? 實(shí)驗(yàn)七　RC一階電路的響應(yīng)測(cè)試

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1. 測(cè)定RC一階電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)及完全響應(yīng)。

2. 學(xué)習(xí)電路時(shí)間常數(shù)的測(cè)量方法。

3. 掌握有關(guān)微分電路和積分電路的概念。

4. 進(jìn)一步學(xué)會(huì)用示波器觀測(cè)波形。

二、原理說明

1. 動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)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(cè)量有關(guān)的參數(shù)，就必須使這種單次變化的過程重復(fù)出現(xiàn)。為此，我們利用信號(hào)發(fā)生器輸出的方波來模擬階躍激勵(lì)信號(hào)，即利用方波輸出的上升沿作為零狀態(tài)響應(yīng)的正階躍激勵(lì)信號(hào)；利用方波的下降沿作為零輸入響應(yīng)的負(fù)階躍激勵(lì)信號(hào)。只要選擇方波的重復(fù)周期遠(yuǎn)大于電路的時(shí)間常數(shù)τ，那么電路在這樣的方波序列脈沖信號(hào)的激勵(lì)下，它的響應(yīng)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(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)分別按指數(shù)規(guī)律衰減和增長(zhǎng)，其變化的快慢決定于電路的時(shí)間常數(shù)τ。

3. 時(shí)間常數(shù)τ的測(cè)定方法:

用示波器測(cè)量零輸入響應(yīng)的波形如圖7-1(a)所示。

根據(jù)一階微分方程的求解得知uc＝Ume-t/RC＝Ume-t/τ。當(dāng)t＝τ時(shí)，Uc(τ)＝0.368Um。此時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就等于τ。亦可用零狀態(tài)響應(yīng)波形增加到0.632Um所對(duì)應(yīng)的時(shí)間測(cè)得，如圖13-1(c)所示。

a) 零輸入響應(yīng) (b) RC一階電路 (c) 零狀態(tài)響應(yīng)

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(duì)電路元件參數(shù)和輸入信號(hào)的周期有著特定的要求。一個(gè)簡(jiǎn)單的 RC串聯(lián)電路， 在方波序列脈沖的重復(fù)激勵(lì)下， 當(dāng)滿足τ＝RC<>，則該RC電路稱為積分電路。因?yàn)榇藭r(shí)電路的輸出信號(hào)電壓與輸入信號(hào)電壓的積分成正比。利用積分電路可以將方波轉(zhuǎn)變成三角波。

從輸入輸出波形來看，上述兩個(gè)電路均起著波形變換的作用，請(qǐng)?jiān)趯?shí)驗(yàn)過程仔細(xì)觀察與記錄。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

序號(hào)

名 稱

型號(hào)與規(guī)格

數(shù)量

備注

1

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

1

DG03

2

雙蹤示波器

1

自備

3

動(dòng)態(tài)電路實(shí)驗(yàn)板

1

DG07

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)線路板的器件組件，如圖7-3所示，請(qǐng)認(rèn)清R、C元件的布局及其標(biāo)稱值，各開關(guān)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(hào)發(fā)生器輸出的Um＝3V、f＝1KHz的方波電壓信號(hào)，并通過兩根同軸電纜線，將激勵(lì)源ui和響應(yīng)uC的信號(hào)分別連至示波器的兩個(gè)輸入口YA和YB。這時(shí)可在示波器的屏幕上觀察到激勵(lì)與響應(yīng)的變化規(guī)律，請(qǐng)測(cè)算出時(shí)間常數(shù)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(duì)響應(yīng)的影響，記錄觀察到的現(xiàn)象。

l R=10KΩ，C=6800pF時(shí)，激勵(lì)與響應(yīng)的變化規(guī)律：

(積分電路)

(圖a 變化規(guī)律)

電容先充電，為零狀態(tài)響應(yīng)。后放電，為零輸入響應(yīng)

時(shí)間常數(shù)τ=6.8×10-5 s

l 電阻R不變，減少電容C至3000pF,響應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)的波形，繼續(xù)增大C 之值，定性地觀察對(duì)響應(yīng)的影響。

l 令R=10KΩ，C=0.1μF, 激勵(lì)與響應(yīng)的變化規(guī)律：

l R=10KΩ不變，C=0.1μF，繼續(xù)增大C值，響應(yīng)曲線變平緩，當(dāng)電容C大到一定值時(shí)候，響應(yīng)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(lì)信號(hào)(Um＝3V，f＝1KHz)作用下，

觀測(cè)并描繪激勵(lì)與響應(yīng)的波形。

l 令C=0.01μF，R=100Ω，激勵(lì)與響應(yīng)的變化規(guī)律如下：

(微分電路)

(激勵(lì)與響應(yīng)的變化規(guī)律)

增減R之值，定性地觀察對(duì)響應(yīng)的影響，

并作記錄。當(dāng)R增至1MΩ時(shí)，輸入輸出波

形有何本質(zhì)上的區(qū)別？

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

l 當(dāng)C=0.01μF不變時(shí)，減小R值至20Ω，響應(yīng)曲線變化不明顯。

l R增至1MΩ時(shí)，激勵(lì)與響應(yīng)的變化規(guī)律如下圖：

輸入波形為方波信號(hào)，輸出波形接近方波信號(hào)。

五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

1. 調(diào)節(jié)電子儀器各旋鈕時(shí)，動(dòng)作不要過快、

過猛。實(shí)驗(yàn)前，需熟讀雙蹤示波器的使用說明

書。觀察雙蹤時(shí)，要特別注意相應(yīng)開關(guān)、旋鈕 圖7-3 動(dòng)態(tài)電路、選頻電路實(shí)驗(yàn)板

的操作與調(diào)節(jié)。

2. 信號(hào)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(cè)量的準(zhǔn)確性。

3. 示波器的輝度不應(yīng)過亮，尤其是光點(diǎn)長(zhǎng)期停留在熒光屏上不動(dòng)時(shí)，應(yīng)將輝度調(diào)暗，以延長(zhǎng)示波管的使用壽命。

六、預(yù)習(xí)思考題

1. 什么樣的電信號(hào)可作為RC一階電路零輸入響應(yīng)、 零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的激勵(lì)源？

2. 已知RC一階電路R＝10KΩ，C＝0.1μF，試計(jì)算時(shí)間常數(shù)τ，并根據(jù)τ值的物理意義，擬定測(cè)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?cè)诜讲ㄐ蛄忻}沖的激勵(lì)下，其輸出信號(hào)波形的變化規(guī)律如何？這兩種電路有何功用？

4. 預(yù)習(xí)要求：熟讀儀器使用說明，回答上述問題，準(zhǔn)備方格紙。

七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果，在方格紙上繪出RC一階電路充放電時(shí)uC的變 化曲線，由曲線測(cè)得τ值，并與參數(shù)值的計(jì)算結(jié)果作比較，分析誤差原因。

2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果，歸納、總結(jié)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(huì)及其他。

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總結(jié)

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?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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