實(shí)驗(yàn)四-RC一階電路的響應(yīng)測(cè)試.doc

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1、廣東第二師范學(xué)院學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告院系名稱物理與信息工程系班級(jí)電子信息工程A班姓名翁劍鵬專業(yè)名稱電子信息工程學(xué)號(hào)16550618027實(shí)驗(yàn)課程名稱電路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱RC一階電路的響應(yīng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)時(shí)間2017.6.12實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)物理樓六樓實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)成績(jī)指導(dǎo)教師簽名實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容包含：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理與歸納（數(shù)據(jù)、圖表、計(jì)算等）、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、實(shí)驗(yàn)思考題、實(shí)驗(yàn)心得。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測(cè)定RC一階電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)及完全響應(yīng)。2.學(xué)習(xí)電路時(shí)間常數(shù)的測(cè)量方法。3.掌握有關(guān)微分電路和積分電路的概

2、念。4.進(jìn)一步學(xué)會(huì)用示波器觀測(cè)波形。二、實(shí)驗(yàn)儀器1．電路實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2．萬用表一塊3.示波器一臺(tái)4.函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)原理1.電路中某時(shí)刻的電感電流和電容電壓稱為該時(shí)刻的電路狀態(tài)。時(shí)電感的初始電流和電容電壓稱為電路的初始狀態(tài)。在沒有外加激勵(lì)時(shí)，僅由在時(shí)刻的非零初始狀態(tài)引起的響應(yīng)稱為零輸入響應(yīng)，它取決于初始狀態(tài)和電路特性（通過時(shí)間常數(shù)來體現(xiàn)），這種響應(yīng)時(shí)隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律衰減的。在零初始狀態(tài)時(shí)僅由在時(shí)刻施加于電路的激勵(lì)引起的響應(yīng)稱為零狀態(tài)響應(yīng)，它取決于外加激勵(lì)和電路特性，這種響應(yīng)是由零開始隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)的。線性動(dòng)態(tài)

3、電路的完全響應(yīng)為零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)之和。含有耗能元件的線性動(dòng)態(tài)電路的完全響應(yīng)也可以為暫態(tài)響應(yīng)與穩(wěn)態(tài)響應(yīng)之和，實(shí)踐中認(rèn)為暫態(tài)響應(yīng)在時(shí)消失，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，在暫態(tài)還存在的這段時(shí)間就成為“過渡過程”。2.動(dòng)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(cè)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，我們利用信號(hào)發(fā)生器輸出的方波來模擬階躍激勵(lì)信號(hào)，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(lì)信號(hào)；利用方波的下降沿作為零輸入響應(yīng)的負(fù)階躍激勵(lì)信號(hào)。只要選擇方波的重復(fù)周期遠(yuǎn)大于電路的時(shí)間常數(shù)，那么

4、電路在這樣的方波序列脈沖信號(hào)的激勵(lì)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。3.時(shí)間常數(shù)的測(cè)定方法:用示波器測(cè)量零輸入響應(yīng)的波形如圖3.5.1所示。根據(jù)一階微分方程的求解得知。當(dāng)時(shí)，。此時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就等于。亦可用零狀態(tài)響應(yīng)波形增加到所對(duì)應(yīng)的時(shí)間測(cè)得。圖3.5.1示波器測(cè)量零輸入與零狀態(tài)響應(yīng)波形4.微分電路和積分電路是RC一階電路中較典型的電路，它對(duì)電路元件參數(shù)和輸入信號(hào)的周期有著特定的要求。一個(gè)簡(jiǎn)單的RC串聯(lián)電路，在方波序列脈沖的重復(fù)激勵(lì)下，當(dāng)滿足時(shí)（為方波脈沖的重復(fù)周期），且由兩端的電壓作為響應(yīng)輸出，則該

5、電路就是一個(gè)微分電路。因?yàn)榇藭r(shí)電路的輸出信號(hào)電壓與輸入信號(hào)電壓的微分成正比。如圖3.5.2(a)所示。(a)微分電路(b)積分電路圖3.5.2微分電路和積分電路若將圖3.5.2(a)中的與位置調(diào)換一下，如圖3.5.2(b)所示，由兩端的電壓作為響應(yīng)輸出，且當(dāng)電路的參數(shù)滿足，則該RC電路稱為積分電路。因?yàn)榇藭r(shí)電路的輸出信號(hào)電壓與輸入信號(hào)電壓的積分成正比。從輸入輸出波形來看，上述兩個(gè)電路均起著波形變換的作用，請(qǐng)?jiān)趯?shí)驗(yàn)過程仔細(xì)觀察與記錄。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟實(shí)驗(yàn)連線之前，請(qǐng)認(rèn)清、元件的布局及其標(biāo)稱值，各開關(guān)的通斷位置。1.充放電電

6、路的測(cè)量1）從電路板上選，組成如圖3.5.1所示的RC充放電電路。為脈沖信號(hào)發(fā)生器輸出的、的方波電壓信號(hào)，并通過兩根同軸電纜線，將激勵(lì)源和響應(yīng)的信號(hào)分別連至示波器的兩個(gè)輸入口YA和YB。這時(shí)可在示波器的屏幕上觀察到激勵(lì)與響應(yīng)的變化規(guī)律，請(qǐng)測(cè)算出時(shí)間常數(shù)，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(duì)響應(yīng)的影響，記錄觀察到的現(xiàn)象。圖3.5.3和圖3.5.4分別為響應(yīng)的變化波形圖和激勵(lì)源的變化波形圖。圖3.5.3響應(yīng)uc的變化規(guī)律圖3.5.4激勵(lì)源ui的變化規(guī)律2）令，，觀察并描繪響應(yīng)的波形，繼續(xù)增大

7、值，定性地觀察對(duì)響應(yīng)的影響。圖3.5.5和圖3.5.6分別為時(shí)和時(shí)響應(yīng)的變化規(guī)律波形圖。圖3.5.5時(shí)響應(yīng)的變化規(guī)律圖3.5.6時(shí)響應(yīng)的變化規(guī)律2．微分電路的測(cè)量選擇實(shí)驗(yàn)箱上、元件，組成如圖3.5.2（a）所示微分電路，令，。在同樣的方波激勵(lì)信號(hào)（，）作用下，觀測(cè)并描繪激勵(lì)與響應(yīng)的波形。圖3.5.7為時(shí)的響應(yīng)波形圖。圖3.5.7時(shí)的響應(yīng)波形增減的值，定性地觀察對(duì)響應(yīng)的影響，并作記錄。當(dāng)增至?xí)r，輸入輸出波形有何本質(zhì)上的區(qū)別？圖3.5.8和圖3.5.9分別是時(shí)和時(shí)的響應(yīng)波形圖。圖3.5.8時(shí)的響應(yīng)波形圖3.5.9時(shí)的響應(yīng)波形五

8、、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求整理測(cè)試結(jié)果，得到各種情況下的波形圖，并分析其原因。1.充放電電路的測(cè)量（1），圖3.5.3響應(yīng)uc的變化規(guī)律圖3.5.4激勵(lì)源ui的變化規(guī)律（2）圖3.5.5時(shí)響應(yīng)的變化規(guī)律圖3.5.6時(shí)響應(yīng)的變化規(guī)律原因：當(dāng)電路參數(shù)滿足的條件時(shí)，則為積分電路。此電路電容器充放電進(jìn)行得很慢，電路R上的電