实验 一阶电路暂态过程的研究
一、实验目的
1、
研究ＲＣ一阶电路的零输入响应、零状态响应和全响应的规律和特点；
2、
学习一阶电路时间常数的测量方法，了解电路参数对时间常数的影响；
3、
掌握微分电路和积分电路的基本概念。二、实验设备
1、GDS-1072-U数字示波器
2、AFG
2025函数信号发生器
（方波输出）
3、EEL-52组件（含电阻、电容）三、实验原理
1、
ＲＣ一阶电路的零状态响应
ＲＣ一阶电路如图11-1所示，开关S在‘1’的位置，ｕC＝0，处于零状态，当开关S合向‘2’的位置时，电源通过R向电容C充电，ｕC（ｔ）称为零状态响应。
变化曲线如图11-2所示，当ｕC上升到所需要的时间称为时间常数，。
2、ＲＣ一阶电路的零输入响应
在图11-1中，开关S在‘2’的位置电路电源通过R向电容C充电稳定后，再合向‘1’的位置时，电容C通过R放电，ｕC（ｔ）称为零输入响应。输出变化曲线如图11-3所示，当ｕC下降到所需要的时间称为时间常数，。3、测量ＲＣ一阶电路时间常数
图11－1电路的上述暂态过程很难观察，为了用普通示波器观察电路的暂态过程，需采用图11－4所示的周期性方波ｕS作为电路的激励信号，方波信号的周期为T，只要满足
，便可在普通示波器的荧光屏上形成稳定的响应波形。电阻R、电容C串联与方波发生器的输出端连接，用双踪示波器观察电容电压ｕC，便可观察到稳定的指数曲线，如图11-5所示，在荧光屏上测得电容电压最大值：
取
，与指数曲线交点对应时间ｔ轴的ｘ点，则根据时间ｔ轴比例尺（扫描时间），该电路的时间常数。4、
微分电路和积分电路
在方波信号ｕS作用在电阻R、电容C串联电路中，当满足电路时间常数远远小于方波周期T的条件时，电阻两端（输出）的电压ｕR与方波输入信号ｕS呈微分关系，，该电路称为微分电路。当满足电路时间常数远远大于方波周期T的条件时，电容C两端（输出）的电压ｕC与方波输入信号ｕS呈积分关系，，该电路称为积分电路。
微分电路和积分电路的输出、输入关系如图11－6
（ａ）、（ｂ）所示。四、实验内容
实验电路如图11-7所示，图中电阻R、电容C从
EEL-51D组件上选取（请看懂线路板的走线，认清激励
与响应端口所在的位置；认清Ｒ、Ｃ元件的布局及其标称值；各开关的通断位置等），用双踪示波器观察电路激励（方波）信号和响应信号。ｕS为方波输出信号，调节函数信号发生器输出，从示波器上观察，使方波的峰－峰值和频率为：ＶP
-
P＝2Ｖ，f=1ｋHz。1、
ＲＣ一阶电路的充、放电过程
（1）测量时间常数τ
选择EEL-52组件上的Ｒ、Ｃ元件，令Ｒ=3KΩ，Ｃ＝0.01μＦ，用示波器观察激励ｕS与响应ｕC的变化规律，测量并记录时间常数τ。
（2）观察时间常数τ（即电路参数R、C）对暂态过程的影响
令Ｒ＝5kΩ，Ｃ=0.02μＦ，通过双踪示波器观察并描绘电路激励和响应的波形，继续增大Ｃ（取0.02μＦ～0.１μＦ）或增大R（取10kΩ），定性观察对响应波形的影响。
2、微分电路和积分电路
（1）积分电路
选择EEL-51D组件上的Ｒ、Ｃ元件组成如图11-8电路，令Ｒ＝10KΩ，Ｃ＝0.１μF，用双踪示波器观察激励ｕS与响应ｕC的变化规律并绘出曲线图。
（2）微分电路
将图11-8实验电路中的Ｒ、Ｃ元件位置互换，组成如图11-9电路，令Ｒ＝600Ω，Ｃ＝0.0１μF，用双踪示波器观察激励ｕS与响应ｕR的变化规律并绘出曲线图。图11-8
积分电路示意图
图11-9
微分电路示意图五、实验注意事项
1、调节电子仪器各旋钮时，动作不要过猛。实验前，尚需熟读双踪示波器的使用说明，特别是观察双踪时，要特别注意开关，旋钮的操作与调节。
2、信号源的接地端与示波器的接地端是连在一起的（称共地），以防外界干扰而影响测量的准确性。但由于他们内部已经“共地”，使用时要特别注意因共地使被测电路造成短路。
六、预习与思考题
1、用示波器观察ＲＣ一阶电路零输入响应和零状态响应时，为什么激励必须是方波信号？
2、已知ＲＣ一阶电路的Ｒ＝10KΩ，Ｃ＝0.01μF，试计算时间常数τ，并根据τ值的物理意义，拟定测量τ的方案。
3、在ＲＣ一阶电路中，当Ｒ、Ｃ的大小变化时，对电路的响应有何影响？
4、何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？它们在方波激励下，其输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功能？七、实验报告要求
1、根据实验内容1（1）观测结果，绘出ＲＣ—阶电路充、放电时ＵC与激励信号对应的变化曲线，由曲线测得τ值，并与参数值的理论计算结果作比较，分析误差原因。
2、根据实验内容2观测结果，绘出积分电路、微分电路输出信号与输入信号对应的波形。
3、回答思考题。
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