RC電路設(shè)計和特性測試

1、，t±0廣州大學(xué)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報告開課學(xué)院及實(shí)驗(yàn)室:學(xué)院機(jī)械與電氣工程年級、專業(yè)、班姓名學(xué)號實(shí)驗(yàn)課程名稱電路成績實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)八RC電路設(shè)計和特性測試指導(dǎo)老師一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?Ltu(t)Uet+U(1et)c0S其中t=RC稱為一階RC電路的時間常數(shù)，R的單位為歐姆，C的單位為法拉，t的單位為秒。Uc(°+)=U0稱為電容電壓的初始值，U為一階RC電路的直流激勵。1、一階RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)(階躍響應(yīng))_如果電路中儲能元件沒有儲存能量，處于零狀態(tài)，即Uc(0+)=U0=0,當(dāng)接通外電源時，電路中所產(chǎn)生的響應(yīng)稱為零狀態(tài)響應(yīng)。對于圖11-1所示的一階RC電路，在t=0時，將開關(guān)K由位

2、置2合到位置1,直流電源人向C充電，電路的零狀態(tài)響應(yīng)為tuU(1eT)c061.掌握一階RC電路的幾種組成形式及其作用，利用不同的RC組合電路實(shí)現(xiàn)波形變換、信號耦合、脈沖分壓等電路功能。2.研究RC電路的頻率響應(yīng)特性，掌握RC電路幅頻特性和相頻特性的測試方法，并繪制頻率特性曲線。3.掌握RC濾波電路，利用RC電路構(gòu)成常見的低通、高通濾波器，實(shí)現(xiàn)對信號的濾波、選頻、移相等。二、實(shí)驗(yàn)原理一階RC電路的時域特性含有一個儲能元件L或C的電路，其電路方程可用一階微分方程描述，這種電路稱為一階電路。圖8-1所示的RC充放電電路就是一個典型的一階電路。1KR廣弋2Ou零狀態(tài)響應(yīng)過程中，電容電壓由零逐漸上升到

3、US，電路時間常數(shù)t=RC決定上升的快慢，當(dāng)t=T時，uc(t)=0.632US，如圖8-2所示。圖8-2一階RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)曲線2、一階RC電路的零輸入響應(yīng)電路在無電源激勵，輸入信號為零的條件下,由儲能元件的初始狀態(tài)所產(chǎn)生的電路響應(yīng)稱為零輸入響應(yīng)。在圖11-1中，當(dāng)t=0時，將開關(guān)K從位置1合到位置2,使電路脫離電源，于是電容元件經(jīng)過電阻r放電，_電路的零輸入響應(yīng)為:-學(xué)-Xt±0t±0零輸入響應(yīng)的輸=rc時，8-3所示。出波形為單調(diào)下降的。當(dāng)t=Tuc(T)=e°=0.368U0，如圖叱八圖8-1RC充放電電路描述該電路的一階微分方程為：duRCc+u=U

4、<dtcu(0+)=UVC0解得一階RC電路的全響應(yīng)為:圖8-3一階RC電路的零輸入響應(yīng)曲線從圖8-2和8-3中看出，無論是零狀態(tài)響應(yīng)還是零輸入響應(yīng)，其響應(yīng)曲線都是按照指數(shù)規(guī)律變化的，變化的快慢由時間常數(shù)1決定，即電路瞬態(tài)過程的長短由工決定。可見，一階RC電路的時間常數(shù)T=RC，它決定充放電過程的快慢。工越大，過渡過程的時間越長，反之過渡過程的時間越短。3、一階RC電路的暫態(tài)響應(yīng)觀察為了能在普通示波器上觀察這些響應(yīng)的波形，就必須使這些波形周期性地變化。可采用周期變化的方波（即方波序列）和周期沖激函數(shù)（即沖激序列）作為激勵。（a）階RC電路（b）激勵波形和響應(yīng)曲線圖8-4方波激勵下的一階R

5、C電路充放電響應(yīng)波形RC串聯(lián)電路如圖8-4（a）所示，由方波激勵。從t=0開始，該電路相當(dāng)于接通直流電源，如果TI2足夠大（T2>5t），則在OT2響應(yīng)時間范圍內(nèi)，Uc可以達(dá)到穩(wěn)定值"$，這樣在OT/2范圍內(nèi)U即為零狀態(tài)響應(yīng);而從t=T/2開始，Us二°，則電容C相當(dāng)于從起始電壓Us向R放電，若T/2>5t，在T/2T時間范圍內(nèi)C上電荷可放完，這段時間范圍即為零輸入響應(yīng)。第二周期重復(fù)第一周期，如圖8-4（c）所示，如此周而復(fù)始，這就是電容的充放電過程。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1函數(shù)信號發(fā)生器12雙蹤示波器13電路原理實(shí)驗(yàn)箱14交流毫伏表15電阻、電

6、容若干四、實(shí)驗(yàn)步驟i、實(shí)驗(yàn)任務(wù)給定一頻率20KHz,幅值4V的方波激勵信號，請設(shè)計一波形轉(zhuǎn)換器，要求:> a）將方波轉(zhuǎn)換為正弦波；> b）轉(zhuǎn)換過程衰減足夠小。ii、設(shè)計方案采用RC電路，分兩步實(shí)現(xiàn)波形轉(zhuǎn)換：1. RC積分電路，先將給定方波轉(zhuǎn)換為三角波；2. RC低通濾波電路，再將三角波轉(zhuǎn)換為正弦波；3*兩級電路間的隔離（三種方法）。過、方案說明>采用Multisim軟件進(jìn)行電路設(shè)計仿真；>實(shí)驗(yàn)箱上搭建硬件電路進(jìn)行實(shí)測；>若仿真與實(shí)測波形參數(shù)差異較大，查找原因并重新設(shè)計及測試五、實(shí)驗(yàn)過程原始記錄（數(shù)據(jù)、圖表、計算等）"LI亠I：.hi.1IQOkDIX：X

7、6ALQDkQ:.Cl豐伽Fr六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析1. 改變電源電壓的幅值，是否會改變過渡過程的快慢，為什么？不會，只和T值有關(guān)三要素法求出電容的電壓關(guān)系是：Uc=（UcO-UC（8）e"（-t/T）+UC（8）顯然是一個指數(shù)的關(guān)系變化的的快慢是由T值決定的2. 積分電路、微分電路和耦合電路在方波激勵下的輸出波形是怎樣的？它們應(yīng)滿足什么條件？其實(shí)積分點(diǎn)路和微分電路就是利用時間常數(shù)t=RC來控制輸出的，一般積分電路中,RC電路的時間常數(shù)t遠(yuǎn)大于脈沖寬度,其輸出信號電壓與輸入信號電壓的積分成正比，故為積分電路，微分電路中要求t=RC時間常數(shù)遠(yuǎn)小于脈沖寬度。通過改變電容的充放電的時間使得輸入的矩形脈沖信號變成尖脈沖。微分電路能夠取出輸出信號中突變的成分，即取出輸入信號中的高頻成分，去掉低頻成分。而積分電路與之正好相反積分電路：在上升沿沒到來之前，輸出為）V,當(dāng)輸入脈沖出現(xiàn)后，輸入信號電壓通過電阻對電容充電，由于時間常數(shù)比較大，所以在C上電壓上升比較緩慢，按指數(shù)規(guī)律上升，由于時間常數(shù)大于脈沖寬度，所以對電容充電不久輸入脈沖就跳變?yōu)?,對電容充電結(jié)束。同理，在低電