rc一阶电路

电路实验RC一阶电路一、实验目的二、实验任务三、实验器材四、任务分析五、实验原理六、实验操作七、实验操作的关键点一、实验目的1、研究一阶网络的零输入响应和零状态响应的基本规律及其特点；2、了解电路参数对响应的影响。3、进一步提高使用示波器和脉冲信号发生器的能力二、实验任务（一）、观测RC一阶网络的零输入响应和零状态响应；（二）、了解和掌握时间常数的测量方法；（三）、定性和定量分析参数变化对输出波形的影响；（四）、了解示波器在测量过程中的使用方法三、实验器材DGJ-3实验台示波器函数信号发生器四、任务分析（一）、零输入响应和零状态响应的观测零状态响应和零输入响应指的是电容的充电和放电的响应过程。方法一:在RC电路中加入直流电，利用开关的切换进行充电、放电的控制，可以用示波器或电压表和秒表进行观测。这种方法适用于充电和放电时间比较长的电路（即时间常数比较大）方法二:在RC电路中加入脉冲信号来模拟开关的切换进行充电、放电的控制，用示波器进行观测。这种方法适用于充电和放电时间比较短的电路（即时间常数比较小）脉冲的持续时间为电容的充电时间，脉冲的间隙时间为电容的放电时间，如果脉冲信号的周期够长，就可以观测两种响应的整个过程注意：脉冲信号是用来模拟开关信号的，即在脉冲时间相当于阶跃信号对电容充电，间隙时间输入零信号（信号源短路），电容放电。因此，对信号源输出的脉冲信号需调整好直流偏置。二、积分电路与微分电路的观察积分电路在电路参数不变（即RC固定）时，改变信号的频率，观测输出信号；或在信号频率不变时改变C或R的大小，进行观测。微分电路在电路参数不变（即RC固定）时，改变信号的频率，观测输出信号；或在信号频率不变时改变C或R的大小，进行观测。三、时间常数的测量方法根据电容电压充电曲线，找出电容电压由初始值变化到总变化量的63.2%或36.8%时所对应的时间，关键点：如果起始点不是初始值，将严重影响测量数据的正确性。方法：可改变信号的频率，使电容放电充分完成（即信号的间隙时间要大于5个时间常数）切记！！！四、未知电容的测量在串联已知电阻的电路中，通过时间常数的测量，计算C的值。τ＝RCC＝τ/R实验原理一阶网络在没有输入信号作用时，由电路中动态元件的实始贮能所产生的响应，就是零输入响应分析RC电路的零输入响应，实际上就是分析它的放电过程设电容器上具有初始电压U0。由基尔霍夫电压定律可得0dtduRuCCC0dtduRuCCCRCtRCtRCeUAetuUAAeAeu0C000C)()0(RC电路的零输入响应图RC电路零输入响应曲线图时间常数线性电路确定后，电阻R和电容C是确定值，二者的乘积也是一个确定的常数，用τ来表示，即τ＝RCteUtu10C)(-时间常数的求取方法：方法一：直接按时间常数的定义计算。电阻R是从电容连接端口看进去的等效电阻。方法二：根据电容电压充电曲线，找出电容电压由初始值变化到总变化量的63.2%或36.8%时所对应的时间，如图(a)所示。方法三：如图(b)所示，根据电容电压放电曲线，如果电容电压保持初始速度不变，达到终止时对应的时间。(a)RC充电曲线(b)RC放电曲线RC电路的零状态响应零状态响应，是指电路在零初始条件下，即电路中的储能元件L、C未储能，仅由外施激励产生的电路响应。RC串联电路的零状态响应实质上就是电容C的充电过程。)1()(1SCteUtuteRUdtduCti1SC)(SCcUudtduRC电容电压零状态响应曲线(b)电容电流零状态响应曲线微分电路和积分电路微分电路电路的输出电压u0近似与输入电压ui的导数成正比，因而称该电路为微分电路。利用微分电路可以改变信号的波形，由于时间常数τ与脉冲宽度tw的关系变化，输出电压u0也将发生变化。输出电压为dtduRCdtduRCiRuiC0积分电路输出电压为dtuRCdtRuCidtCuiR0111电路的输出电压u0近似与输入电压ui成积分关系，因此，这种电路叫积分电路。实验操作（一）、零输入响应和零状态响应的观测对于一定的RC元件，只要在输入端加入脉冲间隙时间大于5个时间常数的且电压为零电平的脉冲信号，就可以观察了。即t2t2-t15τ0t1Vi连接实验电路零状态响应零输入响应操作方法同上：根据电容电压充电曲线，找出电容电压由初始值0变化到63.2%Vi或放电曲线从最高点下降到总变化量36.8%时所对应的时间。（二）、时间常数的测量（三）积分电路与微分电路的观测1、积分电路电路连接同上，在电路参数不变（即RC固定）时，改变信号的频率，观测输出信号；或在信号频率不变时改变C或R的大小，进行观测记录波形。2、微分电路电路中R、C元件的位置互换，同上进行操作。1、信号源的调整：应根据示波器观测到的波形进行调整（直流电平、幅度、频率等）2、示波器触发源应选择在输入信号一端，并确保2个通道的黑色夹子与信号源黑色夹子相连（共地）。3、时间常数（与信号的频率无关）的测量过程中应确保电容的放电必须充分，选择适当的频率信号。4、波形记录时要注意示波器零基准线的位置（即坐标X轴位置）5、灵活使用示波器的各功能键（电平、触发源、X与Y轴衰减、耦合工作方式等）实验操作的关键点