[工学]1 7 一阶RC电路的阶跃响应.pptVIP

实 验 名 称 目 录 实验目的 实 验 仪 器 DGDZ-2型电工电子综合实验箱 实 验 原 理 实 验 原 理 由式(2-7-1)可知，当 t=τ时， Vc=0.633Vs； 由式(2-7-2)可知，当 t=T/2+τ时，Uc=0.367Vs； 由式(2-7-3)可知，当 t=τ时， Vr=0.367Vs×R1/(Ro+R1)。 实 验 原 理 即： 1.电容充电经过一个τ的时间，电容上所充的电压为电源电压的63.3% 。 2.电容放电经过一个τ的时间，电容上所剩电压为最大电压的36.7% 。 3.在电容分别充电和放电时，经过一个τ的时间，电阻上的电压为其自身最大峰值电压的36.7% 。 由此结论，便可在示波器显示的波形图上读出一阶RC电路满足T1≥5τ 的时间常数τ值： 取电压波形从0到纵向最大高度的63.3%(充电时)或36.7%(放电时)在横轴(时间轴)上的投影，该段投影长度即为时间常数τ值。 实 验 原 理 2．将图2-7-1电路中的电容改为1μF，则τ=560μs，τ?T1。电路在方波信号激励下电容充放电波形和电阻上的电压波形分别如图2-7-3(b)和(c) 所示。 实 验 原 理 实 验 原 理 需指出的是：图中坐标原点t≠0，而是t≥5τ 后的波形图。因为当0≤t≤T/2时，信号源以电压Vs加在电路上，t=0时电容开始充电并趋向于稳态值Vs。由于τ较大，当 t=T/2时充电尚未结束， 但信号源的输出电压跃变为零，电容开始放电并趋于零。t=T时放电亦未结束，输入又跃变为Vs，电容又开始充电，这次充电Vc(t)的初始值不为零，充电起点高了。到3T/2时电容电压高于T/2时的电容电压，电容又开始放电并趋于零。到2T时电容电压高于T时的电容电压。 实 验 原 理 根据根据三要素法，电容充电电压为 Vc(t)=Vs+(V1—Vs)e—t/τ (V) 则：V2=Vc(T1)=Vs+(V1—Vs)e—T1/τ (V) 由此可得到：τ=T1/ln[(V1－Vs)/(V2－Vs)] (2-7-5) 同理，在电容充电期间电阻上的电压波形为： Vr(t)=V2e—t/τ (V) 则 ：V1=Vr(T1)=V2e—T1/τ (V) 可得:τ=T1/ln(V2/V1) (2-7-6) 从示波器上读到V1，V2，Vs值分别代入(2-7-5)或(2-7-6) 均可求得电路时间常数τ值。 实 验 步 骤 5.将图2-7-1电路中0.047μF电容器改用1μF的，用示波器观察电容器上充放电波形，如图2-7-3 (b) 所示，读测V1和V2值。并代入式(2-7-5)计算τ值。 6.用示波器观察电阻R1上的波形，如图2-7-3 (c)，读测V1和V2值。并代入式(2-7-6) 计算τ值。 7.调整“DC OFFSET”旋钮，使输出信号成为对称于横坐标的方波信号。分别按步骤5，6 观察电容和电阻上的电压波形，画出波形图并与图2-7-3 作比较。 作图时应注意： A.各波形与输入方波信号在时间上的对应关系。 B.各波形相对于横坐标的位置。 目录 上页 下页 TEL:025 一阶RC电路的阶跃响应 预习要求：1.复习一阶RC电路阶跃响应的基本概念；2.根据图2-7-1、2-7-2给定的电路参数，分别计算电路时间常数τ。并叙述本次实验中时间常数 对响应波形的影响；3.复习信号发生器和示波器的基本使用方法；4.列出运用双踪示波器测量电信号任意两点间时间间隔的操作步骤及注意事项；5.根据实验任务写出预习报告。 实验目的 1 2 实验仪器 3 实验原理 4 实验步骤 5 实验提示 6 实 验 思 考 题 7 实验报告 1 学习用示波器和信号发生器研究一阶电路暂态响应的方法。 2 学习从不同的RC一阶电路响应波形上读取时间常数τ。 3 正确区分响应波形中的零输入响应和零状态响应。 实 验 仪 器 双踪示波器 函数信号发生器 DGDZ-2型电工电子综合实验箱 一阶RC电路的阶跃响应 测量时保持示波器两个通道共地。 本示波器无法测量10mV级的小信号波形。 实 验 仪 器 示波器 实 验 仪 器 使用时注意共地。 产生小信号时要加衰减 注意要产生的信号波形! 函数信号发生器 实验箱 返回目录 实 验 原 理（教材P55-57） 一阶RC电路的阶跃响应 实 验 原 理 为了能用示波器观察阶跃信号作用于一阶电路的过渡过程，就要求电路周期性的重复过渡过程。为此，采用给RC电路加周期方波信号激励的方法实现。一般认为过渡过程在4τ ～5τ 时间内结束。因此方