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实验3RC一阶电路响应研究实验报告.doc

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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 实验目的 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 学会测定RC电路的时间常数的方法 观测RC充放电电路中电阻和电容电压的波形图 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电路的充电过程,RC电路的时间常数用τ表示,τ=RC,τ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τ是电容电压从零增长到63.2% Us所需的时间;RC电路的放电过程,对放电而言,τ是电容电压从Us下降到36.8%Us所需的时间。 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 τ时,电容器充放电速很快,若 ,≈,在电阻两端的电压= ≈≈,这就是说电阻两端的输出电压与输入电压的微分近似成正比,此电路即称为微分电路。 当电源方波电压的周期Tτ时,电容器充放电速度很慢,又若 ,≈,在电阻两端的电压= = ≈,这就是说电容两端的输出电压与输入电压的积分近似成正比,此电路称为积分电路。 实验步骤 时间常数的测定 实验线路见图1,取R=100Ω,C=1μF,f=1kHz,Us=10v,测量从零上升到63.2%Us所需的时间,亦即测量充电时间常数τ1;再测量从Us下降到36.8%Us所需的时间,亦即测量放电时间常数τ2;将τ1,τ2记入下面空格处。 充电过程中: 计算:63.2% Us =_6.32V__; 测量:τ1=___0.178ms__________; 放电过程中: 计算:36.8% Us =___3.68V___; 测量:τ2=__0.158ms___________。 实验线路见图1,R取51Ω,电容C取10μF,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 根据(2)要求画图如下 波形图如下 观测微分和积分电路输出电压的波形 按图1接线,取R=1 kΩ,C=10μF(τ= RC = 10ms),电源方波电压的频率为1kHz,幅值为1V(T=1/1000=1 ms τ)即为积分输出电压,将方波电压输入示波器的YB通道,输入示波器的YA通道,观察并描绘和的波形图。再将图1中R和C的位置互换,取C=10μF,R=51Ω(τ= RC = 0.51ms),电源方波电压同上(T=1/1000=1 ms τ),在电阻两端的电压UR即为微分输出电压,将输入示波器的YB通道,UR输入示波器的YA通道,观察并描绘和UR的波形图。 u(V) u(V) 0 t(s) 0 t(s) uc(V) uR(V) 0 t(s) 0 t(s) 积分输出电压 微分输出电压 当R=1kΩ,C=10μF时,即RC=10ms1ms 当R=51Ω,C=10μF时,即RC=51*0.01=0.51s1ms 并且将R和C调换位置 若将C换成1μF则对比波形图如下 注意事项 电解电容器有正负极性,使用时切勿接错。 每次做RC充电实验前,都要用导线短接电容器的两极,以保证其处电压为零。 分析和讨论 根据实验结果,分析RC电路中充放电时间的长短与电路中RC元件参数的关系。 通过实验说明RC串联电路在什么条件下构成微分电路,积分电路。 将方波信号转换为尖脉冲信号,可通过什么电路来实现?对电路参数有什么要求? 将方波信号转换为三角波信号,可通过什么电路来实现?对电路参数有什么要求? 1.答:对充电而言,时间常数(RC) 是电容电压Uc从零增长到63.2%Us所需的时间;对放电而言,是电容电压Uc从Us下降到36.8%Us所需要的时间。 2.当时间常数远大于方波周期时构成积分电路,当时间常数远小于方波周期时构成微分电路。 3.可通过微分电路实现,电路参数RC要远大于方波周期。 4. 可通过积分电路实现,电路参数RC要远小于方波周期 9-3 (
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