RC阶电路的响应测试实验报告.docVIP

实验六　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，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。 (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＝RC条件时，即称为积分电路。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 脉冲信号发生器 1 2 虚拟示波器 1 3 动态电路实验板 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。继续增大C 之值，定性地观察对响应的影响。 3. 令C＝0.01μF，R＝100Ω，组成 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？ 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τT/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