RC一阶电路的响应测试实验报告.docx
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RC一阶电路的响应测试实验报告
实验七 RC一阶电路的响应测试
一、实验目的
1.测定RC一阶电路的零输入响应、零状态响应及完全响应。
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7-1(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7-1(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)=。
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所对应的时间测得,如图13-1(c)所示。
a)零输入响应(b)RC一阶电路(c)零状态响应
图7-1
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,当满足τ=RC<<
时(T为方波脉冲的重复周期),且由R两端的电压作为响应输出,则该电路就是一个微分电路。
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7-2(a)所示。
利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。
(a)微分电路(b)积分电路
图7-2
若将图7-2(a)中的R与C位置调换一下,如图13-2(b)所示,由C两端的电压作为响应输出,且当电路的参数满足τ=RC>>
,则该RC电路称为积分电路。
因为此时电路的输出信号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
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
函数信号发生器
1
DG03
2
双踪示波器
1
自备
3
动态电路实验板
1
DG07
四、实验内容
实验线路板的器件组件,如图7-3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。
1.从电路板上选R=10KΩ,C=6800pF组成如图13-1(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的信号分别连至示波器的两个输入口YA和YB。
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。
R=10KΩ,C=6800pF时,激励与响应的变化规律:
(积分电路)
(图a变化规律)
电容先充电,为零状态响应。
后放电,为零输入响应
时间常数τ=×10-5s
电阻R不变,减少电容C至3000pF,响应的图像变陡,如下图(b)
(图b)
电阻R不变,增大电容C至8000pF,响应的图像变平缓,如下图(c)
(图c)
电容C不变,电阻R减小至5KΩ,响应的曲线变陡峭,如下图(d)
(图d)
电容C不变,电阻R增大至20KΩ,响应的曲线变平缓,如下图(e)
(图e)
2.令R=10KΩ,C=μF,观察并描绘响应的波形,继续增大C之值,定性地观察对响应的影响。
令R=10KΩ,C=μF,激励与响应的变化规律:
R=10KΩ不变,C=μF,继续增大C值,响应曲线变平缓,当电容C大到一定值时候,响应曲线变成直线(如下图)。
3.令C=μF,R=100Ω,组成
如图7-2(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。
令C=μF,R=100Ω,激励与响应的变化规律如下:
(微分电路)
(激励与响应的变化规律)
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
当C=μF不变时,增大R值至200Ω,响应曲线变化不明显,如下图:
当C=μF不变时,减小R值至20Ω,响应曲线变化不明显。
R增至1MΩ时,激励与响应的变化规律如下图:
输入波形为方波信号,输出波形接近方波信号。
五、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,需熟读双踪示波器的使用说明
书。
观察双踪时,要特别注意相应开关、旋钮图7-3动态电路、选频电路实验板
的操作与调节。
2.信号源的接地端与示波器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。
3.示波器的辉度不应过亮,尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时,应将辉度调暗,以延长示波管的使用寿命。
六、预习思考题
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源
2.已知RC一阶电路R=10KΩ,C=μF,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。
3.何谓积分电路和微分电路,它们必须具备什么条件它们在方波序列脉冲的激励下,其输出信号波形的变化规律如何这两种电路有何功用
4.预习要求:
熟读仪器使用说明,回答上述问题,准备方格纸。
七、实验报告
1.根据实验观测结果,在方格纸上绘出RC一阶电路充放电时uC的变化曲线,由曲线测得τ值,并与参数值的计算结果作比较,分析误差原因。
2.根据实验观测结果,归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件,阐明波形变换的特征。
3.心得体会及其他。
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