实验四一阶电路的响应测试.docVIP

实验四　一阶电路的响应测试 (a) 零输入响应 (b) RC一阶电路 (c) 零状态响应 图 4-1 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＝RCT/2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4-2(a)所示。利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲，具体内容请参见本书附录。 (a)微分电路 (b) 积分电路 图4-2 若将图4-2(a)中的R与C位置调换一下，如图4-2(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 T/2，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，具体内容请参见本书最后一个实验。 微分电路和积分电路从本质来说都是一阶 RC电路，微分电路中输出电压取自电阻，其时间常数远小于脉冲宽度。积分电路中输出电压取自电容，其时间常数远大于脉冲宽度。 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 2 双踪示波器 1 自备 3 动态电路实验板 1 DGJ-03 四、实验内容 实验线路板的器件组件，如图4-3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4-1(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CH1和CH2。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。 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。 3. 令C＝0.01μF，R＝100Ω，组成如图4-2(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。 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？ 五、实验注意事项 1. 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 图4-3 动态电路、选频电路实验板 2. 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、实验报告 1. 根据实验观测结果，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。 附：对于本实验中的一阶RC电路， a.若电容初始储能为零，则称电路处于零状态，此时接入恒压源Ui，电容即以指数规律充电，此即零状态响应； b.若电容有初始储能，以导线取代Ui，此时电路电源激励为零，称为零输入，此后电容将以指数规律放电，直至放电完毕，此即零输入响应； c.若电容上既有初始储能，又有输入激励，则电容之电压的变化规律即为全响应。 τ τ