RC一阶电路的响应测试实验报告.docx

1、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

2、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0.632 Um所对应的时间测 彳專，如鹵6l(c)所示。Un.ut7110(c)零状态响应图6-14.微分电路和积分电路是RC 一阶电路

3、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 =RCI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 62所示。利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。c n 1 11 1TK1C削 RcT/2UrRcT/2 -lie r i一 T亠OV亠1 o I(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 = RCI条件时，即称为积分电

4、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JL 里备注1脉冲信号发 生器12虚拟示波器13动态电路实验板1HE144.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63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，

5、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auzi.svaiv0.5/4tvanac /xjcMimjfc/wisSIX15Vcnll注万武MAnr时问/IS10wXI：9 ooims tt： o ooiua Ai o oookt i/ai： ncson： .nT1 4.5MM： I WitfftftEJE3EZJE回CI1 a fiooToT SB o narw . 40& J开IMSse ve” 忒用屁八也-v0flv -issiimiDii 赢一对应的虚拟示波器的图像如上图所耒 利用游标测算

6、得时间常数t =57M0-6-与计算得到的时间常数 t =RC=68M0 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。bftZB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 :冷二比二 二 m弓。出二 U. (/) - dt址心C虫沁如dt di上式表明，输出电丿E uo(t)与输入电压ui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

7、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 = 001 UF,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

8、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

9、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。