实验三一阶电路的响应 实验目的 1、学习用示波器观察和分析电路的响应 2、研究RC电路在方波激励情况下,响应的基本规律和特点 、实验说明 1、含L、C储能元件的电路,其响应可由微分方程求解。凡是可用一阶微分方程 描述的电路称为一阶电路。通常一阶电路由一个储能元件和若干个电阻元件组 成 2、所有储能元件初始值为零,电路由激励引起的响应称为零状态响应。对如图3 1所示的RC电路,其零状态响应为 (O=us(I-e r) 其中r=RC,具有时间的量纲,称为时间常数 3、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。图 3-1中零输入响应为 uc(=uc(O)e r t≥0 ic(t) 4、RC电路的方波响应,在电路时间常数远远小于方波周期时可视为零状态响应 和零输入响应的多次过程,一般取:RC=5:1。 c(t) 方波信号发生 + us() uc(t) 图3-1
11 实验三 一阶电路的响应 一、实验目的 1、 学习用示波器观察和分析电路的响应。 2、 研究 RC 电路在方波激励情况下，响应的基本规律和特点。 二、实验说明 1、 含 L、C 储能元件的电路，其响应可由微分方程求解。凡是可用一阶微分方程 描述的电路称为一阶电路。通常一阶电路由一个储能元件和若干个电阻元件组 成。 2、 所有储能元件初始值为零，电路由激励引起的响应称为零状态响应。对如图 3 －1 所示的 RC 电路，其零状态响应为： ( ) = (1− ) 0 − u t u e t t C S ( ) = 0 − e t R u i t t S C 其中 = RC ，具有时间的量纲，称为时间常数。 3、 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。图 3－1 中零输入响应为： ( ) = (0) 0 − u t u e t t C C 0 (0) ( ) = − − e t R u i t t C C 4、 RC 电路的方波响应，在电路时间常数远远小于方波周期时可视为零状态响应 和零输入响应的多次过程，一般取 : 5 :1 2 RC = T 。 ＋ uS － 图 3－1 ＋ u (t) C － R C i (t) C 方 波 信 号 发 生 器 u (t) S u (t) C T/2 t (a) (b)
5、RC电路充放电时间常数τ可以从响应波形中估算出来,如图3-2所示 100% 100% 63.2% 图3--2 、实验内容 1、按图3-3接线 信号发生器 示波器 图3-3实验线路 2、信号发生器输出l为1000Hz、5V方波信号,并用示波器观察(以示波器的数 值为准),以后就不要再调u了。 3、用示波器测绘充放电曲线,测定时间常数,填入表3-1中 电路参数 充、放电曲线 计算值 计算值 C-0luF 实测值 实测值 计算值 计算值 R=2K9 C=0.luF 实测值 实测值
12 5、 RC 电路充放电时间常数 可以从响应波形中估算出来，如图 3－2 所示。 三、实验内容 1、 按图 3—3 接线。 2、 信号发生器输出 ui 为 1000Hz、5V 方波信号，并用示波器观察（以示波器的数 值为准），以后就不要再调 ui 了。 3、 用示波器测绘充放电曲线，测定时间常数，填入表 3—1 中。 表 3—1 电路参数 充、放电曲线 τ 充 τ 放 R=1KΩ C=0.1μF 计算值 计算值 实测值 实测值 R=2KΩ C=0.1μF 计算值 计算值 实测值 实测值 100% 63.2% ○ t 100% 36.8% ○ t (a) (b) 图 3--2 信 号 发 生 器 示 波 器 ＋ ui － ＋ uC － R C 图 3—3 实验线路
示波器调整:V/dⅳ开关调到IV档,“微调”旋钮至“校准”位 t/dⅳⅴ开关调到02ms档,“微调”旋钮至“校准”位。 4、观察积分电路波形 按图3—3接线,输入不变,改变R、C值,观察波形,填入表3-2。 表3 积分 C-OlHF R=2KQ C0.2HF R=2KQ2C-0.1HF R=10KQ 电路 τ=0.2ms τ=0.4ms 输出波形 5、观察微分电路波形 按图3-4接线,输入不变,改变R、C值,观察波形,填入表3-3。 信号发生器 R 波 图3-4微分电路实验线路 表3-3 微分 C-10nF R=IKQ C=0.luF R=lKQ2 C-0SuF R=lKQ 电路 τ=1 τ=0.lms τ=0.5ms 输出波形 四、仪器设备 信号发生器一台:示波器一台:实验箱一个
13 示波器调整：V/div 开关调到 1V 档，“微调”旋钮至“校准”位； t /div 开关调到 0.2ms 档，“微调”旋钮至“校准”位。 4、 观察积分电路波形 按图 3—3 接线，输入不变，改变 R、C 值，观察波形，填入表 3—2。 表 3—2 积分 电路 C=0.1μF R=2KΩ C=0.2μF R=2KΩ C=0.1μF R=10KΩ τ=0.2ms τ=0.4ms τ=2ms 输 出 波 形 5、 观察微分电路波形 按图 3—4 接线，输入不变，改变 R、C 值，观察波形，填入表 3—3。 表 3—3 微分 电路 C=10nF R=1KΩ C=0.1μF R=1KΩ C=0.5μF R=1KΩ τ=1μs τ=0.1ms τ=0.5ms 输 出 波 形 四、仪器设备 信号发生器一台；示波器一台；实验箱一个。 信 号 发 生 器 示 波 器 ＋ ui － ＋ uR － R C 图 3—4 微分电路实验线路
五、实验报告要求 1、把观察测绘出的各充、放电波形,分别画在坐标纸上,并在曲线上标明τ值。 2、任选一个电压uc()的波形,估算时间常数r,并与计算值(x=RC)相比较。 3、分析R、C的值对响应波形的影响 六、思考题 1、如何观察ic(1)的波形? 2、如果没有方波发生器,在上述设备中增设晶体管直流稳压电源和开关,能否观 察到零状态响应和零输入响应?
14 五、实验报告要求 1、 把观察测绘出的各充、放电波形，分别画在坐标纸上，并在曲线上标明τ值。 2、 任选一个电压 u (t) C 的波形，估算时间常数 ，并与计算值 ( = RC ）相比较。 3、 分析 R、C 的值对响应波形的影响。 六、思考题 1、 如何观察 i (t) C 的波形？ 2、 如果没有方波发生器，在上述设备中增设晶体管直流稳压电源和开关，能否观 察到零状态响应和零输入响应？
实验四交流参数的测定 、实验目的 1、学习用交流电压表,交流电压表和功率表测量元件的交流等效参数 2、学习功率表的使用方法。 、实验说明 1、交流电路中,元件的阻抗值或无源一端口网络的等效阻抗值,可用交流电压表 交流电流表和功率表分别测出元件(或网络)两端的电压U、流过的电流和 它所消耗的有功功率P,然后通过计算得出,其关系式为 = 阻抗的模 P COS (- 功率因数 72cosq等效电阻 X=sino 等效电抗 这种测试方法称为三表法,它是测量交流阻抗的基本方法 2、从三表法测得的U、P、I数值还不能判别被测阻抗是感性还是容性,一般可以 用下列方法加以确定 (1)在被测元件两端并联一个小电容,若电流表的读数增大,则被测元件为容 性:若电流表的读数减小,则被测元件为感性。 实验电容器的容量C可根据下列不等式选定: B'<|2B 式中:B一一实验用电容器的容纳 B一一被测元件的等效电纳 (2)利用示波器测量阻抗元件的电流及端电压之间的相位关系,电流超前电压 为容性,电流滞后电压为感性 (3)电路中接入功率因数表,从表上可以直接读出被测阻抗的cosφ值(超前 为容性,滞后为感性)。 本实验利用并联实验电容的方法判别被测元件的性质 通常,阻抗元件所消耗的有功功率可以用功率表测量。 4、前述交流参数的计算公式是在忽略仪表内阻的情况下得出的,三表法可有两种 接线方法,如图4—1所示 若考虑到仪表的内阻,测量结果中显然存在方法误差,必要时需要加以校正。 对于图4-1(a)电路,校正后的参数为: 15
15 实验四 交流参数的测定 一、实验目的 1、学习用交流电压表，交流电压表和功率表测量元件的交流等效参数。 2、学习功率表的使用方法。 二、实验说明 1、交流电路中，元件的阻抗值或无源一端口网络的等效阻抗值，可用交流电压表、 交流电流表和功率表分别测出元件（或网络）两端的电压 U、流过的电流 I 和 它所消耗的有功功率 P，然后通过计算得出，其关系式为： I U Z = 阻抗的模 cos = UI P 功率因数 Z I P R = = 2 cos 等效电阻 X = Z sin 等效电抗 这种测试方法称为三表法，它是测量交流阻抗的基本方法。 2、从三表法测得的 U、P、I 数值还不能判别被测阻抗是感性还是容性，一般可以 用下列方法加以确定。 （1）在被测元件两端并联一个小电容，若电流表的读数增大，则被测元件为容 性；若电流表的读数减小，则被测元件为感性。 实验电容器的容量 C 可根据下列不等式选定： B 2B 式中： B ——实验用电容器的容纳 B ——被测元件的等效电纳。 （2）利用示波器测量阻抗元件的电流及端电压之间的相位关系，电流超前电压 为容性，电流滞后电压为感性。 （3）电路中接入功率因数表，从表上可以直接读出被测阻抗的 cos 值（超前 为容性，滞后为感性）。 本实验利用并联实验电容的方法判别被测元件的性质。 3、 通常，阻抗元件所消耗的有功功率可以用功率表测量。 4、 前述交流参数的计算公式是在忽略仪表内阻的情况下得出的，三表法可有两种 接线方法，如图 4—1 所示。 若考虑到仪表的内阻，测量结果中显然存在方法误差，必要时需要加以校正。 对于图 4—1（a）电路，校正后的参数为：