实验八一阶动态电路响应测试

电路实验报告实验八一阶动态电路的响应测试学生姓名学生学号专业班级指导老师2015年11月20日一、实验题目——一阶动态电路响应的测试二、实验摘要（关键信息）1.研究RC电路的零输入响应和零状态响应。用示波器观察响应过程。电路参数：R=100KΩ、C=10uF、V=4V。2.从响应波形图中测量时间常数τ和电容的充放电时间Tu和Td。求充电Tu/τ，放电Td/τ。3.记录数据包括：测量充电、放电的时间常数τ时对应的波形图，用光标显示出测量结果。测量充电时间Tu和放电时间Td时对应的波形图，用光标指示测量结果。三、实验环境（仪器用品等）100KΩ色环电阻一个，10uF电容一个，导线若干，面包板,台式五位半自动量程数字万用表LINI-TUT805A，可调直流稳压电源（IT6302），示波器AgilentDSO-X2012A。四、实验原理和实验电路1.RC电路的零输入响应和零状态响应1)电路中某时刻的电感电流和电容电压称为该时刻的电路状态。t=0时，电容电压uc（0）称为电路的初始状态。2)在没有外加激励时，仅由t=0零时刻的非零初始状态引起的响应称为零输入响应，它取决于初始状态和电路特性（通过时间常数τ=RC来体现），这种响应时随时间按指数规律衰减的。3)在零初始状态时仅由在t0时刻施加于电路的激励引起的响应称为零状态响应，它取决于外加激励和电路特性，这种响应是由零开始随时间按指数规律增长的。4)线性动态电路的完全响应为零输入响应和零状态响应之和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.时间常数τ的测定方法:用示波器测量零输入响应的波形，根据一阶微分方程的求解得知uc＝Um*e-t/RC＝Um*e-t/τ,当t＝τ时，即t为电容放电时间，Uc(τ)＝0.368Um=1.472V（Um=4V）。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=2.528V（Um=4V）所对应的时间测得，即电容充电的时间t。3.充放电时间测定方法：充电：当电压达到充电最大值，接近Um时，记录Tu。放电：当电压约为0时，记录Td。电路图：五、实验步骤和数据记录1.按如图所示的电路图在连接好电路，测量电容C的两端电压变化，即一阶动态电路的响应测试。2.用示波器测量电容两端的电压，示波器的测量模式调整为追踪。3.打开电源开关，将开关和电压源端相接触，使电容充电，用示波器记录电容充电时的电压变化。4.将开关和另一端相接触，使电容放电，用示波器记录电容放电时的电压变化。数据记录如下：R=101.623kΩC=10.29uF充电时波形图：充电时：充电时间Tu=5.88s,时间常数τ=1.10s.Tu/τ=5.34545.放电时波形图：放电时：放电时间Td=5.02s,时间常数τ=1.04s。Td/τ=4.8269.六、实验结果计算和分析通过预习可知时间常数τ=RC=100KΩ*10uF=1s，实际测得R=101.623kΩ，C=10.29uF，τ=RC=101.623KΩ*10.29uF=1.0457s。实际测得数据充电时间常数τ=1.10s，放电时间常数τ=1.04s，在误差允许范围内可验证一阶电路动态响应测试。七、实验总结这次实验熟练使用直流电压源和示波器，掌握了一阶电路动态响应测试的基本原理。