RC一阶电路的响应测试试验分析报告Word下载.docx
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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T,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-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
To
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二ume-"
Rc二Ume-t/To当
t二t时，Uc（t）二0.368Umo此时所对应的时间就等于t。
亦可用零状态响应波形增加到0.632LL所对应的时间测
得，如图6・1（c）所示。
a
T1・
*u
t
r°
■Ql
⑻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—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二RCvvT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
6-2（a）所示。
利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。
（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二RC»
T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
里
备注
1
脉冲信号发生器
虚拟示波器
3
动态电路实验板
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。
所示的RC充放电电路。
Uj为脉冲信号发生器输出的Um二
3V；
.f二1KHzW方波电压信号，并通过两根同轴电缆线，将激励源Uj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T,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二10KQ,C=0.01卩F,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。
0—|十L!
3.令80.01卩F,R=100Q,组成口'
\\\
如图6-2（a）所示的微分电路。
在同样的方波激励信騎r号（Um二3V,f二1KHz）作用下，观测并描绘激fT4\励与响应的波形。
升丄」L_J
增减R之值，定性地观察对响应的影响，并z一…作记录。
当R增至1MQ时，输入输出波形有何T弋本质上的区别？
nx?
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
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♦w.
步骤一对应的虚拟示波器的图像如上I
利用游标测算得时间常数t=57*10©
与计算得到的时间常数t=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t»
T/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）近似等于输入电压ui（t）,其输出电压uo（t）为：
上式表明，输出电压uo（t）与输入电压ui（t）近似地成积分关系此时电路将方波转变成了三角波。
步骤三对应的虚拟示波器的图像如上图所示
取RC串联电路中的电阻两端为输出端，并选择适当的电路参数使时间常数t
vvT/2o由于电容器的充放电进行得很快，因此电容器C上的电压uc（t）接近等于输入电压ui（t）,这时输出电压为：
甘⑴三和—RC■色“RC•如八
0fdidt
上式表明，输出电压uo（t）与输入电压ui（t）近似地成积分关系。
逐渐增大R值，CH2的改变如下
：
5T/4iv
C»
5Y/4iv
□U
nr
当R增至1MQ时，输入与输出图像几乎完全一样，但分析可得输入与输出有本质差别。
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t,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二10KQ,C二0.01卩F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=RC=10SoRC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一阶电路的电路图,
加入输入信号，将输出信号的波形画出来，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何？
这两种电路有何功用？
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出。
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，基本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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