实验5指导书一阶电路的研究(电子).doc

一阶电路的研究 一、实验目的 1．研究RC一阶电路的零输入响应、零状态响应和全响应的规律和特点。 2．学习一阶电路时间常数的测量方法，了解电路参数对时间常数的影响。 ，了解本实验的目的、原理和方法1．RC一阶电路的零状态响应 RC一阶电路如图1所示，开关S的位置，ｕC＝0，处于零状态，当开关S合向2”的位置时，电源通过R向电容C充电，ｕC（ｔ）称为零状态响应， 变化曲线如图2所示，当ｕC上升到所需要的时间称为时间常数，。 2．RC一阶电路的零输入响应在图1中，开关S在2”的位置电路稳定后，再合向1”的位置时，电容C通过R放电，ｕC（）称为零输入响应， 变化曲线如图3所示，当ｕC下降到所需要的时间称为时间常数，。 3．测量RC一阶电路时间常数 图1电路的上述暂态过程很难观察，为了用普通示波器观察电路的暂态过程，需采用图4所示的周期性方波ｕS作为电路的激励信号，方波信号的周期为T，只要满足，便可在示波器的荧光屏上形成稳定的响应波形。 电阻R、电容C串联与方波发生器的输出端连接，用双踪示波器观察电容电压ｕC，便可观察到稳定的指数曲线，如图5所示，在荧光屏上测得电容电压最大值，取，与指数曲线交点对应时间t轴的ｘ点，则根据时间t轴比例尺（扫描时间），该电路的时间常数。 实验电路如图所示，图中电阻R、电容C从组件上选取（请看懂线路板的走线，认清激励与响应端口所在的位置；认清R、C元件的布局及其标称值，各开关的通断位置等）ｕS为输出方波信号，调节信号源，使输出方波信号的频率为kHz，使输出方波信号的峰－峰值＝，固定信号源的频率和幅值不变。用双踪示波器观察电路激励（方波）信号和响应信号。1．零状态响应测量时间常数ｕCτ，它具有时间的量纲，故称为时间常数。τ越小，ｕCτ越大，ｕCt = τ时，ｕCｕSt = 4τ时，ｕCｕC令10kΩ，＝0.01μF，ｕSｕCｕCｕCｕC∞）处的时间t2，填写表1。 表1 零状态响应测量时间常数μF） 0.63ｕC∞） t1 t2 τ（μs） 理论值 测算值 实测值 实测值 理论值 实测值 0.01 2．零输入响应测量时间常数ｕCτ，时间常数越小，电压衰减越快。反之，时间常数越大，电压衰减越慢。当电容电压衰减到初始值的0.368倍时，所需时间t即可认定为时间常数τ。当电容上电压下降到初始值的1.8%时，一般认为此时电压已经衰减到零。 由此可见，RC电路的零输入响应由电容器的初始电压UO和电路的时间常数τ来确定。 令R10kΩ，C＝0.01μF，用示波器观察激励ｕS与响应ｕC的变化规律，ｕCｕCｕCｕCτ值。测量结果和理论计算结果填入表2。 表2 零输入响应测量时间常数μF） 0.37ｕCμs） 理论值 测算值 实测值 实测值 理论值 实测值 0.01 3．观察时间常数（即电路参数R、C）对暂态过程的影响令R＝10kΩ，C0.01μＦ，观察并描绘响应的波形，增大Ｃ（）增大R（取30kΩ），定性地观察对响应的影响。 六、实验注意事项 1调节电子仪器各旋钮时，动作不要过猛。实验前，需熟读双踪示波器的使用说明，特别是观察双踪时，要特别注意开关旋钮的操作与调节以及示波器探头的地线不允许同时接不同电。 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。、思考题 1．用示波器观察RC一阶电路零输入响应和零状态响应时，为什么激励必须是方波信号？ 2．在RC一阶电路中，当R、C的大小变化时，对电路的响应有何影响？ 八．实验报告（本部分请在空白页中手写完成） 1．回答思考题。 2．根据实验1、2观测结果，绘出ＲＣ一阶电路充、放电时ＵC与激励信号对应的变化曲线，由曲线测得τ值，并与参数值的理论计算结果作比较，分析误差原因。 3 Uc/V t R=30kΩ C＝0.01μ 0 Us 0.632Us 0 s / t ? 图2 零状态响应 R=10kΩ C＝0.01μF Us t 0 uc Uc/V t uc 0.368Us R=10kΩ C＝0.01μ 0 0 s / t ? 图3 零输入响应 ? 图1 一阶电路 2 1 S uc Us uc C R － － ?