实验五RG一阶电路的响应测试 实验目的 1.研究RC一阶电路的零输入响应、零状态响应和全响应的规律和特点: 2.学习一阶电路时间常数的测量方法,了解电路参数对时间常数的影响 3.掌握微分电路和积分电路的基本概念 原理说明 1.RC一阶电路的零状态响应 t RC一阶电路如图11-1所示,开 关S在‘1’的位置,uc=0,处 0.632 于零状态,当开关S合向‘2的 位置时,电源通过R向电容C充 图11-1 t电,uc()称为零状态响应 11 l=U-Ue 变化曲线如图11-2所示,当c上升到0632U所需要的时间称为时间常数r,t=RC 2.RC一阶电路的零输入响应 在图11-1中,开关S在“2’的位置电路稳定后,再合向‘1’的位置时,电容C通过R放电,uct)称为零输入 响应 u=Ue:0368U 变化曲线如图11-3所示,当C下降到0368U。所需要的时间称 为时间常数t,r=RC 0368U 3.测量RC一阶电路时间常数了 图11-1电路的上述暂态过程很难观察,为了用普通示波器 图11-3 观察电路的暂态过程,需采用图1-4所示的周期性方波us作为 电路的激励信号,方波 信号的周期为T,只要满足二≥5τ,便可在示波器的荧光屏上形成稳定的响应波形 电阻R、电容C串联与方波发生器的输出端连接,用双踪示波器观察电容电压uC,便可观察到稳定的指数曲 线,如图11-5所示,在荧光屏上测得电容电压最大值Ue=a(cm 取b=0.632a(cm),与指数曲线交点对应时间r轴的x点,则根据时间r轴比例尺(扫描 时间一),该电路的时间常数=x(cm) 0.632a 图11-4 图11-5
实验五 RC一阶电路的响应测试 一．实验目的 1．研究RC一阶电路的零输入响应、零状态响应和全响应的规律和特点； 2．学习一阶电路时间常数的测量方法，了解电路参数对时间常数的影响； 3．掌握微分电路和积分电路的基本概念。 二．原理说明 1．RC一阶电路的零状态响应 RC一阶电路如图11－1所示，开 关S在‘1’的位置，ｕC＝0，处 于零状态，当开关S合向‘2’的 位置时，电源通过R向电容C充 电，ｕC(t)称为零状态响应 变化曲线如图11－2所示，当ｕC上升到 所需要的时间称为时间常数 ， 。 2．RC一阶电路的零输入响应 在图11－1中，开关S在‘2’的位置电路稳定后，再合向‘1’的位置时，电容C通过R放电，ｕC(t)称为零输入 响应， 变化曲线如图11－3所示，当uC下降到 所需要的时间称 为时间常数 ， 。 3．测量RC一阶电路时间常数 图11－1电路的上述暂态过程很难观察，为了用普通示波器 观察电路的暂态过程，需采用图11－4所示的周期性方波ｕS作为 电路的激励信号，方波 信号的周期为T，只要满足 ，便可在示波器的荧光屏上形成稳定的响应波形。 电阻R、电容C串联与方波发生器的输出端连接，用双踪示波器观察电容电压uC，便可观察到稳定的指数曲 线，如图11－5所示，在荧光屏上测得电容电压最大值 取 ，与指数曲线交点对应时间t轴的x点，则根据时间t轴比例尺（扫描 时间 ），该电路的时间常数
图11-6 4.微分电路和积分电路 在方波信号us作用在电阻R、电容C串联电路中,当满足电路时间常数τ远远小于方波周期7的条件时,电阻两 端(输出)的电压与 方波输入信号呈微分关系,t≈RC 该电路称为微分电路。当满足电路时间常数远远大于方波周期T的条件时,电容C两端(输出)的电压uc与 方波输入信号us呈积分关系, t2dr,该电路称为积分电路。 微分电露和积分电路的输出、输入关系如图11-6(0、(b所示 三.实验设备 1.双踪示波器 2.信号源(方波输出) 3.NEEL23或EEL-52或MEEL03 四.实验内容 实验电路如图11-7所示,图中电阻R、电容C从EEL—52组件上选取(请看懂线路板的走线,认清激励与响应 端口所在的位置:认清R、C元件的布局及其标称值;各开关的通断位置等),用双踪示波器观察电路激励(方 波)信号和响应信号。us为方波输出信号,将信号源的‘波形选择’开关置方波信号位置上,将信号源的信号输 出端与示波器探头连接,接通信号源电源,调节信号源的频率旋钮(包括‘频段选择’开关、频率粗调和频率细调 旋钮),使输出信号的频率为1kHz(由频率计读出),调节输出信号的幅值调节’旋钮,使方波的峰一峰值vpp 2V,固定信号源的频率和幅值不变 1.RC一阶电路的充、放电过程
4 ．微分电路和积分电路 在方波信号uＳ作用在电阻R、电容C串联电路中，当满足电路时间常数 远远小于方波周期T的条件时，电阻两 端（输出）的电压uR与 方波输入信号us呈微分关系， ， 该电路称为微分电路。当满足电路时间常数 远远大于方波周期T的条件时，电容C两端（输出）的电压uC与 方波输入信号uＳ呈积分关系， ，该电路称为积分电路。 微分电路和积分电路的输出、输入关系如图11－6(a)、(b)所示。 三．实验设备 1．双踪示波器 2．信号源（方波输出） 3．NEEL—23或EEL—52或MEEL—03 四．实验内容 实验电路如图11－7所示，图中电阻R、电容C从EEL—52组件上选取（请看懂线路板的走线，认清激励与响应 端口所在的位置；认清R、C元件的布局及其标称值；各开关的通断位置等），用双踪示波器观察电路激励（方 波）信号和响应信号。ｕS为方波输出信号，将信号源的‘波形选择’开关置方波信号位置上，将信号源的信号输 出端与示波器探头连接，接通信号源电源，调节信号源的频率旋钮（包括‘频段选择’开关、频率粗调和频率细调 旋钮），使输出信号的频率为1kHz（由频率计读出），调节输出信号的‘幅值调节’旋钮，使方波的峰－峰值Vp-p ＝2V，固定信号源的频率和幅值不变。 1．RC一阶电路的充、放电过程
(1)测量时间常数τ:选择EEL-51组件上的R、C元件,令 R=10kQ,C=0.01pF,用示波器观察激励us与响应uc的变化规 律,测量并记录时间常数r (2)观察时间常数τ(即电路参数R、C)对暂态过程的影响 令R=10k92,C=0.01pF,观察并描绘响应的波形,继续增大C(取 信号源 +00p~01pB)或增大R(取10k、30k2),定性地观察对响应的 方波 微分电路和积分电路 )积分电路:选择EEL-52上的R、C元件,令R=100k9 图11-7 C=0.01F,用示波器观察激励s与响应uc的变化规律 (2)微分电路:将实验电路中的R、C元件位置互换,令R=1002,C=001pF,用示波器观察激励s与响应 的变化规律 五.实验注意事项 1、调节电子仪器各旋钮时,动作不要过猛。实验前,尚需熟读双踪示波器的使用说明,特别是观察双踪时, 要特别注意开关,旋钮的操作与调节以及示波器探头的地线不允许同时接不同电势。 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 六.预习与思考题 1.用示波器观察RC一阶电路零输入响应和零状态响应时,为什么激励必须是方波信号? 2.已知RC一阶电路的R=10k92,C=0.01pF,试计算时间常数τ,并根据t值的物理意义,拟定测量τ的方案 3.在RC一阶电路中,当R、C的大小变化时,对电路的响应有何影响? 4.何谓积分电路和微分电路,它们必须具备什么条件?它们在方波激励下,其输出信号波形的变化规律如 何?这两种电路有何功能 七.实验报告要求 1.根据实验1(1)观测结果,绘出RC阶电路充、放电时Uc与激励信号对应的变化曲线,由曲线测得τ值,并 与参数值的理论计算结果作比较,分析误差原因。 2.根据实验2观测结果,绘出积分电路、微分电路输出信号与输入信号对应的波形 3.回答思考题3、4
（1）测量时间常数τ：选择EEL—51组件上的R、C元件，令 R=10kΩ，C＝0.01μF，用示波器观察激励uS与响应uC的变化规 律，测量并记录时间常数τ。 （2）观察时间常数τ(即电路参数R、C)对暂态过程的影响： 令R＝10kΩ，C=0.01μF，观察并描绘响应的波形，继续增大C(取 0.01μF～0.1μF)或增大R(取10kΩ、30kΩ)，定性地观察对响应的 影响。 2．微分电路和积分电路 （1）积分电路：选择EEL-52上的R、C元件，令R=100kΩ， C＝0.01μF，用示波器观察激励uS与响应uC的变化规律。 （2）微分电路：将实验电路中的R、C元件位置互换，令R=100Ω，C＝0.01μF，用示波器观察激励uS与响应uR 的变化规律。 五．实验注意事项 1、调节电子仪器各旋钮时，动作不要过猛。实验前，尚需熟读双踪示波器的使用说明，特别是观察双踪时， 要特别注意开关，旋钮的操作与调节以及示波器探头的地线不允许同时接不同电势。 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。 六．预习与思考题 1．用示波器观察RC一阶电路零输入响应和零状态响应时，为什么激励必须是方波信号？ 2．已知RC一阶电路的R=10kΩ，C＝0.01μF，试计算时间常数τ，并根据τ值的物理意义，拟定测量τ的方案。 3．在RC一阶电路中，当R、C的大小变化时，对电路的响应有何影响？ 4．何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？它们在方波激励下，其输出信号波形的变化规律如 何？这两种电路有何功能？ 七．实验报告要求 1．根据实验1(1)观测结果，绘出RC—阶电路充、放电时ＵC与激励信号对应的变化曲线，由曲线测得τ值，并 与参数值的理论计算结果作比较，分析误差原因。 2．根据实验2观测结果，绘出积分电路、微分电路输出信号与输入信号对应的波形。 3．回答思考题3、4
一阶二阶电路 10ko 3300