實(shí)驗(yàn)一常用儀器的使用

1、實(shí)驗(yàn)九　RC一階電路的響應(yīng)測(cè)試,基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,主講教師：余善好,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.測(cè)定RC一階電路的零輸入響應(yīng)，零狀態(tài)響應(yīng)及完全響應(yīng)。2.學(xué)習(xí)電路時(shí)間常數(shù)的測(cè)定方法。3.掌握有關(guān)微分電路和積分電路的概念。4.進(jìn)一步學(xué)會(huì)用示波器測(cè)繪圖形。,二、原理說(shuō)明,1. 動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的過(guò)渡過(guò)程是十分短暫的單次變化過(guò)程， 對(duì)時(shí)間常數(shù)τ較大的電路，可用慢掃描長(zhǎng)余輝示波器觀察光點(diǎn)移動(dòng)的軌跡。然而能用一般的雙蹤示波器觀察過(guò)渡過(guò)程和測(cè)量有關(guān)的參數(shù)，必須使

2、這種單次變化的過(guò)程重復(fù)出現(xiàn)。為此，我們利用信號(hào)發(fā)生器輸出的方波來(lái)模擬階躍激勵(lì)信號(hào)，即令方波輸出的上升沿作為零狀態(tài)響應(yīng)的正階躍激勵(lì)信號(hào)；方波下降沿作為零輸入響應(yīng)的負(fù)階躍激勵(lì)信號(hào)，只要選擇方波的重復(fù)周期遠(yuǎn)大于電路的時(shí)間常數(shù)τ，電路在這樣的方波序列脈沖信號(hào)的激勵(lì)下，它的影響和直流電源接通與斷開的過(guò)渡過(guò)程是基本相同的。,2.RC一階電路的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)分別按指數(shù)規(guī)律衰減和增長(zhǎng)，其變化的快慢決定于電路的時(shí)間常數(shù)τ。3.時(shí)間常數(shù)τ的測(cè)定方

3、法圖9-1(a)所示電路 用示波器測(cè)得零輸入響應(yīng)的波形如圖9-1(b)所示。根據(jù)一階微分方程的求解得知,,uc＝Ee-t/RC＝Ee-t/τ 當(dāng)t＝τ時(shí)，Uc(τ)＝0.368E 此時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就等于τ 亦可用零狀態(tài)響應(yīng)波形增長(zhǎng)到0.632E所對(duì)應(yīng)的時(shí)間測(cè)得，如圖9-1(c)所示。,圖9-1,a RC一階電路,b零輸入響應(yīng),c 零狀態(tài)響應(yīng),,4. 微分電路和積分電路是RC一階電路中較典型的電路，它對(duì)電路元

4、件參數(shù)和輸入信號(hào)的周期有著特定的要求。一個(gè)簡(jiǎn)單的RC串聯(lián)電路，在方波序列脈沖的重復(fù)激勵(lì)下，當(dāng)滿足τ＝RC« 時(shí)（T為方波脈沖的重復(fù)周期），且由R端作為響應(yīng)輸出，如圖9-2(a)所示。這就構(gòu)成了一個(gè)微分電路，因?yàn)榇藭r(shí)電路的輸出信號(hào)電壓與輸入信號(hào)電壓的微分成正比。,若將圖9-2(a)中的R與C位置調(diào)換一下，即由 C 端作為響應(yīng)輸出，且當(dāng)電路參數(shù)的選擇滿足τ＝RC»T/2 條件時(shí)，如圖9-2(b)所示即構(gòu)成積分電路，因?yàn)榇?/p>

5、時(shí)電路的輸出信號(hào)電壓與輸入信號(hào)電壓的積分成正比?！　妮敵霾ㄐ蝸?lái)看，上述兩個(gè)電路均起著波形變換的作用，請(qǐng)?jiān)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中仔細(xì)觀察與記錄。,三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,實(shí)驗(yàn)線路板的結(jié)構(gòu)如圖9-3所示，認(rèn)清R、C元件的布局及其標(biāo)稱值，各開關(guān)的通斷位置等等。,選擇動(dòng)態(tài)線路板上R、C元件，令 (1) R＝10KΩ，　C＝1000PF 組成如圖9-1(a)所示的RC充放電電路，E為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出，取Um＝3V，f＝1KHz的方波電壓信號(hào)，并

6、通過(guò)兩根同軸電纜線，將激勵(lì)源u和響應(yīng)uc的信號(hào)分別連至示波器的兩個(gè)輸入口YA和YB，這時(shí)可在示波器的屏幕上觀察到激勵(lì)與響應(yīng)的變化規(guī)律，求測(cè)時(shí)間常數(shù)τ，并描繪u及uc波形。少量改變電容值或電阻值，定性觀察對(duì)響應(yīng)的影響，記錄觀察到的現(xiàn)象。,(2) 令R＝10KΩ，C＝3300PF，觀察并描繪響應(yīng)波形，繼續(xù)增大 C之值，定性觀察對(duì)響應(yīng)的影響。2.選擇動(dòng)態(tài)板上R、C元件,組成如圖9-2(a)所示微分電路,令C＝3300PF，R＝30KΩ。

7、在同樣的方波激勵(lì)信號(hào)(Um＝3V，f＝1KHz)作用下，觀測(cè)并描繪激勵(lì)與響應(yīng)的波形。增減R之值，定性觀察對(duì)響應(yīng)的影響，并作記錄。當(dāng)R增至∞時(shí)，輸入輸出波形有何本質(zhì)上的區(qū)別？,四、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng),1.示波器的輝度不要過(guò)亮。2.調(diào)節(jié)儀器旋鈕時(shí)，動(dòng)作不要過(guò)猛。3.調(diào)節(jié)示波器時(shí)，要注意觸發(fā)開關(guān)和電平調(diào)節(jié)旋鈕的配合使用，以使顯示的波形穩(wěn)定。4.作定量測(cè)定時(shí)，“t/div”和“v/div”的微調(diào)旋鈕應(yīng)旋至“校準(zhǔn)”位置。5.為防止外界干擾，函