实验五一阶电路的时域响应(共6页)

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1、实验五一阶电路的时域响应一、实验目的1.学会函数信号发生器、数字式双踪示波器的使用方法，学会用示波器测绘波形。2.学习用示波器观察和分析一阶电路的零输入响应、零状态响应。3.验证时间常数对过渡过程的影响，并掌握其测量方法。4.了解RC电路的实际应用。二、实验原理简述1、/?C—阶电路的零输入响应电路在无激励情况T,由储能元件的初始状态引起的响应称为零输入响应。在阁5.1屮，当f<0时开关5置于位置a，％(0_)=仏。当f=0时将开关S转到位置b，电容C上的初始电压通过放电，称为/?C一阶电路的零输入响应。由方程wc+/?C^=0(Z>O)cdtv7初始值w

2、c(0」="s可以得出在过渡过程屮，电路屮响应随时间变化规律如下：uc(t)=uc(0_)er(t>Q)e>0)式中，r=为时间常数，其物理意义为电容电压值由初始值衰减到稳态值的1(即e36.8%)处所需的时间。电容电压变化曲线如图5.2所示2、/?C-阶电路的苓状态响应储能元件初始位为零的电路对外加激励的响应称为零状态响应。一阶电路如图5.1所示，当/<0时开关5置于位置b，当f=0时将开关S转到位置a，电路通过电阻/?14电容C充电，称为/?C一阶电路零状态响应。巾方程du^Uc+Rcw=u(r>0)初始值Mo」=o可以得出在响应时间中（即过渡过程），

3、电路屮响应随时间变化规律如下:(t>0)(t>0)uc(t)=Us-UseT=Us([-eric^=^l=^e式中，r=为时间常数，其物理意义为电容电压值由初始值上升到稳态值的-i（即62.3%）处所需的时间。电容电压变化曲线如图5.3所示。图5.3—阶电路的零状态响应3、/?C一阶电路的全响应电路在输入激励和初始状态共同作用T引起的响应称为全响应。对应图5.1所示电路,若电容两端已有初始电压"当Z=0时开关S合向a,则描述电路的微分方程为：uc+RC^=U,(dts初始伉为:nc(o-)="o可以得出全响应^C^=Us{-eT

4、+Wc(°-)^T=[“

5、C(0-)-"skT+^5(^°)上式表明：(1)全响应是零状态和零输入分量之和，它体现了现行电路的可加性。(2)全响应也可以看成是自由分量和强制分量之和，自由分量的起始值与初始状态和输入有关，而随时间变化的规律仅仅取决于电路的/?、c参数。强制分a则仅与激励有关。当z^oo时，

6、

7、)由分量趋于零，过渡过程结朿，电路进入稳态。若uQ

8、时间常数较小，电容的充放电过程非常短暂，导致输出信号山现正负脉冲，且正负脉冲的幅度基本等于方波信号的幅度。因此，微分电路可以把方波脉冲转换成尖脉冲，作为触发信号。(2)RC耦合电路。当图5.5(a)中RC电路的时间常数r远大于T时，就成力耦合电路。由于时间常数很大，电容器的充放电儿乎不能发生，同时又因为电容电压不能突变，输出信号的波形和幅度就和输入信号儿乎完全一样，但此时输出波形已经除去了输入信号的直流分量，变成了纯交流形式。CRo1

9、•oo——•(TLTLU/RU°_TLTLU/o•oo(a)(b)图5.5运算放大器的电路符号及等效电路(3)RC积分电路

10、。如图5.5(b)所示，在方波序列脉冲的重复激励下，rflC端作为输出响应，当RC电路的时间常数r远大于0.5T，就成为积分电路。积分电路的输出电压近似地正比于输出电压对吋间的积分，当输入电压为方波脉冲吋，输出电压波形为三角波。三、实验仪器设备及元器件1.函数信号发生器2.数字双踪示波器3.数字万川表4.电阻、电容元件四、预习及思考1.预习RC电路动态响应的基本概念。2.学习函数信号发生器、数字双踪示波器的使用方法，3.对实验A容屮的各项计算值进行计算，预测示波器应显示的波形。4.一阶RC电路中，满足微分电路、积分电路的条件。五、实验内容与要求1.按照图5

11、.6接线，元件参数按照组合①/?=5.1kQ,C=3900pF接入元件，调节函数信号发生器，使其输出频率为lKHz、占空比为0.5、幅值为5V的方波信号，调节示波器，使屏幕上同时显示方波％和电容两端电的稳定波形，分别观察并记录人、％的波形、周期和峰峰值R1

12、►接CH2轴5.It函数信号发生器C39Q0pF►接CH2地图5.6观察并I己承Z/f2.按照图5.7接线，元件参数仍然按照组合①/?=5.1kQ,C=3900pF接入元件，函数信号发生器的信号维持不变，调节示波器，使屏幕上同时显示方波％和电阻两端电压〜的稳定波形，分别观察并记录％、的波形、周期和峰峰值

13、。►接CH1轴C41

14、1►接CH2轴3900pFJL函数倌号发生器