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RC一阶电路的响应测试--实验报告.doc

发布时间：2022-06-07 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.73M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    实验六 RC 一阶电路的响应测试 一、实验目的 响应。 1. 测定 RC 一阶电路的零输入响应、零状态响应及完全 2. 学习电路时间常数的测量方法。 3. 掌握有关微分电路和积分电路的概念。 4. 进一步学会用虚拟示波器观测波形。 二、原理说明 1. 动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程。要 用普通示波器观察过渡过程和测量有关的参数，就必须使这 种单次变化的过程重复出现。为此，我们利用信号发生器输 出的方波来模拟阶跃激励信号，即利用方波输出的上升沿作 为零状态响应的正阶跃激励信号；利用方波的下降沿作为零 输入响应的负阶跃激励信号。只要选择方波的重复周期远大 于电路的时间常数τ，那么电路在这样的方波序列脉冲信号 的激励下，它的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基 本相同的。 2.图 6-1（b）所示的 RC 一阶电路的零输入响应和零状 态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电 路的时间常数τ。 3. 时间常数τ的测定方法 用示波器测量零输入响应的波形如图 6-1(a)所示。 根据一阶微分方程的求解得知 uc＝Ume-t/RC＝Ume-t/τ。当 t＝τ时，Uc(τ)＝0.368Um。此时所对应的时间就等于τ。 亦可用零状态响应波形增加到 0.632 Um 所对应的时间测 得，如图 6-1(c)所示。
    (a) 零输入响应 (b) RC 一阶电路 (c) 零状态响应 图 6-1 4. 微分电路和积分电路是 RC 一阶电路中较典型的电路， 它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。一个 简单的 RC 串联电路， 在方波序列脉冲的重复激励下， 当 T 时（T 为方波脉冲的重复周期），且由 R 两 满足τ＝RC<< 2 端的电压作为响应输出，这就是一个微分电路。因为此时 电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。如图 6-2(a)所示。利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。 C u i R <>T/2 c C u c T T
    (a) 微 分 电 路 (b) 积分电路 图 6-2 若将图 6-2(a)中的 R 与 C 位置调换一下，如图 6-2(b)所 示，由 C 两端的电压作为响应输出。当电路的参数满足τ＝ T 条件时，即称为积分电路。因为此时电路的输出信号 RC>> 2 电压与输入信号电压的积分成正比。利用积分电路可以将方 波转变成三角波。 从输入输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的 作用，请在实验过程仔细观察与记录。 三、实验设备 名 称 序 号 1 脉 冲 信 号 发 型号与规格 数 量 1 备注 生器 2 虚拟示波器 3 动 态 电 路 实 验板 1 1 HE-14 四、实验内容 实验线路板采用 HE-14 实验挂箱的“一阶、二阶动态电 路”，如图 6-3 所示，请认清 R、C 元件的布局及其标称值， 各开关的通断位置等等。 1. 从电路板上选 R＝10KΩ，C＝6800pF 组成如图 6-2(b)
    所示的 RC 充放电电路。ui 为脉冲信号发生器输出的 Um＝ 3V、f＝1KHz 的方波电压信号，并通过两根同轴电缆线，将 激励源 ui 和响应 uc 的信号分别连至虚拟示波器接口箱的两 个输入口 CH1 和 CH2。这时可在示波器的屏幕上观察到激 励与响应的变化规律，请测算出时间常数τ，并用方格纸按 1:1 的比例描绘波形。 少量地改变电容值或电阻值，定性地观察对响应的影 响，记录观察到的现象。 2. 令 R＝10KΩ，C＝0.01μF，观察并描绘响应的波形。 3. 令 C＝0.01μF，R＝100Ω，组成 继续增大 C 之值，定性地观察对响应的影响。 如图 6-2(a)所示的微分电路。在同样的方 波激励信号（Um＝3V，f＝1KHz）作用下， 观测并描绘激励与响应的波形。 增减 R 之值，定性地观察对响应的影响， 并作记录。当 R 增至 1MΩ时，输入输出波 形有何本质上的区别？ u 1 0 . 0 p 0 0 0 1 K 0 3 K 0 1 0 0 1 K 1 K 0 1 M 1 p 0 0 0 1 p 0 0 8 6 u 1 0 . 0 u 1 . 0 K 0 1 H m 0 1 H m 7 . 4 u 1 . 0 图 6-3 动态电路、选频电路实验板 实验注意事项 1. 调节电子仪器各旋钮时，动作不要过快、过猛。实验 前，需熟悉虚拟示波器的使用。 2. 信号源的接地端与虚拟示波器接口箱的接地端要连 在一起（称共地）， 以防外界干扰而影响测量的准确性。 五、实验结果分析
    步骤一对应的虚拟示波器的图像如上图所示 利用游标测算得时间常数τ=57*10-6.与计算得到的时间常数 τ=RC=68*10-6 相比，误差不大，分析其主要原因来源于仪 器误差和人的生理误差。
    步骤二对应的虚拟示波器的图像如上图所示 电路参数满足τ>>T/2 的条件，则成为积分电路。由于这种电路电容器充放电进 行得很慢，因此电阻 R 上的电压 ur(t)近似等于输入电压 ui(t)，其输出电压 uo(t) 为 ： 上式表明，输出电压 uo(t)与输入电压 ui(t)近似地成积分关系 此时电路将方波转变成了三角波。 步骤三对应的虚拟示波器的图像如上图所示 取 RC 串联电路中的电阻两端为输出端，并选择适当的电路参数使时间常数τ <
    当 R 增至 1MΩ时，输入与输出图像几乎完全一样，但分析 可得输入与输出有本质差别。输入波表示的是 Ui 的电压， 是 Ui 两端的电压之差，而 UR 此时相当于断路，去输入电压 为 UR 一端的电势。 思考题 1. 什么样的电信号可作为 RC 一阶电路零输入响应、零 状态响应和完全响应的激励信号？只要选择方波的重复周 期远大于电路的时间常数τ，那么电路在这样的方波序列脉 冲信号的激励下，它的响应就和直流电接通与断开的过渡过 程是基本相同的。方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶 跃激励信号；利用方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激 励信号。 2. 已知 RC 一阶电路 R＝10KΩ，C＝0.01μF，试 计算时间常数τ，并根据τ值的物理意义，拟定 测量τ的方案。τ=RC=10-4s。RC 电路的时间常数 的物理意义是电容的电压减小到原来的 1/e 需要 的时间。测量方法就是用 RC 一阶电路的电路图，
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