RC電路充放電研究

1、實(shí)驗(yàn)五RC電路充放電研究【一】實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察RC階電路的充放電現(xiàn)象。 學(xué)習(xí)電路時(shí)間常數(shù)的測(cè)量方法。 掌握有關(guān)微分電路和積分電路的概念?！径繉?shí)驗(yàn)方法 電路的過(guò)渡過(guò)程是指從一種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種穩(wěn)定狀態(tài)所經(jīng)歷的變化過(guò)程，其變化十分短暫而且是單次變化過(guò)程，對(duì)時(shí)間常數(shù)T較大的電路，可用慢掃描長(zhǎng)余輝示波器觀察光點(diǎn)移動(dòng)的軌跡。對(duì)時(shí)間常數(shù)T較小的電路，必須使這種單次變化的過(guò)程重復(fù)出現(xiàn)。為此，我們利用信號(hào)發(fā)生器輸出的方波來(lái)模擬階躍激勵(lì)信號(hào)，即令方波輸出的上升沿作為零狀態(tài)響應(yīng)的正階躍激勵(lì)信號(hào)；方波下降沿作為零輸入響應(yīng)的負(fù)階躍激勵(lì)信號(hào)，選擇方波的重復(fù)周期遠(yuǎn)大于電路的時(shí)間常數(shù)T，就可以觀測(cè)電路的過(guò)渡過(guò)程。 在階躍

2、信號(hào)下，RC-階電路的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)分別按指數(shù)規(guī)律衰減和增長(zhǎng)，其變化的快慢決定于電路的時(shí)間常數(shù)T。 時(shí)間常數(shù)T的測(cè)定方法：a根據(jù)-階微分方程的求解得知Uo 二 UeRC 二 Ue(2-38)當(dāng)t= t時(shí)，Ub = 0.368U，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就等于t。其零輸入響應(yīng)的波形如圖2-30(a)測(cè)試電路如圖2-30 (b) - (bl)所示。b 由零狀態(tài)響應(yīng)波形增長(zhǎng)到0.632U所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就等于t。其測(cè)試電路及波形如圖 2-30 (b) -(b2)和 2-3b(c)所示。(c)(b)圖2-30 RC 一階電路圖劉町RC充電t圖2(b) RC放電 微分電路和積分電路是 RC階電路中較典型的應(yīng)

3、用電路，它對(duì)電路時(shí)間常數(shù) t和RC串聯(lián)電路，如果滿(mǎn)足 t = RC<<T/2(T為方波脈沖中的重復(fù)周期)，且由R端作為響應(yīng)輸出，這就成了一個(gè)微分電路。(2-39)Ur 二 iR 二 RC-dUc : RCdUdtdt由式(2-39)可知：電路的輸出信號(hào)電壓與輸入信號(hào)電壓的微分成正比。電路如圖2-31(a)TITL > T *1 1R+r)vxfKLTLTL_CEC<<T/2+ T*RC»T/21(b)微積分電路圖 2-31Uc如將圖2-31(a)中的R與C位置調(diào)換一下，即由C端作為響應(yīng)輸出，且當(dāng)電路參數(shù)的 選擇滿(mǎn)足t = RC>>T/2條件時(shí)

4、，則稱(chēng)為積分電路。1 1ucRc.Udt(2-40)【三】實(shí)驗(yàn)裝置 雙蹤示波器； 信號(hào)發(fā)生器或信號(hào)源； 可調(diào)電阻、電容?！舅摹繉?shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)線路板如圖2-32所示，分析電路確定激勵(lì)與響應(yīng)端口所在的位置；確定響應(yīng)類(lèi)型及元件的參數(shù)。 在實(shí)驗(yàn)線路板上選取 R=10kQ , C= 1000pF組成如圖2-30(b)所示的RC充放電電路，信號(hào)發(fā)生器輸出的方波信號(hào)電壓U=2V頻率f=1kHz ,示波器探頭將激勵(lì)源 U和響應(yīng)Uc的信號(hào)分別接至示波器的兩個(gè)輸入口Ya和Y B,在示波器上觀察激勵(lì)與響應(yīng)的變化規(guī)律，來(lái)測(cè)時(shí)間常數(shù) t ,并繪制波形。適當(dāng)?shù)馗淖冸娙莼螂娮柚?，觀察波形變化情況，記錄觀察到的現(xiàn)象。 選取R

5、= 10k Q ,C =0.47卩F,觀察并繪制響應(yīng)的波形，繼續(xù)增大C之值，定性 地觀察對(duì)響應(yīng)的影響。 選取R= 100 Q ,C= 0.1卩F組成如圖2-31(a)所示的微分電路，在同樣的方波激勵(lì)信號(hào)作用下，觀測(cè)并繪制激勵(lì)與響應(yīng)的波形。實(shí)驗(yàn)要點(diǎn) 電子儀器的調(diào)節(jié)，動(dòng)作要平緩，用力要適度。實(shí)驗(yàn)前，需熟讀雙蹤示波器的使用 信號(hào)源的接地端與示波器的接地端要連在一起（稱(chēng)共地）。 示波器的輝度不應(yīng)過(guò)亮，尤其是光點(diǎn)長(zhǎng)期停留在熒光屏上不動(dòng)時(shí)，應(yīng)將輝度調(diào)暗，以延長(zhǎng)示波管的使用壽命。【五】問(wèn)題 本實(shí)驗(yàn)中，什么樣的電信號(hào)可作為RC階電路零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)的激勵(lì)信號(hào)？ 已知RC一階電路 R= 100k Q , C= 0.01卩F,試計(jì)算時(shí)間常數(shù) t，并根據(jù)t值的物理意義，擬定測(cè)量 T 何謂積分電路和微分電路，它們必須具備什么條件？想一想有和實(shí)用意義？圖2-32 阻容選頻網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)板30K3300pF空°T10K