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1、? 实验七RC 一阶电路的响应测试一、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。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，那么电路在这样的方波序列脉冲信号的
2、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 7-1（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。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7-1(a) 所示。根据一阶微分方程的求解得知ucUme-t/RCUme-t/。当 t 时，Uc() 。此时所对应的时间就等于。 亦可用零状态响应波形增加到所对应的时间测得，如图13-1(c) 所示。tRt00ucucuuUmUm精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - -
3、- - - -第 1 页，共 16 页 - - - - - - - - - - a) 零输入响应 (b) RC一阶电路 (c) 零状态响应图 7-14. 微分电路和积分电路是RC一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 RC2T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。如图7-2(a) 所示。利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。 (a)微分电路 (b) 积分电路TRCR T/2icRccuuuiu精
4、品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 图 7-2若将图 7-2(a) 中的 R与 C位置调换一下， 如图 13-2(b) 所示，由C两端的电压作为响应输出，且当电路的参数满足RC2T，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。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量备注1函数信号发生器1
5、DG032双踪示波器1自备3动态电路实验板1DG07四、实验内容实验线路板的器件组件，如图7-3 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。1. 从电路板上选R10K ，C6800pF 组成如图 13-1(b) 所示精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 的 RC充放电电路。ui为脉冲信号发生器输出的Um3V、f 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Y
6、A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。R=10K ，C=6800pF时，激励与响应的变化规律：（积分电路）精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 16 页 - - - - - - - - - - （图 a 变化规律）电容先充电，为零状态响应。后放电，为零输入响应时间常数 =10-5 s电阻 R不变，减少电容 C至 3000pF,响应的图像变
7、陡，如下图 (b)精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 16 页 - - - - - - - - - - (图 b)电阻 R不变，增大电容C至 8000pF,响应的图像变平缓，如下图(c)精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 16 页 - - - - - - - - - - （图 c）电容 C不变，电阻 R减小至 5K，响应的曲线变陡峭， 如下图（d）精品资料 - - -
8、欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 16 页 - - - - - - - - - - ( 图 d)电容 C不变，电阻 R增大至 20K，响应的曲线变平缓，如下图（e）精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 16 页 - - - - - - - - - - （图 e）2. 令 R10K ， C 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。令 R=10K ，C= F,
9、激励与响应的变化规律：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 16 页 - - - - - - - - - - R=10K 不变， C= F，继续增大 C值，响应曲线变平缓，当电容C 大 到 一 定 值 时 候 ， 响 应 曲 线 变 成 直 线 （ 如 下 图 ）。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 3. 令 CF，R1
10、00，组成如图 7-2(a) 所示的微分电路。在同样的方波激励信号（ Um 3V，f1KHz ）作用下，观测并描绘激励与响应的波形。0.01u1000p30K10K1001K10K1M1000p6800p0.01u0.1u10K10mH4.7mH0.1u精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 令 C=F，R=100 ，激励与响应的变化规律如下：（微分电路）精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎
11、下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 12 页，共 16 页 - - - - - - - - - - (激励与响应的变化规律)增减 R之值，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当 C= F不变时，增大 R值至 200，响应曲线变化不明显，如下图：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 13 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 当 C=F不变时，减小 R值至 20，响应曲线变化不明显。R 增 至1M 时 ， 激
12、 励 与 响 应 的 变 化 规 律 如 下 图 ：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 14 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 输入波形为方波信号，输出波形接近方波信号。五、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，需熟读双踪示波器的使用说明书。观察双踪时，要特别注意相应开关、旋钮图 7-3 动态电路、选频电路实验板的操作与调节。2. 信号源的接地端与示波器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。精品资料 - - - 欢迎
13、下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 15 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 3. 示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时，应将辉度调暗，以延长示波管的使用寿命。六、预习思考题1. 什么样的电信号可作为RC一阶电路零输入响应、零状态响应和完全响应的激励源2. 已知 RC一阶电路 R10K，CF，试计算时间常数，并根据值的物理意义，拟定测量的方案。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何这两种电路有何功用4. 预习要求：熟读仪器使用说明，回答上述问题，准备方格纸。七、实验报告1. 根据实验观测结果，在方格纸上绘出RC一阶电路充放电时uC的变化曲线，由曲线测得值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。2. 根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的特征。3. 心得体会及其他。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 16 页，共 16 页 - - - - - - - - - -