一阶电路过渡过程实验报告.docx

1、一阶电路过渡过程实验报告一阶电路过渡过程实验报告实验3 RC一阶电路响应研究实验报告 电路与电子学 实验3 RC一阶电路响应研究 班级:12计师学号: 2012035144023 姓名:黄月明一、 实验目的 1( 加深理解RC电路过渡过程的规律及电路参数对过渡过程的理解 2( 学会测定RC电路的时间常数的方法 3( 观测RC充放电电路中电阻和电容电压的波形图 4( 二、 实验原理与说明 1、RC电路的时间常数 如图1所示。将周期性方波电压加于RC电路，当方波电压的幅度上升为U时，相相当于一个直流电压源Us对电容C充电，当方波电 图1 压下降为零时，相当于电容C通过过电阻R放电。RC电路的充电过

2、程uc?t?Us1?e RC电路的时间常数用表示，=RC，的大小决定了电路充放电时间的快慢。对充电而言，时间常数是电容电压uc从零增长到63.2% Us所需的时间;RC电路的放电过程 uc?t?Use t ?RC ，对放电而言，是电容电压uc从Us下降到36.8%Us所需的时间。 2、微分电路和积分电路 图1的RC充放电电路中，当电源方波电压的周期T 时，电容器充放电速很快， dudu 若uc uR，uc?u，在电阻两端的电压uR=R?i ?RCc?RC，这就是说电阻两 dtdt端的输出电压uR与输入电压u的微分近似成正比，此电路即称为微分电路。 当电源方波电压的周期T时，电容器充放电速度很慢

3、，又若uc uR，uR?u， 111UR idtudt，这就是说电容两端的输出电压ucdt = ?CRCCR 与输入电压u的积分近似成正比，此电路称为积分电路。 三、 实验步骤 1( 时间常数的测定 ? t?RC ?， 在电阻两端的电压uc= (1) 实验线路见图1，取R=100，C=1F，f=1kHz，Us=10v，测量uc从零上升到63.2%Us所需的时间，亦即测量充电时间常数1;再测量uc从Us下降到36.8%Us所需的时间，亦 即测量放电时间常数2;将1，2记入下面空格处。 充电过程中: 计算:63.2% Us =_6.32V_; 测量:1=_0.178ms_; 放电过程中: 计算:3

4、6.8% Us =_3.68V_; 测量:2=_0.158ms_。 (2) 实验线路见图1，R取51，电容C取10F，实验方法同步骤(1)。观测电容充电过程中电压变化情况，试用时间常数的概念，比较说明R、C对充放电过程的影响与作用。 根据(1)画图如下 波形图如下: 若R=51Ohm，则对比如下 ut putO2.00m 2.50m 3.00m3.50m 4.00m Time (s) 根据(2)要求画图如下 波形图如下 Uc2 2.00m 2.50m 3.00mTime (s) 3.50m 4.00m 2( 观测微分和积分电路输出电压的波形 按图1接线，取R=1 k，C=10F(= RC =

5、10ms)，电源方波电压u的频率为1kHz，幅值为1V(T=1/1000=1 ms )，在电容两端的电压uc即为积分输出电压，将方波电压 u输入示波器的YB通道，uc输入示波器的YA通道，观察并描绘u和uc的波形图。再将图1中R和C的位置互换，取C=10F，R=51(= RC = 0.51ms)，电源方波电压u同上(T=1/1000=1 ms )，在电阻两端的电压UR即为微分输出电压，将u输入示波器的YB通道，UR输入示波器的(转 载 于:wWW.xIElw.COM 写论文网:一阶电路过渡过程实验报告)YA通道，观察并描绘u和UR的波形图。 0 t(s) 0 t(s) uc uR 0 t(s)

6、 0 t(s) 积分输出电压 微分输出电压 当R=1k,C=10F时，即RC=10ms1ms Uc C2 10u Uc 10.00 u 0.00 2.00m 2.50m 3.00m3.50m 4.00m Time (s) 当R=51，C=10F时，即RC=51*0.01=0.51s1ms 并且将R和C调换位置 篇二:RC一阶电路的响应测试实验报告 RC一阶电路的响应测试 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. 进一步学会用示波器观测波形。 实验电路 原理说明 1. 电路中某时刻的电

7、感电流和电容电压称为该时刻的电路状态。t=0时电感的初始电流iL(0)和电容电压uc(0)称为电路的初始状态。 在没有外加激励时，仅由t=0零时刻的非零初始状态引起的响应称为零输入响应称为，它取决于初始状态和电路特性 (通过时间常数=RC来体现)，这种响应时随时间按指数规律衰减的。 在零初始状态时仅由在t0时刻施加于电路的激励引起的响应称为零状态响应，它取 决于外加激励和电路特性，这种响应是由零开始随时间按指数规律增长的。 线性动态电路的完全响应为零输入响应和零状态响应之和。 含有耗能元件的线性动态电路的完全响应也可以为暂态响应与稳态响应之和，实践中认为暂态响应在t=5时消失，电路进入稳态，在

8、暂态还存在的这段时间就成为“过渡过程”。 2. CC电接通与断开的过渡过程是基本相同的。 3. 时间常数的测定方法: 用示波器测量零输入响应的波形如图9-1(b)所示。 根据一阶微分方程的求解得知uc,Ume 如图9-1(c)所示。 -t/RC,Ume-t/。当t,时，Uc(),0.368Um。此时所对应的时间就等于。亦可用零状态响应波形增加到0.632Um所对应的时间测得， uu UmUm tt 00 c ucR UmUm 0.632 uc0.368t t 00 (b) 零输入响应 (a) RC一阶电路 (c) 零状态响应 图 9-1 4. 微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的电路，

9、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,RCT 2时(T为方波脉冲的重复周期)，且由R两端的电压作为响应输出，则 该电路就是一个微分电路。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。 将R与C位置调换一下，由 C两端的电压作为响应输出，且当电路的参数满足, RCT 2，则该RC电路称为积分电路。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。 实验数据 1. (1)从电路板上选R,10K，C,3300pF(6800P)组成如图9-1(b)所示的RC充 放电电路。ui为脉冲信号发生器输出的Um,3V、f

10、,1KHz的方波电压信号，并通过两根 同轴电缆线，将激励源ui和响应uC的信号分别连至示波器的两个输入口YA和YB。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，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 响应uc的变化规律 激励源u的变化规律 (2) 令R,10K，C,0.01F，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。 C=0.01F C=1000pF 2、选择动态板上R、C元件，组成如图9-2(a)所示微分电路，令C,0.01F， R,1K。在同样的方波激励信号(Um,3V，

11、f,1KHz)作用下，观测并描绘激励与响 应的波形。 R=1K?时的响应图 增减R的值，定性地观察对响应的影响，并作记录。当R增至1M时，输入输出波形有何本质上的区别, R=100?时 R=1M?时 1.根据实验结果，所得的曲线计算值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。 (1)计算值。由于我们组用的电源是Um=1.85V，所以从0增加到1.17V所用时间为 得到1.170V的位置利用图8位置测出时间常数 测量得到=33.0s，理论值为=RC=33.0s (2)测量结果与计算结果一样，没有误差。 如果存在误差，则可能由于仪器精确度问题，测量时存在误差，读数时存在误差等原因。 2、根据实验

12、观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变化特征 (1)条件:积分电路应满足条件,RCT 2 T 2(T为方波脉冲的重复周期)微分电路应满足条件,RC(T为方波脉冲的重复周期) (2)波形变换特征:R固定时，当C增大，时间常数也增大，波形也变的陡一点。 C固定时，当R增大，时间常数也增大，波形也变的陡一点。 篇三:实验二 简单RC电路的过渡过程 实验二 简单RC电路的过渡过程 一、实验目的 1、研究RC电路在零输入、阶跃激励和方波激励情况下，响应的基本规律和特点。 2、学习用示波器观察分析电路的响应。 二、实验属性 验证性 三、实验仪器设备及器材 电工实验装置(DG011T，

13、DY031T，DG053T，DY053) 四、实验要求 实验前些预习报告，凭预习报告参加实验。熟悉教材中RC电路的相关知识。实验中听从安排，正确使用仪表，记录测量数据。实验后根据要求认真书写实验报告。 五、实验原理 1、一阶RC电路对阶跃激励的零状态响应就是直流电源经电阻R向C充电。对于图2-1所示的一阶电路，当t=0时开关K由位置2转到位置1，由方程 uc?RC ducdt ?Us t?0 初始值 Uc(0)=0 可以得出电容电压和电流随时间变化的规律 uc(t)?Us(1?ei(t)? UsRe ?t ?t ? ) t?0 t?0 ? 上述式子表明，零状态响应是输入的线性函数。其中=RC，

14、具有时间的量纲，称为时间常数，它是反映电路过渡过程快慢程度的物理量。越大，暂态响应所持续的时间越长即过渡过程时间越长。反之，越小，过渡过程的时间越短。 2、电路在无激励情况下，由储能元件的初始状态引起的响应称为零输入响应。即电容器的初始电压经电阻R放电。在图2-1中，让开关K于位置1，使初始值Uc(0)=U0，再将开关K转到位置2。电容器放电由方程 uc?RC ducdt ?0 t?0 可以得出电容器上的电压和电流随时间变化的规律: uc(t)?uc(0?)ei(t)? uc(0?)R ?t ? t?0 t e ? t?0 ? 3、对于RC电路的方波响应，在电路的时间常数远小于方波周期时，可以

15、视为零状态响应和零输入响应的多次过程。方波的前沿相当于给电路一个阶跃输入，其响应就是零状态响应，方波的后沿相当于在电容具有初始值uc(0)时把电源用短路置换，电路响应转换成 零输入响应。 由于方波是周期信号，可以用普通示波器显示出稳定的图形，以便于定量分析。 本实验采用的方波信号的频率为1000赫兹。 图2-1 六、实验内容与步骤 1、测定RC电路的电容充电过程。 图2-2 按图2-2接线。先调节电源电压U=5V。在开关K由2置于1时的瞬间开始用秒表计时，实验板上有秒表与5V电压表，使用时只需外接5V直流电源即可。当电压表指示的电容电压Uc达到表2-1中所规定的某一数值时，将开关置于2点(中间

16、点)，用秒表记下时间填在表2-1中，然后开关置于1点，重复上述实验并记下各时间。 其中:U=5VR=100K C=147F 表2-1 2、测定RC电路的电容放电过程 将电容充电至表中电压，按图2-2接线，电容电压为4.5V。用秒表计时，在t=0时， 将开关K置于3点，方法同上。数据记在表2-2中。 表2-2 3、用示波器观察RC电路的方波响应- 首先将方波发生器的电源接通使之产生方波，并将此方波输给示波器，调整示波器，使其能观察到合适的稳定方波波形(可选幅值3至5V，频率1KHz左右)。 按图23接线。选取不同的R和C。如: (1)C=1000PF R=10K (2)C=0.01F R=1K (3)C=0.01F R=10K 用示波器观察uc(t)波形的变化情况，并将其描绘下来。 图2-3 七、报告要求 1、用坐标纸描绘出电容充电及放电过程。 2、把用示波器观察出的各种波形画在坐标纸上，并做出必要的说明。