实验五RC电路的时域分析

实验五、 RC 电路的时域分析
一、 实验目的
1. 研究RC 电路的零输入响应、零状态响应和全响应。

2.
学习使用示波器观察和分析RC 一阶电路的响应，掌握从波形图中求时间
常数 的方法。

3. 观察和分析RC 微分、积分电路对方波信号的作用。

二、
实验原理
含有动态元件的电路，其电路方程为微分方程。

当动态电路的结构或参数发生变化时，电路的状态将由原来的稳态向新的稳态转变，这一过程称为暂态过程。

用一阶微分方程描述的电路，为一阶电路。

三、 实验内容
1.
RC 电路的零状态响应和零输入响应（使用Multisim 仿真软件做）。

实验电路如图5.1所示。

图5.1 RC 电路的零状态响应和零输入响应实验电路
s
图5.2 RC 电路的充、放电曲线
图5.2 （a ） 充电曲线 图5.2 （b ） 放电曲线
U S
首先将开关S 置于地端使电路处于零状态，在t=0时刻由地扳向电源正极，电路对Us 的响应为零状态响应，即：RC
t S S C e U U u --=,这一状态为电容充电的
过程，充电曲线如图5.2（a ）所示。

若首先将开关S 置于Us 使电路处于稳态，在t=0时刻由Us 扳向地端，电路为零输入响应，即：RC
t
S C e U u -=,这一状态为电容放电的过程，放电曲线如图5.2
（b ）所示。

2.
RC 一阶电路的全响应（使用Multisim 仿真软件做）。

实验电路如图5.3所示。

开关S 置于Us1使电路处于稳态，在t=0时刻由Us1扳向Us2，电路的全响应为：RC
t S S S C e U U U u ---=)(122,全响应曲线如图5.4所示。

图5.4 RC 电路的全响应曲线
U S1
U S2
s
图5.3 RC 电路的全响应实验电路
3. RC 一阶电路的时间常数测试（使用真实电路及设备做）。

实验电路如图5.5所示。

调整函数信号发生器的方波频率使电容上的波形接近图5.6所示波形，这时就可以从图上示意的方法求出时间常数τ值。

图5.6 RC 一阶电路时间常数的求法
P-P
τ
输入波形
图5.5 RC 一阶电路时间常数测量电路
4.RC微分、积分电路对方波信号的作用（使用真实电路及设备做）。

图5.7为RC微分电路，该电路的标称τ=RC=1ms。

图5.7 RC微分电路
分别设置函数信号发生器的频率为10Hz、200Hz、1kHz,幅度为10V的方波信号。

用双踪示波器测出对应的输入、输出信号，并画出波形图。

图5.8 RC积分电路
图5.9为RC积分电路，该电路的标称τ=RC=1ms。

分别设置函数信号发生器的频率为1kHz、3kHz、5kHz, 幅度为10V的方波信号。

用示波器测出对应的输入、输出信号，并画出波形图。

四、仪器设备
1.网络智能模拟电路实验台（或专用实验板）一台（块）。

2.装有Multisim软件的电脑一台。

3.稳压电源2个。

4.双踪示波器一台。

5.函数信号发生器一台。

五、实验报告
1.画出图5.5电路测试的输出波形图，并从图上充电、放电曲线上分别求出RC电路的时间常数τ值后取平均值（参看图5.6中的方法），并试与标称值做一比较。

2.请用所学一阶动态电路暂态过程分析的理论解释图5.6中求取时间常数τ的根据。

3.画出RC微分、积分电路对应的六对波形图，并分析、解释之。