RC一阶电路地响应测试仿真实验.docx
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RC一阶电路地响应测试仿真实验
RC一阶电路的响应测试
班级：
应物11203班：
马天宝序号：
19
长江大学
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定方法。
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测绘图形。
二、实验原理
1.动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程.对时间常数τ较大的电路.可用慢扫描长余辉示波器观察光点移动的轨迹。
然而能用一般的双踪示波器观察过度过程和测量有关的参数.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.即令方波输出的上升沿最为零状态响应的正阶跃激励信号；方波下降沿最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.电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下.它的影响和直流电源接通与断开的过渡过程是基本相同的。
2.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
图（a）所示电路.用示波器测得零输入响应的波形如图（b）所示。
根据一阶微分方程的求解得知
当t=τ时.Uc（τ）=0.368E
此时所对应的时间常数就等于τ
亦可用零状态响应波形增长到0.632E所对应的时间测得.如（c）所示。
（b）零输入响应（a）RC一阶电路（c）零状态响应
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.当时间常数
时（T为方波脉冲的重复周期）.且由R端作为响应输入.如图（a）所示.这就构成了一个微分电路.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。
（a）微分电路（b）积分电路
若将图（a）中的R与C位置调换一下.即由C端作为响应输出.且当电路参数的选择满足
条件时.如图（b）所示即构成积分电路.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。
从输出波形来看.上述两个电路均起着波形变换的作用.请在实验过程中仔细观察与记录。
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
2
双踪示波器
1
四、实验容与仿真模拟实验
1.组成如图所示的RC充放电电路.E为函数信号发生器输出.取Um=3V.f=1000KHz的方波电压信号。
观察Ui、Uc和Ur的波形。
（1）R=10KΩ.C=1000PF
观察Ui、Uc和Ur的波形：
输入电压信号Ui的波形
电容两端的电压信号Uc的波形
电阻两端的电压信号Ur的波形
（2）R=10KΩ.C=3300PF
观察Ui、Uc和Ur的波形：
输入电压信号Ui的波形
电容两端的电压信号Uc的波形
电阻两端的电压信号Ur的波形
（3）R=30KHz,C=3300PF
观察Ui、Uc和Ur的波形：
输入电压信号Ui的波形
电容两端的电压信号Uc
电阻两端的电压信号Ur的波形
5、实验注意事项
1.示波器的辉度不要过量。
2.调节仪器旋钮时.动作不要过猛。
3.调节示波器时.要注意触发开关和电平调节旋钮的配合使用.以使显示的波形稳定。
4.作定量测定时.“t/div”和“v/div”的微调旋钮应旋至“校准”位置。
5.为防止外界干扰.函数信号发生器的接地端与示波器的接地端要连接在一起（称共地）。
6、实验数据处理
1.实验数据与图象
序号
R（KΩ）
C（PF）
τ理论值（ms）
1
10
1000
0.01
2
10
3300
0.33
3
30
3300
0.99
2.误差分析
仿真结果与实验结果基本一致.误差很小。
如果存在误差：
由于仪器精确度问题；
实验读数时存在误差；
函数信号发生器的输入电压不稳定等。
七、实验思考题
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？
答：
阶跃信号可作为RC一阶电路零输入响应激励源；
脉冲信号可作为RC一阶电路零状态响应激励源；
正弦信号可作为RC一阶电路完全响应的激励源。
2.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？
这两种电路有何功用？
答：
电路特性
性质
条件
变化规律
功用
积分电路
输出信号与输入信号的积分成正比的电路
一个简单的RC串联电路.在方波序列脉冲的重复激励下.当电路的参数τ=RC>>T/2.即为积分电路
将方波转成三角波
波形变换、放大电路失调电压的消除、反馈控制中得积分补偿等
微分电路
输出信号与输入信号的微分成正比的电路
一个简单的RC串联电路.在方波序列脉冲的重复激励下.当电路的参数τ=RC《T/2.即为积分电路
将方波变成尖脉冲
主要用于脉冲电路、模拟计算机和测量仪器中
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