電流調(diào)節(jié)旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)至零。接線完畢后，打開電源開關(guān)，輸

13、出恒定電壓時，需先將電流調(diào)節(jié)旋鈕順時針旋轉(zhuǎn)一個較小角度，防止輸出電流過大，使指示燈跳到穩(wěn)壓狀態(tài)（注意：如果旋轉(zhuǎn)30度后，指示燈仍無法跳到穩(wěn)壓狀態(tài)，說明外部電路可能短路，應(yīng)斷電檢查，請勿繼續(xù)加大輸出電流）。然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求調(diào)節(jié)電壓和電流旋鈕。輸出恒定電流時，先將電壓調(diào)節(jié)旋鈕順時針旋轉(zhuǎn)至最大，設(shè)置一個保護(hù)電壓，使指示燈跳到穩(wěn)流狀態(tài)（注意，如指示燈不能跳到穩(wěn)流狀態(tài)，說明外部電路可能開路， 應(yīng)檢查），然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求調(diào)節(jié)電流旋鈕。3. 通道3為固定5V輸出電壓，請勿接錯。4液晶屏幕上顯示的電壓電流為參考值，精度不高，準(zhǔn)確數(shù)值以萬用表測量數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。SG1639P功率函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器是一種可以

14、提供精密信號源的儀器，也常稱為波形發(fā)生器，最基本的應(yīng)用就是通過函 數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦波、方波、鋸齒波、脈沖形、三角波等具有一定周期性的時間函數(shù)波形來供用戶作 為電壓輸出或者功率輸出等。一、SG1639P功率函數(shù)信號發(fā)生器面板及操作說明1. 面板上的常用部件包括：紅色的電源開關(guān)POWER頻率細(xì)調(diào)旋鈕、頻率顯示屏、頻率范圍按鈕、波形按鈕、輸出電壓調(diào)節(jié)旋鈕、功率輸出接口，電壓輸出接口。2. 一般用法：調(diào)節(jié)電壓旋鈕置零，接通電源，按下電源開關(guān)POWER鍵，選擇波形按鈕（如方波），選擇合理的頻率范圍按鈕（如1K），使用頻率細(xì)調(diào)旋鈕得到準(zhǔn)確頻率（頻率顯示器顯示，注意單位），最后調(diào)節(jié)輸出電壓調(diào)節(jié)旋鈕得到所

15、需信號電壓。頻率顯示屏頻率范圍按鈕波形按鈕二、使用注意事項(xiàng)1. 函數(shù)信號發(fā)生器功率輸出端子嚴(yán)禁短路，避免燒毀儀器。2. 信號發(fā)生器的輸出電壓指的是帶負(fù)載時的電壓，并且更改一次頻率都需要調(diào)整一次輸出電壓，所以實(shí)驗(yàn)時需先接電路，選波形，調(diào)節(jié)頻率，最后調(diào)節(jié)電壓。調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出頻率時，應(yīng)先選擇頻率范圍,再進(jìn)行頻率細(xì)調(diào)。3. 函數(shù)信號發(fā)生器為精密儀器，不宜長時間通電，實(shí)驗(yàn)測量完畢后請及時關(guān)閉電源。SDS5032或 字示波器一、SDS5032E數(shù)字示波器面板及操作說明1. 面板上的常用部件包括：電源開關(guān)、顯示屏、電壓檔位調(diào)節(jié)旋鈕、垂直位置調(diào)節(jié)旋鈕、時間檔位、自動設(shè)置、運(yùn)行控制、CH1通道信號輸入、CH

16、2通道信號輸入、探頭補(bǔ)償信號等。2. 一般用法：接通電源，按下“電源開關(guān)”，將被測信號通過信號線接入CH1/CH2通道，按下“自動設(shè)置”鍵，一段時間后，示波器會自動設(shè)置合適的水平和垂直檔位，得到測量波形。然后根據(jù)觀察需要用 戶自行調(diào)節(jié)水平和垂直檔位（垂直位置旋鈕、電壓檔位旋鈕、水平位置旋鈕、時間檔位旋鈕），在顯示屏上 可以讀出波形的電壓、頻率等參數(shù)。電源開關(guān)顯示屏電壓檔位垂肓位置自動設(shè)置運(yùn)行控制水平位置時間檔位CH1輸入CH2輸入探頭補(bǔ)償信號二、使用注意事項(xiàng)1. 使用示波器先要進(jìn)行自查，將信號線的紅黑夾子，接入探頭補(bǔ)償信號的2個端子處，其中黑色夾子接下方的接地標(biāo)識，然后按下自動設(shè)置后看波形是否

17、為頻率為1KHz,幅值為5V的方波信號，如果不是請及時聯(lián)系老師檢修。2. 示波器信號輸入的 2通道是共地，即 CH1信號線和Ch2信號線的黑色夾子在示波器內(nèi)部被短路在一 起，因此在使用中 CH1信號線和Ch2信號線的黑色夾子必須接在一起。SG2171C型交流毫伏表晶體管交流毫伏表，具有測量交流電壓、電平測試、監(jiān)視輸出等三大功能。交流測量范圍是100nV300V、 5Hz2MHz 共分 1、3、10、30、100、300mV 1、3、10、30、100、300V 共 12 檔；電平 dB 刻度范圍是-60 +50dB。比萬用表測量精度要高，測量頻率范圍大。一、SG2171C型晶體管交流毫伏表面板

18、及操作說明SG2171C型晶體管交流毫伏表主要有讀數(shù)表盤、調(diào)零旋鈕、電源開關(guān)、量程指示燈、量程切換旋鈕、信 號輸入等常用部件。1.開機(jī)前的準(zhǔn)備工作：將通道輸入端測試探頭上的紅、黑色鱷魚夾短接；將量程開關(guān)選最高量程（300V）。2.操作步驟：接通220V電源，按下電源開關(guān)，電源指示燈亮，儀器立刻工作。為了保證儀器穩(wěn)定性，需預(yù)熱10秒鐘后使用，開機(jī)后 10秒鐘內(nèi)指針無規(guī)則擺動屬正常；將輸入測試探頭上的紅、黑鱷魚夾斷開后與被測電路并聯(lián)（紅鱷魚夾接被測電路的正端，黑鱷魚夾接地端），觀察表頭指針在刻度盤上所指的位置，若指針在起始點(diǎn)位置基本沒動，說明被測電路中的電壓甚小，且毫伏表量程選得過高，此時用遞減法

19、由高量程向低量程變換，直到表頭指針指到滿刻度的2/3左右即可；準(zhǔn)確讀數(shù)。表頭刻度盤上共刻有四條刻度。第一條刻度和第二條刻度為測量交流電壓有效值的專用 刻度，第三條和第四條為測量分貝值的刻度。當(dāng)量程開關(guān)分別選1mV 10mV 100mV IV、10V、100V檔時，就從第一條刻度讀數(shù)；當(dāng)量程開關(guān)分別選3mV 30mV 300mV 3V、30V、300V時，應(yīng)從第二條刻度讀數(shù)（逢1就從第一條刻度讀數(shù)，逢3從第二刻度讀數(shù)）。例如：將量程開關(guān)置“ 1V”檔，就從第一條刻度讀數(shù)。若指針指的數(shù)字是在第一條刻度的“0.7 ”處，其實(shí)際測量值為 0.7V ;若量程開關(guān)置“ 3V”檔，就從第二條刻度讀數(shù)。若指針指在第二條刻度的“2”處,其實(shí)際測量值為 2V。以上舉例說明，當(dāng)量程開關(guān)選在哪個檔位，比如，1V檔位，此時毫伏表可以測量外電路中電壓的范圍是 01V,滿刻度的最大值也就是IV。當(dāng)用該儀表去測量外電路中的電平值時，就從第三、四條刻度讀數(shù)，讀數(shù)方法是，量程數(shù)加上指針指示值，等于實(shí)際測量值。二、使用注意事項(xiàng)1. 儀器在通電之前，一定要將輸入電纜的紅黑鱷魚夾相互短接。防止儀器在通電時因外界干擾信號通 過輸