rc电路暂态过程实验报告

实验 1.3 RC 电路的暂态过程

实验 1.3.1 硬件实验

1. 实验目的

（1） 研究一阶 RC 电路的零输入响应、零状态响应和全响应。

（2） 学习用示波器观察在方波激励下，RC 电路参数对电路输出波形的影响。

2. 实验预习要求

（1） 分别计算图 1.3.1 ~ 1.3.3 中，电容电压在 t = τ时的 u C (τ)及电路时间常数τ的理论

值，填入表 1.3.1 ~ 1.3.4 中。

（2） 掌握微分电路和积分电路的条件。

3. 实验仪器和设备

序号 名 称

型 号 数 量 1 电路原理实验箱 TPE -DG1IBIT 1 台 2 可跟踪直流稳压电源 SS3323 1 台 3 数字式万用表 VC9802A+ 1 块 4 双通道函数发生器 DG 1022 1 台 5

数字示波器

DS1052E

1 台

4. 实验内容及要求

（1） 测绘 u C ( t )的零输入响应曲线

按图 1.3.1 连接电路，元件参数为 R = 10 k Ω r = 100 Ω，C = 3300 μF ，U S 由 SS3323 型直流稳压电源提供。

注意：电容 C 为电解电容器，正、负极性不能接反（实验箱上各电解电容器的安装极性均为上正下负），否则易造成电容损坏。

R

图 1.3.1

闭合开关 S ，调整直流稳压电源的输出幅度旋钮，用万用表直流电压档监测电容器 C 上电压 u C ，使其初始值为 10 V 。

打开开关 S ，电容 C 开始放电过程。在 C 开始放电的同时，按表 1.3.1 给出的电压用手表计时，将测量的时间值记入表 1.3.1。

再将 u C (τ) 对应的时间（此数值即为时间常数τ1）记入表 1.3.2 中。 注意：a) 用万用表直流电压档测量 u C ，用手表计时。

b) 因放电过程开始时较快，建议测量零输入响应的过程分几次进行计时。 将电阻换为 R = 5.6 k Ω，C 不变，测量 u C (τ) 对应的时间τ2，记入表

1.3.2。 r S

U S

C

+

u C

S

C

+

u C

注：这组电阻、电容参数只要求测量 u C (τ) 一个点，不需要测量完整的曲线。

表 1.3.1

u C / V 9 8 7 6 5 u C (τ) =3.68 3 2 1 t / s

0.034 0.074 0.118 0.169 0.229 0.329 0.397 0.531 0.760

（2） 测绘 u C ( t )的零状态响应曲线

按图 1.3.2 连接电路，其中 R = 10 k Ω，C = 3300 μF ，U S = 10 V 。 闭合开关 S ，将电容器放电，使电容器两端初始电压为零。

断开 S 使电容器充电，按表 1.3.3 给出的电压进行计时，并将数据记入表 1.3.3 中。 再将 u C (τ) 对应的时间τ3 记入表

1.3.2 中。 表 1.3.3

u C / V 1 2 3 4 5 u C (τ) =6.32 7 8 9 t / s

0.037 0.074 0.119 0.169 0.231 0.331 0.398 0.532 0.761

R

R

2 1

r

U S2

图 1.3.2

（3） 测绘 u C ( t )的全响应曲线

图 1.3.3

按图 1.3.3 连接电路，图中电阻 R = 10 k Ω，r = 100 Ω，电容 C = 2200 μF 。电压源 U S1 = 4 V ，U S1、U S2 分别由直流稳压电源的两路输出提供。

先将开关 S 置于“1”，调整直流稳压电源的输出幅度旋钮，用万用表直流电压档监测电容器 C 上电压 u C ，使其初始值为 10 V 。

将 S 置于“2”，按表 1.3.4 给出的电压进行计时，并记入表 1.3.4 中。 再将 u C (τ4 ) 对应的时间τ4 记入表

1.3.2 中。

U S

C

+

u C

S

表 1.3.4

u C / V 9 8 7 u C (τ) =6.32 5

4.4 t / s

0.061 0.135 0.229 0.314

0.592

0.895

（4） 观察在方波信号激励下，RC 电路的时间常数对输出波形的影响。

a) 按图 1.3.4 连接 RC 串联电路，从电阻两端取输出电压。

b) 加入方波作为输入信号 u i ，其频率 f = 400 Hz 、幅度为 U ipp = 4 V 。

按表 1.3.5 的要求，当选取不同的电路参数时，用示波器的两个通道 CH1、CH2 同时观察、描绘 u i 和 u o 的波形（要求画出其对应关系），并记入表 1.3.5 中。

c) 按图 1.3.5 连接 RC 串联电路，从电容两端取输出电压，重复实验步骤 b)。 注意： a) 方波由 DG 1022 型功率函数发生器的“功率输出”端提供。

b) 测量时功率函数发生器、示波器和电路应“共地”。

表 1.3.5

项目

参 数

电路及波形

参 数 电路及波形

电路图

从电阻两端

C

从电容两端

R

取输出电压

+ u i

-

R + u o

-

取输出电压

+

u i

C -

+ u o

-

图 1.3.4

图 1.3.5

输入

方波 f = 400Hz U ipp = 4V

O

u i

t

方波 f = 400Hz U ipp = 4V

O u i

t

输

出

R = 510Ω C = 0.22μF

R = 1k Ω C = 0.22μF

R = 1k Ω C = 0.47μF

R = 2k Ω C = 0.33μF