RC电路的时域分析

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1、实验四RC电路的时域分析一、实验目的(1)研究RC电路零状态响应和零输入响应，学习使用示波器观测和分析一阶电路的动态过程。(2)观察电路参数対微分电路和积分电路的影响。(3)通过观察微分电路、积分电路的响应波形，加深对波形变换电路的认识。二、实验原理(1)RC电路的矩波形响应如图4-10-2所示的RC串联电路中，输入端加入矩形波信号，若电容器C初始值为零，由此输入信号产生的响应称零状态响应，其响应曲线如图4-10-3所示。显然，电路实质上就是RC电路阶跃响应和自然响应的连接，即为电容充放电的动态过程。叩1th图4-10-2RC串联电路图

2、4-10-3RC串联电路对矩形波响应曲线(2)时间常数电路对输入信号响应的快慢，即C的充放电快慢，取决于电路的时间常数t=RCo当R为单位欧姆(Q),C为单位法拉(F)时，丫单位为秒(s)。不同的时间常数対电容器充放电快慢波形如图4-10-4所示。uu图4-10-4不同时间常数时电容器充放电波形当充电时间t二T时，电容C上电压UC为当t=5T时，因此，当t=5T时，认为充电过程结束。在电容C放电过程中，当t=T时，电容C上电压Uc为当t=5T时，因此，当t=5T时，认为放电过程结束。(1)微分电路和积分电路①微分电路：适当选取电路参数，

3、并在R上输出，即构成微分电路，如图4-10-5所示，微分电路条件是：a电路时问常数应远远小于输入矩形脉冲宽度。b输出从R上输出。从R上输出的尖峰波如图4-10-6(b)所示。这种电路常用来把矩形脉冲变成尖脉冲，作触发信号。若改变电路参数，使t»tr,则微分电路变为耦合电路，其输出波形如图4-10-6(c)所示。输出波形近似反映输入波形，常用这种电路耦合交流信号。②积分电路：适当选取电路参数，从电容C上取得输出电压，如图4-10-1所示。积分电路的条件是：a电路时间常数要远远大于输入矩形脉冲宽度。b输出从电容C上取必这时电路的输出电压近似

4、的正比于输入电压对时间的积分。当输入电压为矩形时，输出电压波形为比较稳定的锯齿波电压。图4-10-6RC微分电路和耦合电路电压波形图4-10-5微分电路(t«tP)三、实验设备(1)直流稳压电源1台(2)双踪示波器1台(3)函数信号发生器1台(4)实验电路板1块四、实验内容1、观察一阶RC电路的零输入响应和零状态响应按实验图4-10-7连线。图中U$为直流电压源。将示波器丫2的V/div旋钮调成统一档级，并使多条扔描线重合。直流稳压电源Y2Yi图4-10-7开关K首先置位置2,当电容器电压为零后，将K有位置2转到位置1,此吋可通过示波器

5、观察到输入（直流电源电压）和输出（零状态响应）的波形；电路达到稳定厉，将K的位置由1转到2,即可观察到零输入响应的波形。描绘出两种响应uc（t）的波形。改变R,C参数值，观察比（t）波形的变化，并记录所观测到波形。2、测定时间常数t将实验图4-10-7的克流电压源Us改为方波信号源激励，将开关K置位置1,观察并描绘输入输出电压波形，测定电路的时间常数t。3、观测一阶RC微分电路和积分电路的输入输出波形分别按图4-10-5和图4-10-1接线，输入方波信号，选取合适的方波周期T以及R,C值，用示波器观测并记录积分、微分电路的输入、输出波形

6、。4、选作实验分别按图4-10-5和4-10-1连线，对-•选定RC值，将输入方波频率由低往高分别选100kHz,1kHz,10kHz,100kHz,用示波器观测并记录输入输出波形，然后进行分析。五、注意事项（1）用示波器观察波形时，要注意“共地”问题，即将脉冲发生器、实验线路板和示波器的所有“丄”点必须连接在一起，否则可能引起外界干扰，导致测量误差增大。（2）使用示波器时，注意光点不要长期停附在一点上。在暂时不观察时，应将辉度减弱，以防止灼伤示波管。当工作间断的时间较长或者不工作时，应将电源关断。六、实验报告（1）在坐标纸上画出充电和

7、放电

8、1】1线。从

9、1】1线上求出是否和实测数据相符，并与预习时理论计算的时间常数进行比较，分析产生谋差的原因。说明时问常数对充、放电过程的影响。（2）整理用示波器测绘的RC电路充、放电曲线的波形。将实测的时间常数与预习时的理论计算的时间常数进行比较，分析产生误差的原因。总结可用几种方法测绘RC电路的充、放电曲线和测定的时间常数。每种方法在什么情况卜•采川较介适。（3）根据记录的波形变化规律，找出微分电路与积分电路形成的条件。总结出电路参数对微分电路和积分电路的影响。