RC一阶电路的响应测试--仿真实验

RC一阶电路的响应测试·仿真实验1RC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//tRCtcEeEeu当t=τ时，Uc(τ)=0.368E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。RC一阶电路的响应测试·仿真实验2(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2TRC时（T为方波脉冲的重复周期），且由R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，且当电路参数的选择满足2TRC条件时，如图(b)所示即构成积分电路，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。三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1函数信号发生器1RC一阶电路的响应测试·仿真实验32双踪示波器1四、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RC一阶电路的响应测试·仿真实验4电容两端的电压信号Uc的波形RC一阶电路的响应测试·仿真实验5电阻两端的电压信号Ur的波形RC一阶电路的响应测试·仿真实验6(2)R=10KΩ，C=3300PF观察Ui、Uc和Ur的波形：RC一阶电路的响应测试·仿真实验7输入电压信号Ui的波形电容两端的电压信号Uc的波形RC一阶电路的响应测试·仿真实验8电阻两端的电压信号Ur的波形RC一阶电路的响应测试·仿真实验9(3)R=30KHz,C=3300PF观察Ui、Uc和Ur的波形：RC一阶电路的响应测试·仿真实验10输入电压信号Ui的波形电容两端的电压信号UcRC一阶电路的响应测试·仿真实验11电阻两端的电压信号Ur的波形RC一阶电路的响应测试·仿真实验12五、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RC一阶电路的响应测试·仿真实验13序号R(KΩ)C(PF)τ理论值（ms）11010000.0121033000.3333033000.992.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。七、实验思考题RC一阶电路的响应测试·仿真实验141.什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：电路特性性质条件变化规律功用积分电路输出信号与输入信号的积分成正比的电路一个简单的RC串联电路，在方波序列脉冲的重复激励下，当电路的参数τ=RCT/2，即为积分电路将方波转成三角波波形变换、放大电路失调电压的消除、反馈控制中得积分补偿等微分电路输出信号与输入信号的微分成正比的电路一个简单的RC串联电路，在方波序列脉冲的重复激励下，当电路的参数τ=RC《T/2，即为积分电路将方波变成尖脉冲主要用于脉冲电路、模拟计算机和测量仪器中