实验四一阶电路响应的研究一、实验目的1.观测RC一阶电路的零输入响应、零状态响应及全响应。2.学习电路时间常数的测量方法。3.学习EWB软件的使用。二、预习要求1.写出零输入响应和零状态响应的表示式，计算el、e、e3、e5。2.设计一个微分电路，对于频率为1KHz的方波信号，微分输出满足：（1）尖脉冲的幅度大于1V：（2）脉冲衰减到零的时间<T/10。电容值选取：C=0.1μF。3.阅读第二章1、2、3节。三、实验原理动态电路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。只要方波的周期远大于电路的时间常数，那么电路的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的。图9所示的RC一阶电路的零状态响应[图（b）]和零输入响应[图（c）分别按指数规律增长和衰减，其变化的快慢决定于电路的时间常数。R1.+ ucucSU,U5263.2%uc036.8%t70T0T(a)(h)(c)图9时间常数的测定方法RC电路充放电的时间常数T可以从响应波形中估算出来。设时间单位t确定，对于充电曲线来说，幅值上升到终值的63.2%所对应的时间即为一个T［图9（b）]。对于放电曲线，幅值下降到初始值的36.8%所对应的时间即为一个T［图9（c)1。调节示波器的“Y轴灵敏度”的微调旋钮，使波形在垂直方向上显示5.4格，这样，3.4格近似为63.2%，2格近似为36.8%。微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的电路，它对电路元件参数的输入信号的周期有着特定的要求。一个简单的RC串联电路，在方波序列脉冲的激励下，当满足10
10 实验四 一阶电路响应的研究 一、实验目的 1． 观测 RC 一阶电路的零输入响应、零状态响应及全响应。 2． 学习电路时间常数的测量方法。 3． 学习 EWB 软件的使用。 二、预习要求 1．写出零输入响应和零状态响应的表示式，计算 e -1、e -2、e -3、e -5。 2．设计一个微分电路，对于频率为 1KHz 的方波信号，微分输出满足：（1）尖脉冲 的幅度大于 1V；（2）脉冲衰减到零的时间 t<T/10。电容值选取：C=0.1F。 3．阅读第二章 1、2、3 节。 三、实验原理 动态电路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。只要方波的周期远大于电路的 时间常数，那么电路的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的。 图 9 所示的 RC 一阶电路的零状态响应[图(b)]和零输入响应[图(c)]分别按指数规律 增长和衰减，其变化的快慢决定于电路的时间常数。 时间常数的测定方法： RC 电路充放电的时间常数 可以从响应波形中估算出来。设时间单位 t 确定，对于充 电曲线来说，幅值上升到终值的 63.2所对应的时间即为一个 [图 9(b)]。对于放电曲线， 幅值下降到初始值的 36.8所对应的时间即为一个 [图 9(c)]。调节示波器的“Y 轴灵敏 度”的微调旋钮，使波形在垂直方向上显示 5.4 格，这样，3.4 格近似为 63.2，2 格近 似为 36.8。 微分电路和积分电路是 RC 一阶电路中较典型的电路，它对电路元件参数的输入信号 的周期有着特定的要求。一个简单的 RC 串联电路，在方波序列脉冲的激励下，当满足 R C uC C i US 1 2 S 0 t uC 0 t uC US 0 2 0 63. 0 8 0 36. US 图 9 (a) (b) (c)
T<<T/2时（T为方波脉冲的周期），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电压的微分成正比。如图10所示。利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲，Cico1图10若将图10中的R与C位置调换一下，如图11所示，由C两端的电压作为响应输出，则当电路的参数满足T>>T/2时，该RC电路称为积分电路。因此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变成三角波。icR图 11 从输入输出波形来看，微分电路和积分电路均起着波形变换的作用。四、实验内容和步骤1.研究RC电路的方波响应。实验电路如图12所示。u(t)为方波信号发生器产生的周期为T的信号电压。r为电流取样电阻，要求r<<R。取T=1ms（f=1kHz）、C=0.1uF、r=512，R取470Q2、5.1kQ、51kQ，TRC=、T，与u(t)对照，观察并描绘出uc(t)和ic(t)的波形，测对应于RC<<"RC>>222出R=5.1kQ时电路的时间常数。Ruur图1211
11 T / 2 时（T 为方波脉冲的周期），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电压的微分成正比。如图 10 所示。利 用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。 若将图 10 中的 R 与 C 位置调换一下，如图 11 所示，由 C 两端的电压作为响应输出， 则当电路的参数满足 T / 2 时，该 RC 电路称为积分电路。因此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变成三角波。 从输入输出波形来看，微分电路和积分电路均起着波形变换的作用。 四、实验内容和步骤 1．研究 RC 电路的方波响应。 实验电路如图 12 所示。ui(t)为方波信号发生器产生的周期为 T 的信号电压。r 为电流 取样电阻，要求 r<<R。取 T =1ms（f =1kHz）、C=0.1F、r =51，R 取 470、5.1k、51k， 对应于 2 T RC 、 2 T RC 、 2 T RC ，与 ui(t)对照，观察并描绘出 uC(t)和 iC(t)的波形，测 出 R=5.1k时电路的时间常数。 R C 0 u C i i u 0 t 0 u 图 10 R C 0 u C i i u 0 t 0 u 图 11 R C C u C i i u 图 12 r ur