实验五一阶电路的时域响应

《实验五一阶电路的时域响应》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验五一阶电路的时域响应（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、实验五 一阶电路的时域响应、 实验目的1 学会函数信号发生器、数字式双踪示波器的使用方法，学会用示波器测绘波形2 学习用示波器观察和分析一阶电路的零输入响应、零状态响应。3 验证时间常数对过渡过程的影响，并掌握其测量方法。4 了解 RC 电路的实际应用。二、实验原理简述1、RC 一阶电路的零输入响应电路在无激励情况下，由储能元件的初始状态引起的响应称为零输入响应。在图5.1中，当t o)duu + RC c = 0Cd t初始值u (0_)= UCS可以得出在过渡过程中，电路中响应随时间变化规律如下u (t ) = u(0 )e TiC(t)=u (t )(0_)-R(t 0)(t 0)式中，

2、t =RC为时间常数，其物理意义为电容电压值由初始值衰减到稳态值的1 (即e36.8%)处所需的时间。电容电压变化曲线如图5.2所示。图 5.2 一阶电路的零输入响应2、RC 一阶电路的零状态响应储能元件初始值为零的电路对外加激励的响应称为零状态响应。RC一阶电路如图5.1所示，当t 0）CdtS初始值u（0_）= 0C可以得出在响应时间中（即过渡过程），电路中响应随时间变化规律如下：tzu (t)二 U - U e 1 二 U (1 - e 1)(t 0)CS SS(t)二u (t )R RU 丄=4e tR(t 0)式中， t=RC为时间常数，其物理意义为电容电压值由初始值上升到稳态值的（

3、1-即62.3%）处所需的时间。电容电压变化曲线如图5.3所示。图 5.3 一阶电路的零状态响应3、RC 一阶电路的全响应电路在输入激励和初始状态共同作用下引起的响应称为全响应。对应图5.1 所示电路若电容两端已有初始电压U 0,当t = 0时开关S合向a,则描述电路的微分方程为:duu + RC c = Ucdt s初始值为：u(0 )= Uc -可以得出全响应u (t)=Ucs(0 )e-：=u(0 )- U I -：+ U( 0)C -SS上式表明:（1）全响应是零状态和零输入分量之和,它体现了现行电路的可加性。（2）全响应也可以看成是自由分量和强制分量之和,自由分量的起始值与初始状态和

4、输入有关，而随时间变化的规律仅仅取决于电路的R、C参数。强制分量则仅与激励有关。当t fg时，自由分量趋于零，过渡过程结束，电路进入稳态。若U U，则响应曲线如 0S（1）RC微分电路。如图5.5 （a）所示，在方波序列脉冲的重复激励下，由R端作为输 出响应，当RC电路的时间常数工远小于0.5T,就成为微分电路。由于时间常数较小，电容 的充放电过程非常短暂，导致输出信号出现正负脉冲，且正负脉冲的幅度基本等于方波信号 的幅度。因此，微分电路可以把方波脉冲转换成尖脉冲，作为触发信号。（2）RC耦合电路。当图5.5 （a）中RC电路的时间常数工远大于T时，就成为耦合电 路。由于时间常数很大，电容器的

5、充放电几乎不能发生，同时又因为电容电压不能突变，输 出信号的波形和幅度就和输入信号几乎完全一样，但此时输出波形已经除去了输入信号的直 流分量，变成了纯交流形式。a)(b)图5.5 运算放大器的电路符号及等效电路(3) RC积分电路。如图5.5 (b)所示，在方波序列脉冲的重复激励下，由C端作为输 出响应，当RC电路的时间常数工远大于0.5T,就成为积分电路。积分电路的输出电压近似 地正比于输出电压对时间的积分，当输入电压为方波脉冲时，输出电压波形为三角波。三、实验仪器设备及元器件1.函数信号发生器2.数字双踪示波器3.数字万用表4.电阻、电容元件四、预习及思考1. 预习RC电路动态响应的基本概

6、念。2 学习函数信号发生器、数字双踪示波器的使用方法，3. 对实验内容中的各项计算值进行计算，预测示波器应显示的波形4. 一阶 RC 电路中，满足微分电路、积分电路的条件。五、实验内容与要求1.按照图5.6接线，元件参数按照组合R = 5.1kQ, C = 3900pF接入元件，调节函数信号发生器，使其输出频率为1KHz、占空比为0.5、幅值为5V的方波信号，调节示波器，使屏幕上同时显示方波u和电容两端电压u的稳定波形，分别观察并记录u、u的SCS C波形、周期和峰峰值。IB c玉地4枝匸地图 5.6 观察并记录 uC2.按照图5.7接线，元件参数仍然按照组合R = 5.1kQ, C = 39

7、00pF接入元件， 函数信号发生器的信号维持不变，调节示波器，使屏幕上同时显示方波u和电阻两端电压Su的稳定波形，分别观察并记录u、u的波形、周期和峰峰值。RS R接?1铀 |T吃 轧为匚0严JL.函探佶号主主器比“14支二巳地枝匹北图5.7观察并记录uR重复步骤1和步骤2,分别记录组合、组合的u、u和u。SCR组合 R = 51kQ， C = 3900pF组合 R = 51kQ， C = 0.047 “F*3.输入信号为频率为200Hz,占空比为0.5、幅值为3V的方波，分别设计一个微分电路、积分电路和耦合电路。根据实验室提供的元件参数值来选取。观察并记录各电路的u、iu 的波形。O*4.测

8、量RC时间常数e选择组合R = 51k0，C = 3900pF，按图5.6接线，调节方波的频率，使得半周期内的响应波形能够进入稳态。调节示波器使响应波形显示较理想，如图5.3所示，当输入为 高电平时电容器电压随时间按指数规律从0上升到US，当当F时，uc二632US，用 示波器测量所需的时间即为该电路的时间常数工，测量并记录之。六、实验注意事项1 注意被测电路的输入/输出端、函数信号发生器、数字双踪示波器要共地。2 描绘波形时，输入波形和输出波形的相位和幅值要对应。七、实验总结及思考1 整理实验得到的数据和波形（波形用坐标纸绘制），并与理论计算进行比较，并得 出相应结论。2. 讨论不同的时间常数值工对电路响应的影响。测量时间常数时，如果方波的频率选 取得不合适，对测量有什么影响？3. 根据自行设计的微分、积分电路，观测记录波形，并对实验观察结果进行归纳、总 结出微分和积分电路的形成条件，说明波形变换的特征。4. 本实验中，若将电容换成电感线圈，实验结果又会变得如何呢？请定性分析5. 谈谈你的实验心得体会及其他。