RCSUcuS 12图 4－1SUV/cuSU632.00s/t图 4－2SUV/cuSU368.00s/t图 4－3SUSu0tT 2T图 4－4acua632.00t图 4－5bx实验四一阶电路暂态过程的研究一、实验目的1、研究ＲＣ一阶电路的零输入响应、零状态响应和全响应的规律和特点；2、学习一阶电路时间常数的测量方法，了解电路参数对时间常数的影响；3、掌握微分电路和积分电路的基本概念二、原理说明1、ＲＣ一阶电路的零状态响应ＲＣ一阶电路如图4－1 所示，开关S在‘ 1’的位置，ｕC＝0，处于零状态，当开关S合 向 ‘ 2’ 的 位 置 时 ， 电 源 通 过R向 电 容C充 电 ，ｕC（ｔ） 称 为 零 状 态 响 应 t UUu-SSce变化曲线如图4－2 所示，当ｕC上升到S632. 0U所需要的时间称为时间常数，RCτ2、ＲＣ一阶电路的零输入响应在图 4－1 中，开关S在‘ 2’的位置电路电源通过R向电容C充电稳定后，再合向‘1’的位置时，电容C通过R放电，ｕC（ｔ）称为零输入响应，t Uu-Sce变化曲线如图4－3 所示，当ｕC下降到S368. 0U所需要的时间称为时间常数，RCτ。
3、测量ＲＣ一阶电路时间常数图 4－1 电路的上述暂态过程很难观察，为了用普通示波器观察电路的暂态过程，需采用图 4－ 4所示的周期性方波ｕS作为电路的激励信号，方波信号的周期为T，只要满足52T，便可在普通示波器的荧光屏上形成稳定的响应波形a)(0tT 2TSUSu0 tT0tRuCu图 4－6b)(电阻R、电容C串联与方波发生器的输出端连接，用双踪示波器观察电容电压ｕC，便可观察到稳定的指数曲线，如图 4－5 所示，在荧光屏上测得电容电压最大值：(cm)aCmU取(cm)0.632ab，与指数曲线交点对应时间ｔ轴的ｘ点，则根据时间ｔ轴比例尺（扫描时间 cmt） ，该电路的时间常数 cm(cm)xt4、微分电路和积分电路在方波信号ｕS作用在电阻R、电容C串联电路中，当满足电路时间常数远远小于方波周期T的条件时，电阻两端（输出）的电压ｕR与方波输入信号ｕS呈微分关系， tuRCuddS R，该电路称为微分电路当满足电路时间常数远远大于方波周期T的条件时，电容C 两端（输出）的电压ｕC与方波输入信号ｕS呈积分关系，tu RCud1 SC，该电路称为积分电路微分电路和积分电路的输出、输入关系如图4－6 （ａ） 、 （ｂ）所示。
三、实验设备 1、GDS-1072-U数字示波器2、AFG 2025 函数信号发生器（方波输出）3、EEL—51D组件（含电阻、电容）四、实验内容实验电路接线如图4－7 所示，图中电阻R、电容C从 EEL－51D组件上选取，用双踪示波器观察电路激励（方波）信号和响应信号ｕS为方波输出信号，调节函数信号发生器输出，从示波器上观察，使方波的峰－峰值和频率为：ＶP – P ＝２Ｖ，f =1ｋHz图 4－7 实验电路和两台仪器连接示意图1、ＲＣ一阶电路的充、放电过程（ 1）观察时间常数τ：选择 EEL －51D组件上的Ｒ、Ｃ元件， 令Ｒ=3KΩ，Ｃ＝0.01 μＦ，用双踪示波器观察激励信号ｕS与电容器两端的响应信号ｕC的变化规律，观察时间常数τ 2）观察时间常数τ（即电路参数R、C）对暂态过程的影响：令Ｒ＝10kΩ，Ｃ=0.01 μＦ，通过双踪示波器观察并描绘电路激励和响应的波形，继续增大Ｃ（取 0.0 １μＦ～ 0. １μＦ）或增大R（取 10kΩ、 30kΩ ） ，定性观察对响应波形的影响2、微分电路和积分电路（1）积分电路：选择 EEL－51D组件上的Ｒ、Ｃ元件组成如图6—8 电路，令Ｒ＝10KΩ，Ｃ＝0. １μF，用双踪示波器观察激励信号ｕS与响应信号ｕC的变化规律并绘出曲线图。
2）微分电路：将图 16—8 实验电路中的Ｒ、Ｃ元件位置互换，组成如图6—9 的电路，令Ｒ＝600Ω，Ｃ＝ 0.0 １μ F，用双踪示波器观察激励信号ｕS与响应信号ｕR的变化规律并绘出曲线图图 6—8 积分电路示意图图 6—9 微分电路示意图信 号 源—+ 信 号源—+五、实验注意事项1、调节电子仪器各旋钮时，动作不要过猛实验前，尚需熟悉双踪示波器的使用说明，特别是观察双踪信号时，要特别注意开关，旋钮的操作与调节2、信号源的接地端与示波器的接地端是连在一起的（称共地），以防外界干扰而影响测量的准确性 但由于他们内部已经“共地”，使用时要特别注意因共地使被测电路造成短路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、预习与思考题1、 用示波器观察ＲＣ一阶电路零输入响应和零状态响应时，为何激励必须是方波信号？2、已知ＲＣ一阶电路的Ｒ＝10KΩ，Ｃ＝0.01 μF，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、在ＲＣ一阶电路中，当Ｒ、Ｃ的大小变化时，对电路的响应有何影响？4、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？这两种电路有何功能？七、实验报告要求1、根据实验1（1）观测结果，绘出ＲＣ—阶电路充、放电时ＵC与激励信号对应的变化曲线，由曲线测得τ值，并与参数值的理论计算结果作比较，分析误差原因。
2、根据实验2 观测结果，绘出积分电路、微分电路输出信号与输入信号对应的波形3、回答思考题3、4。