实验七一阶RC电路的矩形脉冲响应(2学时) 1实验目的 1.测定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观测图形。 2实验原理 1.动态网络的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。然而若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方 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远大于电路的时间常数 τ。电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的影响和直流接通与断开的过渡过程是基 本相同的。 2.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t的测定方法。 用示波器测得零输入响应的波形如图7-1(a)所示。 0 有应 0.368 0.632 (a)零输入响应 (b)RC一阶电路(c)零状态响应 图7-1时间常数的确定 根据一阶微分方程的求解方法得 ■如 当E■x时， 的03，。此时所对应的时间就等于T。 亦可用零状态响应波形增长到0.632US所对应的时间来测得，如图7-1(c)所示。 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
实验七 一阶 RC 电路的矩形脉冲响应（2 学时） 1 实验目的 1．测定 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观测图形。 2 实验原理 1．动态网络的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。然而若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方 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远大于电路的时间常数 τ。电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的影响和直流接通与断开的过渡过程是基 本相同的。 2．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。 用示波器测得零输入响应的波形如图 7-1（a）所示。 （a）零输入响应 （b）RC 一阶电路 （c）零状态响应 图 7-1 时间常数的确定 根据一阶微分方程的求解方法得 当 时， 。此时所对应的时间就等于 。 亦可用零状态响应波形增长到 0.632US 所对应的时间来测得，如图 7-1（c）所示。 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T■℃〈《T2 时(T为方波脉冲的重复周期)，且由R端作为响应输出，这就形成了一个微分电路，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7-2()所示。 Π几 T T RC>T/2 (a)微分电路 (b)积分电路 图7-2微分与积分电路 若将图7-2(a)中的R与C位置调换一下，即由C端作为响应输出，且当电路参数的 选择满足。一C>》T2条件时，如图7-2(b)所示即称为积分电路，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。 从输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的作用，请在实验过程中仔细观察与 记录。 3仪器设备 双踪示波器 一台 电子技术实验箱一台 4实验内容与步骤 1.观察记录图7-3所示电路的充放电过程。 1 3 2 10V R2 C 4.7uF 1MQ R1 30K2 图7-3一阶RC电路的暂态过程 2.设计时间常数为1s的RC积分电路和微分电路，用示波器观察在脉冲信号源周期 不同（与时间常数相比，即输入脉冲宽度T>)时的电路输出，记录输入、输
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 时（T 为方波脉冲的重复周期），且由 R 端作为响应输出，这就形成了一个微分电路，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 7-2（a）所示。 图 7-2 微分与积分电路 若将图 7-2（a）中的 R 与 C 位置调换一下，即由 C 端作为响应输出，且当电路参数的 选择满足 条件时，如图 7-2（b）所示即称为积分电路，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。 从输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的作用，请在实验过程中仔细观察与 记录。 3 仪器设备 双踪示波器 一台 电子技术实验箱 一台 4 实验内容与步骤 1. 观察记录图 7-3 所示电路的充放电过程。 图 7-3 一阶 RC 电路的暂态过程 2. 设计时间常数为 1ms 的 RC 积分电路和微分电路，用示波器观察在脉冲信号源周期 不同(与时间常数相比，即输入脉冲宽度 T>τ)时的电路输出，记录输入、输
出曲线。 5实验报告要求 说明实验方案，写出实验的简要过程与步骤。 完成实验电路图的充放电波形和τ的记录，计算τ的理论值和实验值的误差。 完成时间常数为1s的RC积分电路和微分电路的设计，完成在脉冲信号源周期不同（输 入脉冲宽度T>)时的输入、输出六对曲线记录。由六对曲线的实验结果得 出结论。（每对输入、输出均画在一个坐标系上） 4.回答思考题： (1)什么是电路中的暂态过程？ (2)电路时间常数的物理意义如何？ (3)RC积分电路和微分电路的电路结构如何？理想的积分、微分电路的输入输出关系 如何？为实现这种关系RC积分与微分电路的元件参数有何特点？ (4)若要分析RC电路的频率特性，应采用什么实验方法？ 5利用实验方法测量暂态电路时间常数τ方法。 一般可利用放电（或充电）过程进行。常用的实验方法如下： 方法一：因为在一个时间常数的时间里放电（充电）电压或电流下降（上升）为其最 大值时的0.368(0.632)。所以实验时只要记录下降（上升）到0.368(0.632)最大值时的时 间即可得到时间常数τ。 方法二：测出放电电流的变化曲线it),在it)曲线上选上两点(i1、t1)和(2、t2), t-t2 这两点满足关系式i00er,故t=2
出曲线。 5 实验报告要求 说明实验方案，写出实验的简要过程与步骤。 完成实验电路图的充放电波形和 τ 的记录，计算 τ 的理论值和实验值的误差。 完成时间常数为1ms的RC积分电路和微分电路的设计，完成在脉冲信号源周期不同(输 入脉冲宽度 T>τ)时的输入、输出六对曲线记录。由六对曲线的实验结果得 出结论。（每对输入、输出均画在一个坐标系上） 4. 回答思考题： (1) 什么是电路中的暂态过程？ (2) 电路时间常数的物理意义如何？ (3) RC 积分电路和微分电路的电路结构如何？理想的积分、微分电路的输入输出关系 如何？为实现这种关系 RC 积分与微分电路的元件参数有何特点？ (4)若要分析 RC 电路的频率特性，应采用什么实验方法？ 5.利用实验方法测量暂态电路时间常数 τ 方法。 一般可利用放电(或充电)过程进行。常用的实验方法如下： 方法一：因为在一个时间常数的时间里放电（充电）电压或电流下降（上升）为其最 大值时的 0.368（0.632）。所以实验时只要记录下降（上升）到 0.368（0.632）最大值时的时 间即可得到时间常数 τ 。 方法二：测出放电电流的变化曲线 i(t)，在 i(t)曲线上选上两点（i1、t1）和（i2、t2）， 这两点满足关系式 i(t)=I0 t /τ e − ，故τ= 2 1 1 2 ln i i t − t