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文档简介
1、?实验七RC 一阶电路的响应测试、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. 进一步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T,的时间常数T,那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下
2、,它的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的。2. 图7-1 ( 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T。3. 时间常数T的测定方法:用示波器测量零输入响应的波形如图7-1(a)所示。根据一阶微分方程的求解得知 Uc= UmLRC = Ume-" T。当t=T时,Uc( T )= 0.368Um。 此时所对应的时间就等于T。 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13-1(c)所示。+Oua)零输入响应4.微分电路和积分电路是 号的周期有着特定的要求。 满足T= RC<
3、;< T时(T2(b) RC 一阶电路图7-1RC 一阶电路中较典型的电路,(C)零状态响应它对电路元件参数和输入信 一个简单的 RC串联电路,在方波序列脉冲的重复激励下,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1-2(0)所示。利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。R c<<T/2UiUrO11R C>>T/2CUi二-uJcoRJITL微分电路(b)积分电路图7-213-2(b)所示,由C两端的电压作为响应若将图7-2(a)中的R与C位置调换一下,如图输出,且当电路
4、的参数满足工=RC>> T,则该RC电路称为积分电路。因为此时电路的输2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、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1DG032双踪示波器1自备3动态电路实验板1DG07四、实验内容实验线路板的器件组件,如图7-3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。1.从电路板上选 R = 10K Q, C= 6800pF组成如图13-1(b)所示的RC充放电电路。Ui 为脉冲信号发生器输出的Um = 3V、f
5、 = 1KHz的方波电压信号,并通过两根同轴电缆线,将激励源Ui和响应Uc的信号分别连至示波器的两个输入口Ya和Yb。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T,并用方格纸按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,记录观察到的现象。R=10KD, C=6800pF时,激励与响应的变化规律:KSCl(积分电路)皮向 I保存 I Ext. Triggerr-通 iim |5忖¥位盖凤0 I DC I J a|洪型JE住I标淮1启血页 :-2蚀帖5占吁2¥旳间te通道A比例丽込丽比创15 V/Div工位置 oY位蚤丽Fvr
6、 Ml b/a|a/b| 尺j | mlI 占T1 >14T2上T2F40,500 ms边沿k耳I厂三1列祈I 电平(图a变化规律)电容先充电,为零状态响应。后放电,为零输入响应时间常数T =6.8 X 10-5 s电阻R不变,减少电容C至3000pF响应的图像变陡,如下图(b)-通頑A-通道E軸辰m roc us/Div比例|5伽比例(5 Wiv迪沿irr屯IIR R |门河|xfeS |oY位董|1.4Yg董-1.16电平|aVfW 加载 1 B/A 1 A/B177 0 1 DcJ r0 1 DC 1 J广类型正眩1标淮1自訓无(图b)电阻R不变,增大电容C至8000pF响应的图像
7、变平缓,如下图(c)保存通道曲比例5 w ¥位蛊fnaT 0 I DC IT1 4-T2 Mrd附间ZTU.OOlmsilii-A'6XM V通適卫-久B5斗VT2-T1皮向比例|500 3蚀 xss 5 IW Jbggl b/a|a/b|通道B比例1|5 Wiv边沿ir 0 i.irri¥位羞I丄& r aT 0 I DC I -1 亡电平lOI V塑型正眩丨标宠I自Ejbir;Ext, Trigger C(图C)电容C不变,电阻R减小至5KQ,响应的曲线变陡峭,如下图(d)时就-通道肩-通這E触意比例师OwQv比例 |5 V/Div比例|5忡迪沿 1 J
8、屯 Ip- R 1 jxfeS |0 fW 加载 1 B/A 1 A/B1Yfe署|1片7 0 1 DC 1 rY S畫卜M 7 0 1 DC 1 -J电平fa1V忙粪型正眩1标灌1自幼国:(图d)电容C不变,电阻R增大至20KQ,响应的曲线变平缓,如下图(e)(图e)时就-通道肩-通這E触意比例师OwQv比例 |5 V/Div比例|5忡迪沿 1 J屯 Ip- R 1 jxfeS |0 fW 加载 1 B/A 1 A/B1Yfe署|1片7 0 1 DC 1 rY S畫卜M 7 0 1 DC 1 -J电平fa1V忙粪型正眩1标灌1自幼国:2. 令R = 10K Q, C= 0.1 F,观察并描绘
9、响应的波形,继续增大C之值,定性地观察对响应的影响。令R=10KQ, C=0.1卩F,激励与响应的变化规律:良向 I 保存 I Ext. TriMerr时闻通逍屮通追45,000 ms 6.000 V -l.WVf?-触发边沿育J厂21虬话I电平厂洪型JEgI标维I自迦T1 44T2 #-fT2F-时祠teB即iiii E比例1500m伽比例|5忖比创|5 WDk工位畫 o¥位送14¥位盖门而加戴I B从I曲/5|序|匱| e展JO |dC IR=10KQ不变,C=0.1卩F,继续增大 C值,响应曲 线变平缓,当电容C大到一定值时候,响应曲线变3. 令 C = 0.01 卩
10、 F, R = 100Q,组成如图7-2(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, 观测并描绘激励与响应的波形。P |00.Hmi令C=0.01u F, R=100Q,激励与响应的变化规律如下:(微分电路)时间轴通遺点通道B-触发比例 |2irs/Div比例|5 V伽比创|5 WDR边沿育P 1厂r 1朴前1工位畫0Yf靖|1-6¥位盖巨厂电平01VF/t 加戴 1 b/a|a/b|aT 0 1 pele fxr 01 DC -1f?洪型正注1标维1自动1国(激励与响应的变化规律)增减R之值,定性地观察对响应的影响, 并作记录。当R
11、增至1M Q时,输入输出波 形有何本质上的区别?当C=0.01卩F不变时,增大R值至200Q,响应曲线变化不明显,如下图:-通-通道E铀痔比例|5忖比例 |5 V/Div迪沿严1Y fe蛊Y S羞1-2砧电平hV麻0 1 dqJ F7 0 1 DC 1 - 1Q糞型正眩标淮1自呦1无,当C=0.01a F不变时,减小 R值至20 Q,响应曲线变化不明显。R增至1M Q时,激励与响应的变化规律如下图:-通-通道E铀痔比例|5忖比例 |5 V/Div迪沿刊Y fe蛊yS畫电平1°V麻0 1 dqJ F0 1 DC 1 - 1正眩标淮1自呦1无,输入波形为方波信号,输出波形接近方波信号。五
12、、实验注意事项图7-3动态电路、选频电路实验板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。以防外界干扰而影响测2. 信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起(称共地) 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= 10K Q, C= 0.1卩F,试计算时间常数t,并根据t值的物理 意义,拟定测量T的方案。它们在方波序列脉冲的激励3. 何谓积分电路和微分电路,它们必须具备
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