实验八 RC一阶电路的响应
RC一阶电路的响应测试实验报告
RC一阶电路的响应测试实验报告实验报告:RC一阶电路的响应测试一、实验目的:1.掌握RC一阶电路的响应特性;2.了解RC一阶电路的时间常数对电路响应的影响;3.学会使用示波器观察电路的动态响应。
二、实验原理:由于充电或放电需要一定的时间,电路的响应是有延迟的。
根据电容充电时间常数τ的不同,可以将RC电路分为快速响应和慢速响应两种情况。
电容C的充电或放电方程为:i(t) = C * dV(t) / dt根据Ohm's Law,电路中的电流和电压之间的关系为:V(t) = VR(t) + VC(t) = i(t) * R + V0 * exp(-t/τ)其中,VR(t)是电阻R上的电压,VC(t)是电容C上的电压,V0是电路初始电压,τ=C*R是电路的时间常数。
当输入信号为直流电压时,电路将会处于稳态,电容将保持充电或放电状态,直到与电源电压相等。
当输入信号为瞬态电压时,电路将会发生响应,电容充放电的过程导致电压变化。
三、实验器材和仪器:1.RC电路板;2.直流电源;3.示波器;4.电阻和电容。
四、实验步骤:1.将示波器的地线和信号触发线接地。
2.按照实际电路中的元件数值,在RC电路板上连接电阻和电容。
3.将示波器的一个探头连接到电阻两端,另一个探头连接到电容的一端。
4.打开直流电源,设定合适的电压大小,使电路处于稳定状态。
5.调整示波器的触发模式和触发电平,保证波形稳定可观察。
6.增加或减小直流电压,观察电路响应,并记录波形。
7.改变电阻或电容的数值,重复步骤6,观察并记录不同响应特性。
8.关闭直流电源和示波器,取下电路连接。
五、实验数据及结果:实验中,我们首先建立了一个由1000Ω电阻和0.1μF电容串联组成的RC电路。
然后,我们分别给电路输入不同幅值和时间常数的矩形波信号,观察电路的响应。
1.输入直流电压的稳态响应:当输入直流电压时,电路处于稳态,电容已经充电到与电源电压相等的电压值。
一阶电路的响应测试实验报告
一阶电路的响应测试实验报告一、实验目的本次实验的主要目的是深入理解一阶电路的响应特性,包括零输入响应、零状态响应和全响应,并通过实际测量和数据分析来验证相关理论知识。
二、实验原理一阶电路是指只含有一个储能元件(电感或电容)的线性电路。
在一阶电路中,根据电路的初始状态和外加激励的不同,可以产生不同的响应。
零输入响应是指在没有外加激励的情况下,仅由电路的初始储能所引起的响应。
对于由电阻和电容组成的一阶 RC 电路,当电容初始电压为\(U_0\),放电过程中电容电压\(u_C(t)\)随时间的变化规律为\(u_C(t) = U_0 e^{\frac{t}{RC}}\)。
零状态响应是指在电路初始储能为零的情况下,仅由外加激励所引起的响应。
对于一阶 RC 电路,在充电过程中,电容电压\(u_C(t)\)随时间的变化规律为\(u_C(t) = U(1 e^{\frac{t}{RC}})\),其中\(U\)为外加电源的电压。
全响应则是电路的初始储能和外加激励共同作用所产生的响应,可以看作零输入响应和零状态响应的叠加。
三、实验设备与器材1、示波器2、信号发生器3、电阻、电容4、实验面包板5、导线若干四、实验步骤1、按照实验电路图在面包板上搭建一阶 RC 电路,选择合适的电阻值\(R\)和电容值\(C\)。
2、首先进行零输入响应测试。
给电容充电至一定电压\(U_0\),然后断开电源,用示波器观察并记录电容电压\(u_C(t)\)随时间的变化曲线。
3、接着进行零状态响应测试。
将电容放电至零初始状态,然后接通电源,用示波器观察并记录电容电压\(u_C(t)\)随时间的上升曲线。
4、最后进行全响应测试。
给电容充电至某一初始电压,然后接通电源,观察并记录电容电压\(u_C(t)\)的变化曲线。
五、实验数据记录与处理1、零输入响应记录的电容电压下降曲线显示,在初始时刻电容电压为\(U_0 = 5V\),经过一段时间后,电压逐渐下降。
RC一阶电路的响应课件
将智能控制技术应用于RC一阶电路,实现电路的自动调整 和优化,提高电路的自适应性和可靠性。
应用领域拓展
01 02
物联网领域
随着物联网技术的不断发展,RC一阶电路将广泛应用于物联网领域, 如传感器、通信设备等,以满足物联网设备的高效、稳定、低能耗的需 求。
医疗电子领域
RC一阶电路在医疗电子领域具有广泛的应用前景,如生理信号监测、 医学影像设备等,以提高医疗设备的准确性和可靠性。
03
智能家居领域
RC一阶电路在智能家居领域的应用将不断拓展,如智能照明、智能安
防等,以提高家居设备的智能化和便捷性。
未来发展方向
绿色能源应用
随着绿色能源的不断发展,RC一阶电路将更多地应用于绿色能源领域,如太阳能逆变器 、风能转换系统等,以提高能源利用效率和降低环境污染。
人工智能融合
未来RC一阶电路将与人工智能技术进一步融合,实现电路的自主学习和优化,提高电路 的性能和智能化水平。
改进电路布局
合理的电路布局可以减小信号的传输延迟,提高电路的响应速度。
使用高性能元件
使用高性能的电阻、电容等元件,可以提高RC一阶电路的性能。
应用拓展
信号滤波
RC一阶电路可以用于信号滤波,去除信号中的噪声和干扰。
时间常数测量
利用RC一阶电路可以测量时间常数,广泛应用于信号处理和控制系 统。
延迟和存储
仿真软件与模拟
选择仿真软件
选择适合RC电路仿真的软件,如Multisim、 Simulink等。
建立仿真模型
在仿真软件中建立RC电路的模型,设置元 件参数。
运行仿真
启动仿真软件,观察电路中的电压和电流波 形。
分析仿真结果
RC一阶电路的响应测试实验报告
RC一阶电路的响应测试实验报告二.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. 电路中某时刻的电感电流和电容电压称为该时刻的电路状态。
t=0时电感的初始电流iL(0)和电容电压uc(0)称为电路的初始状态。
在没有外加激励时,仅由t=0零时刻的非零初始状态引起的响应称为零输入响应称为,它取决于初始状态和电路特性(通过时间常数τ=RC来体现),这种响应时随时间按指数规律衰减的。
在零初始状态时仅由在t0时刻施加于电路的激励引起的响应称为零状态响应,它取决于外加激励和电路特性,这种响应是由零开始随时间按指数规律增长的。
线性动态电路的完全响应为零输入响应和零状态响应之和。
含有耗能元件的线性动态电路的完全响应也可以为暂态响应与稳态响应之和,实践中认为暂态响应在t=5τ时消失,电路进入稳态,在暂态还存在的这段时间就成为“过渡过程”。
2. 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。
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9-1(b)所示。
根据一阶微分方程的求解得知uc=Ume图9-1(c)所示。
-t/RC=Ume-t/τ。
当t=τ时,Uc(τ)=0.368Um。
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0.632Um所对应的时间测得,如UmutUmcc0.632tTFG2000系列DDS函数信号发生器使用指南石家庄市无线电四厂石家庄数英电子科技有限公司 1(b) 零输入响应 (a) RC一阶电路 (c) 零状态响应图 9-14. 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。
RC一阶电路的响应
可以得出电容器上的电压和电流随时间变化的规律:
uc
t
uc
0
t
e
t0
t
uCt uC
0 R
e
t0
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RC一阶电路的响应
实验目的 实验要求 知识点பைடு நூலகம்难点指导
3、对于RC电路的方波响应,在电路的时间常数远小于方波周期时,可以视为 零状态响应和零输入响应的多次过程。方波的前沿相当于给电路一个阶跃输入, 其响应就是零状态响应,方波的后沿相当于在电容具有初始值UC(0-)时把电 源用短路置换,电路响应转换成零输入响应。
RC一阶电路的响应
实验原理说明
实验目的 实验要求 知识点 难点指导
1、一阶RC电路对阶跃激励的零状态响应就是直流电源经电阻R向C充电。对于 图9-1所示的一阶电路,当t=0时开关K由位置2转到位置1,由方程:
UC
RC
dUC dt
US
初始值:
UC 0 0
可得出电容和电流随时间变化的规律:
t
UCt US 1 e
t0
t0
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RC一阶电路的响应
实验目的 实验要求 知识点 难点指导
it
US
t
e
R
t0
上述式子表明,零状态响应是输入的线形函数。其中τ=RC,具有时间的量 纲,称为时间常数,它是反映电路过渡过程快慢程度的物理量。τ越大,暂态 响应所待续的时间越长。反之,τ越小,过渡过程的时间越短。
图9-1
⑷C=0.01μF R=100KΩ
用示波器观察UC(t)波形的变化情况,并将其描绘下来。
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RC一阶电路的响应
实验目的 实验要求 知识点 难点指导
RC一阶电路地响应测试实验报告材料
RC一阶电路地响应测试实验报告材料实验报告:RC一阶电路的阶跃响应测试
一、实验目的:
1.了解RC一阶电路的结构和工作原理;
2.学习如何测量RC一阶电路的阶跃响应;
3.研究RC一阶电路的频率特性。
二、实验仪器与设备:
示波器、信号发生器、电阻箱、电容、电连接线等。
三、实验原理:
四、实验步骤:
1.将电容C和电阻R依次连接到电路板上;
2.将信号发生器的正弦波输出信号连接到电路的输入端,调节信号发生器的频率为100Hz;
3.用示波器的探头将示波器的CH1通道与电路的输入端相连,观察输入信号的示波图像;
4.用示波器的探头将示波器的CH2通道与电路的输出端相连,观察输出信号的示波图像;
5.记录信号发生器输出信号的幅度和频率;
6.调节信号发生器的频率为1kHz,重复步骤3-5;
7.调节信号发生器的频率为10kHz,重复步骤3-5;
8.记录不同频率下RC一阶电路的输入信号与输出信号的幅度变化。
五、实验数据处理与分析:
1.根据示波器上观察到的输入信号与输出信号的波形,计算输入信号的幅度;
2.根据示波器上观察到的输出信号的波形,计算输出信号的幅度;
3.绘制RC一阶电路的输入信号与输出信号的幅频特性曲线,并进行分析和讨论。
六、实验结论:
1.通过实验观察到的输入信号与输出信号的波形,可以验证RC一阶电路对于阶跃输入信号的响应;
2.RC一阶电路的阶跃响应曲线可以表示电路的时间特性;
3.RC一阶电路在不同频率下的幅频特性曲线可以表示电路的频率特性;
4.实验数据分析表明,RC一阶电路的截止频率与电阻值和电容值有关;。
2021年RC一阶电路的响应测试实验报告
➢ 试验七 RC 一阶电路响应测试一、 试验目1. 测定RC 一阶电路零输入响应、 零状态响应及完全响应。
2. 学习电路时间常数测量方法。
3. 掌握相关微分电路和积分电路概念。
4. 深入学会用示波器观察波形。
二、 原理说明1. 动态网络过渡过程是十分短暂单次改变过程。
要用一般示波器观察过渡过程和测量相关参数, 就必需使这种单次改变过程反复出现。
为此, 我们利用信号发生器输出方波来模拟阶跃激励信号, 即利用方波输出上升沿作为零状态响应正阶跃激励信号; 利用方波下降沿作为零输入响应负阶跃激励信号。
只要选择方波反复周期远大于电路时间常数τ, 那么电路在这么方波序列脉冲信号激励下, 它响应就和直流电接通与断开过渡过程是基础相同。
2.图7-1(b )所表示 RC 一阶电路零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增加, 其改变快慢决定于电路时间常数τ。
3. 时间常数τ测定方法:用示波器测量零输入响应波形如图7-1(a)所表示。
依据一阶微分方程求解得悉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 所对应时间测得, 如图13-1(c)所表示。
tt0.632cu uU mcu U ma) 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 一阶电路中较经典电路, 它对电路元件参数和输入信号周期有着特定要求。
一个简单 RC 串联电路, 在方波序列脉冲反复激励下, 当满足τ=RC<<2T时(T 为方波脉冲反复周期), 且由R 两端电压作为响应输出, 则该电路就是一个微分电路。
因为此时电路输出信号电压与输入信号电压微分成正比。
如图7-2(a)所表示。
利用微分电路能够将方波转变成尖脉冲。
(a)微分电路 (b) 积分电路图7-2若将图7-2(a)中R 与C 位置调换一下, 如图13-2(b)所表示, 由 C 两端电压作为响应输出, 且当电路参数满足τ=RC>>2T, 则该RC 电路称为积分电路。
电路仿真实验报告——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一阶电路的零输入相应,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.原理说明动态网络的过渡过程是身份短暂的单次变化过程,对时间常数较大的电路,可以用扫描长的余辉示波器观察光点的移动轨迹。
然而能用一般的双踪示波器观察过渡过程和测有段数据的,必须使用这种单次变化的过程重复出现。
为此,我们利用信号发生器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阶跃信号;方波的下降沿作为零输入响应的负阶阶跃信号。
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,其变化的快慢取决于电路的时间常数。
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出信号的周期有着一定得要求。
一个简单的RC串联电路,在方波序列脉冲的重复激励下,且由R端作为响应作为输入。
三.实验仪器函数信号发生器*1;双踪示波器*1.四.实验内容及步骤1.按照实验内容在仿真软件上建立好如下电路图:2.设置信号发生器的参数为U=3V,f=1KHz,点击运行,示波器显示如下:3.将示波器接在电阻两端,观察示波器如下:4.令R=10KΏ,C=3300PF,重复上述步骤,示波器显示如下:5.令C=3300PF,R=30KΏ,重复上述测量,示波器显示如下:五.实验总结1,仿真实验与真实实验的差别。
仿真实验是利用计算机编制程序来模拟实验进程的行为。
要进行仿真实验需要大量的参数,还要一个符合真实情况运行的程序。
仿真实验的参数都是通过前人大量的实验得到的。
仿真实验的目的就是节省原料,同时仿真实验的结果和真实实验的结果对照,可以检验各种从实验中归纳出来的定理定律是否正确。
同时实验室做实验的时候存在实验环境的限制,大多数时候的出来的数据与理论存在一定的偏差,因此会对实验结论的得出有一定的影响,在直观性上远不及仿真实验。
电路原理实验RC一阶电路的响应测试
电路原理实验RC一阶电路的响应测试RC一阶电路是由电阻R和电容C组成的电路。
它是一种常见的滤波电路,可以用于对信号进行滤波和延时等处理。
本实验将对RC一阶电路的响应进行测试,包括频率响应和时间响应两个方面。
一、频率响应测试频率响应测试可以了解RC一阶电路对不同频率信号的响应情况,即电路的频率特性。
我们可以通过改变输入信号的频率,测量输出信号的幅值和相位,从而绘制出RC电路的幅频特性曲线和相频特性曲线。
实验步骤如下:1.搭建RC一阶电路实验电路。
将电容C和电阻R按照串联的方式连接,接入信号发生器的输出端,然后将电路的输出端连接到示波器上。
确保电路接线正确,电容C和电阻R的数值符合实验要求。
2.打开信号发生器和示波器,将信号发生器的频率调节到最低,幅值调节到合适的范围内。
3.逐步增加信号发生器的频率,同时观察示波器上输出信号的幅值和相位。
记录下不同频率下的输出幅值和相位数据。
4.根据记录的数据,绘制RC电路的幅频特性曲线和相频特性曲线。
可以选择使用半对数坐标系或对数坐标系进行绘制,以更清晰地展示电路的频率特性。
二、时间响应测试时间响应测试可以了解RC一阶电路对输入信号的响应速度和衰减情况。
我们可以通过输入一个脉冲信号或方波信号,观察输出信号的波形,从而了解RC电路的时间特性。
实验步骤如下:1.搭建RC一阶电路实验电路。
将电容C和电阻R按照串联的方式连接,接入信号发生器的输出端,然后将电路的输出端连接到示波器上。
确保电路接线正确,电容C和电阻R的数值符合实验要求。
2.打开信号发生器和示波器,将信号发生器的频率调节到适当的范围内,幅值调节到合适的范围内。
3.输入一个脉冲信号或方波信号,观察示波器上输出信号的波形。
记录下输出信号的上升时间、下降时间和衰减时间等数据。
4.根据记录的数据,分析RC电路的时间特性。
可以计算RC电路的时间常数,即RC的乘积,进一步了解电路的响应速度和衰减情况。
总结:通过频率响应测试和时间响应测试,我们可以全面了解RC一阶电路的响应特性。
实验八-RC一阶电路的响应
实验八 RC 一阶电路的响应一、实验目的1、研究RC 电路在零输入、阶跃激励和方波激励情况下,响应的基本规律和特点。
2、学习用示波器观察分析电路的响应。
二、原理及说明1、一阶RC 电路对阶跃激励的零状态响应就是直流电源经电阻R 向C 充电。
对于图8-1所示的一阶电路,当t=0时开关K 由位置2转到位置1,由方程:C C S duU RC U dt+= 0t ≥初始值: ()00C u -= 可得出电容和电流随时间变化的规律:()1t C S U t U e τ-⎛⎫=- ⎪⎝⎭0t ≥ ()tS U i t e Rτ-= 0t ≥上述式子表明,零状态响应是输入的线形函数。
其中τ=RC ,具有时间的量纲,称为时间常数,它是反映电路过渡过程快慢程度的物理量。
τ越大,暂态响应所待续的时间越长。
反之,τ越小,过渡过程的时间越短。
图8-12、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。
即电容器的初始电压经电阻R 放电。
在图8-1中,让开关K 于位置1,使初始值U C (0-)=U 0,再将开关K 转到位置2。
电容器放电由方程:0C C duU RC dt+= 0t ≥ 可以得出电容器上的电压和电流随时间变化的规律:()()0tC C u t u e τ--= 0t ≥()()0tC C u eu t Rτ--=-0t ≥3、对于RC 电路的方波响应,在电路的时间常数远小于方波周期时,可以视为零状态响应和零输入响应的多次过程。
方波的前沿相当于给电路一个阶跃输入,其响应就是零状态响应,方波的后沿相当于在电容具有初始值U C (0-)时把电源用短路置换,电路响应转换成零输入响应。
由于方波是周期信号,可以用普通示波器显示出稳定的图形,以便于定量分析。
本实验采用的方波信号的频率为1000Hz 。
三、仪器设备 PC 机、Multisim10.0; 四、实验方法:1、 打开Multisim10软件:开始—>程序—>National Instruments —>Circuit Design Suite 10.0 —〉Multisim图8-22、绘制电路图(1)、单击工具栏的:Place Basic 按钮弹出如下对话框:图8-3 电阻示波器、仪表电源库Place SourceRun基本元件库:Place Basic图8-4 电容图8-5 单刀双掷开关单击工具栏的:Place Source 按钮弹出如下对话框:图8-6 12V 直流稳压电源图8-7 方波信号源1、RC电路充电●按图8-8接线。
一阶RC电路的响应
下次实验内容 交流参数的测量
精品课件
图4 方波激励下的响应波形
为了能在普通示波器上观察这些响应的波形, 就必须使这些波形周期性地变化。采用周期变化的 方波(即方波序列)作为激励现叙述如下。 RC串联电 路如图4(a)所示,由方波精品(课如件 图4(b))激励。
从t=0开始,该电路相当接通直流电源,如果T/2足够
大(T≈10τ),则在0~T/2响应时间范围内,UC可以达到稳定
精品课件
(1)零状态响应
所有储能元件初始值为零的电路对激励的响应称为
零状态响应。在图1(a)所示电路中,若Uc(0-)=0,t=0
时开关S由2打向1,直流电源经R向C充电,此时,电路
的响应为零状态响应。电路的微分方程为:
RCduc dt
uc
US
其解为 :
t
uc(t) US(1e ) (t 0)
式中,τ=RC为该电路的时间常数。
一阶RC电路的响应
精品课件
一、实验目的
1、用示波器观察RC电路在方波激励下的响应 和特点。
2、学习用示波器测定一阶电路时间常数的方 法。
精品课件
二、实验原理
1、一阶RC电路的时域响应
描述动态电路(含有储能元件L、C的电路)的 性能方程为微分方程。凡是用一阶微分方程描述的 电路,称为一阶电路。一阶动态电路通常是由一个 (或若干个)电阻元件和一个动态元件(电容或电感)组 成。一阶动态电路时域分析的步骤是建立换路后的 电路微分方程,求满足初始条件微分方程的解,即 电路的响应。
值US,这样在0~T/2范围内UC即为零状态响应;而从t=T/2 开始, US =0,因为电源内阻很小,则电容C相当于从起始
电压US向R放电,若T≈10τ,在T/2~T时间范围内C上电荷
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。
一阶电路的暂态响应实验报告
一阶电路的暂态响应实验报告一、实验目的1、研究一阶 RC 电路和一阶 RL 电路的暂态响应特性。
2、观察时间常数对暂态过程的影响。
3、掌握用示波器测量暂态响应的方法。
二、实验原理1、一阶 RC 电路的暂态响应当一阶 RC 电路接通直流电源时,电容会充电;当电路断开直流电源时,电容会放电。
充电和放电过程都是暂态过程,其时间常数τ =RC 。
充电时,电容电压 uc 随时间按指数规律上升;放电时,电容电压 uc 随时间按指数规律下降。
2、一阶 RL 电路的暂态响应一阶 RL 电路在接通或断开直流电源时,电感电流 iL 会发生暂态变化。
时间常数τ = L/R 。
接通电源时,电感电流 iL 按指数规律上升;断开电源时,电感电流 iL 按指数规律下降。
三、实验仪器与设备1、示波器2、函数信号发生器3、直流稳压电源4、电阻、电容、电感等元件5、实验面包板6、连接导线若干四、实验内容与步骤1、一阶 RC 电路的暂态响应实验(1)按图 1 连接一阶 RC 充电电路,其中 R =10 kΩ,C =01 μF 。
(2)将直流稳压电源输出调至 10 V ,接入电路,用示波器观察并记录电容电压 uc 的充电过程。
(3)改变电阻 R 的值为20 kΩ ,重复上述实验。
(4)按图 2 连接一阶 RC 放电电路,电容预先充电至 10 V 。
(5)用示波器观察并记录电容电压 uc 的放电过程。
(6)改变电容 C 的值为02 μF ,重复上述放电实验。
2、一阶 RL 电路的暂态响应实验(1)按图 3 连接一阶 RL 充电电路,其中 R =100 Ω ,L = 100mH 。
(2)将直流稳压电源输出调至 5 V ,接入电路,用示波器观察并记录电感电流 iL 的充电过程。
(3)改变电阻 R 的值为200 Ω ,重复上述实验。
(4)按图 4 连接一阶 RL 放电电路,电感预先充电至一定电流值。
(5)用示波器观察并记录电感电流 iL 的放电过程。
RC一阶电路的方波响应
iR
R
C
iC
+ uC
iR
R
uC(0)=U0
duC uC C dt + R =0 (t0) 0.368U 0 uC(0+)=U0
t uC=U0 RC
U0
uC(0+)=U0
uC
0
iC t
e
(t0)
(t0)
U0 t iC= e RC R
U0 R
=RC 时间常数
二、实验原理 3、RC电路的全响应
实验六
一、实验目的
RC一阶电路的方波响应
1、观测RC一阶电路的方波响应;研究方波响应的基本 规律和特点; 2、研究电路参数(R、C值)的改变对过渡过程的影响; 3、了解RC电路的实际应用;
二、实验原理 1、RC电路的零状态响应
(t=0)
US
+
2 1
i R
+ uC
C
+
i
uC(0)=0
US
+ uC (t0)
R
C
uC(0+)=0
RC
duC uC =US (t0) + dt uC(0+)=0 uC=US(1 e i=
t US RC e
t RC
) (t0)
US R
US i
uC
0.632US 0
R
(t0)
t
=RC 时间常数
二、实验原理
2、RC电路的零输入响应
C
iC + (t=0) uC
US
u
0.5T
+ uS
i
rc一阶电路的响应实验报告
rc一阶电路的响应实验报告
RC一阶电路的响应实验报告
实验目的:
本实验旨在通过对RC一阶电路的响应进行实验,了解电路的频率响应特性,
以及电压和电流的变化规律。
实验原理:
RC一阶电路是由一个电阻和一个电容组成的简单电路。
当交流信号通过电路时,电容会对电流产生阻抗,从而影响电路的频率响应。
在本实验中,我们将通过
改变输入信号的频率,观察电路的响应变化。
实验步骤:
1. 搭建RC一阶电路,连接信号发生器、示波器和电压表。
2. 将信号发生器的频率设置为不同数值,如100Hz、1kHz、10kHz等。
3. 观察示波器上电压波形的变化,并记录下电压的峰峰值。
4. 同时记录下电容两端的电压和电流的数值。
实验结果:
通过实验观察和记录,我们得到了不同频率下RC一阶电路的响应情况。
随着
频率的增加,电路的电压响应逐渐减小,而电流响应则逐渐增大。
这说明在高
频率下,电容对电路的影响逐渐减弱,电流成为主要的响应因素。
实验分析:
根据实验结果,我们可以得出结论,RC一阶电路在不同频率下有不同的响应特性。
这对于电路设计和信号处理都有重要的指导意义。
同时,我们也可以通过
实验结果验证理论模型,进一步加深对电路的理解。
结论:
通过本次实验,我们了解了RC一阶电路的频率响应特性,以及电压和电流的
变化规律。
这对于电路设计和实际应用都具有重要的参考价值。
希望通过这次
实验,能够对电路理论有更深入的了解,为今后的学习和研究打下坚实的基础。
RC一阶电路响应测试_实验报告
RC一阶电路响应测试_实验报告实验目的:掌握RC一阶电路的响应特性,验证一阶电路的高通和低通滤波特性,并测量其截止频率。
实验仪器:示波器、信号发生器、直流稳压电源、RC电路板。
实验原理:一阶RC电路由一个电阻R和一个电容C组成。
在该电路中,当输入信号变化时,电容器上的电压也随着变化。
因此,该电路的输出是一个对输入信号进行滤波的结果。
一阶RC高通滤波器:该电路通过传递频率高于截止频率的信号,将高频信号传递到输出端,因此该电路用于滤除低频噪声。
一阶RC低通滤波器:该电路通过传递频率低于截止频率的信号,将低频信号传递到输出端,因此该电路用于滤除高频噪声。
截止频率公式:Fc=1/(2πRC)实验步骤:1.将信号发生器的输出连接到RC电路板的输入端,并将示波器连接到RC电路板的输出端。
2.将信号发生器的正极连接到RC电路板的输入端,将示波器的探头连接到RC电路板的输出端。
3.调节信号发生器的频率,使得示波器显示出正弦波形,并记录下该频率。
4.在此基础上,逐渐降低频率,记录下示波器显示的波形变化和频率。
5.逐渐增加频率,重复步骤4。
6.根据所得的数据计算出截止频率,并与理论值进行对比。
实验结果:从实验中得到的数据可以得到RC低通、高通截止频率的计算结果。
得出的数据和计算过程如下:1.高通滤波:当输入频率很低时,输出电压几乎为0,随着输入频率的增加,输出电压逐渐增加。
当输入频率接近电路截止频率时,输出电压开始变化非常缓慢。
当输入频率超过电路截止频率时,输出电压趋于稳定。
例如,将电容C和电阻R的值设置为1μF和1kΩ,输入信号频率从100Hz逐渐增加到1kHz。
当输入频率低于100Hz时,输出电压几乎为0。
当输入频率接近100Hz时,输出电压逐渐增加。
当输入频率超过100Hz时,输出电压开始变化非常缓慢,直到输入信号的频率超过截止频率1.59kHz时,输出电压趋于稳定。
根据公式Fc=1/(2πRC),可得截止频率为1.591549 Hz。
RC一阶电路响应测试实验报告(00001)
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tt0.63200c uuU m c uU m7-2(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7-2若将图7-2(a)中的R 与C 位置调换一下,如图13-2(b)所示,由 C 两端的电压作为响应输出,且当电路的参数满足τ=RC>>2T,则该RC 电路称为积分电路。
RC一阶电路的响应
4、积分电路和微分电路
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 >> T/2时(T为方波脉冲的重复周 期),且由C端作为响应输出,就构成了一个积分电路:
uc
1 RC
2、观察积分电路激励与响应
参照原理图设计一个RC积分电路,要求输入方波电 压信号Um=3V,f=1KHz,观察描绘响应波形,并定性观 察C增大至C1、C2、C3时,对响应的影响。自拟实验电路 图(包括元件参数)、实验步骤、记录实验现象的表格、
描绘ui及uC波形的图表。 3、观察微分电路激励与响应
参照原理图设计一个RC微分电路,要求输入方波电 压信号Um=3V,f=1kHz,观察描绘响应波形,并定性观 察R增减至R1、R2、R3时,对响应的影响。自拟实验电路 图(包括元件参数)、实验步骤、记录实验现象的表格、
描绘ui及uR波形的图表。
五、实验注意事项
1、示波器的辉度调节要适中。
2、调节仪器旋钮时,动作要轻。
三、实验原理
1、RC一阶电路的零输入响应和零状态响应
RC一阶充放电电路如图下图所示,开关 K由触点2扳到触点1时电路产生零状态响应, K由触点1扳到触点2时电路产生零输入响应, 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。
1 S(t=0) R
u
E
2
E
u uC C1
0
uC
E 0.632E
t
0t
t
RC电路的零状态响应-充电
1 S(t=0) R
u
E
RC一阶电路地响应测试实验内容
实验五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、零状态响应与全响应.2. 掌握有关微分电路和积分电路的概念.3. 学会时间常数τ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5.1所示的矩形脉冲电压波u i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.假如将此电压u i加在RC串联电路上〔见图5.2〕,如此会产生一系列的电容连续充电和放电的动态过程,在u i的上升沿为电容的充电过程,而在u i的下降沿为电容的放电过程.它们与矩形脉冲电压u i的脉冲宽度t w与RC串联电路的时间常数τ有十分密切的关系.当t w不变时,适当选取不同的参数,改变时间常数τ,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+u C=U m,其所有储能元件初始值为0的电路对于激励的响应称为零状态响应.电路的微分方程为:RC du Cdt解为u C(t)=U m(1−e−tτ) (t≥0),式中,τ=RC为该电路的时间常数.2. RC一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.电路达到稳态后,电容器经R放电,+u C=0,其解为u C(t)=U m e−tτ.此时的电路响应为零输入响应.电路的微分方程为:RC du CdtRC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〔如图5.3所示〕,其变化的快慢决定于电路的时间常数τ.3. 时间常数τ的测定方法方法一:在电路参数的条件下,时间常数可以直接由公式计算得出,τ=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1−1〔约0.632〕倍时所需要的时间即是时e间常数τ.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:τ=扫描时间×OP其中,扫描时间是示波器上X轴扫描速度开关"t/div〞的大小.OP是X轴上O、P两点之间占有的格数.而对放,即约0.368倍时所需要的时间,如图5.3<b>电曲线〔零输入响应〕,时间常数是电容的端电压下降到初值的1e所示.<a> 零状态响应<b> 零输入响应图5.3 时间常数τ的测定方法三:利用时间常数的几何意义求解.在图5.4中,取电容电压u c的曲线上任意一点A,通过A点作切线AC,如此图中的次切距BC=ABtan α=u C(t)−du Cdt|t=t0=U0e−t0τ1τU0e−t0τ=τ即在时间坐标上次切距的长度等于时间常数τ.这说明曲线上任一点,如果以该点的斜率为固定变化率衰减,经过τ时间为0.图5.4 时间常数τ的几何意义4. 微分电路和积分电路一个简单的RC串联电路,在方波序列脉冲的重复激励下,当满足τ=RC≪T2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,如图5.5〔a〕所示.此时电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比.利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲,如图5.6〔a〕.<a> 微分电路<b> 积分电路图5.5 微分、积分电路示意图假如由C两端的电压作为响应输出,如图5.5 <b>所示,当电路的参数满足τ=RC≫T2条件时,即称为积分电路.此时电路的输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,如图5.6〔b〕.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.〔a〕<b>图5.6 微积分电路激励、响应波形示意图三、实验设备函数信号发生器1台直流电路实验箱1台双踪示波器1台四、实验内容1.将信号发生器输出电压置零,按照图5.7连接电路,通过两根同轴电缆线将激励源u i和响应u c的信号分别连至示波器的两个输入口Y A和Y B,调节信号发生器输出波形为方波,频率f=1kHZ,峰峰值U P-P=3V,分别选取R =10KΩ,C=5600pF和R=10KΩ,C=6800pF两组参数,在示波器的屏幕上观察激励与响应的变化规律,并用方格纸按1:1 的比例描绘波形.图5.7 实验电路图2. 在步骤1的根底上,令R=10KΩ,C=0.1μF,观察并描绘响应的波形.3. 关闭信号源.从电路板上重新选取R=10KΩ,C=5600pF,将图5.7中的R、C调换位置后连接电路,接通信号发生器,在同样的方波激励信号下,在示波器上观测并描绘激励u i和响应u R的波形.4. 利用方法二或者方法三,计算出三种电路的时间常数,将τ的计算值、测量值记录在表5.1中.五、实验须知事项1. 调节电子仪器各旋钮时,动作不要过快过猛.用示波器观察波形时,要特别注意相应开关、旋钮的操作与调节.2. 信号源的接地端与示波器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.3. 示波器的辉度不应过亮,尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时,应将辉度调暗,以延长示波管的使用.六、预习思考题1. 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?2. 何谓积分电路和微分电路,它们必须具备条件?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?七、数据处理和分析1. 根据实验观测结果,在方格纸上按照1:1比例绘出RC一阶电路充放电时激励与响应信号的波形.2. 完成三种电路时间常数τ值的计算,并与理论计算结果作比拟,分析误差原因.3. 将实验内容1中R=10KΩ、C=5600pF测量的时间常数与实验内容3中测量的时间常数τ值进展比照,并得出结论.4. 根据实验观测结果,说明输出波形与时间常数τ、输入信号的脉冲宽度t w与响应端的关系.仪器仪表简介UT39A型数字式万用表万用表又称为多用表,用来测量直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、电阻等电气参数.数字式万用表由于读取数据容易、准确、输入阻抗大、功能多等优点,使用越来越普遍.一、UT39A型数字万用表主要部件与功能1. 液晶显示屏:显示所测量的电气参数.2. 电源开关:按下黄色"POWER"键,仪表电源接通;弹起黄色"POWER"键,仪表电源关闭.3. 数据保持开关:按下蓝色"HOLD"键,液晶显示屏上保持显示当前测量数据,并在屏幕左上方显示"H"标记;弹起该按键如此退出数据保持模式.4. 功能选择开关:选择万用表的测量模式与量程,比如交流电压V~、交流电流A~、直流电压V⃛、直流电流A⃛、电阻Ω等.5. 输入插孔:根据功能选择开关,将表笔插入对应的输入孔.黑色表笔总是接入""接口;测量电压、电阻时使用红黑2表笔接入,红色表笔接入"VΩ"接口;测量小电流〔≤200mA〕时红色接线柱接入"uAmA"接口;测量大电流时红色接线柱接入"A"接口.6. 测量电阻、电压时,使用一红一黑的表笔测量;测量电流时必须使用电流检查插座.二、使用须知事项1. 在表笔连接被测电路之前,一定要严格检查所选档位与量程与测量对象是否相符,因为错误的档位与量程有时不仅得不到测量结果,甚至会损坏万用表,初学者要格外注意.〔特别是要测量电压,却使用电流档位和接线柱,极易损坏仪表〕2. 测量时,尽量用一只手握住两只表笔,手指不要触与表笔的金属局部和被测器件.3. 测量中假如需要转换量程,必须在表笔离开电路后才能进展,否如此容易损坏仪表.4. 测量时常会遇到多种电气参数,每次测量前要注意根据测量参数种类把功能选择开关转换到相应的档位和量程,这是初学者最容易忽略的环节.5. 测量电阻时,必须把电阻脱离电路,不带电情况下测量,否如此会出现测量数据不准甚至损坏万用表. SG1732型直流稳压稳流电源直流稳压稳流电源为低压直流电工实验提供恒压源〔理想电压源〕或恒流源〔理想电流源〕.输出电压0~23V,输出电流0~1.5A.一、SG1732型直流稳压稳流电源主要部件与功能1. 4个显示屏幕,分别为:通道1电流显示屏,通道1电压显示屏,通道2电流显示屏,通道2电压显示屏.2. 4个调节旋钮,分别为:通道1电流调节旋钮,通道1电压调节旋钮,通道2电流调节旋钮,通道2电压调节旋钮.3. 稳压、温流指示灯.4. 3组通道输出,2组可调稳压稳流电源输出,1组固定5V恒压源输出.5. 电源开关.二、使用须知事项1. 通道1<2>为恒压源或恒流源,由稳压稳流指示灯决定,当指示灯亮在稳压处,此时该通道为恒压源,反之如此为恒流源.2. 由于本仪器功率较大,为防止线路接错通电后造成损失,在连接电路前,应将电压、电流调节旋钮逆时针旋转至零.接线完毕后,打开电源开关,输出恒定电压时,需先将电流调节旋钮顺时针旋转一个较小角度,防止输出电流过大,使指示灯跳到稳压状态〔注意:如果旋转30度后,指示灯仍无法跳到稳压状态,说明外部电路可能短路,应断电检查,请勿继续加大输出电流〕.然后根据实验需求调节电压和电流旋钮.输出恒定电流时,先将电压调节旋钮顺时针旋转至最大,设置一个保护电压,使指示灯跳到稳流状态〔注意,如指示灯不能跳到稳流状态,说明外部电路可能开路,应检查〕,然后根据实验需求调节电流旋钮.3. 通道3为固定5V输出电压,请勿接错.4. 液晶屏幕上显示的电压电流为参考值,精度不高,准确数值以万用表测量数据为准.SG1639P 功率函数信号发生器函数信号发生器是一种可以提供精细信号源的仪器,也常称为波形发生器,最根本的应用就是通过函数信号发生器产生正弦波、方波、锯齿波、脉冲形、三角波等具有一定周期性的时间函数波形来供用户作为电压输出或者功率输出等.一、SG1639P 功率函数信号发生器面板与操作说明1. 面板上的常用部件包括:红色的电源开关"POWER",频率细调旋钮、频率显示屏、频率X围按钮、波形按钮、输出电压调节旋钮、功率输出接口,电压输出接口.2. 一般用法:调节电压旋钮置零,接通电源,按下电源开关"POWER"键,选择波形按钮〔如方波〕,选择合理的频率X围按钮〔如1K〕,使用频率细调旋钮得到准确频率〔频率显示器显示,注意单位〕,最后调节输出电压调节旋钮得到所需信号电压.二、使用须知事项1. 函数信号发生器功率输出端子严禁短路,防止烧毁仪器.2. 信号发生器的输出电压指的是带负载时的电压,并且更改一次频率都需要调整一次输出电压,所以实验时需先接电路,选波形,调节频率,最后调节电压.调节信号发生器输出频率时,应先选择频率X围,再进展频率细调.3. 函数信号发生器为精细仪器,不宜长时间通电,实验测量完毕后请与时关闭电源.SDS5032E数字示波器一、SDS5032E数字示波器面板与操作说明1. 面板上的常用部件包括:电源开关、显示屏、电压档位调节旋钮、垂直位置调节旋钮、时间档位、自动设置、运行控制、CH1通道信号输入、CH2 通道信号输入、探头补偿信号等.2. 一般用法:接通电源,按下"电源开关〞,将被测信号通过信号线接入CH1/CH2通道,按下"自动设置〞键,一段时间后,示波器会自动设置适宜的水平和垂直档位,得到测量波形.然后根据观察需要用户自行调节水平和垂直档位〔垂直位置旋钮、电压档位旋钮、水平位置旋钮、时间档位旋钮〕,在显示屏上可以读出波形的电压、频率等参数.二、使用须知事项1. 使用示波器先要进展自查,将信号线的红黑夹子,接入探头补偿信号的2个端子处,其中黑色夹子接下方的接地标识,然后按下自动设置后看波形是否为频率为1KHz,幅值为5V的方波信号,如果不是请与时联系教师检修.2. 示波器信号输入的2通道是共地,即CH1信号线和Ch2信号线的黑色夹子在示波器内部被短路在一起,因此在使用中CH1信号线和Ch2信号线的黑色夹子必须接在一起.SG2171C型交流毫伏表晶体管交流毫伏表,具有测量交流电压、电平测试、监视输出等三大功能.交流测量X围是100nV~300V、5Hz~2MHz,共分1、3、10、30、100、300mV,1、3、10、30、100、300V共12档;电平dB刻度X围是-60~+50dB.比万用表测量精度要高,测量频率X围大.一、SG2171C型晶体管交流毫伏外表板与操作说明SG2171C型晶体管交流毫伏表主要有读数表盘、调零旋钮、电源开关、量程指示灯、量程切换旋钮、信号输入等常用部件.1. 开机前的准备工作:将通道输入端测试探头上的红、黑色鳄鱼夹短接;将量程开关选最高量程〔300V〕.2. 操作步骤:①接通220V电源,按下电源开关,电源指示灯亮,仪器立刻工作.为了保证仪器稳定性,需预热10秒钟后使用,开机后10秒钟内指针无规如此摆动属正常;②将输入测试探头上的红、黑鳄鱼夹断开后与被测电路并联〔红鳄鱼夹接被测电路的正端,黑鳄鱼夹接地端〕,观察表头指针在刻度盘上所指的位置,假如指针在起始点位置根本没动,说明被测电路中的电压甚小,且毫伏表量程选得过高,此时用递减法由高量程向低量程变换,直到表头指针指到满刻度的2/3左右即可;③准确读数.表头刻度盘上共刻有四条刻度.第一条刻度和第二条刻度为测量交流电压有效值的专用刻度,第三条和第四条为测量分贝值的刻度.当量程开关分别选1mV、10mV、100mV、1V、10V、100V档时,就从第一条刻度读数;当量程开关分别选3mV、30mV、300mV、3V、30V、300V时,应从第二条刻度读数〔逢1就从第一条刻度读数,逢3从第二刻度读数〕.例如:将量程开关置"1V〞档,就从第一条刻度读数.假如指针指的数字是在第一条刻度的"0.7〞处,其实际测量值为0.7V;假如量程开关置"3V〞档,就从第二条刻度读数.假如指针指在第二条刻度的"2〞处,其实际测量值为2V.以上举例说明,当量程开关选在哪个档位,比如,1V档位,此时毫伏表可以测量外电路中电压的X围是0~1V,满刻度的最大值也就是1V.当用该仪表去测量外电路中的电平值时,就从第三、四条刻度读数,读数方法是,量程数加上指针指示值,等于实际测量值.二、使用须知事项1. 仪器在通电之前,一定要将输入电缆的红黑鳄鱼夹相互短接.防止仪器在通电时因外界干扰信号通过输入电缆进入电路放大后,再进入表头将表针打弯.2. 当不知被测电路中电压值大小时,必须首先将毫伏表的量程开关置最高量程,然后根据表针所指的X 围,采用递减法合理选档.3. 假如要测量高电压,输入端黑色鳄鱼夹必须接在"地〞端.4. 测量前应短路调零.打开电源开关,将测试线〔也称开路电缆〕的红黑夹子夹在一起,将量程旋钮旋到1mv量程,指针应指在零位〔有的毫伏表可通过面板上的调零电位器进展调零,凡面板无调零电位器的,内部设置的调零电位器已调好〕.假如指针不指在零位,应检查测试线是否断路或接触不良,应更换测试线.5. 交流毫伏表灵敏度较高,打开电源后,在较低量程时由于干扰信号〔感应信号〕的作用,指针会发生偏转,称为自起现象.所以在不测试信号时应将量程旋钮旋到较高量程档,以防打弯指针.6. 交流毫伏表接入被测电路时,其地端〔黑夹子〕应始终接在电路的地上〔成为公共接地〕,以防干扰.7. 交流毫伏表表盘刻度分为0—1和0—3两种刻度,量程旋钮切换量程分为逢一量程〔1mv、10mv、0.1v……〕和逢三量程〔3mv、30mv、0.3v……〕,凡逢一的量程直接在0—1刻度线上读取数据,凡逢三的量程直接在0—3刻度线上读取数据,单位为该量程的单位,无需换算.8. 使用前应先检查量程旋钮与量程标记是否一致,假如错位会产生读数错误.9. 交流毫伏表只能用来测量正弦交流信号的有效值,假如测量非正弦交流信号要经过换算.10. 在有些场合不可用万用表的交流电压档代替交流毫伏表测量交流电压〔万用表只能测量50Hz附近频率交流电压〕.。
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实验八 RC 一阶电路的响应
一、实验目的
1、研究RC 电路在零输入、阶跃激励和方波激励情况下,响应的基本规律和特点。
2、学习用示波器观察分析电路的响应。
二、原理及说明
1、一阶RC 电路对阶跃激励的零状态响应就是直流电源经电阻R 向C 充电。
对于图8-1所示的一阶电路,当t=0时开关K 由位置2转到位置1,由方程:
C C S du
U RC U dt
+= 0t ≥
初始值: ()00C u -= 可得出电容和电流随时间变化的规律:
()1t C S U t U e τ
-⎛
⎫
=- ⎪⎝
⎭
0t ≥ ()t
S U i t e R
τ-= 0t ≥
上述式子表明,零状态响应是输入的线形函数。
其中τ=RC ,具有时间的量纲,称为时间常数,它是反映电路过渡过程快慢程度的物理量。
τ越大,暂态响应所待续的时间越长。
反之,τ越小,过渡过程的时间越短。
图8-1
2、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。
即电容器的初始电压经电阻R 放电。
在图8-1中,让开关K 于位置1,使初
始值U C (0-)=U 0,再将开关K 转到位置2。
电容器放电由方程:
0C C du
U RC dt
+= 0t ≥ 可以得出电容器上的电压和电流随时间变化的规律:
()()0t
C C u t u e τ-
-= 0t ≥
()()0t
C C u e
u t R
τ
--=-
0t ≥
3、对于RC 电路的方波响应,在电路的时间常数远小于方波周期时,可以视为零状态响应和零输入响应的多次过程。
方波的前沿相当于给电路一个阶跃输入,其响应就是零状态响应,方波的后沿相当于在电容具有初始值U C (0-)时把电源用短路置换,电路响应转换成零输入响应。
由于方波是周期信号,可以用普通示波器显示出稳定的图形,以便于定量分析。
本实验采用的方波信号的频率为1000Hz 。
三、仪器设备 PC 机、Multisim10.0; 四、实验方法:
1、 打开Multisim10软件:
开始—>程序—>National Instruments —>Circuit Design Suite 10.0 —〉Multisim
示波器、仪表
电源库
Place Source
Run
基本元件库:Place Basic
图8-2
2、绘制电路图
(1)、单击工具栏的:Place Basic 按钮弹出如下对话框:
图8-3 电阻
图8-4 电容
图8-5 单刀双掷开关单击工具栏的:Place Source 按钮弹出如下对话框:
图8-6 12V 直流稳压电源
图8-7 方波信号源
1、RC电路充电
●按图8-8接线。
●首先将开关扳向0,使电容放电,电压表显示为0.0。
●将开关置于停止位上1,按清零按钮使秒表置零。
将开关扳向1位开始计时,当电压表指示的电容电压U C达到表8-1中所规定的某一数值时,记下秒表时间填在表8-1中,
图8-8
注意:开关断开的时间尽量要短,否则电容放电造成电容两端的电压下降。
表8-1 RC电路充电
将电容充电至10V电压,将开关K置于0点,方法同上。
数据记在表8-2中。
表8-2 RC电路放电
3、用示波器观察RC电路的方波响应
①调整信号发生器,使之产生1KHz、V P-P=2V的方波。
②按图8-9接线。
按下面4种情况选取不同的R、C值。
⑴C=1000PF R=10KΩ⑵C=1000PF R=100KΩ
⑶C=0.01μF R=1KΩ⑷C=0.01μF R=100KΩ
用示波器观察U C(t)波形的变化情况,并将其描绘下来。
示波器参数设置
图8-9 电路图
五、报告要求
1、描绘出电容充电及放电过程。
2、把用示波器观察到的各种波形画出,并做出必要的说明。
实验九 二阶电路的响应
一、实验目的
1、观测二阶电路零状态响应的基本规律和特点。
2、分析电路参数对电路响应的影响。
3、观察零状态响应的状态轨迹,学习判断电路动态过程的性质。
二、实验原理与说明
1、含有两个独立储能元件,能用二阶微分方程描述的电路称为二阶电路,当电路中具有一个电感和一个电容时,就组成了简单的二阶电路。
如图9-1所示。
根据基尔霍夫定律,电路中电压、电流,可用二阶微分方程表达
2d u du LC +RC +u =u dt dt
C C C S
C
L
U 0
图9-1 图9-2
为便于分析并解答,现以电容C 对R 、L 放电为例,具体分析图9-2所示电路,其对应的二阶微分方程为:
2d u du
LC +RC +u =0dt dt
C C C
设初始值为:()()()()000,000C C u u U I I +-+-====,上式微分方程的解为:
1
2
p t p t c u (t)=Ae +Be
式中A ,B 是由初始条件决定的常数,P 1,P 2是微分方程的根,且有:
12R P =2L -、 令:
2R
L
σ= (称衰减系数)
0=ω (称固有振荡角频率)
22d 1R
()LC 2L
ω-= (ωd 称振荡角频率) 则:
12P σ=-、 1d P j σω=-+ 2d P j σω=--
显然,电路的响应与电路参数有关,当电路参数为不同值时,电路的响应可能出现以下情况:
⑴当R < 1
2021
21()()Pt P t c U u t p e Pe P p =-- 12021()()P
t P c du U i t C e dt L P P =-=--
⑵当R = 0()(1)t
c u t U t e σσ-=+
0()t c du U
i t C
te dt L σ-=-=-
⑶当R < 0
0()sin()t c d d
u t U e σωωβω-=
+ 00()sin t c d du U
i t C
e t dt L
σωω-=-=- ⑷当R=0时,称为等幅振荡(无阻尼)过程。
其响应为
00()sin()
2c u t U t π
ω=+
00()s i n ()U i t t L ωπω=
+
⑸当R<0时,为发散振荡(负阻尼)过程。
在一般线性电路中,总是存在电阻R=0和R<0的电路响应,可用接入负电阻的方法实现。
2、震荡频率ωd 与衰减系数σ的实验测量方法: 当电路出现衰减振荡时,其响应为:
1()sin()t c d u t Ae t σωβ-=+ 2
()sin t
d i t A
e t σω-=
将u c (t) (或i(t))送入示波器,显示出电压(或电流)波形,如图9-3所示。
`
Uc(t)
图9-3 图9-4
3、动态电路的状态轨迹
按图9-4接线,U S (t )阶跃信号如图所示。
将u C (t )信号接示波器,便可观察到电路的状态轨迹,如图9-5所示。
Uc(t)
(a )欠阻尼
Uc(t)
(b )临界阻尼
Uc(t)
(c )过阻尼
图9-5
三、仪器设备
1、PC 机、Multisim10.0;
四、实验内容
电路如图:
图9-6
1、观察R、L、C串联电路响应,调节电阻R值,记录不同参数时,电路响应波形。
实验电路可参照图9-6所示电路连接,R为10K电位计,C选1000pF
电容,L为2.5mH。
(方波幅值选1V至2V,频率选1至3KHz)。
2、调整R值,将u C(t)接示波器,观察u C(t)轨迹并记录波形。
欠阻尼:R=500 L=2.5mH C=1nF
临界阻尼:R=1k L=2.5mH C=1nF
过阻尼:R=10k L=2.5mH C=1nF
五、报告要求
1、记录不同参数时电路响应波形。
2、总结二阶电路零状态响应的特点及其参数对电路响应的影响。
3、分析电路动态过程的性质。