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1、- 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鼓励信号，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃鼓励信号；利用方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃鼓励信号。只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数，则电路在这样的方波序列脉冲信号的鼓励下，
2、它的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是根本一样的。2.图7-1b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。3. 时间常数的测定方法: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ucUme-t/RCUme-t/。当t时，Uc()0.368Um。此时所对应的时间就等于。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 7-14. 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
3、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鼓励下，当满足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1DG032双踪示波器1自备3动态电路实验板1DG07四、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R10K，C6800pF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
4、出的Um3V、f1KHz的方波电压信号，并通过两根同轴电缆线，将鼓励源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鼓励与响应的变化规律，请测算出时间常数，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。l R=10K，C=6800pF时，鼓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=6.810-5 sl 电阻R不变，减少电容C至3000pF,响应的图像变陡，如下列图(b)(图b)l 电阻R不变，增大电容C至8000pF,响应的图像变平缓，如下列
5、图(c)图cl 电容C不变，电阻R减小至5K，响应的曲线变陡峭，如下列图d(图d)l 电容C不变，电阻R增大至20K，响应的曲线变平缓，如下列图e图e2. 令R10K，C0.1F，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。l 令R=10K，C=0.1F, 鼓励与响应的变化规律：l R=10K不变，C=0.1F，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列图。3. 令C0.01F，R100，组成如图7-2(a)所示的微分电路。在同样的方波鼓励信号Um3V，f1KHz作用下，观测并描绘鼓励与响应的波形。l 令C=0.01F，R=100，鼓励与响
6、应的变化规律如下：微分电路(鼓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1M时，输入输出波形有何本质上的区别？l 当C=0.01F不变时，增大R值至200，响应曲线变化不明显，如下列图：l 当C=0.01F不变时，减小R值至20，响应曲线变化不明显。l R增至1M时，鼓励与响应的变化规律如下列图：输入波形为方波信号，输出波形接近方波信号。五、实验考前须知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
7、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鼓励源？2. RC一阶电路R10K，C0.1F，试计算时间常数，并根据值的物理意义，拟定测量的方案。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鼓励下，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，答复上述问题，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，由曲线测得值，并与参数值的计算结果作比拟，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，说明波形变换的特征。3. 心得体会及其他。. z.
