实验目的

RC一阶电路的响应测试·仿真实验

RC

一阶电路的响应测试

班级：应物11203班 姓名：马天宝 序号：19 长江大学 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测绘图形。 二、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。然而能用一般的双踪示波器观察过度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最为零状态响应的正阶跃激励信号；方波下降沿最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，它的影响和直流电源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

图(a)所示电路，用示波器测得零输入响应的波形如图(b)所示。 根据一阶微分方程的求解得知

u Ee Ee 当t=τ时，Uc(τ)=0.368E

t/RC

t/

c

此时所对应的时间常数就等于τ

亦可用零状态响应波形增长到0.632E所对应的时间测得，如(c)所示。

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(b)零输入响应 (a)RC一阶电路 (c)零状态响应

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，当时间常数 RC

T

时（T为方波脉冲的重复周期），且由R2

端作为响应输入，如图(a)所示，这就构成了一个微分电路，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。

(a)微分电路 （b)积分电路

若将图(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

T

数的选择满足 RC 条件时，如图(b)所示即构成积分电路，因为此时电路

2

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。

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四、实验内容与仿真模拟实验

1.组成如图所示的RC充放电电路，E为函数信号发生器输出，取Um=3V，f=1000KHz的方波电压信号。观察Ui、Uc和Ur的波形。

(1）R=10KΩ，C=1000PF

观察Ui、Uc和Ur的波形：

输入电压信号Ui的波形

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电容两端的电压信号Uc 的波形

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电阻两端的电压信号Ur的波形

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(2) R=10KΩ，C=3300PF

观察Ui、Uc和Ur的波形：

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输入电压信号Ui的波形

电容两端的电压信号Uc 的波形

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电阻两端的电压信号Ur的波形

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(3) R=30KHz,C=3300PF

观察Ui、Uc和Ur的波形：

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输入电压信号Ui的波形

电容两端的电压信号Uc

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电阻两端的电压信号Ur的波形

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五、实验注意事项

1.示波器的辉度不要过量。

2.调节仪器旋钮时，动作不要过猛。

3.调节示波器时，要注意触发开关和电平调节旋钮的配合使用，以使显示的波形稳定。

4.作定量测定时，“t/div”和“v/div”的微调旋钮应旋至“校准”位置。 5.为防止外界干扰，函数信号发生器的接地端与示波器的接地端要连接在一起（称共地）。 六、实验数据处理 1.实验数据与图象

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2.误差分析

仿真结果与实验结果基本一致，误差很小。如果存在误差：①由于仪器精确度问题；②实验读数时存在误差；③函数信号发生器的输入电压不稳定等。

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七、实验思考题

1.什么样的电信号可作为RC一阶电路零输入响应、零状态响应和完全响应的激励源？

答：阶跃信号可作为RC一阶电路零输入响应激励源； 脉冲信号可作为RC一阶电路零状态响应激励源； 正弦信号可作为RC一阶电路完全响应的激励源。

2.何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？它们在方波序列脉冲的激励下，其输出信号波形的变化规律？这两种电路有何功用？

答：