RC一階電路的響應(yīng)測試實驗報告

./實驗七RC一階電路的響應(yīng)測試一、實驗?zāi)康?.測定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)電路時間常數(shù)的測量方法。3.掌握有關(guān)微分電路和積分電路的概念。4.進一步學(xué)會用示波器觀測波形。二、原理說明1.動態(tài)網(wǎng)絡(luò)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(guān)的參數(shù),就必須使這種單次變化的過程重復(fù)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(yīng)的正階躍激勵信號；利用方波的下降沿作為零輸入響應(yīng)的負階躍激勵信號。只要選擇方波的重復(fù)周期遠大于電路的時間常數(shù)τ,那么電路在這樣的方波序列脈沖信號的激勵下,它的響應(yīng)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(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)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)τ。3.時間常數(shù)τ的測定方法:用示波器測量零輸入響應(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,Uc<τ>＝0.368Um。此時所對應(yīng)的時間就等于τ。亦可用零狀態(tài)響應(yīng)波形增加到0.632Um所對應(yīng)的時間測得,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(fù)激勵下,當(dāng)滿足τ＝RC<<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,則該電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(zhuǎn)變成尖脈沖。<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(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。因為此時電路的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(zhuǎn)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(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1DG032雙蹤示波器1自備3動態(tài)電路實驗板1DG07四、實驗內(nèi)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(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為脈沖信號發(fā)生器輸出的Um＝3V、f＝1KHz的方波電壓信號,并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。這時可在示波器的屏幕上觀察到激勵與響應(yīng)的變化規(guī)律,請測算出時間常數(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,定性地觀察對響應(yīng)的影響,記錄觀察到的現(xiàn)象。R=10KΩ,C=6800pF時,激勵與響應(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,如下圖〔e〔圖e2.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,定性地觀察對響應(yīng)的影響。令R=10KΩ,C=0.1μF,激勵與響應(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大到一定值時候,響應(yīng)曲線變成直線〔如下圖。3.令C＝0.01μF,R＝100Ω,組成如圖7-2<a>所示的微分電路。在同樣的方波激勵信號〔Um＝3V,f＝1KHz作用下,觀測并描繪激勵與響應(yīng)的波形。令C=0.01μF,R=100Ω,激勵與響應(yīng)的變化規(guī)律如下：〔微分電路<激勵與響應(yīng)的變化規(guī)律>增減R之值,定性地觀察對響應(yīng)的影響,并作記錄。當(dāng)R增至1MΩ時,輸入輸出波形有何本質(zhì)上的區(qū)別？當(dāng)C=0.01μF不變時,增大R值至200Ω,響應(yīng)曲線變化不明顯,如下圖：當(dāng)C=0.01μF不變時,減小R值至20Ω,響應(yīng)曲線變化不明顯。R增至1MΩ時,激勵與響應(yīng)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(diào)節(jié)電子儀器各旋鈕時,動作不要過快、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(yīng)開關(guān)、旋鈕圖7-3動態(tài)電路、選頻電路實驗板的操作與調(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確性。3.示波器的輝度不應(yīng)過亮,尤其是光點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一階電路零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的激勵源？2.已知RC一階電路R＝10KΩ,C＝0.1μF,試計算時間常數(shù)τ,并根據(jù)τ值的物理意義,擬定測量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(yù)習(xí)要求：熟讀儀器使用說明,回答上述問題,準備方格紙。七、