RC一階電路的響應(yīng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)報(bào)告

-.z.實(shí)驗(yàn)七RC一階電路的響應(yīng)測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測(cè)定RC一階電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)及完全響應(yīng)。2.學(xué)習(xí)電路時(shí)間常數(shù)的測(cè)量方法。3.掌握有關(guān)微分電路和積分電路的概念。4.進(jìn)一步學(xué)會(huì)用示波器觀測(cè)波形。二、原理說(shuō)明1.動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的過(guò)渡過(guò)程是十分短暫的單次變化過(guò)程。要用普通示波器觀察過(guò)渡過(guò)程和測(cè)量有關(guān)的參數(shù)，就必須使這種單次變化的過(guò)程重復(fù)出現(xiàn)。為此，我們利用信號(hào)發(fā)生器輸出的方波來(lái)模擬階躍鼓勵(lì)信號(hào)，即利用方波輸出的上升沿作為零狀態(tài)響應(yīng)的正階躍鼓勵(lì)信號(hào)；利用方波的下降沿作為零輸入響應(yīng)的負(fù)階躍鼓勵(lì)信號(hào)。只要選擇方波的重復(fù)周期遠(yuǎn)大于電路的時(shí)間常數(shù)τ，則電路在這樣的方波序列脈沖信號(hào)的鼓勵(lì)下，它的響應(yīng)就和直流電接通與斷開(kāi)的過(guò)渡過(guò)程是根本一樣的。2.圖7-1〔b〕所示的RC一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(zhǎng)，其變化的快慢決定于電路的時(shí)間常數(shù)τ。3.時(shí)間常數(shù)τ的測(cè)定方法:用示波器測(cè)量零輸入響應(yīng)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＝Ume-t/RC＝Ume-t/τ。當(dāng)t＝τ時(shí)，Uc(τ)＝0.368Um。此時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就等于τ。亦可用零狀態(tài)響應(yīng)波形增加到0.632Um所對(duì)應(yīng)的時(shí)間測(cè)得，如圖13-1(c)所示。a)零輸入響應(yīng)(b)RC一階電路(c)零狀態(tài)響應(yīng)圖7-14.微分電路和積分電路是RC一階電路中較典型的電路，它對(duì)電路元件參數(shù)和輸入信號(hào)的周期有著特定的要求。一個(gè)簡(jiǎn)單的RC串聯(lián)電路，在方波序列脈沖的重復(fù)鼓勵(lì)下，當(dāng)滿足τ＝RC<<時(shí)〔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，則該電路就是一個(gè)微分電路。因?yàn)榇藭r(shí)電路的輸出信號(hào)電壓與輸入信號(hào)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(zhuǎn)變成尖脈沖。(a)微分電路(b)積分電路圖7-2假設(shè)將圖7-2(a)中的R與C位置調(diào)換一下，如圖13-2(b)所示，由C兩端的電壓作為響應(yīng)輸出，且當(dāng)電路的參數(shù)滿足τ＝RC>>，則該RC電路稱為積分電路。因?yàn)榇藭r(shí)電路的輸出信號(hào)電壓與輸入信號(hào)電壓的積分成正比。利用積分電路可以將方波轉(zhuǎn)變成三角波。從輸入輸出波形來(lái)看，上述兩個(gè)電路均起著波形變換的作用，請(qǐng)?jiān)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程仔細(xì)觀察與記錄。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注1函數(shù)信號(hào)發(fā)生器1DG032雙蹤示波器1自備3動(dòng)態(tài)電路實(shí)驗(yàn)板1DG07四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)線路板的器件組件，如圖7-3所示，請(qǐng)認(rèn)清R、C元件的布局及其標(biāo)稱值，各開(kāi)關(guān)的通斷位置等。1.從電路板上選R＝10KΩ，C＝6800pF組成如圖13-1(b)所示的RC充放電電路。ui為脈沖信號(hào)發(fā)生器輸出的Um＝3V、f＝1KHz的方波電壓信號(hào)，并通過(guò)兩根同軸電纜線，將鼓勵(lì)源ui和響應(yīng)uC的信號(hào)分別連至示波器的兩個(gè)輸入口YA和YB。這時(shí)可在示波器的屏幕上觀察到鼓勵(lì)與響應(yīng)的變化規(guī)律，請(qǐng)測(cè)算出時(shí)間常數(shù)τ，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(duì)響應(yīng)的影響，記錄觀察到的現(xiàn)象。R=10KΩ，C=6800pF時(shí)，鼓勵(lì)與響應(yīng)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(yīng)。后放電，為零輸入響應(yīng)時(shí)間常數(shù)τ=6.8×10-5s電阻R不變，減少電容C至3000pF,響應(yīng)的圖像變陡，如下列圖(b)(圖b)電阻R不變，增大電容C至8000pF,響應(yīng)的圖像變平緩，如下列圖(c)〔圖c〕電容C不變，電阻R減小至5KΩ，響應(yīng)的曲線變陡峭，如下列圖〔d〕(圖d)電容C不變，電阻R增大至20KΩ，響應(yīng)的曲線變平緩，如下列圖〔e〕〔圖e〕2.令R＝10KΩ，C＝0.1μF，觀察并描繪響應(yīng)的波形，繼續(xù)增大C之值，定性地觀察對(duì)響應(yīng)的影響。令R=10KΩ，C=0.1μF,鼓勵(lì)與響應(yīng)的變化規(guī)律：R=10KΩ不變，C=0.1μF，繼續(xù)增大C值，響應(yīng)曲線變平緩，當(dāng)電容C大到一定值時(shí)候，響應(yīng)曲線變成直線〔如下列圖〕。3.令C＝0.01μF，R＝100Ω，組成如圖7-2(a)所示的微分電路。在同樣的方波鼓勵(lì)信號(hào)〔Um＝3V，f＝1KHz〕作用下，觀測(cè)并描繪鼓勵(lì)與響應(yīng)的波形。令C=0.01μF，R=100Ω，鼓勵(lì)與響應(yīng)的變化規(guī)律如下：〔微分電路〕(鼓勵(lì)與響應(yīng)的變化規(guī)律)增減R之值，定性地觀察對(duì)響應(yīng)的影響，并作記錄。當(dāng)R增至1MΩ時(shí)，輸入輸出波形有何本質(zhì)上的區(qū)別？當(dāng)C=0.01μF不變時(shí)，增大R值至200Ω，響應(yīng)曲線變化不明顯，如下列圖：當(dāng)C=0.01μF不變時(shí)，減小R值至20Ω，響應(yīng)曲線變化不明顯。R增至1MΩ時(shí)，鼓勵(lì)與響應(yīng)的變化規(guī)律如下列圖：輸入波形為方波信號(hào)，輸出波形接近方波信號(hào)。五、實(shí)驗(yàn)考前須知1.調(diào)節(jié)電子儀器各旋鈕時(shí)，動(dòng)作不要過(guò)快、過(guò)猛。實(shí)驗(yàn)前，需熟讀雙蹤示波器的使用說(shuō)明書(shū)。觀察雙蹤時(shí)，要特別注意相應(yīng)開(kāi)關(guān)、旋鈕圖7-3動(dòng)態(tài)電路、選頻電路實(shí)驗(yàn)板的操作與調(diào)節(jié)。2.信號(hào)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(cè)量的準(zhǔn)確性。3.示波器的輝度不應(yīng)過(guò)亮，尤其是光點(diǎn)長(zhǎng)期停留在熒光屏上不動(dòng)時(shí)，應(yīng)將輝度調(diào)暗，以延長(zhǎng)示波管的使用壽命。六、預(yù)習(xí)思考題1.什么樣的電信號(hào)可作為RC一階電路零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的鼓勵(lì)源？2.RC一階電路R＝10KΩ，C＝0.1μF，試計(jì)算時(shí)間常數(shù)τ，并根據(jù)τ值的物理意義，擬定測(cè)量τ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?cè)诜讲ㄐ蛄忻}沖的鼓勵(lì)下，其輸出信號(hào)波形的變化規(guī)律如何？這兩種電路有何功用？4.預(yù)習(xí)要求：熟讀儀器使用說(shuō)明，答復(fù)上述問(wèn)題，準(zhǔn)備方