實驗十 一階動態(tài)電路暫態(tài)過程的研究

實驗十一階動態(tài)電路暫態(tài)過程的研究一、實驗目的1．研究一階電路方波響應的變化規(guī)律和特點。2．學習用示波器測定電路時間常數(shù)的方法。3．掌握微分電路與積分電路的測試方法。二、必備知識1．電路換路后無外加獨立電源，僅由電路中動態(tài)元件初始儲能而產(chǎn)生的響應稱為零輸入響應。若電路的初始儲能為零，僅由外加獨立電源作用所產(chǎn)生的響應稱為零狀態(tài)響應。2．動態(tài)電路的過渡過程是十分短暫的單次變化過程，用一般的雙蹤示波器觀察電路的過渡過程和測量有關的參數(shù)，必須使這種單次變化的過程重復出現(xiàn)。為此，我們利用信號源輸出的方波來模擬階躍激勵信號，即方波的上升沿作為零狀態(tài)響應的正階躍激勵信號，方波的下降沿作為零輸入響應的負階躍激勵信號。只要選擇方波的半個周期大于被測電路時間常數(shù)的3~5倍，電路在這樣方波序列信號的作用下，它的影響和直流電源接通與斷開的過渡過程是相同的。3.時間常數(shù)τ的測定方法一階電路的時間常數(shù)τ是一非常重要的物理量，它決定零輸入響應和零狀態(tài)響應按指數(shù)規(guī)律變化的快慢。RC電路的時間常數(shù)可從示波器觀察的響應曲線中測量出來。圖10.1所示電路，對于零輸入響應：圖10.1RC電路當時，，此時所對應的時間就等于τ，如圖10.2。對于零狀態(tài)響應，可用其響應波形增長倒0.632US所對應的時間測得，如圖10.2。圖10..2時間常數(shù)的測量4．微分電路和積分電路是一階電路較典型的電路。在方波激勵下，當電路元件參數(shù)和輸入信號的周期滿足一定的要求時，構成輸出電壓波形和輸入電壓波形之間的特定（微分或積分）關系。圖10..3微分電路如圖10.3所示RC電路，由R端作為響應輸出，輸入信號uS（t）如圖10.4所示，方波重復周期為T，若滿足時，此時電路的輸出電壓與輸入信號近似成微分關系，即此電路稱為微分電路，其響應波形為正負尖脈沖如圖10.5。圖10.4微分電路輸入波形圖10.5微分電路輸入波形圖10..6積分電路圖10.7積分電路輸出波形若將圖10.3中的R與C位置調(diào)換，由C端作為響應輸出，且滿足時，即構成積分電路，如圖10.6，此時電路的輸出電壓與輸入信號近似成積分關系，即輸出端得到近似三角波的電壓，如圖10.7所示。三、預習要求1．預習教材中有關RC一階電路響應的內(nèi)容。2．預習本實驗指導1.5、1.6中功率函數(shù)信號發(fā)生器和示波器的使用方法。四、實驗儀器1．SS-7802A2．SG1645型功率函數(shù)信號發(fā)生器3．十進制電容箱（RX7-O0~1.111μF）4.旋轉式電阻箱（ZX210~99999.9Ω）5.電感箱GX3/4(0~10)×100mH五、實驗任務1．示波器測試RC電路的時間常數(shù)圖10.8是一RC串聯(lián)電路，輸入方波電壓峰-峰值為4V，周期2mS（用示波器測量）。改變R或C，觀察對輸出電壓uC的影響，用文字敘述觀察結果。當電路的時間常數(shù)τ=0.2mS時，記錄對應的R、C值，并定量描繪出輸出波形。圖10.8RC一階電路2．給定方波作為輸入信號，其參數(shù)為：峰-峰值4V，周期2mS，設計一微分電路，使其輸出為尖脈沖波形。畫出電路圖，由R、C參數(shù)值計算時間常數(shù)，描繪uS、uR的波形圖。3．輸入信號與任務2相同，設計一積分電路，記錄各參數(shù)及uS、uc的波形圖。觀察不同R、C參數(shù)的積分效果，并分析如何提高輸出電壓的幅值。4．將圖10.8的電容箱換接為電感箱，調(diào)節(jié)R或L的值，觀察uL波形。選定一組參數(shù)，畫出uL的波形。六、實驗報告要求1．按照