一阶RC微分电路和积分电路
RC一阶电路的响应测试
RC一阶电路的响应测试RC 一阶电路的响应测试一、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量方法。
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τ，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τ。
3. 时间常数τ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。
4. 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，当出信号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、实验设备四、实验内容实验线路板的器件组件，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。
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。
2. 令R = 10KΩ ，C = 0.1μF ，观察并描绘响应的波形，继续增大C 之值，定性地观察对响应的影响。
3. 令C = 0.01μF ，R = 100Ω ，组成如图6-2(a)所示的微分电路。
在同样的方波激励信号（U V m = 3 ， f = 1KHZ ）作用下，观测并描绘激励与响应的波形。
一阶RC电路的暂态响应
一阶RC电路的暂态响应一、实验目的1、观察RC电路的充放电过程及其与时间常数的关系。
2、在微分电路和积分电路中，时间常数与工作脉冲宽度对输出波形的影响。
3、学习低频信号发生器及示波器的使用。
二、实验设备双踪示波器低频信号发生器电工电路基本模块系统三、实验内容说明1、微分电路微分电路在脉冲技术中有着广泛的应用。
图1所示为微分电路，其输出电压u o为：u o=Ri=Rc du c/dt，即输出电压u o与电容两端电压u c对时间的导数成正比。
当电路的时间常数τ=RC很小时，u c»u，则u i=u c+u o≈u c,∴uo≈RCdu i/dt。
图1微分电路原理图即当时间常数τ=RC很小时，输出电压uo近似与输入电压对时间的导数成正比。
所以图1电路称为“微分电路”。
图1所示电路并不是在任何条件下都能起微分作用的。
有无微分作用的关键是时间常数τ与脉冲宽度tp的相对大小。
当τ<<tp时，微分作用显著，输出电压成为双向的尖脉冲，如图2(a)所示。
当τ=tp时，微分作用不显著[见图2（b）]。
当τ>>tp时，输出电压uo的波形基本上与输入电压u i的波形一致，只是将波形向下平移了一段距离，使波形正半周和负半周所包含的面积相等[见图2（c）]。
这时电路成为一般阻容耦合电路。
ui uo tuo ui ui 0t 0t0ttp ←T →00t (a)τ＝tp (b)τ＝tp (c)τ>>tp图2不同时间常数对微分电路输出波的影响2、积分电路将图1中的R ﹑C 的位置对换，便成图3所示的积分电路。
此时输出电压U o 为即输出电压Uo 与电阻两端电压U R 对时间的积分成正比。
当电路的时间常数τ=RC 很大时，U R >>U 0，则Ui=U R +U 0≈U R ,∴即当τ很大时，输出电压Uo 近似与输入电压Ui 对时间的积分成正比。
所以图3电路称为“积分电路”。
RC微分、积分电路检测与分析
任何两个彼此绝缘（insulator）又相 隔很近的导体（conductor ）就形成一个电 容器。它是容纳和释放电荷的电子元器件。
金属极板
电路图符号
绝缘物质 (电介质)
C
Capacitor
两个电极板在单位）。电压作用下，每一级 板上储存了电荷量。电容器带电时，它的两 个极板之间产生电势差U，电势差U随所带电 量Q的增加而增加，而 Q 是一恒量，该恒量叫
数字，第三环表示 ×10n（n：第三色环代表的数
字）。色环电容器的颜色数码对照表如下。
如：色环依次为黄、紫、橙，
黄在第一色环代表（4）、
紫在第二色环代表（7）、 47×103 pF=0.047 μF
橙在第三色环代表 103 。
3、电容器的主要参数（parameter ）
（1）标称容量 （2）允许偏差 （3）额定工作电压
U
做电容器的电容（capacitance）。电容用符 号“C”表示。国际单位是法拉（F）。
1F=106μF=1012pF
1μF=106pF
电容器按其电容量是否可变，可分为固定电容
器，可变电容器和微调电容器。
电容器按其介质的不同，可分为空气介质电容器
和固体介质电容器（纸介、云母、陶瓷、涤纶、玻璃
釉、电解电容器）。
情境二
项目二 RC微分、Βιβλιοθήκη 分电路 检测与分析学习目标
1、会识别和测试电容器； 2、会使用示波器、信号源观测RC微分电路、积分电路波形； 3、会分析计算纯电容电路。
知识目标
技能目标
1、掌握电容器的特性和读取 1、会识别电容器；
知识；
2、会用万用表测试电容器；
2、掌握万用表测量电容器的 3、会使用示波器、信号源观
实验报告RC一阶电路的响应测试
实验报告实验题目：RC 一阶电路的响应测试实验目的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量方法。
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观测波形。
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。
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τ，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τ。
3. 时间常数τ的测定方法:用示波器测量零输入响应的波形如图1(a)所示。
根据一阶微分方程的求解得知u c ＝U m e -t/RC ＝U m e -t/τ。
当t ＝τ时，Uc(τ)＝。
此时所对应的时间就等于τ。
亦可用零状态响应波形增加到U m 所对应的时间测得，如图1(c)所示。
(a) 零输入响应 (b) RC 一阶电路 (c) 零状态响应图 14. 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τ＝RC<<2T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2(a)所示。
利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。
(a) 微分电路 (b) 积分电路图2若将图2（a ）中的R 与C 位置调换一下，如图2（b ）所示，由 C 两端的电压作为响应输出。
RC一阶电路的响应测试实验报告
实验六RC一阶电路的响应测试一、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量方法。
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τ，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τ。
3. 时间常数τ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u c＝U m e-t/RC＝U m e-t/τ。
当t＝τ时，Uc(τ)＝0.368U m。
此时所对应的时间就等于τ。
亦可用零状态响应波形增加到0.632 U m所对应的时间测得，如图6-1(c)所示。
(a) 零输入响应(b) RC一阶电路(c) 零状态响应图6-14. 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T时联电路，在方波序列脉冲的重复激励下，当满足τ＝RC<<2（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。
(a) 微分电路 (b)积分电路图6-2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。
一阶rc电路的传递函数
一阶rc电路的传递函数
（最新版）
目录
1.一阶 RC 电路的概念和组成
2.一阶 RC 电路的传递函数
3.一阶 RC 电路的时间常数
4.一阶 RC 电路的应用
正文
一阶 RC 电路是由电阻 R、电容 C 和一个输入电源组成的电路，它是一种基本的电路模型，被广泛应用于电子工程领域。
在这个电路中，电阻 R 和电容 C 是串联连接的，输入电源为电压信号，电路的输出信号是电容 C 上的电压。
一阶 RC 电路的传递函数 H(s) 可以用以下公式表示：
H(s) = A(s) / (1 + τA(s))
其中，A(s) 是电阻 R 和电容 C 串联后的复数表示，τ是时间常数，它等于 RC。
时间常数τ是衡量电路响应速度的一个重要参数，它反映了电路从一个稳态值到达另一个稳态值所需的时间。
在一阶 RC 电路中，当输入信号发生变化时，电路的输出信号会随着时间的推移而逐渐发生变化。
如果输入信号发生突然变化，电路的输出信号会随着时间的推移而呈现出慢速变化的趋势。
这种趋势可以用时间常数τ来描述。
当时间常数τ较小时，电路的响应速度较快；当时间常数τ较大时，电路的响应速度较慢。
一阶 RC 电路广泛应用于信号滤波、积分、微分等电子电路中。
例如，在信号滤波电路中，一阶 RC 电路可以用来滤除信号中的高频分量，从而得到较为平滑的输出信号。
在积分电路中，一阶 RC 电路可以用来实现对
输入信号的积分。
在微分电路中，一阶 RC 电路可以用来实现对输入信号的微分。
总之，一阶 RC 电路是一种基本的电路模型，它具有简单的结构和重要的应用。
4.5 一阶RC电路的暂态过程分析
4.5 一阶RC 电路的暂态过程分析一、实验目的1．学习用示波器观察和分析RC 电路的响应。
2．了解一阶RC 电路时间常数对过渡过程的影响，掌握用示波器测量时间常数。
3．进一步了解一阶微分电路、积分电路和耦合电路的特性。
二、实验原理1．一阶RC 电路的全响应=零状态响应+零输入响应。
当一阶RC 电路的输入为方波信号时，一阶RC 电路的响应可视为零状态响应和零输入响应的多次重复过程。
在方波作用期间，电路的响应为零输入响应，即为电容的充电过程；在方波不作用期间，电路的响应为零输入响应，即为电容的放电过程。
方波如图4.5.1所示。
图 4.5.1 方波电压波形 图 4.5.4测常数和积分电路接线2．微分电路如图4.5.2所示电路，将RC 串联电路的电阻电压作为输出U 0，且满足τ ‹‹ t w 的条件，则该电路就构成了微分电路。
此时，输出电压U 0近似地与输入电压U i 呈微分关系。
dt du RC U i O图 4.5.2 微分电路和耦合电路接线 图4.5.3 微分电路波形微分电路的输出波形为正负相同的尖脉冲。
其输入、输出电压波形的对应关系如图4.5.3所示。
在数字电路中，经常用微分来将矩形脉冲波形变换成尖脉冲作为触发信号。
3．积分电路积分电路与微分电路的区别是：积分电路取RC 串联电路的电容电压作为输出U 0，如图4.5.4所不电路，且时间常数满τ ››t w 。
此时只要取τ＝RC ››t w ，则输出电压U 0近似地与输入电压U i 成积分关系，即⎰≈ti O d u RC U 1 积分电路的输出波形为锯齿波。
当电路处于稳态时，其波形对应关系如图3.5.5所示。
注意：U i 的幅度值很小，实验中观察该波形时要调小示波器Y 轴档位。
图 4.5.5 积分电路波形 图 4.5.6耦合电路波形4．耦合电路 RC 微分电路只有在满足时间常数τ＝RC ‹‹ t w 的条件下，才能在输出端获得尖脉冲。
如果时间常数τ＝RC ››t w ，则输出波形已不再是尖脉冲，而是非常接近输出电压U i 的波形，这就是RC 耦合电路，而不再是微分电路。
RC一阶电路分析
优化策略
动态调整
根据电路的工作状态和环境变化，动态调整元件 参数或工作模式，以实现最优性能。
集成化设计
将多个RC一阶电路集成在一个芯片上，实现小型 化、高效化和低成本化。
智能化控制
引入人工智能和机器学习技术，实现对RC一阶电 路的智能控制和优化。
应用前景
通信领域
RC一阶电路在通信系统中有着广泛的应用，如信号处理、 调制解调等，其改进和优化将有助于提升通信系统的性能 和稳定性。
动态响应
RC一阶电路的动态响应表现为电容两端电压随 时间的变化规律，通常用微分方程描述。
3
应用
RC一阶电路在电子工程、控制系统等领域有广 泛应用，用于模拟一阶动态系统的行为。
02
RC一阶电路的响应
瞬态响应
定义
瞬态响应是指RC一阶电路在输入信号激励下，从初始状态到最终 稳态状态的变化过程。
特点
瞬态响应具有振荡和衰减特性，其变化规律与时间常数相关。
滤波器
总结词
RC一阶电路可以构成低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等不同类型的滤波器。
详细描述
低通滤波器允许低频信号通过，抑制高频信号；高通滤波器允许高频信号通过，抑制低频信号；带通滤波器允许 特定频段的信号通过，抑制其他频段的信号。这些滤波器在信号处理、通信和控制系统中有着广泛的应用。
04
RC一阶电路的仿真分析
1. 连接电路
将电源、电容器、电 阻器和信号发生器按 照正确的极性连接起 来，形成RC一阶电 路。
2. 调整参数
根据实验要求，调整 电容器和电阻器的参 数，如电容值和电阻 值。
3. 启动实验
开启电源，使电路正 常工作。
4. 观察波形
使用示波器观察电容 器两端电压的波形变 化。
RC一阶电路的响应实验
实验RC一阶电路的响应及其应用一、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量方法，了解微分电路和积分电路的实际应用。
3. 进一步熟悉示波器的使用，学会用示波器测绘图形。
二、原理说明一阶电路的过渡过程是由于电路中有一个电容或电感逐步储存或释放能量的渐变过程引起的，该过渡过程是十分短暂的单次变化过程，对时间常数τ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矩形脉冲序列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Ｔ与电路的时间常数τ满足一定的关系，它的响应和直流电源接通与断开的过渡过程是基本相同的。
1. RC电路的过渡过程其电路组成和响应波形如图11-1所示。
状态响应图11-1RC一阶电路及其响应波形零输入响应：设ｕC(0)＝Uo，开关由1→2，换路后ｕC(t)＝Use－t/τ，ｔ≥０,零状态响应：ｕC(0)＝0，开关由2→1，换路后ｕＣ(t)＝Us（1－e－ｔ／τ），ｔ≥０RC 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（τ＝RC）。
2. 时间常数τ的测定用示波器测定RC 电路时间常数的方法如下：在RC 电路输入矩形脉冲序列信号，将示波器的测试探极接在电容两端，调节示波器Y轴和X轴各控制旋钮，使荧光屏上呈现出一个稳定的指数曲线如图11-2所示。
根据一阶微分方程的求解得知当t ＝τ时，ｕC(τ)＝0.632Us 设轴扫描速度标称值为Ｓ(s /cm)，在荧光屏上测得电容电压最大值U cm＝U s＝a(cm)在荧光屏Y轴上取值ｂ＝0.632×ａ(cm)在曲线上找到对应点Ｑ和Ｐ，使PQ＝ｂ测得OP＝n (cm)则时间常数τ＝Ｓ(s/cm)×n(cm)亦可用零输入响应波形衰减到0.368Us时所对应的时间测取。
RC一阶电路的响应测试实验内容
实验五RC—阶电路的响应测试一、实验目的1.测定RC-阶电路的零输入响应、零状态响应及全响应。
2.掌握有关微分电路和积分电路的概念。
3.学会时间常数T的测定方法。
4.进一步学会用示波器观测波形。
二、原理说明图5」所示的矩形脉冲电压波5可以看成是按照一定规律定时接通和关断的直流电压源U。
若将此电压5加在RC串联电路上（见图5.2）,则会产生一系列的电容连续充电和放电的动态过程，在5的上升沿为电容的充电过程，而在5 的下降沿为电容的放电过程。
它们与矩形脉冲电压5的脉冲宽度匕及RC串联电路的时间常数T有十分密切的关系。
当5不变时，适当选取不同的参数，改变时间常数T,会使电路特性发生质的变化。
图5.1矩形脉冲电压波形图5.2 RC串联电路图1 • RC 一阶电路的零状态响应所有储RC喚+ u - U °的电路％（t） = U 卢响应。
电路的微分方程为：RC dt +%-U叫其解为（• 忒八一丿，式中，T=RC为该电路的时间常数。
2.RC-阶电路的零输入响应电路在无激励情况下，由储能元件的初始状态引起的响应称为零输入响应。
电路达到'* ciu c- •'器经R放I V各响应为零输入响应。
电路的微分方程为：RC盂十％"其解为％（t）= U m e \RC —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（如图5.3 所示），其变化的快慢决定于电路的时间常数T。
3.时间常数T的测定方法方法一：在已知电路参数的条件下，时间常数可以直接由公式计出，T=RC。
方法二：对充电曲线（零状态响应），电容的端电压达到最大值的1二（约0.632）倍时所需要的时间即是时间常数T。
如图5.3 （a）所示，用示波器观测响应波形, 取上升曲线中波形幅值的0.632倍处所对应的时间轴的刻度，计算出电路的时间常数：丫 =扫描时间X 0P其中，扫描时间是示波器上x轴扫描速度开关“t/div”的大小。
实验三 积分电路和微分电路的设计
实验三 积分电路和微分电路的设计一、实验目的1. 研究RC 一阶电路的零输入响应、零状态响应、全响应的基本规律和特点。
2. 学习电路时间常数的测量方法。
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观测RC 电路的矩形脉冲响应。
二、预习要求1. 了解示波器和信号发生器的使用方法。
2. 熟悉微分或积分电路的条件。
3. 预习要求：熟读仪器使用说明，回答上述问题，准备方格纸。
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。
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τ，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3-1（b ）所示的 RC 一阶电路的零输入响应（a ）和零状态响应(c)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τ的测定方法:用示波器测量零输入响应的波形如图3-1(a)所示。
根据一阶微分方程的求解得知u c ＝U m e -t/RC ＝U m e -t/τ。
当t ＝τ时，Uc(τ)＝0.368U m 。
此时所对应的时间就等于τ,如图3-1（a ）所示。
亦可用零状态响应波形增加到0.632U m 所对应的时间测得，如图3-1(c)所示。
(a) 零输入响应 (b) RC 一阶电路 (c) 零状态响应图 3-14. 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τ＝RC<<2T 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，则该电路就是一个微分电路。
RC电路的应用
RC电路的应用RC电路在模拟电路、脉冲数字电路中得到广泛的应用，由于电路的形式以及信号源和R，C元件参数的不同，因而组成了RC电路的各种应用形式：微分电路、积分电路、耦合电路、滤波电路及脉冲分压器。
关键词：RC电路。
微分、积分电路。
耦合电路。
在模拟及脉冲数字电路中，常常用到由电阻R和电容C组成的RC电路，在些电路中，电阻R和电容C的取值不同、输入和输出关系以及处理的波形之间的关系，产生了RC电路的不同应用，下面分别谈谈微分电路、积分电路、耦合电路、脉冲分压器以及滤波电路。
1. RC微分电路 如图1所示，电阻R和电容C串联后接入输入信号V I，由电阻R输出信号V ，当RC 数值与输入方波宽度t W之间满足：R C<<t W，这种电路就称为微分电路。
O在 R两端（输出端）得到正、负相间的尖脉冲，而且发生在方波的上升沿和下降沿，如图2 所示。
在t=t1时，V I由0→V m，因电容上电压不能突变（来不及充电，相当于短路，V C＝0），输入电压V I全降在电阻R上，即V O＝V R＝V I＝V m 。
随后（t>t1），电容C的电压按指数规律快速充电上升，输出电压随之按指数规律下降（因V O ＝V I－V C＝V m－V C），经过大约3τ（τ＝R × C）时，VCVm，VO0，τ（RC）的值愈小，此过程愈快，输出正脉冲愈窄。
t=t2时，V I由V m→0,相当于输入端被短路，电容原先充有左正右负的电压V m 开始按指数规律经电阻R放电，刚开始，电容C来不及放电，他的左端（正电）接地，所以V O＝－V m，之后V O随电容的放电也按指数规律减小，同样经过大约3τ后，放电完毕，输出一个负脉冲。
只要脉冲宽度t W>（5~10）τ，在t W时间内，电容C已完成充电或放电（约需3 τ），输出端就能输出正负尖脉冲，才能成为微分电路，因而电路的充放电时间常数τ必须满足：τ＜（1/5~1/10）t W，这是微分电路的必要条件。
一阶电路三要素法和积分微分电路
非零状态
全响应表达式：
u C (t) U 0 et U S (1 et) (t0 )
uC(t)US(U0US)e
t
(t0)
uC()uC(0)uC()e
t
(t0)
f(t)f( ) f(0)f( )et (t0)
三要素法仅适用于直流激励作用下的一阶电路！
电路
南京理工大学电光学院
6.4 一阶电路的三要素法
方法——三要素法
6.5 微分电路与积分电路 6.6 RL电路的瞬变过程 6.7 RLC串联电路的放电过程
电路
南京理工大学电光学院
RL电路的充磁过程-零状态
RL 充 磁 过 程-零 状 态
已知：iL(0) =0, 求：t 0 时的iL(t)
. . + uR _
S (t=0) R
iL
U
+
L u_L
.
应。
电路
南京理工大学电光学院
非零状态
全响应表达式还可以改写为以下形式：
uC(t)U0et US(1et)
(t0)
全 响 应 ＝ 零 输 入 响 应 ＋ 零 状 态 响 应
式中第一项为初始状态单独作用引起的零输入响应， 第二项为输入(独立电源)单独作用引起的零状态响应。
即：完全响应等于零输入响应与零状态响应之和。
f(t)fp(t)fh(t)AKet 令 t : f( ) A 0 A f( )
t
f (t) f ()Ke
令t = 0+: f( 0 ) f( ) K 1 K f( 0 ) f( )
一阶电路三要素公式：
f(t)f( ) f(0 )f( )e t (t 0 )
直流激励下的一阶电路中的响应均满足三要素公式.
RC(微分积分)
实验四 一阶RC 电路响应一、 实验目的1. 加强对一阶电路动态过程的了解。
2. 增强对微分电路、积分电路和耦合电路的认识。
搞清楚时间常数与矩形脉冲宽度的关系。
3. 掌握函数信号发生器、示波器的基本使用方法。
二、 原理与说明1. 含有一个储能元件L 或C 的电路，其电路方程可用一阶微分方程描述，这种电路称为一阶电路。
RC 充放电电路就是一个典型的一阶电路。
图4-12. RC 电路的响应 ①零状态响应如果电路中储能元件没有储存能量，处于零状态。
当接通外电源时，电路里所产生的响应称为零状态响应。
对于图4-1所示的一阶电路，在t=0时，将开关K 由位置2合到位置1，直流电源R 向C 充电，电路的零状态响应为)1(τtc e U u --=τteRU i -=②零输入响应电路在无电源激励,输入信号为零的条件下,由储能元件的初始状态所产生的电路的响应称为零输入响应。
在图4-1中，当t=0时，将开关K 从位置1合到位置2，使电路脱离电源于是电容元件经过电阻R 放电。
电路的零输入响应为τtc eU u -=0τteRU i --=0式中RC =τ是电路的时间常数。
它决定充放电过程的快慢。
τ越大，过渡过程的时间越长，反之过渡过程的时间越短。
电容器无论是在充电过程，还是在放电过程，电容两端的电压都不能发生突变，而是随时间按指数规律逐渐变化。
3. RC 微分电路微分电路的结构如图4－2(a)所示。
输入电压1u 为矩形脉冲，其幅度为U ，脉冲宽度为p t ，在电阻R 两端输出的电压为R 2U u =，其波形如图4-2(b)所示。
dtdu RCu 12≈上式表明，输出电压2u 近似地与输入电压1u 对时间的微分成正比。
在电路参数满足τp t <<的条件下，电阻两端的输出电压2u 为正负交变的尖脉冲。
此电路称为微分电路。
在脉冲电路中，常应用微分电路把矩形脉冲变换成尖脉冲，作为触发信号。
(b)图4-2 4. RC 积分电路积分电路的结构如图4-3(a)所示，输入电压1u 为矩形脉冲，脉冲宽度为p t ，从电容器两端输出的电压为2u 。
RC一阶电路的响应测试实验报告
➢ 实验七 RC 一阶电路的响应测试一、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量方法。
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τ，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7-1（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τ。
3. 时间常数τ的测定方法:用示波器测量零输入响应的波形如图7-1(a)所示。
根据一阶微分方程的求解得知u c ＝U m e -t/RC＝U m e-t/τ。
当t ＝τ时，Uc(τ)＝0.368U m 。
此时所对应的时间就等于τ。
亦可用零状态响应波形增加到0.632U m 所对应的时间测得，如图13-1(c)所示。
a) 零输入响应 (b) RC 一阶电路 (c) 零状态响应图 7-14. 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τ＝RC<<2T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，则该电路就0.368tttt0.632000cu uU mcu c uuU mU m U m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7-2(a)所示。
利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。
RC微分电路与积分电路
• （2）电路的时间常数τ应 远远大于输入矩形波的脉 冲宽度
τ>> tw
积分电路原理
• 在电容C两端（输出端）得到锯齿波电压 • 1) t=t1 时刻 • Vi由 0跳变到Vm，因为电容两端的电压不能突变，所以此时Vo=Vc=0; • 2) t1<t<t2 时 • 输入电压Vi=Vm保持不变，电容开始充电，Vc按照指数规律上升，Vi =
脉冲波形发生器与整形电路
知识回顾
1、什么是脉冲?在脉冲技术中最常使用的 是何种脉冲?
2、脉冲参数包括哪些？ 3、何为RC电路?
• 脉冲：瞬间突变，作用时间极短的电压或电流信号
矩形脉冲波形参数
脉冲波形发生器与整形电路
RC电路的零状态响应
脉冲波形发生器与整形电路
uC(t)、uR(t)和i(t)随时间变化的曲线如图2.14所示。
图2.14 RC 电路零件状态响应曲线
脉冲波形发生器与整形电路
图2.9 RC 电路的零输入响应
脉冲波形发生器与整形电路
uC和i 随时间变化的曲线如图2.10所示，工程上可以用示波 器来观察这些曲线。从函数式或曲线都可以看出，它们都 是按照同样的指数规律从各自的初始值逐渐衰减到零。
图2.10 RC 电路的零输入响应曲线
Vc + VR. 由于τ>>tw, 电容充电非常缓慢，在t1~t2期间， Vc的上升仅 仅是充电过程的开始一小段，可以近似认为是线性增长。 • 3) t=t2 时刻 • Vi由 Vm跳变到0相当于输入端被短路，电容经R缓慢放电（因为τ>>tw， 即充电时间很长，使得充电电压未来得及充到Vm最大电压，就开始放电 了），VO（VC）按指数规律下降。