实验四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申路的概念】 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微励信号： 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ī，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41(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ī。 3.时间常数的测定方法 用示波器测量零输入南应的液形如图4阳所示。 根据一阶微分方程的求解得知u三U C=Uer。当=t时，Uct)=0.368Un 此时所对应的时间就等于t。亦可用零状态响应波形增加到0.632U所对应的时间测得，如 图41(c)所示. Um 1.368 (a)零输入响应 (b)RC一阶电路 (心)零状态响应 图4-1 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 号的周期有若特定的要求。一个简单的C串联电路，在方波序列脉冲的重复激励下，当 满足t=RC< 二时(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 10
10 实验四 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 4-1（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 4-1(a)所示。 根据一阶微分方程的求解得知 uc＝Ume -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 图 4-1(c)所示。 (a) 零输入响应 (b) RC 一阶电路 (c) 零状态响应 图 4-1 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 满足τ＝RC<< 2 T 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 τ τ 0.368 t t R C t t 0.632 0 0 0 0 + uc u Um uc uc u u Um Um Um
42(a)所示。利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。 R 几几4m 几几ung T 0 (a)微分电路 (⑥)积分电路 图42 若将图4-2(a)中的R与C位置调换一下，如图4-2b)所示，由C两端的电压作为响应 输出，且当电路的参数满足t=RC>) ,则该RC电路称为积分电路。因为此时电路的输 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。 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 序号 名称 型号与规格 数量 备注 1 函数信号发生器 2 双踪示波器 自备 3动态电路实验板 1 DGJ-03 四、实验内容 实验线路板的器件组件，如图4-3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。 1.从电路板上选R=10KQ,C=6800pF组成如图4-1(b)所示的RC充放电电路。U:为 脉冲信马发生器输出的U=3V、=1KHz的方波电压信号，并桶过两根同轴电缕线，将激 励源山和响应的信号分别连至示波器的两个输入口Y和YB·这时可在示波器的屏暮上 观察到激励与响应的变化规律，请测算出时间常数T,并用方格纸按：1的比例描绘波形。 改变C值0.01μF、C=0.1μF观察波形. 2.今C=0.01山F,R=1KQ观察并描绘响应的波形 令C=0.01μF,R=10KQ、IM,组成 如图42(a)所示的微分电路。在同样的方 波激励信号(Um=3V,f=1KHz)作用下， 观测并描绘激励与响应的波形。 五、实验注意事项 1,调节电子仪器各旋钮时，动作不要过快 过猛。实验前，需熟读双踪示波器的使用说明 书。观察双踪时，要特别注意相应开关、旋钮 的操作与调节。 图43动态电路、选频电路实验板
11 4-2(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 4-2 若将图 4-2(a)中的 R 与 C 位置调换一下，如图 4-2(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>> 2 T ，则该 RC 电路称为积分电路。因为此时电路的输 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。 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 序号 名 称 型号与规格 数量 备注 1 函数信号发生器 1 2 双踪示波器 1 自备 3 动态电路实验板 1 DGJ-03 四、实验内容 实验线路板的器件组件，如图 4-3 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。 1. 从电路板上选 R＝10KΩ，C＝6800pF 组成如图 4-1(b)所示的 RC 充放电电路。ui 为 脉冲信号发生器输出的 Um＝3V、f＝1KHz 的方波电压信号，并通过两根同轴电缆线，将激 励源 ui和响应 uC 的信号分别连至示波器的两个输入口 YA和 YB。这时可在示波器的屏幕上 观察到激励与响应的变化规律，请测算出时间常数τ，并用方格纸按 1:1 的比例描绘波形。 改变 C 值 0.01μF、C＝0.1μF 观察波形. 2. 令 C＝0.01μF，R＝1KΩ观察并描绘响应的波形。 令 C＝0.01μF，R＝10KΩ、1M，组成 如图 4-2(a)所示的微分电路。在同样的方 波激励信号（Um＝3V，f＝1KHz）作用下， 观测并描绘激励与响应的波形。 五、实验注意事项 1. 调节电子仪器各旋钮时，动作不要过快、 过猛。实验前，需熟读双踪示波器的使用说明 书。观察双踪时，要特别注意相应开关、旋钮 的操作与调节。 图 4-3 动态电路、选频电路实验板 T R C R <<T/2 R R >>T/2 C i c R c c u u u ui 100 1K10K1M 1000p 6800p 0.01u 0.1u 10K 10mH 4.7mH 0.1u 0 . 0 1 u 1 0 0 0 p 3 0 K 1 0 K
2信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起（称共地），以防外界干扰而影向测 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寿命。 4.示波器的使用 (1)接通电源：信号发生器调出矩形波 (2)接入CH信号 将信号发生器的输出信号，用示波器探头接入CH1探头上的开关设为10X+按 CHl功能键显示CHl的操作莱单，将第三项探头设定为1OX→按下AUTO按钮 3) 接入C们信号， 将电路的输出信号，用示波器探头接入CH2 →探头上的开关设为10X >按CH2 功能键显示CH2的操作菜单，将第三项探头设定为1OX→按下AUTO按钮 (4)垂直系统：调垂直位置和幅度的分辨率，将幅度的分辨率CH1和CH2都调为1VW (5)水平系统：调水平位置和时间的分辨率，水平分辨应显示一个完整周期。 (6)利用光标测量时间常数： 按下光标按钮一◆将菜单第一项设为追踪+将第二项、第三项光标A、B都设 为CH2光标A通过垂直旋钮调节，把光标A调到CH2刚刚开始上升的位置 光标B通过水平旋钮调节，调光标B使两光标间的△Y为1.9（按一下莱单栏最下面 一项)→返回来看△X值就是时间常数 六、实验报告 L,根据实验观测结果，在方格纸上绘出RC一阶电路充放电时山的变 化曲线，由曲线测得τ值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因 2.根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的 特征。 3心得体会及其他
12 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寿命。 4．示波器的使用 （1）接通电源：信号发生器调出矩形波， （2）接入 CH1 信号： 将信号发生器的输出信号，用示波器探头接入CH1 探头上的开关设为10X 按 CH1 功能键显示 CH1 的操作菜单，将第三项探头设定为 10X 按下 AUTO 按钮 （3） 接入 CH2 信号： 将电路的输出信号，用示波器探头接入 CH2 探头上的开关设为 10X 按 CH2 功能键显示 CH2 的操作菜单，将第三项探头设定为 10X 按下 AUTO 按钮 （4）垂直系统：调垂直位置和幅度的分辨率，将幅度的分辨率 CH1 和 CH2 都调为 1V/ 格； （5）水平系统：调水平位置和时间的分辨率，水平分辨应显示一个完整周期。 （6）利用光标测量时间常数: 按下光标按钮 一 将菜单第一项设为追踪 将第二项、第三项光标 A、B 都设 为 CH2 光标 A 通过垂直旋钮调节，把光标 A 调到 CH2 刚刚开始上升的位置 光标 B 通过水平旋钮调节，调光标 B 使两光标间的△Y 为 1.9（按一下菜单栏最下面 一项） 返回来看△X 值就是时间常数 六、实验报告 1. 根据实验观测结果，在方格纸上绘出 RC 一 阶 电 路 充 放 电 时 uC 的 变 化曲线，由曲线测得τ值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。 2. 根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的 特征。 3. 心得体会及其他
实验五日光灯电路功率因数提高方法的研究 一、实验目的 1.研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。 2.掌握日光灯线路的接线。 3.理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 二、原理说明 图5-1 1.在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得 各支路的电流值，用交流电压表测得回路各元件两 端的电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔 霍夫定律，即Σ1=0和ΣU=0。 p 2.图5-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信 号U的激励下，U与Uc保持有90心的相位差，即当 图5-2 R阻值改变时，U。的相量轨迹是一个半园。 U、Uc与U取三者形成一个直角形的电压 A 角形，如图5-2所示。R值改变时，可改 变0角的大小，从而达到移相的目的。 3.日光灯线路如图5-3所示，图中A 20v 是日光灯管，L是镇流器，S是启辉器， 图5-3 C是补偿电容器，用以改善电路的功率因数(cs0值)。有关日光灯的工作原理请自行翻阅 有关资料。 三、实验设备 序号 名称 型号与规格 数量 备注 1 交流电压表 0-500V 1 2 交流电流表 0-5A 1 3 功率表 1 (DG-07) 自摆调压器 1 镇流器、启辉器 与40W灯管配用各1 DG-04 6 日光灯灯管 40W 1 屏内 电容器 1F2.2μF,4.7uF/500V各1 DG-04 8 白炽灯及灯座 220V,15W 13 DGJ-04 9 电流插座 3 DGJ-04 四、实验内容 1.按图5-1接线。R为220V、15W的白炽灯泡，电容器为4.7μF450V 经指导教师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器输出（即U)调至220V。记录U、UR、 Uc值，验证电压三角形关系。 6
13 实验五 日光灯电路功率因数提高方法的研究 一、实验目的 1．研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。 2. 掌握日光灯线路的接线。 3. 理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 二、原理说明 图 5-1 1. 在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得 各支路的电流值， 用交流电压表测得回路各元件两 端的电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔 霍夫定律，即 ΣI＝0 和ΣU＝0 。 2. 图 5-1 所示的 RC 串联电路，在正弦稳态信 号 U 的激励下，UR与 UC保持有 90º的相位差，即当 图 5-2 R 阻值改变时，UR的相量轨迹是一个半园。 U、UC 与 UR 三者形成一个直角形的电压三 角形，如图 5-2 所示。R 值改变时，可改 变 φ 角的大小，从而达到移相的目的。 3. 日光灯线路如图 5-3 所示，图中 A 是日光灯管，L 是镇流器， S 是启辉器， 图 5-3 C 是补偿电容器，用以改善电路的功率因数（cosφ 值）。有关日光灯的工作原理请自行翻阅 有关资料。 三、实验设备 四、实验内容 1. 按图 5-1 接线。R 为 220V、15W 的白炽灯泡，电容器为 4.7μF/450V。 经指导教师检查后，接通实验台电源， 将自耦调压器输出( 即 U)调至 220V。记录 U、UR、 UC值，验证电压三角形关系。 序号 名称 型号与规格 数量 备注 1 交流电压表 0～500V 1 2 交流电流表 ０～5A 1 3 功率表 1 （DGJ-07） 4 自耦调压器 1 5 镇流器、启辉器 与 40W 灯管配用 各 1 DGJ-04 6 日光灯灯管 40W 1 屏内 7 电容器 1μF,2.2μF,4.7μF/500V 各 1 DGJ-04 8 白炽灯及灯座 220V，15W 1~3 DGJ-04 9 电流插座 3 DGJ-04 220V L S A C 图 17-3 U R jXc U c UR I UR U Uc I φ
测量值 计 算 值 U(与UR,Ue组成Rt△)△U=U-U△UU U (V)UR (V)Ue (V) (U=U+Uc2) (V) (%) 2.并联电路 一电路功率因数的改善。按图54组成实验线路。 V 220V C 0 图5.4 经指导老师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器的输出调至220V,记录功率表、 电压表读数。通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行 三次重复测量。数据记入下页表中 电容值 测量 数值 计算值 (uF) P(W)COSo U(V)I (A)L(A)Id(A) I'(A)Coso 0 1 2.2 4.7 五、实验注意事项 1.本实验用交流市电220V,务必注意用电和人身安全。 2。功率表要正确接入电路。 3.线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好。 六、实验报告 1.完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。 2.根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图。 3.讨论改善电路功率因数的意义和方法。 4.装接日光灯线路的心得体会及其他。 g
14 2. 并联电路──电路功率因数的改善。按图 5-4 组成实验线路。 图 5-4 经指导老师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器的输出调至 220V，记录功率表、 电压表读数。通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行 三次重复测量。数据记入下页表中。 电容值 测 量 数 值 计 算 值 (μF) P(W) COSφ U(V) I（A） IL(A) IC(A) I’(A) Cosφ 0 1 2.2 4.7 五、实验注意事项 1. 本实验用交流市电 220V，务必注意用电和人身安全。 2. 功率表要正确接入电路。 3. 线路接线正确，日光灯不能启辉时， 应检查启辉器及其接触是否良好。 六、实验报告 1. 完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。 2. 根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图。 3. 讨论改善电路功率因数的意义和方法。 4. 装接日光灯线路的心得体会及其他。 测 量 值 计 算 值 U（V） UR（V） UC（V） U’（与 UR，UC 组成 Rt△） （U’= 2 2 UR UC ） △U=U’－U （V） △ U/U （%） i