2023年实验报告,实验十一,一阶电路暂态过程研究.doc

实验报告,实验十一,一阶电路暂态过程研究 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根本概念。 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作为电路的鼓励信号，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，那么根据时间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，认清鼓励 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鼓励〔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，用示波器观察鼓励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鼓励和响应的波形，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，用双踪示波器观察鼓励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，用双踪示波器观察鼓励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、实验本卷须知 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，为什么鼓励必须是方波信号？ 2、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？它们在方波鼓励下，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与鼓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拟，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、答复思考题。