? 實驗七　RC一階電路的響應測試

一、實驗目的

1. 測定RC一階電路的零輸入響應、零狀態響應及完全響應。

2. 學習電路時間常數的測量方法。

3. 掌握有關微分電路和積分電路的概念。

4. 進一步學會用示波器觀測波形。

二、原理說明

1. 動態網絡的過渡過程是十分短暫的單次變化過程。要用普通示波器觀察過渡過程和測量有關的參數，就必須使這種單次變化的過程重復出現。為此，我們利用信號發生器輸出的方波來模擬階躍激勵信號，即利用方波輸出的上升沿作為零狀態響應的正階躍激勵信號；利用方波的下降沿作為零輸入響應的負階躍激勵信號。只要選擇方波的重復周期遠大于電路的時間常數τ，那么電路在這樣的方波序列脈沖信號的激勵下，它的響應就和直流電接通與斷開的過渡過程是基本相同的。

2.圖7-1(b)所示的 RC 一階電路的零輸入響應和零狀態響應分別按指數規律衰減和增長，其變化的快慢決定于電路的時間常數τ。

3. 時間常數τ的測定方法:

用示波器測量零輸入響應的波形如圖7-1(a)所示。

根據一階微分方程的求解得知uc＝Ume-t/RC＝Ume-t/τ。當t＝τ時，Uc(τ)＝0.368Um。此時所對應的時間就等于τ。亦可用零狀態響應波形增加到0.632Um所對應的時間測得，如圖13-1(c)所示。

a) 零輸入響應 (b) RC一階電路 (c) 零狀態響應

圖 7-1

4. 微分電路和積分電路是RC一階電路中較典型的電路， 它對電路元件參數和輸入信號的周期有著特定的要求。一個簡單的 RC串聯電路， 在方波序列脈沖的重復激勵下， 當滿足τ＝RC<>，則該RC電路稱為積分電路。因為此時電路的輸出信號電壓與輸入信號電壓的積分成正比。利用積分電路可以將方波轉變成三角波。

從輸入輸出波形來看，上述兩個電路均起著波形變換的作用，請在實驗過程仔細觀察與記錄。

三、實驗設備

序號

名 稱

型號與規格

數量

備注

1

函數信號發生器

1

DG03

2

雙蹤示波器

1

自備

3

動態電路實驗板

1

DG07

四、實驗內容

實驗線路板的器件組件，如圖7-3所示，請認清R、C元件的布局及其標稱值，各開關的通斷位置等。

1. 從電路板上選R＝10KΩ，C＝6800pF組成如圖13-1(b)所示的RC充放電電路。ui為脈沖信號發生器輸出的Um＝3V、f＝1KHz的方波電壓信號，并通過兩根同軸電纜線，將激勵源ui和響應uC的信號分別連至示波器的兩個輸入口YA和YB。這時可在示波器的屏幕上觀察到激勵與響應的變化規律，請測算出時間常數τ，并用方格紙按1:1 的比例描繪波形。

少量地改變電容值或電阻值，定性地觀察對響應的影響，記錄觀察到的現象。

l R=10KΩ，C=6800pF時，激勵與響應的變化規律：

(積分電路)

(圖a 變化規律)

電容先充電，為零狀態響應。后放電，為零輸入響應

時間常數τ=6.8×10-5 s

l 電阻R不變，減少電容C至3000pF,響應的圖像變陡，如下圖(b)

(圖b)

l 電阻R不變，增大電容C至8000pF,響應的圖像變平緩，如下圖(c)

(圖c)

l 電容C不變，電阻R減小至5KΩ，響應的曲線變陡峭，如下圖(d)

(圖d)

l 電容C不變，電阻R增大至20KΩ，響應的曲線變平緩，如下圖(e)

(圖e)

2. 令R＝10KΩ，C＝0.1μF，觀察并描繪響應的波形，繼續增大C 之值，定性地觀察對響應的影響。

l 令R=10KΩ，C=0.1μF, 激勵與響應的變化規律：

l R=10KΩ不變，C=0.1μF，繼續增大C值，響應曲線變平緩，當電容C大到一定值時候，響應曲線變成直線(如下圖)。

3. 令C＝0.01μF，R＝100Ω，組成

如圖7-2(a)所示的微分電路。在同樣的方

波激勵信號(Um＝3V，f＝1KHz)作用下，

觀測并描繪激勵與響應的波形。

l 令C=0.01μF，R=100Ω，激勵與響應的變化規律如下：

(微分電路)

(激勵與響應的變化規律)

增減R之值，定性地觀察對響應的影響，

并作記錄。當R增至1MΩ時，輸入輸出波

形有何本質上的區別？

l 當C=0.01μF不變時，增大R值至200Ω，響應曲線變化不明顯，如下圖：

l 當C=0.01μF不變時，減小R值至20Ω，響應曲線變化不明顯。

l R增至1MΩ時，激勵與響應的變化規律如下圖：

輸入波形為方波信號，輸出波形接近方波信號。

五、實驗注意事項

1. 調節電子儀器各旋鈕時，動作不要過快、

過猛。實驗前，需熟讀雙蹤示波器的使用說明

書。觀察雙蹤時，要特別注意相應開關、旋鈕 圖7-3 動態電路、選頻電路實驗板

的操作與調節。

2. 信號源的接地端與示波器的接地端要連在一起(稱共地)， 以防外界干擾而影響測量的準確性。

3. 示波器的輝度不應過亮，尤其是光點長期停留在熒光屏上不動時，應將輝度調暗，以延長示波管的使用壽命。

六、預習思考題

1. 什么樣的電信號可作為RC一階電路零輸入響應、 零狀態響應和完全響應的激勵源？

2. 已知RC一階電路R＝10KΩ，C＝0.1μF，試計算時間常數τ，并根據τ值的物理意義，擬定測量τ的方案。

3. 何謂積分電路和微分電路，它們必須具備什么條件？ 它們在方波序列脈沖的激勵下，其輸出信號波形的變化規律如何？這兩種電路有何功用？

4. 預習要求：熟讀儀器使用說明，回答上述問題，準備方格紙。

七、實驗報告

1. 根據實驗觀測結果，在方格紙上繪出RC一階電路充放電時uC的變 化曲線，由曲線測得τ值，并與參數值的計算結果作比較，分析誤差原因。

2. 根據實驗觀測結果，歸納、總結積分電路和微分電路的形成條件，闡明波形變換的特征。

3. 心得體會及其他。

展開閱讀全文

總結

以上是生活随笔為你收集整理的一阶电路实验报告心得_RC一阶电路的响应测试实验报告.doc的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。