一阶RC电路的时域响应实验(word文档良心出品)

1、一阶RC电路的时域响应一.实验目的1 1用实验方法研究和分析一阶RCRC 电路的矩形脉冲响应及应用。2 2学会用示波器测定时间常数。3 3学会正确使用函数信号发生器；学习双踪示波器的正确使用方法。二实验原理1 1.换路定律电路从一个稳态变换到另一个稳态， 需要一个过程，这个过程称为暂态(或瞬变过程)。 这是由于电路中存在有电感和电容这类储能元件，当电源接通、断开或电路参数、 结构改变时，储能元件能量的积累和释放都需要一定时间，所以电路不能立即达到新的稳态。我们把引起电路瞬变过程的这种电路变换称为换路。成的，为表述方便，用 t =0 表示换路前一瞬间， 叙述如下：(1 1)电容在分析时，我们假设

2、换路是瞬间完 =0+表示换路后的一瞬间，则换路定律C C 上的电压 U Uc不能突变，即Uc(o ) =Uc(O-)。L L 中的电流 i iL(OJ J =iL(O-)o(2 2)利用换路定律可以确定换路后瞬间的电容电 压和电感电流，从而确定电路各部分电压和电流 的初始值。2.2.RCRC 电路和的暂态响应本实验研究电子电路中用得较多的一阶RCRC电路的暂态响应。在求解一阶电路(指用一阶线 性微分方程来描述电路特性的电路)的暂态应 时，可以用三要素法(三要素指初始值电感f (o )、稳态值f (：)和时间常数.)，三要素法公式的一 般形式f(t) =f C:) f(O )-fc：)e-t/-

3、一阶 RCRC 电路根据电路有无初始储能及有无 外加激励源，可分为零状态响应、零输入响应和 全响应，电路中的电容电压 u ut)t)、电流i(t)可 根据三要素法和换路定律求得。3.3.RCRC 电路的矩形脉冲响应周期性的矩形脉冲信号(或称脉冲序列信号)(b(b) )(d)(d)(a(a) )图 2.12.1 矩形脉冲信号ui及不同时间常数时的Uc，UR波形(a a)矩形脉冲信号u在电子技术领域中应用很广，其波形如图2 2 1 1 (a a)所示。若将此信号加在电压初始值为零的RCRC 串联电(b b)tp 5,时的u波形puC.：tp时的Up波形弋冷tp时的Up波形-和矩形脉冲宽度 t tP

4、的(c(c)路上，实质就是由电容连续充、放电的暂态过程，其响应是零输入响应、零状态响应还是全响应，将与电路的时间常数相对大小有关。如果tp-5，则如图 2.12.1 (b b)所示，可看作是阶跃激励下的零状态响应和 零输入响应的交替过程。4 4. RCRC 电路时域响应的应用(d)(d)如果选择适当的电路参数，使RCRC 电路的时间常数 冗木：tp，电阻两端的输出电压为图2.12.1 (c c)所示的正负交变的尖峰波，此电路称为微分电路，如图2.22.2 所示。电子线路中常应用这种电路把矩形脉冲变换为尖脉冲。图22电路，若冗tp，且仍在电阻两端输出，则成为 RCRC 耦合电路，此时uR波形中

5、没有直流分量，如图 421421（d d）所示。可见，电容 C C 能隔去输入信号中的直流分量，仅使交 流分量通过，因而这个电容叫隔直电容。 这种电路在多级交流放大电路中常用作级间耦合电 路。如果将 RCRC 电路的电容两端作为输出端，如图 4.2.34.2.3 所示，在电路参数满足tp的条件下，即构 成积分电路，图 4.2.44.2.4 是其u和U。（即UC）的波形。 由于时间常数较大，在t! t2时间内，Uc的上升 曲线只是指数曲线起始部分，可近似为一直线；在 t t =t2后，电容 C C 缓慢放电，Uc近似线性下降，所以 在周期性的矩形脉冲激励下，积分电路将输出一个三角 波信号。图2.

6、42.4 积分电路Ui与UC的波形5 5用示波器测定时间常数的方法图 2.52.5 电路，适当选择电路参数，用双踪示波器的丫！和丫2通道，同时观察输入信号ui输出信号Uo（即Uc）,调节示波器，使Ui与U。的基线一致，幅度相同，并叠合成图2.52.5 所示波形，在Uo上找到 0.632U0.632U 处的 Q Q 点，则 Q Q 点在于水平方向对应的距离0P0P 乘以示波器的时基标尺（t t/ cmcm）,即为常数 J 实验板元件布置如图 2.62.6 所示。图 2.52.5 测定时间常数时Ui和Uo波形图 2.62.6 实验板元件布置图三实验仪器和设备RCRC 电路实验板（自制） 、函数信号

7、发生器（带功率输出） 、双踪示波器。 四实验内容和步骤UO(UR)图 2.22.2 微分电路图 2.32.3 积分电路1 1测定 RCRC 电路的时间常数2 2观察积分电路波形3 3观察微分电路波形4 4观察 RCRC 耦合电路的波形五预习要求1 1 拟出实验内容 2 24 4 的接线图（包括如何与函数信号发生器及示波器正确联接，注 意电子仪器的共地问题， 参看第一章第 3 3 节有关内容），定性绘出上述几种电路的输出波形。2 2选取各实验内容所要求的电路参数。3 3.比较图 2.12.1 和图 2.42.4 中Uc的波形有何不同，为什么？4 4选定实验步骤 2 2 中示波器有关旋钮的档位：Y Y 轴工作方式 _Y Y 轴输入耦合开关 _Y Y 轴衰减标尺 _时基标尺 _六.实验总结