RC一階電路的響應測試實驗報告

-.z.實驗七RC一階電路的響應測試一、實驗目的1.測定RC一階電路的零輸入響應、零狀態(tài)響應及完全響應。2.學習電路時間常數(shù)的測量方法。3.掌握有關微分電路和積分電路的概念。4.進一步學會用示波器觀測波形。二、原理說明1.動態(tài)網絡的過渡過程是十分短暫的單次變化過程。要用普通示波器觀察過渡過程和測量有關的參數(shù)，就必須使這種單次變化的過程重復出現(xiàn)。為此，我們利用信號發(fā)生器輸出的方波來模擬階躍鼓勵信號，即利用方波輸出的上升沿作為零狀態(tài)響應的正階躍鼓勵信號；利用方波的下降沿作為零輸入響應的負階躍鼓勵信號。只要選擇方波的重復周期遠大于電路的時間常數(shù)τ，則電路在這樣的方波序列脈沖信號的鼓勵下，它的響應就和直流電接通與斷開的過渡過程是根本一樣的。2.圖7-1〔b〕所示的RC一階電路的零輸入響應和零狀態(tài)響應分別按指數(shù)規(guī)律衰減和增長，其變化的快慢決定于電路的時間常數(shù)τ。3.時間常數(shù)τ的測定方法:用示波器測量零輸入響應的波形如圖7-1(a)所示。根據(jù)一階微分方程的求解得知uc＝Ume-t/RC＝Ume-t/τ。當t＝τ時，Uc(τ)＝0.368Um。此時所對應的時間就等于τ。亦可用零狀態(tài)響應波形增加到0.632Um所對應的時間測得，如圖13-1(c)所示。a)零輸入響應(b)RC一階電路(c)零狀態(tài)響應圖7-14.微分電路和積分電路是RC一階電路中較典型的電路，它對電路元件參數(shù)和輸入信號的周期有著特定的要求。一個簡單的RC串聯(lián)電路，在方波序列脈沖的重復鼓勵下，當滿足τ＝RC<<時〔T為方波脈沖的重復周期〕，且由R兩端的電壓作為響應輸出，則該電路就是一個微分電路。因為此時電路的輸出信號電壓與輸入信號電壓的微分成正比。如圖7-2(a)所示。利用微分電路可以將方波轉變成尖脈沖。(a)微分電路(b)積分電路圖7-2假設將圖7-2(a)中的R與C位置調換一下，如圖13-2(b)所示，由C兩端的電壓作為響應輸出，且當電路的參數(shù)滿足τ＝RC>>，則該RC電路稱為積分電路。因為此時電路的輸出信號電壓與輸入信號電壓的積分成正比。利用積分電路可以將方波轉變成三角波。從輸入輸出波形來看，上述兩個電路均起著波形變換的作用，請在實驗過程仔細觀察與記錄。三、實驗設備序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1函數(shù)信號發(fā)生器1DG032雙蹤示波器1自備3動態(tài)電路實驗板1DG07四、實驗內容實驗線路板的器件組件，如圖7-3所示，請認清R、C元件的布局及其標稱值，各開關的通斷位置等。1.從電路板上選R＝10KΩ，C＝6800pF組成如圖13-1(b)所示的RC充放電電路。ui為脈沖信號發(fā)生器輸出的Um＝3V、f＝1KHz的方波電壓信號，并通過兩根同軸電纜線，將鼓勵源ui和響應uC的信號分別連至示波器的兩個輸入口YA和YB。這時可在示波器的屏幕上觀察到鼓勵與響應的變化規(guī)律，請測算出時間常數(shù)τ，并用方格紙按1:1的比例描繪波形。少量地改變電容值或電阻值，定性地觀察對響應的影響，記錄觀察到的現(xiàn)象。R=10KΩ，C=6800pF時，鼓勵與響應的變化規(guī)律：〔積分電路〕〔圖a變化規(guī)律〕電容先充電，為零狀態(tài)響應。后放電，為零輸入響應時間常數(shù)τ=6.8×10-5s電阻R不變，減少電容C至3000pF,響應的圖像變陡，如下列圖(b)(圖b)電阻R不變，增大電容C至8000pF,響應的圖像變平緩，如下列圖(c)〔圖c〕電容C不變，電阻R減小至5KΩ，響應的曲線變陡峭，如下列圖〔d〕(圖d)電容C不變，電阻R增大至20KΩ，響應的曲線變平緩，如下列圖〔e〕〔圖e〕2.令R＝10KΩ，C＝0.1μF，觀察并描繪響應的波形，繼續(xù)增大C之值，定性地觀察對響應的影響。令R=10KΩ，C=0.1μF,鼓勵與響應的變化規(guī)律：R=10KΩ不變，C=0.1μF，繼續(xù)增大C值，響應曲線變平緩，當電容C大到一定值時候，響應曲線變成直線〔如下列圖〕。3.令C＝0.01μF，R＝100Ω，組成如圖7-2(a)所示的微分電路。在同樣的方波鼓勵信號〔Um＝3V，f＝1KHz〕作用下，觀測并描繪鼓勵與響應的波形。令C=0.01μF，R=100Ω，鼓勵與響應的變化規(guī)律如下：〔微分電路〕(鼓勵與響應的變化規(guī)律)增減R之值，定性地觀察對響應的影響，并作記錄。當R增至1MΩ時，輸入輸出波形有何本質上的區(qū)別？當C=0.01μF不變時，增大R值至200Ω，響應曲線變化不明顯，如下列圖：當C=0.01μF不變時，減小R值至20Ω，響應曲線變化不明顯。R增至1MΩ時，鼓勵與響應的變化規(guī)律如下列圖：輸入波形為方波信號，輸出波形接近方波信號。五、實驗考前須知1.調節(jié)電子儀器各旋鈕時，動作不要過快、過猛。實驗前，需熟讀雙蹤示波器的使用說明書。觀察雙蹤時，要特別注意相應開關、旋鈕圖7-3動態(tài)電路、選頻電路實驗板的操作與調節(jié)。2.信號源的接地端與示波器的接地端要連在一起〔稱共地〕，以防外界干擾而影響測量的準確性。3.示波器的輝度不應過亮，尤其是光點長期停留在熒光屏上不動時，應將輝度調暗，以延長示波管的使用壽命。六、預習思考題1.什么樣的電信號可作為RC一階電路零輸入響應、零狀態(tài)響應和完全響應的鼓勵源？2.RC一階電路R＝10KΩ，C＝0.1μF，試計算時間常數(shù)τ，并根據(jù)τ值的物理意義，擬定測量τ的方案。3.何謂積分電路和微分電路，它們必須具備什么條件？它們在方波序列脈沖的鼓勵下，其輸出信號波形的變化規(guī)律如何？這兩種電路有何功用？4.預習要求：熟讀儀器使用說明，答復上述問題，準備方