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
实验六RC-阶电路的响应测试
一、实验目的
1.测定RC-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丫，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丫。
3.时间常数t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-l/RC=Ume-t/\当t=T时，Uc（T）=0.368Umo此时所对应的时间就等于丫。
亦可用零状态响应波形增加到0.632Um所对应的时间测彳專，如鹵6・l（c）所示。
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（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t=RC«I时（T为方波脉冲的重复周期），且由R两
2
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・2⑷所示。
利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。
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（a）
（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t=RC»I条件时，即称为积分电路。
因为此时电路的输出信号
2
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
J^L里
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
4.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=10KQ,C=6800pF组成如图6-2（b）
2.
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
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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t»T/2的条件，则成为积分电路。
山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）近似等于输入电圧ui（t）,其输出电压uo（t）为:
冷⑴二比⑴二二m弓。
•出二U.（/）-dt
址心•…C虫沁如
dtdi
上式表明，输出电丿Euo（t）与输入电压ui⑴近似地成积分关系。
逐渐增大R值，CH2的改变如下
OU
当R增至1MQ时，输入与输岀图像几乎完全一样，但分析可得输入与输岀有本质差别。
输入波表示的是Ui的电压，是Ui两端的电压之差，而UR此时相当于断路，去输入电压为UR—端的电势。
思考题
1.什么样的电信号可作为RC-阶电路零输入响应、零状态响应和完全响应的激励信号？
只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数丫，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。
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。
2.已知RC—阶电路R=10KQ,C=0・01UF,试
计算时间常数T,并根据T值的物理意义，拟定测量t的方案。
t二ROIOTs。
RC电路的时间常数的物理意义是电容的电压减小到原来的1/e需要的时间。
测量方法就是用RC-阶电路的电路图,加入输入信号，将输岀信号的波形画出来，再根据下降的波形，找到u=0.368Um的那点，再对应到横坐标的时间，就是时间常数了。
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彳可？
直商种电略肴何功用？
微分电路可把矩形波转换为尖脉冲波，此电路的输出波形只反映输入波形的突变部分，即只有输入波形发生突变的瞬间才有输出。
而对恒定部分则没有输岀。
输出的尖脉冲波形的宽度与FTC有关（即电路的时间常数），FTC越小，尖脉冲波形越尖，反之则宽。
积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波，还可将锯齿波转换为抛物波。
电路原理很简单，都是基于电容的冲放电原理。
输出信号与输入信号的微分成正比的电路称为微分电路，输出信号与输入信号的积分成正比的电路称为积分电路。
积分和微分电路是利用电容的充电特性实现的，基木上由一个电容和一个电阻组成，积分和微分电路的特性由电阻和电容的特性决定（RC时间常数），时间常数越大，波形变化所需的时间越长。
积分电路用一个电阻串联在信号输入端，给电容充放电。
在方波上升沿，电容通过电阻充电，电容两端的电压缓慢上升。
在方波下降沿，电容通过电阻放电，电容两端的电压缓慢下降。
积分电路使输出的波形边沿变得有些圆滑。
积分电路可以用来做延迟或整形电路。
微分电路用是一个电容串联在信号输入端，通过一个电阻充放电。
在方波上升沿，电容输出端的电压随输入信号上升，然后通过电阻充电,电容输出端电压缓慢下降，形成一个正的尖脉冲。
在输入方波下降沿,电容输出端的电压随输入信号下降，然后通过电阻放电，电容输出端电压缓慢上升，形成一个负的尖脉冲。
微分电路可以用来做倍频或整形电路。
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