六RC一阶电路的响应测试.PPT

实验六 RC一阶电路的响应测试 （ 验证性实验） 《电路原理》实验 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. 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τ，那么电路在这样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相同的。 　 2. 图6-1（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τ。 　 3.时间常数τ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 当t＝τ时，Uc(τ)＝0.368Um。此时所对应的时间就等于τ。 亦可用零状态响应波形增加到0.632Um所对应的时间测得，如图6-1(c)所示。 二、原理说明 (a) 零输入响应 (b) RC一阶电路 (c) 零状态响应 图 6-1 二、原理说明 4. 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τ＝RC 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6-2(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 图6-2 若将图6-2(a)中的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，且当电路的参数满足τ＝RC ，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、仪器设备及所选用组件 四、实验内容 实验线路板的器件组件，如图6-3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。 图6-3 动态电路、选频电路实验板 四、实验内容 1. 从电路板上选R＝10KΩ，C＝6800pF组成如图6-1(b)所示的RC充放电电路。调节脉冲信号发生器，使其通过B口输出Um＝3V、f＝1KHz、占空比为1：1的方波电压信号Ui，并通过双踪示波器观测激励源ui和响应uC的信号。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τ，并按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（不需要描绘波形）。 2. 令R＝10KΩ，C＝0.1μF，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（不需要描绘波形）。 3. 令C＝0.01μF，R＝1KΩ，组成如图6-2(a)所示的微分电路。在同样的方波激励信号（Um＝3V，f＝1KHz）作用下，观测并描绘激励ui与响应uR的波形。 增减R之值，定性地观察对响应的影响（不需要描绘波形）。当R增至1MΩ时，输入输出波形有何本质上的区别？ 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。 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R＝10KΩ，C＝0.1μF，试计算时间常数τ，并根据τ值的物理意义，拟定测量τ