实验五RC一阶电路响应测试

实验五RC 一阶电路响应测试
一、实验目的
1、测定 RC 一阶电路的零输入响应，零状态响应及完全响应
2、学习电路时间常数的测定方法
3、掌握有关微分电路和积分电路的概念
4、进一步学会用示波器测绘图形
二、实验仪器
RXDI-1A电路原理与实验箱、双踪示波器
三、实验原理
1、动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程，对时间常数的较大的电路，可用慢扫描长余辉示波器观察光点移动的轨迹。

然而能用一般的双踪示波器观察过渡过程和测量有关的参数，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，即令方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；方波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，电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的影响和直流电源接通与断开的过渡过程是基本相同的。

2、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τ。

3、时间常数的测定方法
图 A 所示电路
E
1 K R
+
2 E C
O
（ a）
—t
U C
（ c）0．632
0．368
t
ττ（b）
图 1
根据一阶微分方程的求解得到零输入响应的输出函数为（选择零输入响应的起始时刻为计时起点） :
U C =Ee t / RC =E e t /
当 t= 时， Uo(τ)=0.368E，此时所对应的时间就等于。

零状态响应波形的函数为（选择零状态响应的起始时刻为计时起点）:
U C=E（1－e t / RC） =E（ 1－e t /）
当 t= 时， Uo(τ)=0.632E，此时所对应的时间也是。

4、微分电路积分电路是RC 一阶电路中较为典型的电路，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，方波序列脉冲的重复激励下，当满足τ=RC<<T/2时（T为方波脉冲的重复周期），且由R端作为响应输出，如图2（a）所示。

这就构成了一个微分电路，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。

若将图 2（a）中的 R 与 C 位置调换一个，即由 C 端作为响应输出，后当电路参数的选择满足τ=RC>>T/2条件时，如图2（b）所示即构成积分电路，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。

C
R
R Us Ui
C Us
Ui
(a)(b)
图 2
四、实验内容及步骤
实验线路板的结构如图 C 所示，认清 R、C 元件的布局及其标称值，各开关的通断位置等。

1、选择动态线路板R、C 元件，令
（1） R=10KΩ, C=3300PF
组成如图 D（X ）所示的 RC 充放电电路， U 为函数信号发生器输出，取 Um=3V ，f=1KHz 的方波电压信号，并通过两根同轴电缆，将激励源Ui 和响应 Uo 的信号分别连至示波器的两个输入口Y A和 Y B，这时可在示波器的屏幕上观察到激励与
响应的变化规律，求测时间常数τ，并描绘 U 及 U C波形。

少量改变电容值或电阻值，定性观察对响应的影响，记录观察到的现象。

（2）令 R=10KΩ C=0﹒01μF，观察并描绘响应波形，继续增大 C 之值，定性观察对响应的影响。

2、选择动态板上 R、 C 元件，组成如图 B（ a）所示微分电路，令C=0﹒01μF，
R=1KΩ。

在同相的方波激励信号（Uｍ=3V， f=1KHz ）作用下，并记录，当R 增至 1M Ω时，输入输出波形有何本质上的区别？
五、思考题
1、为什么在分别满足τ=RC<<T/2和τ=RC>>T/2时，且分别以电阻和电容为输
出端，一阶电路可以称为微分电路和积分电路？
六、实验报告要求
1、根据实验观测结果，在方格纸上绘出 RC一阶电路 R=10KΩ, C=3300PF时 U c
的变化曲线，由曲线测得值，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
随时间常数变换的特征。

3、实验总结。