RC一階電路地響應測試實驗報告材料

1、實驗七 RC 一階電路的響應測試一、實驗目的1. 測定RC 一階電路的零輸入響應、零狀態(tài)響應及完全響應。2. 學習電路時間常數(shù)的測量方法。3. 掌握有關微分電路和積分電路的概念。4. 進一步學會用示波器觀測波形。二、原理說明1.動態(tài)網(wǎng)絡的過渡過程是十分短暫的單次變化過程。要用普通示波器觀察過渡過程和 測量有關的參數(shù)，就必須使這種單次變化的過程重復出現(xiàn)。為此，我們利用信號發(fā)生器輸出的方波來模擬階躍激勵信號，即利用方波輸出的上升沿作為零狀態(tài)響應的正階躍激勵信號； 利用方波的下降沿作為零輸入響應的負階躍激勵信號。只要選擇方波的重復周期遠大于電路的時間常數(shù)T,那么電路在這樣的方波序列脈沖信號的激勵下，

2、它的響應就和直流電接通與 斷開的過渡過程是基本相同的。2圖7-1 ( b)所示的 RC 一階電路的零輸入響應和零狀態(tài)響應分別按指數(shù)規(guī)律衰減和 增長，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：用示波器測量零輸入響應的波形如圖7-1(a)所示。根據(jù)一階微分方程的求解得知 Uc= U m e-t/RC = U m e-t/ T。當t=T時,Uc( T= 0.368U m。 此時所對應的時間就等于T。 亦可用零狀態(tài)響應波形增加到 0.632U m所對應的時間測得， 如 圖13-1(c)所示。Um ja)零輸入響應(b) RC 一階電路(c)零狀態(tài)響應圖7-14. 微分電路和積分電

3、路是 RC 一階電路中較典型的電路，它對電路元件參數(shù)和輸入信號的周期有著特定的要求。一個簡單的RC串聯(lián)電路，在方波序列脈沖的重復激勵下，當滿足t=RC<< T時(T為方波脈沖的重復周期)，且由R兩端的電壓作為響應輸出，貝U該電2路就是一個微分電路。因為此時電路的輸出信號電壓與輸入信號電壓的微分成正比。如圖7-2(a)所示。利用微分電路可以將方波轉變成尖脈沖。cRR >>T/2C二二 UcUi(a)微分電路(b)積分電路圖7-2若將圖7-2(a)中的R與C位置調換一下，如圖13-2(b)所示，由C兩端的電壓作為響應輸出，且當電路的參數(shù)滿足工=rc>> T，則該

4、RC電路稱為積分電路。因為此時電路的2輸出信號電壓與輸入信號電壓的積分成正比。利用積分電路可以將方波轉變成三角波。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，請在實驗過程仔細觀察與記錄。三、實驗設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1DG032雙蹤示波器1自備3動態(tài)電路實驗板1DG07四、實驗內容實驗線路板的器件組件，如圖7-3所示，請認清R、C元件的布局及其標稱值，各開關的通斷位置等。1. 從電路板上選 R= 10K Q, C= 6800pF 組成如圖13-1(b)所示的RC充放電電路。 Ui為脈沖信號發(fā)生器輸出的Um = 3V、f = 1KHz的方波電壓信號，并通過兩根

5、同軸電纜線，將激勵源Ui和響應Uc的信號分別連至示波器的兩個輸入口Ya和Yb。這時可在示波器的屏幕上觀察到激勵與響應的變化規(guī)律，請測算出時間常數(shù)t,并用方格紙按1:1的比例描繪波形。少量地改變電容值或電阻值，定性地觀察對響應的影響，記錄觀察到的現(xiàn)象。R=10K Q, C=6800pF 時，激勵與響應的變化規(guī)律：(積分電路)(圖a變化規(guī)律)電容先充電，為零狀態(tài)響應。后放電，為零輸入響應時間常數(shù)t =6.8 xi0-5s電阻R不變，減少電容C至3000pF,響應的圖像變陡，如下圖(b)(圖b)電阻R不變，增大電容C至8000pF,響應的圖像變平緩，如下圖(c)T1 .21時閆ilii-ASS5憐3

6、32710.0011115ELOOO V-5.0571鉀皮向保存 Ext, Trigger通郎比例|5 V蝕比例b炯"邊沿r ir * i弘記i¥位蓋肚斗YfeS 1-1-6電平|oVST 0 | DC) <*IT 0 I DC I -J a纏莊眩1標堆1自魂1無胃時間帥比例 |SOO us/Div二Iw Jbnal b/a|a|帀誠器(圖c)電容C不變，電阻R減小至5K Q,響應的曲線變陡峭，如下圖(d)(圖d)電容C不變，電阻R增大至20K Q,響應的曲線變平緩，如下圖(e)（圖e）2. 令R= 10K Q, C= 0.1訴，觀察并描繪響應的波形，繼續(xù)增大C之值，

7、定性地觀察對響應的影響。令R=10K Q，C=0.1疔，激勵與響應的變化規(guī)律:Ext. Trigger護波器-XSC1raq-r時間45,000 ms6, 000 V通道上 -iy良向保存時祠釉通道比例 500 usyDiv 乂位吿oVT| B/A | A/B |比例F麗通ils 比例|5 VJDW鮒發(fā)邊沿耳ir f： i卜咅i莊|dc| - I席|類型 正注丨標維丨自動君R=10K Q不變，C=0.1疔，繼續(xù)增大 C值，響應 曲線變平緩，當電容C大到一定值時候，響應曲線 變成直線（如下圖）。命示菠器-X5U3. 令 C= 0.01 疔,R= 100 Q,組成如圖7-2(a)所示的微分電路。在

8、同樣的方 波激勵信號(Um = 3V , f = 1KHz )作用下, 觀測并描繪激勵與響應的波形。亠_m-.HHrnulr令C=0.01疔，R=100 Q,激勵與響應的變化規(guī) 律如下：（微分電路）（激勵與響應的變化規(guī)律）增減R之值，定性地觀察對響應的影響, 并作記錄。當R增至1M Q時，輸入輸出波 形有何本質上的區(qū)別？當C=0.01廳不變時，增大R值至200 Q,響應曲線變化不明顯，如下圖當C=0.01 訴不變時，減小 R值至20 Q,響應曲線變化不明顯。R增至1M Q時，激勵與響應的變化規(guī)律如下圖：輸入波形為方波信號，輸出波形接近方波信號五、實驗注意事項1. 調節(jié)電子儀器各旋鈕時，動作不要

9、過快、 過猛。實驗前，需熟讀雙蹤示波器的使用說明 書。觀察雙蹤時，要特別注意相應開關、旋鈕圖7-3動態(tài)電路、選頻電路實驗板的操作與調節(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確性。3.示波器的輝度不應過亮，尤其是光點長期停留在熒光屏上不動時，應將輝度調暗， 以延長示波管的使用壽命。六、預習思考題1. 什么樣的電信號可作為RC 一階電路零輸入響應、零狀態(tài)響應和完全響應的激勵源？2. 已知RC一階電路R= 10K Q, C = 0.1獷，試計算時間常數(shù)t,并根據(jù)t值的物理意義, 擬定測量T的方案。3. 何謂積分電路和微分電路，它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？4. 預習要求：熟讀儀器使用說明，