實驗九rc一階電路的響應測試

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1、實驗九RC一階電路的響應測試基礎實驗教學中心主講教師：余善好一、實驗目的1.測定RC一階電路的零輸入響應，零狀態(tài)響應及完全響應。2.學習電路時間常數(shù)的測定方法。3.掌握有關(guān)微分電路和積分電路的概念。4.進一步學會用示波器測繪圖形。二、原理說明1.動態(tài)網(wǎng)絡的過渡過程是十分短暫的單次變化過程，對時間常數(shù)τ較大的電路，可用慢掃描長余輝示波器觀察光點移動的軌跡。然而能用一般的雙蹤示波器觀察過渡過程和測量有關(guān)的參數(shù)，必須使這種單次變化的過程重復出現(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

2、令方波輸出的上升沿作為零狀態(tài)響應的正階躍激勵信號；方波下降沿作為零輸入響應的負階躍激勵信號，只要選擇方波的重復周期遠大于電路的時間常數(shù)τ，電路在這樣的方波序列脈沖信號的激勵下，它的影響和直流電源接通與斷開的過渡過程是基本相同的。2.RC一階電路的零輸入響應和零狀態(tài)響應分別按指數(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的測定方法圖9-1(a)所示電路用示波器測得零輸入響應的波形如圖9-1(b)所示。根據(jù)一階微分方程的求解得知uc＝Ee-t/RC＝Ee-t/τ當t＝τ時，U

3、c(τ)＝0.368E此時所對應的時間就等于τ亦可用零狀態(tài)響應波形增長到0.632E所對應的時間測得，如圖9-1(c)所示。圖9-1aRC一階電路b零輸入響應c零狀態(tài)響應4.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激勵下，當滿足τ＝RC?時（T為方波脈沖的重復周期），且由R端作為響應輸出，如圖9-2(a)所示。這就構(gòu)成了一個微分電路，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。若將圖9-

4、2(a)中的R與C位置調(diào)換一下，即由C端作為響應輸出，且當電路參數(shù)的選擇滿足τ＝RC?T/2條件時，如圖9-2(b)所示即構(gòu)成積分電路，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。從輸出波形來看，上述兩個電路均起著波形變換的作用，請在實驗過程中仔細觀察與記錄。三、實驗內(nèi)容實驗線路板的結(jié)構(gòu)如圖9-3所示，認清R、C元件的布局及其標稱值，各開關(guān)的通斷位置等等。選擇動態(tài)線路板上R、C元件，令(1)R＝10KΩ，C＝1000PF組成如圖9-1(a)所示的RC充放電電路，E為函數(shù)信號發(fā)生器輸出，

5、取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u和響應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的變化規(guī)律，求測時間常數(shù)τ，并描繪u及uc波形。少量改變電容值或電阻值，定性觀察對響應的影響，記錄觀察到的現(xiàn)象。(2)令R＝10KΩ，C＝3300PF，觀察并描繪響應波形，繼續(xù)增大C之值，定性觀察對響應的影響。2.選擇動態(tài)板上R、C元件,組成如圖9-2(a)所示微分電路,令C＝3300PF，R＝30KΩ。在同樣的方波激勵信號(Um＝

6、3V，f＝1KHz)作用下，觀測并描繪激勵與響應的波形。增減R之值，定性觀察對響應的影響，并作記錄。當R增至∞時，輸入輸出波形有何本質(zhì)上的區(qū)別？四、實驗注意事項1.示波器的輝度不要過亮。2.調(diào)節(jié)儀器旋鈕時，動作不要過猛。3.調(diào)節(jié)示波器時，要注意觸發(fā)開關(guān)和電平調(diào)節(jié)旋鈕的配合使用，以使顯示的波形穩(wěn)定。4.作定量測定時，“t/div”和“v/div”的微調(diào)旋鈕應旋至“校準”位置。5.為防止外界干擾，函數(shù)信號發(fā)生器的接地端與示波器的接地端要連接在一起（稱共地）。五、實驗報告1.根據(jù)實驗觀測結(jié)果，在方格紙

7、上繪出RC一階電路充放電時uc的變化曲線，由曲線測得τ值，并與參數(shù)值的計算結(jié)果作比較，分析誤差原因。2.根據(jù)實驗觀測結(jié)果，歸納、總結(jié)積分電路和微分電路的形成條件，闡明波形變換的特征。3.心得體會及其他。