RC电路设计和特性测试

1、广州大学学生实验报告开课学院及实验室： 年 月 日学院 机械与电气工程年级、专业、班姓名学号实验课程名称电路成绩实验项目名称实验八RC电路设计和特性测试指导老师一、实验目的1掌握一阶RC电路的几种组成形式及其作用，利用不同的RC组合电路实现波形变换、信号耦合、脉冲分压等电路功能。2研究RC电路的频率响应特性，掌握RC电路幅频特性和相频特性的测试方法，并绘制频率特性曲线。3掌握RC滤波电路，利用RC电路构成常见的低通、高通滤波器，实现对信号的滤波、选频、移相等。二、实验原理一、 一阶RC电路的时域特性含有一个储能元件L或C的电路，其电路方程可用一阶微分方程描述，这种电路称为一阶电路。图8-1所示

2、的RC充放电电路就是一个典型的一阶电路。 图8-1 RC充放电电路描述该电路的一阶微分方程为：解得一阶RC电路的全响应为： 其中称为一阶RC电路的时间常数，R的单位为欧姆，C的单位为法拉，的单位为秒。称为电容电压的初始值，为一阶RC电路的直流激励。1、一阶RC电路的零状态响应（阶跃响应）如果电路中储能元件没有储存能量，处于零状态，即=0，当接通外电源时，电路中所产生的响应称为零状态响应。对于图11-1所示的一阶RC电路，在t=0时，将开关K由位置2合到位置1，直流电源向C充电，电路的零状态响应为 ，t0 t0 零状态响应过程中，电容电压由零逐渐上升到US，电路时间常数=RC决定上升的快慢，当t

3、=时，uc()=0.632US ，如图8-2所示。 图8-2 一阶RC电路的零状态响应曲线2、一阶RC电路的零输入响应电路在无电源激励,输入信号为零的条件下,由储能元件的初始状态所产生的电路响应称为零输入响应。在图11-1中，当t=0时，将开关K从位置1合到位置2，使电路脱离电源，于是电容元件经过电阻R放电，电路的零输入响应为： t0 t0零输入响应的输出波形为单调下降的。当t=RC时，uc()=0.368，如图8-3所示。 图8-3 一阶RC电路的零输入响应曲线从图8-2和8-3中看出，无论是零状态响应还是零输入响应，其响应曲线都是按照指数规律变化的，变化的快慢由时间常数决定，即电路瞬态过程

4、的长短由决定。可见，一阶RC电路的时间常数，它决定充放电过程的快慢。越大，过渡过程的时间越长，反之过渡过程的时间越短。3、一阶RC电路的暂态响应观察为了能在普通示波器上观察这些响应的波形，就必须使这些波形周期性地变化。可采用周期变化的方波（即方波序列）和周期冲激函数（即冲激序列）作为激励。（a）一阶RC电路 （b）激励波形和响应曲线图8-4 方波激励下的一阶RC电路充放电响应波形RC 串联电路如图8-4(a)所示，由方波激励。从t=0开始，该电路相当于接通直流电源，如果T/ 2 足够大（T/25），则在OT/2响应时间范围内，可以达到稳定值，这样在OT/2范围内即为零状态响应；而从t=T/2

5、开始，则电容C 相当于从起始电压 向R 放电，若T/2 5，在T/2T 时间范围内C上电荷可放完，这段时间范围即为零输入响应。第二周期重复第一周期，如图8-4(c)所示，如此周而复始，这就是电容的充放电过程。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12双踪示波器13电路原理实验箱14交流毫伏表15电阻、电容若干四、实验步骤、实验任务给定一频率20KHz,幅值4V的方波激励信号，请设计一波形转换器，要求： a)将方波转换为正弦波； b)转换过程衰减足够小。、设计方案采用RC电路，分两步实现波形转换：1. RC积分电路，先将给定方波转换为三角波；2. RC低通滤波电路，再将三角波

6、转换为正弦波；3* 两级电路间的隔离(三种方法)。、方案说明 采用Multisim软件进行电路设计仿真； 实验箱上搭建硬件电路进行实测； 若仿真与实测波形参数差异较大，查找原因并重新设计及测试五、实验过程原始记录（数据、图表、计算等）六、实验结果及分析1.改变电源电压的幅值，是否会改变过渡过程的快慢，为什么？ 不会,只和值有关 三要素法求出电容的电压关系是: Uc = (uc0-uc()e(-t/)+uc() 显然是一个指数的关系 变化的的快慢是由值决定的2. 积分电路、微分电路和耦合电路在方波激励下的输出波形是怎样的？它们应满足什么条件？ 其实积分点路和微分电路就是利用时间常数t=RC来控制

7、输出的，一般积分电路中，RC电路的时间常数t远大于脉冲宽度，其输出信号电压与输入信号电压的积分成正比，故为积分电路， 微分电路中要求t=RC时间常数远小于脉冲宽度。通过改变电容的充放电的时间使得输入的矩形脉冲信号变成尖脉冲。 微分电路能够取出输出信号中突变的成分，即取出输入信号中的高频成分，去掉低频成分。而积分电路与之正好相反 积分电路：在上升沿没到来之前，输出为0V，当输入脉冲出现后，输入信号电压通过电阻对电容充电，由于时间常数比较大，所以在C上电压上升比较缓慢，按指数规律上升，由于时间常数大于脉冲宽度，所以对电容充电不久输入脉冲就跳变为0，对电容充电结束。同理，在低电平阶段，电容因为充电时间很