實驗　一階電路暫態過程的研究

一、實驗目的

1、研究ＲＣ一階電路的零輸入響應、零狀態響應和全響應的規律和特點；

2、學習一階電路時間常數的測量方法，了解電路參數對時間常數的影響；

3、掌握微分電路和積分電路的基本概念。

二、實驗設備

1、GDS-1072-U數字示波器

2、AFG

2025函數信號發生器

（方波輸出）

3、EEL-52組件（含電阻、電容）

三、實驗原理

1、ＲＣ一階電路的零狀態響應

ＲＣ一階電路如圖11-1所示，開關S在‘1’的位置，ｕC＝0，處于零狀態，當開關S合向‘2’的位置時，電源通過R向電容C充電，ｕC（ｔ）稱為零狀態響應。

變化曲線如圖11-2所示，當ｕC上升到所需要的時間稱為時間常數。

2、ＲＣ一階電路的零輸入響應

在圖11-1中，開關S在‘2’的位置電路電源通過R向電容C充電穩定后，再合向‘1’的位置時，電容C通過R放電，ｕC（ｔ）稱為零輸入響應。

輸出變化曲線如圖11-3所示，當ｕC下降到所需要的時間稱為時間常數。

3、測量ＲＣ一階電路時間常數

圖11－1電路的上述暫態過程很難觀察，為了用普通示波器觀察電路的暫態過程，需采用圖11－4所示的周期性方波ｕS作為電路的激勵信號，方波信號的周期為T，只要滿足，便可在普通示波器的熒光屏上形成穩定的響應波形。

電阻R、電容C串聯與方波發生器的輸出端連接，用雙蹤示波器觀察電容電壓ｕC，便可觀察到穩定的指數曲線，如圖11-5所示，在熒光屏上測得電容電壓最大值：

取，與指數曲線交點對應時間ｔ軸的ｘ點，則根據時間ｔ軸比例尺（掃描時間），該電路的時間常數。

4、微分電路和積分電路

在方波信號ｕS作用在電阻R、電容C串聯電路中，當滿足電路時間常數遠遠小于方波周期T的條件時，電阻兩端（輸出）的電壓ｕR與方波輸入信號ｕS呈微分關系，該電路稱為微分電路。當滿足電路時間常數遠遠大于方波周期T的條件時，電容C兩端（輸出）的電壓ｕC與方波輸入信號ｕS呈積分關系，該電路稱為積分電路。

微分電路和積分電路的輸出、輸入關系如圖11－6

（ａ）、（ｂ）所示。

四、實驗內容

實驗電路如圖11-7所示，圖中電阻R、電容C從

EEL-51D組件上選?。ㄕ埧炊€路板的走線，認清激勵

與響應端口所在的位置；認清Ｒ、Ｃ元件的布局及其標稱值；各開關的通斷位置等），用雙蹤示波器觀察電路激勵（方波）信號和響應信號。ｕS為方波輸出信號，調節函數信號發生器輸出，從示波器上觀察，使方波的峰－峰值和頻率為：ＶP

P＝2Ｖ，f=1ｋHz。

1、ＲＣ一階電路的充、放電過程

（1）測量時間常數τ

選擇EEL-52組件上的Ｒ、Ｃ元件，令Ｒ=3KΩ，Ｃ＝0.01μＦ，用示波器觀察激勵ｕS與響應ｕC的變化規律，測量并記錄時間常數τ。

（2）觀察時間常數τ（即電路參數R、C）對暫態過程的影響

令Ｒ＝5kΩ，Ｃ=0.02μＦ，通過雙蹤示波器觀察并描繪電路激勵和響應的波形，繼續增大Ｃ（取0.02μＦ～0.１μＦ）或增大R（取10kΩ），定性觀察對響應波形的影響。

2、微分電路和積分電路

（1）積分電路

選擇EEL-51D組件上的Ｒ、Ｃ元件組成如圖11-8電路，令Ｒ＝10KΩ，Ｃ＝0.１μF，用雙蹤示波器觀察激勵ｕS與響應ｕC的變化規律并繪出曲線圖。

（2）微分電路

將圖11-8實驗電路中的Ｒ、Ｃ元件位置互換，組成如圖11-9電路，令Ｒ＝600Ω，Ｃ＝0.0１μF，用雙蹤示波器觀察激勵ｕS與響應ｕR的變化規律并繪出曲線圖。

圖11-8

積分電路示意圖

圖11-9

微分電路示意圖

五、實驗注意事項

1、調節電子儀器各旋鈕時，動作不要過猛。實驗前，尚需熟讀雙蹤示波器的使用說明，特別是觀察雙蹤時，要特別注意開關，旋鈕的操作與調節。

2、信號源的接地端與示波器的接地端是連在一起的（稱共地），以防外界干擾而影響測量的準確性。但由于他們內部已經“共地”，使用時要特別注意因共地使被測電路造成短路。

六、預習與思考題

1、用示波器觀察ＲＣ一階電路零輸入響應和零狀態響應時，為什么激勵必須是方波信號？

2、已知ＲＣ一階電路的Ｒ＝10KΩ，Ｃ＝0.01μF，試計算時間常數τ，并根據τ值的物理意義，擬定測量τ的方案。

3、在ＲＣ一階電路中，當Ｒ、Ｃ的大小變化時，對電路的響應有何影響？

4、何謂積分電路和微分電路，它們必須具備什么條件？它們在方波激勵下，其輸出信號波形的變化規律如何？這兩種電路有何功能？

七、實驗報告要求

1、根據實驗內容1（1）觀測結果，繪出ＲＣ—階電路充、放電時ＵC與激勵信號對應的變化曲線，由曲線測得τ值，并與參數值的理論計算結果作比較，分析誤差原因。

2、根據實驗內容2觀測結果，繪出積分電路、微分電路輸出信號與輸入信號對應的波形。

3、回答思考題。