电路分析实验指导：04实验四 RC一阶电路响应测试

PAGE实验四 RC一阶电路响应测试一、实验目的 1、学会使用示波器观测波形。 2、测定RC一阶电路的零输入响应、零状态响应及完全响应。 3、学习电路时间常数的测量方法。 4、掌握有关微分电路和积分电路的概念。 二、实验原理 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的时间常数τ，那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，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。 （a） （b） （c）图4-1 2、图4-1（a）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τ。3、时间常数τ的测定方法: 用示波器测量零输入响应的波形如图4-1(b)所示。根据一阶微分方程的求解得知：当电压uc=0.368Um时，所对应的时间就等于τ。亦可用零状态响应波形，如图4-1(c)所示。当uc增加到0.632Um时，所对应的时间为τ。 4、微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的电路，它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。一个简单的RC串联电路，在方波序列脉冲的重复激励下，当电路的参数满足：时（T为方波的周期），且由R两端的电压uR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4-2(a)所示。利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。 （a）微分电路 （b）积分电路图4-2若将图4-2(a)中的R与C位置调换一下，如图4-2(b)所示，由C两端的电压作为响应输出，且当电路的参数满足：时，且由C两端的电压uc作为响应输出，则该RC电路称为积分电路。因为此时电路的输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。微分电路和积分电路的输入、输出关系如图4-3所示。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，请在实验过程中仔细观察和记录。图4-3 三、实验设备 1、电路原理实验箱 2、双踪示波器 3、万用表 四、实验内容 实验线路板的器件组件，如图4-4所示，请认清R、C元件的布局及其标称值，认清各开关的通断位置等。图4-4 内容1、示波器、函数电源的使用（1）分别用示波器观察函数电源输出的正弦波、方波和三角波。体会函数电源及示波器各旋钮的用途。（2）分别用示波器测量正弦波、方波和三角波的周期和频率，并与函数电源显示的频率比较。（3）将函数电源输出信号的频率调至100Hz，分别用示波器测量正弦波、方波和三角波的峰－峰值，将其调至2伏。用交流电压表测量这些信号的有效值并与理论值比较。测量结果记入表1。（有效值计算公式：）表1f=100Hz正弦波方波三角波峰－峰值2V2V2V有效值（实测）有效值（理论值）内容2、时间常数τ的测定从电路板上选R＝10kΩ，C＝3300pF，组成如图4-1(a)所示的RC充、放电电路。ui为函数信号发生器输出的Um＝6V、f＝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，测算时间常数τ，并记录波形。 内容3、积分电路令R＝10kΩ，C＝0.01μF，组成如图4-2(b)所示的积分电路。在方波激励信号（Um＝6V，f＝1kHz）作用下，观察并描绘响应uC的波形，继续增大C之值，观察C值改变（即τ增大）对响应uC的影响，并做记录。 内容4、微分电路令R＝1kΩ，C＝0.01μF，组成如图4-2(a)所示的微分电路。在同样的方波激励信号（Um＝6V，f＝1kHz）作用下，观测并描绘激励ui与响应uR的波形。 增、减R之值，观察τ的变化对响应uR的影响，并作记录。当R增至1MΩ时，输入输出波形有何本质上的区别？五、注意事项1.示波器两个输入通道CH1和CH2探头的公共端必须联在同一点上。在本实验各步骤中，CH1、CH2探头公共端均应与函数电源的接地端（黑端）相连。2.切记函数电源的各输出端不可短接，更不可将其直接联到其它交流或直流电源上。3.先将函数电源的输出调到零，待电路接好检查无误后，再将函数电源的输出调至所需数值。4.示波器旋钮较易损坏，使用时应轻轻旋动。可将示波器的探头打到×1位置测量。 六、实验报告要求 1