電路實驗4一階電路的響應(yīng)測試

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1、學(xué)生實驗報告開課學(xué)院及實驗室：機(jī)械與電氣工程學(xué)院/電子信息樓2022012年11月9日學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院年級、專業(yè)、班姓名學(xué)號實驗課程名稱電路基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)書成績實驗項目名稱一階電路的響應(yīng)測試si一、實驗?zāi)康?.研宄RC—階電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)及全響應(yīng)特點;2.掌握一階電路時間常數(shù)的測量方法；3.掌握右關(guān)微分電路和積分電路的概念、特點、功能：4.了解電路參數(shù)變化對時間常數(shù)和電路功能的影響；5.進(jìn)一步學(xué)會用示波器觀測波形。二、實驗原理1.動態(tài)網(wǎng)絡(luò)的過渡過程是十分短暫的單次變化過程。要用普通示波器觀察過渡過程和測量有關(guān)的參數(shù)，就必須使這種單次變化的過程重復(fù)出現(xiàn)。為此，可以利用信號發(fā)

2、生器輸出的方波來模擬階躍激勵信號，即利用方波輸出的上升沿作為零狀態(tài)響應(yīng)的正階躍激勵信號；利用方波的下降沿作為零輸入響應(yīng)的負(fù)階躍激勵信號，只要選擇方波的重復(fù)周期遠(yuǎn)大于電路的時間常數(shù)T,那么電路在這樣的方波序列脈沖信號的激勵下，它的響應(yīng)就和直流電接通與斷開的過渡過程是基本相同的。2.圖4-1(b)所示的RC—階電路的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)分別按指數(shù)規(guī)律衰減和增長，其變化的快慢決定于電路的時間常數(shù)t，3.時間常數(shù)t的測定方法：用示波器測量零輸入響應(yīng)的波形如圖4-1⑻所示。根據(jù)一階微分方程的求解得知ue=ume_t/Re=Ume_t/l。當(dāng)t=T時，Uc(T)=0.368Umo此時所對應(yīng)的時間就

3、等于t。亦可用零狀態(tài)響應(yīng)波形增加到0.632U,n所對應(yīng)的時間測得，如圖4-l(c)所示。圖4-11.微分電路和積分電路是RC—階電路中較典型的電路，它對電路元件參數(shù)和輸入信號的周期有著特定的要求。一個簡單的RC串聯(lián)電路，在方波序列脈沖的重復(fù)激勵下，當(dāng)滿足t=RC?T/2時(T為方波脈沖的重復(fù)周期)，且由R兩端的電壓作為響應(yīng)輸出，則該電路就是一個微分電路。因為此時電路的輸出信弓?電壓與輸入信弓?電壓的微分成正比。如圖4-2⑻所示。利用微分電路可以將方波轉(zhuǎn)變成尖脈沖，具體內(nèi)容請參見本書附錄。c—f—IIR—1JLILUirUrJU豐ucTI(a)微分電路(b)積分電路圖4-2若將圖4-2⑻

4、中的R與C位置調(diào)換一下，如圖4-2(b)所示，由C兩端的電壓作為響應(yīng)輸出，且當(dāng)電路的參數(shù)滿足t=RC〉＞T/2,則該RC電路稱為積分電路。因為此時電路的輸出信號電壓與輸入信號電壓的積分成正比。利用積分電路可以將方波轉(zhuǎn)變成三角波，具體內(nèi)容請參見本書最后一個實驗。微分電路和積分電路從本質(zhì)來說都是一階RC電路，微分電路中輸出電壓取自電阻，其時間常數(shù)遠(yuǎn)小于脈沖寬度。積分電路中輸出電壓取自電容，其時間常數(shù)遠(yuǎn)大于脈沖寬度。從輸入輸出波形來看，上述兩個電路均起著波形變換的作用，請在實驗過程仔細(xì)觀察與記錄。三、使用儀器、材料序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1函數(shù)信號發(fā)生器12雙蹤示波器1自備3動態(tài)電路實驗板1

5、DGJ-03實驗步:1.從電路板上選R二10KQ,C=53O()pF組成如圖4-l(b)所示的RC充放電電路。叫為脈沖信號發(fā)生器輸出的1^=3￥、f=lKHz的方波電壓信號，并通過兩根同軸電纜線，將激勵源隊和響應(yīng)UC的信號分別連至示波器的兩個輸入口CH1和CH2。這時可在示波器的屏幕上觀察到激勵與響應(yīng)的變化規(guī)律，請測算出時間常數(shù)t，并用方格紙按1:1的比例描繪波形。少量地改變電容值或電阻值，定性地觀察對響應(yīng)的影響，記錄觀察到的現(xiàn)象。2.令R=10KQ,C=O.1pF，觀察并描繪響應(yīng)的波形，繼續(xù)增大C之值，定性地觀察對響應(yīng)的影響。3.令C二O.OluF,R=100Q,組成如圖4-2(a)所

6、示的微分電路。在同樣的方波激勵信號(Um-3V,f=lKHz)作用下，觀測并描繪激勵與響應(yīng)的波形。增減R之值，定性地觀察對響應(yīng)的影響，并作記錄。當(dāng)R增至1MQ時，輸入輸出波形有何本質(zhì)上的區(qū)別？五、實驗過程原始記錄1.步驟1的波形如下:(數(shù)據(jù)、i表、計算等)2.步驟2的波形如下:10K卜。■-1000^1一21—T0.01U22丁丁丁TR=100QR=1KQ3、步驟3的波形如下:R=10KQR=1MQ六、實驗結(jié)果及分析1、測量有誤差，原因有很多，可能是儀器精確度，測量誤差，讀數(shù)誤差等造成的。2、根據(jù)實驗觀測結(jié)果(1)積分電路的形成條件為：T=RC?T/2(T為方波脈沖的重復(fù)周期)微分電路的

7、形成條件為：T=RC?T/2(T為方波脈沖的重復(fù)周期)(2)波形變換特征：R固定時，當(dāng)C增大，時間常數(shù)也增大，波形也變得陡一點；C固定時，當(dāng)R增大，時間常數(shù)也增大，波形也變得陡一點