RC一阶电路的响应测试试验分析报告Word下载.docx

1、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To3.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u me-Rc二U me-t/To当t二t时，Uc（ t ）二0.368U mo此

2、时所对应的时间就等于 t。亦可用零状态响应波形增加到 0.632 LL所对应的时间测得，如图61（c）所示。aT1*utr Ql零输入响应（b） RC 一阶电路（c）零状态响应图6-14.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

3、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 RCT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。所示的RC充放电电路。Uj为脉冲信号发生器输出的 Um二3V；.

4、f二1 KHz W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 8 0.01 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二1 KHz ）作用下

5、，观测并描绘激 f T 4 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1M Q时，输入输出波 形有何T弋 本质上的区别？ n x ?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L 90* .5FneatED 口 IZ WIt: 30.001m U Q.OOIttS Al： 0 own I/AIsEEn: . 41B T1 4 5M At: I Mw.

6、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 tvvT

7、/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：甘三和RC 色“RC 如八0 f di dt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/4ivC5Y/4ivUnr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

8、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=10So 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 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

9、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

10、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。