實(shí)驗(yàn)四 一階電路響應(yīng)研究

實(shí)驗(yàn)四一階電路響應(yīng)研究一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)，掌握用簡(jiǎn)單的R-C一階電路觀測(cè)零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法。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的概念。二．實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備仿真軟件平臺(tái)(Multisim10)；硬件基礎(chǔ)電路實(shí)驗(yàn)箱。雙蹤示波器、直流穩(wěn)壓電源、萬(wàn)用表、直流電流表、電壓表。三．實(shí)驗(yàn)原理一階電路的零輸入響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(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，實(shí)驗(yàn)電路如圖4-1所示。四．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.在Multisim平臺(tái)上連接電路并進(jìn)行瞬態(tài)分析觀測(cè)RC低通和高通一階電路響應(yīng)，記錄波形；根據(jù)所繪出的響應(yīng)曲線求出時(shí)間常數(shù)τ，與理論計(jì)算值進(jìn)行比較。以下內(nèi)容要求先進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，然后在實(shí)驗(yàn)室物理平臺(tái)上按以下步驟完成實(shí)驗(yàn)。連接一個(gè)能觀測(cè)零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的電路圖（參考圖4-1）。分別觀測(cè)該電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的動(dòng)態(tài)曲線。零輸入響應(yīng)先連接K2、K3，使+5V直流電源對(duì)電容C充電，當(dāng)充電完畢后，斷開(kāi)K3連接K4，用示波器觀測(cè)Uc（t）的變化。b.零狀態(tài)響應(yīng)先連接K4，使電容兩端的電壓放電完畢，然后斷開(kāi)K4連接K3、K1，用示波器觀測(cè)15V直流電壓向電容C的充電過(guò)程。c.完全響應(yīng)先連接K4，使電容兩端電壓通過(guò)R-C回路放電，一直到零為止。然后連接K3、K2，使5V電源向電容充電，待充電完畢后，將短路帽連接K1，使15V電源向電容充電，用示波器觀測(cè)Uc（t）的完全響應(yīng)。3.用示波器觀察RC低通一階電路的響應(yīng)。用信號(hào)發(fā)生器輸出的方波來(lái)模擬階躍激勵(lì)信號(hào)，即利用方波輸出的上升沿作為零狀態(tài)響應(yīng)的正階躍激勵(lì)信號(hào)；利用方波的下降沿作為零輸入響應(yīng)的負(fù)階躍激勵(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，一般要求方波的周期T＞10τ，那么電路在這樣的方波序列脈沖信號(hào)的激勵(lì)下，它的響應(yīng)就和直流電接通與斷開(kāi)的過(guò)渡過(guò)程是基本相同的。觀察RC低通一階電路的響應(yīng)；改變RC（R=10KΩ，C=0.01μF），輸入方波信號(hào)（Um=3V，f=1KHZ），在示波器的屏幕上觀察到激勵(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。4.積分微分電路低通RC（R=10kΩ，C=0.1μF），在同樣的方波激勵(lì)信號(hào)（Um=3V，f=1KHZ）作用下，一階電路當(dāng)時(shí)間常數(shù)τ遠(yuǎn)大于輸入T時(shí)，可作為基本積分器的電路，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C=0.1μF，R=100Ω，組成微分電路，觀測(cè)并描繪激勵(lì)與響應(yīng)的波形。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？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)的激勵(lì)信號(hào)？2．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}沖的激勵(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？.3.推導(dǎo)圖4-1所示R-C電路在下列兩種情況的電容兩端電壓Uc（t）的表達(dá)式。1)Uc（0）=0，輸入U(xiǎn)i＝15V。2)Uc（0）=5V，輸入U(xiǎn)i＝15V。六．實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果，分別繪出RC一階電路在零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)、完全響應(yīng)