实验七RC一阶电路的响应测试报告材料.docx
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实验七RC一阶电路的响应测试报告材料
Ø实验七 RC一阶电路的响应测试
一、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。
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7-1（a）所示。
根据一阶微分方程的求解得知uc＝Ume-t/RC＝Ume-t/τ。
当t＝τ时，Uc（τ）＝0.368Um。
此时所对应的时间就等于τ。
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。
a）零输入响应（b）RC一阶电路（c）零状态响应
图7-1
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，当满足τ＝RC<<
时（T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7-2（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7-2
若将图7-2（a）中的R与C位置调换一下，如图13-2（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τ＝RC>>
，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。
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
1
DG03
2
双踪示波器
1
自备
3
动态电路实验板
1
DG07
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＝10KΩ，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＝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τ，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=10KΩ，C=6800pF时，激励与响应的变化规律：
（积分电路）
（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τ=6.8×10-5s
●电阻R不变，减少电容C至3000pF,响应的图像变陡，如下图（b）
（图b）
●电阻R不变，增大电容C至8000pF,响应的图像变平缓，如下图（c）
（图c）
●电容C不变，电阻R减小至5KΩ，响应的曲线变陡峭，如下图（d）
（图d）
●电容C不变，电阻R增大至20KΩ，响应的曲线变平缓，如下图（e）
（图e）
2.令R＝10KΩ，C＝0.1μF，观察并描绘响应的波形，继续增大C之值，定性地观察对响应的影响。
●令R=10KΩ，C=0.1μF,激励与响应的变化规律：
●R=10KΩ不变，C=0.1μF，继续增大C值，响应曲线变平缓，当电容C大到一定值时候，响应曲线变成直线（如下图）。
3.令C＝0.01μF，R＝100Ω，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。
●令C=0.01μF，R=100Ω，激励与响应的变化规律如下：
（微分电路）
（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增至1MΩ时，输入输出波
形有何本质上的区别？
●当C=0.01μF不变时，增大R值至200Ω，响应曲线变化不明显，如下图：
●当C=0.01μF不变时，减小R值至20Ω，响应曲线变化不明显。
●R增至1MΩ时，激励与响应的变化规律如下图：
输入波形为方波信号，输出波形接近方波信号。
五、实验注意事项
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、旋钮图7-3动态电路、选频电路实验板
的操作与调节。
2.信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起（称共地），以防外界干扰而影响测量的准确性。
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＝10KΩ，C＝0.1μF，试计算时间常数τ，并根据τ值的物理意义，拟定测量τ的方案。
3.何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？
它们在方波序列脉冲的激励下，其输出信号波形的变化规律如何？
这两种电路有何功用？
4.预习要求：
熟读仪器使用说明，回答上述问题，准备方格纸。
七、实验报告
1.根据实验观测结果，在方格纸上绘出RC一阶电路充放电时uC的变化曲线，由曲线测得τ值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。
2.根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的特征。
3.心得体会及其他。
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