RC一階電路的響應(yīng)測試--實驗報告

1、實驗六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)會用虛擬示波器觀測波形。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)由現(xiàn)。為此，我們利用信號發(fā)生器輸生的方波來模擬階躍豉勵信號，即利用方波輸由的上升沿作為零狀態(tài)響應(yīng)的正階躍豉勵信號；利用方波的下降沿作為零輸入響應(yīng)的負階躍豉勵信號。只要選擇方波的重復(fù)周期遠大于電路的時間常數(shù)。，那么電路在這樣的方波序列脈沖信號的豉勵下，它的

2、響應(yīng)就和直流電接通與斷開的過渡過程是根本一樣I2 .圖6-1b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)3 .時間常數(shù)°的測定方法用示波器測量零輸入響應(yīng)的波形如圖6-1(a)所示。根據(jù)一階微分方程的求解得知Uc=Um/Rc=Ume-t/；當(dāng)t=r時，Uc(力=0.368Umo此時所對應(yīng)的時間就等于to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6-1(c)所示。(a)零輸入響應(yīng)(b)RC一階電路零狀態(tài)響應(yīng)圖6-14.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

3、。一個簡單的RC串聯(lián)電路，在方波序列脈沖的重復(fù)豉勵下，當(dāng)滿足p=RC<<2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)輸由，這就是一個微分電路。因為此時電路的輸由信號電壓與輸入信號電壓的微分成正比。如圖6-2(a所示。利用微分電路可以將方波轉(zhuǎn)變成尖脈沖。,CR011-ny|I_uiRc<<T/2uRI-IuiRc>>T/2JUc(a)(b)積分電路圖6-2假設(shè)將圖6-2(a)中白R與C位置調(diào)換一下，如圖6-2(b)所示，由C兩端的電壓作為響應(yīng)輸由。當(dāng)電路的參數(shù)滿足,=RC>>T2條件時，即稱為積分電路。因為此時電路的輸由信號電壓與輸入信號電

4、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由波形來看，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)小備注1脈沖信號發(fā)生器12虛擬水波器13動態(tài)電路實驗板1HE-14四、實驗內(nèi)容實驗線路板采用HE-14實驗桂箱的“一階、二階動態(tài)電路，如圖6-3所示，請認清R、C元件的布局及其標(biāo)稱值,各開關(guān)的通斷位置等等。1.從電路板上選R=10KQ,C=6800pF組成如圖6-2(b)所示的RC充放電電路。Ui為脈沖信號發(fā)生器輸由的Um=3V、f=1KHz的方波電壓信號，并通過兩根同軸電纜線，將豉勵源Ui和響應(yīng)Uc的信號分別連至虛擬示波器接口箱的

5、兩個輸入口CH1和CH2。這時可在示波器的屏幕上觀察到豉勵與響應(yīng)的變化規(guī)律，請測算由時間常數(shù),并用方格紙按1:1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。2.令R=10KQ,C=0.01pF,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。3.令C=0.01F,R=100Q,組成如圖6-2(a所示的微分電路。在同樣的方波豉勵信號Um=3V,f=1KHz作用下,觀測并描繪豉勵與響應(yīng)的波形。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1MQ時，輸入輸由波形有何本質(zhì)上的區(qū)別？動圖6-3態(tài)電路、選頻電路實驗板實驗考前須知1.調(diào)節(jié)電子儀器各

6、旋鈕時，動作不要過快、過猛。實驗前，需熟悉虛擬示波器的使用。2.信號源的接地端與虛擬示波器接口箱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(zhǔn)確性。五、實驗結(jié)果分析0步驟一對應(yīng)的虛擬示波器的圖像如上圖所示利用游標(biāo)測算得時間常數(shù)T=57*106與計算得到的時間常數(shù)r=RC=68*10-6相比，誤差不大，分析其主要原因來源于儀器誤差和人的生理誤差。步驟二對應(yīng)的虛擬示波器的圖像如上圖所示電路參數(shù)滿足p>>T/2的條件，那么成為積分電路。由于這種電路電容器充放電進展得很慢，因此電阻R上的電壓ur近似等于輸入電壓ui(t),其輸出電壓uo(t)步驟三對應(yīng)的虛擬示波器的圖像如上圖所示取R

7、C串聯(lián)電路中的電阻兩端為輸出端，并選擇適當(dāng)?shù)碾娐穮?shù)使時間常數(shù)<<T/2o由于電容器的充放電進展得很快，因此電容器C上的電壓uc(t)®近等于輸入電壓ui(t),這時輸出電壓為："v)=mc,必、也會0,由市上式說明，輸出電壓uo與輸入電壓ui近似地成積分關(guān)系逐漸增大R值,CH2的改變?nèi)缦聕ZpjOM,當(dāng)R增至1MQ時，輸入與輸由圖像幾乎完全一樣，但分析可得輸入與輸由有本質(zhì)差異。輸入波表示的是Ui的電壓，是Ui兩端的電壓之差，而UR此時相當(dāng)于斷路，去輸入電壓為UR一端的電勢。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)的豉勵信號？

8、只要選擇方波的重復(fù)周期遠大于電路的時間常數(shù)p,那么電路在這樣的方波序列脈沖信號的豉勵下，它的響應(yīng)就和直流電接通與斷開的過渡過程是根本一樣的。方波輸生的上升沿作為零狀態(tài)響應(yīng)的正階躍豉勵信號；利用方波的下降沿作為零輸入響應(yīng)的負階躍豉勵信2 .RC一階電路R=10KQ,C=0.01£試計算時間常數(shù)T,并根據(jù)。值的物理意義，擬定測量T的方案。產(chǎn)RC=10-4s。RC電路的時間常數(shù)的物理意義是電容的電壓減小到原來的1/e需要的時間。測量方法就是用RC一階電路的電路圖，參加輸入信號，將輸出信號的波形畫出來，再根據(jù)下降的波形，找到U=0.368Um的那點，再對應(yīng)到橫坐標(biāo)的時間，就是時間常數(shù)了。3.

9、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豉勵下，其輸由信號波形的變化規(guī)律如何？這兩種電路有何功用？微分電路可把矩形波轉(zhuǎn)換為尖脈沖波，此電路的輸曲波及只反映輸入波形的突變局部，即只有輸入波形發(fā)生突變的瞬間才有輸由。而討疽定局部就么沒有輸由。輸由的尖脈沖波形的寬度與R*C有關(guān)即電路的時間常數(shù),R*C越小，尖脈沖波形越尖，反之那么寬。積分電路可將矩形脈沖波轉(zhuǎn)換為鋸齒波或三角波,還可將鋸齒波轉(zhuǎn)換為拋物波。電路原理很簡單，都是基于電容的沖放電原理。輸出信號與輸入信號的微分成正比的電路稱為微分電路，輸出信號與輸入信號的積分成正比的電路稱為積分電路。積分和微分電路是利用電容的充電特性實現(xiàn)的，根本上由一個電容和一個電阻組成，積分和微分電路的特性由電阻和電容的特性決定RC時間常數(shù)，時間常數(shù)越大，波形變化所需的時間越長。積分電路用一個電阻串聯(lián)在信號輸入端，給電容充放電。在方波上升沿，電容通過電阻充電，電容兩端的電壓緩慢上升。在方波下降沿，電容通過電阻放電，電容兩端的電壓緩慢下降。積分電路使輸出的波形邊沿變得有些圓滑。積分電路可以用來做延遲或整形電路。微分電路