RC一阶电路响应测试_实验报告x
时间：2020-11-15 20:58:11 来源：勤学考试网 本文已影响 人 
RC—阶电路的响应测试
一、 实验目的
测定RC 一阶电路的零输入响应、零状态响应及完全响应。
学习电路时间常数的测量方法。
掌握有关微分电路和积分电路的概念。
进一步学会用虚拟示波器观测波形。
二、 原理说明
1.动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程。要用普通示波器观察过渡过程和 测量有关的参数，就必须使这种单次变化的过程重复出现。 为此，我们利用信号发生器输出
的方波来模拟阶跃激励信号，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号； 利用方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号。 只要选择方波的重复周期远大于电路
的时间常数T,那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下， 它的响应就和直流电接通与
断开的过渡过程是基本相同的。
2?图6-1 (b)所示的 RC 一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和 增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数T。
时间常数T的测定方法
用示波器测量零输入响应的波形如图 6-1(a)所示。
根据一阶微分方程的求解得知 Uc= Ume-t/RC = Ume-t/°。当t =t时，Uc( t )= 0.368Um。
此时所对应的时间就等于t。亦可用零状态响应波形增加到 0.632 Um所对应的时间测得，
如图6-1(c)所示。
'U(a)零输入响应(b) RC 一阶电路 图6-1
'U
(a)零输入响应
(b) RC 一阶电路 图6-1
(c)零状态响应
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t= RC<<T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，这就
2
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 6-2(a)所示。利用微分电路可以将
方波转变成尖脉冲。
⑻微分电路(b)积分电路
⑻微分电路
(b)积分电路
图6-2
2.令R=
2.令R= 10K Q, C= 0.01 F，观察并描绘响应的波形。继续增大
C之值，定性地观
若将图6-2(a)中的R与C位置调换一下，如图 6-2(b)所示，由C两端的电压作为响应 输出。当电路的参数满足t= RC>> T条件时，即称为积分电路。因为此时电路的输出信号
2
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。
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
脉冲信号发生器
1
2
虚拟示波器
1
3
动态电路实验板
1
HE-14
四、实验内容
实验线路板采用 HE-14实验挂箱的“一阶、二阶动态电路”，如图6-3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等。
1.从电路板上选 R = 10K Q, C = 6800pF组成如图6-2(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的信号分别连至虚拟示波器接口箱的两个输入口 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t, 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。
察对响应的影响。
3.令 C = 0.01 卩 F, R = 100Q，组成 如图6-2(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1M Q时，输入输出波
形有何本质上的区别?
图6-3动态电路、选频电路实验板 实验注意事项
1.调节电子仪器各旋钮时， 动作不要过快、过猛。实验前，需熟悉虚拟示波器的使用。
2?信号源的接地端与虚拟示波器接口箱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。
五、实验结果分析EOu￡|^0?t1
五、实验结果分析
EOu￡
|^0?t
1 I
3
r"1
[-1
J r| 141
1 ?
步骤一对应的虚拟示波器的图像如上图所示
=RC=68*10 -6相比，误差不大,利用游标测算得时间常数T =57*10 -6
=RC=68*10 -6相比，误差不大,
分析其主要原因来源于仪器误差和人的生理误差。
步骤二对应的虚拟示波器的图像如上图所示
电路参数满足t >>T/2的条件，则成为积分电路。由于这种电路电容器充放电进行得很慢，因此电阻 R上
的电压ur(t)近似等于输入电压 ui(t)，其输出电压uo(t)为：
上式表明，输出电压 uo(t)与输入电压ui(t)近似地成积分关系
此时电路将方波转变成了三角波。
步骤三对应的虚拟示波器的图像如上图所示
取RC串联电路中的电阻两端为输出端，并选择适当的电路参数使时间常数t vvT/2。由于电容器的充放电
进行得很快，因此电容器 C上的电压uc(t)接近等于输入电压ui(t)，这时输出电压为：
上式表明，输出电压 uo(t)与输入电压ui(t)近似地成积分关系 逐渐增大R值，CH2的改变如下
CU
CU 「商前F血?
当R增至1M Q时，输入与输出图像几乎完全一样， 但分析可得输入与输出有本质差别。 输
入波表示的是 Ui的电压，是 Ui两端的电压之差，而 UR此时相当于断路，去输入电压为 UR 一端的电势。
思考题
1?什么样的电信号可作为 RC 一阶电路零输入响应、 零状态响应和完全响应的激励信
号？只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数t, 那么电路在这样的方波序列脉冲信
号的激励下，它的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的。 方波输出的上升沿
作为零状态响应的正阶跃激励信号；利用方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号。
2.已知RC —阶电路R= 10KQ, C= 0.01卩F,试计算时间常数t,并根据t值 的物理意义，拟定测量T的方案。T =RC=l0s。RC电路的时间常数的物理意义是 电容的电压减小到原来的1/e需要的时间。测量方法就是用RC 一阶电路的电路 图，加入输入信号，将输出信号的波形画出来，再根据下降的波形，找到 U=0.368Um的那点，再对应到横坐标的时间，就是时间常数了。
3.何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？ 它们在方波序列脉冲的激励下，
其输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功用？
微分电路 可把矩形波转换为尖脉冲波，此电路的输出 波形只反映输入波形的突变部分， 即只有输入波形发生突变的瞬间才有输出。 而对恒定部分则没有输出。
输出的尖 脉冲波形的
宽度与R*C有关（即电路的 时间常数），R*C越小，尖脉冲波形越尖，反之则宽。 积分电路
可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波，还可将锯齿波转换为抛物波。 电路原理很简单，都
是基于电容的冲放电原理。
