实验五 RC 电路充放电研究【一】实验目的① 观察 RC一阶电路的充放电现象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二】实验方法① 电路的过渡过程是指从一种稳定状态转到另一种稳定状态所经历的变化过程，其变化十分短暂而且是单次变化过程，对时间常数 τ较大的电路， 可用慢扫描长余辉示波器观察光点移动的轨迹对时间常数τ 较小的电路，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，即令方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；方波下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号，选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ ，就可以观测电路的过渡过程② 在阶跃信号下，RC-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τ③ 时间常数 τ的测定方法：a 根据 - 阶微分方程的求解得知t RCt UeUeU0(2-38) 当 t= τ时， U0＝0.368U， 此时所对应的时间就等于τ 其零输入响应的波形如图2-30(a)测试电路如图2-30 （b） -（b1）所示b 由零状态响应波形增长到0.632U 所对应的时间就等于τ。
其测试电路及波形如图 2-30 （b）-(b2) 和 2-30(c) 所示a) (b) (c) 图 2-30 RC 一阶电路④ 微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的应用电路，它对电路时间常数τ 和输入信号的周期TＲＣ串联电路，如果满足τ＝ RC>T/２条件时，则称为积分电路UdtRCidtCUC11(2-40) 由式 (2-40) 可知：电路的输出电压与输入电压的积分成正比电路如图2-31(b) 所示，时间常数对波形的影响【三】实验装置① 双踪示波器；② 信号发生器或信号源；③ 可调电阻、电容四】实验内容① 实验线路板如图2-32 所示， 分析电路确定激励与响应端口所在的位置；确定响应类型及元件的参数② 在实验线路板上选取R=10kΩ，C＝1000pF 组成如图2-30(b) 所示的 RC充放电电路，信号发生器输出的方波信号电压U=2V ，频率 f=1kHz ， 示波器探头将激励源U和响应ＵＣ的信号分别接至示波器的两个输入口ＹＡ和ＹＢ，在示波器上观察激励与响应的变化规律，来测时间常数τ，并绘制波形适当地改变电容或电阻值，观察波形变化情况，记录观察到的现象。
③ 选取Ｒ＝ 10kΩ，Ｃ =0.47 μＦ，观察并绘制响应的波形，继续增大Ｃ之值，定性地观察对响应的影响④ 选取Ｒ＝ 100Ω，Ｃ＝ 0.1 μＦ组成如图2-31(a) 所示的微分电路，在同样的方波激励信号作用下，观测并绘制激励与响应的波形实验要点① 电子仪器的调节，动作要平缓，用力要适度实验前，需熟读双踪示波器的使用② 信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起（称共地）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五】问题① 本实验中，什么样的电信号可作为ＲＣ一阶电路零输入响应、零状态响应和全响应的激励信号？② 已知ＲＣ一阶电路R＝100kΩ，C＝0.01 μ F，试计算时间常数τ ，并根据 τ值的物理意义，拟定测量τ③ 何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？想一想有和实用意义？图 2-32 阻容选频网络实验板【六】实验要求① 根据实验所得数据，绘出RC-阶电路充放电时Uc的变化曲线，由曲线测得τ值，② 根据实验所得结果，得出微分电路与积分电路的波形差异与一般变化规律。