时间常数τ的测定方法

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,实验,2.9 RC,一阶电路的响应测试,一、实验目的,1.,测定,RC,一阶电路的零输入响应、零状态响应及完全响应。,2.,学习电路时间常数的测量方法。,3.,掌握有关微分电路和积分电路的概念。,4.,进一步学会用示波器观测波形。,二、原理说明,1.,动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程。,要用普通示波器观察过渡过程和测量有关的参数，,就必须使这种单次变化的过程重复出现。,为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，,即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；,利用方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号。只要,选择方波的重复周期远大于电路的时间常数,，那么电路在,这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响应就和直流电接,通与断开的过渡过程是基本相同的。,2.,图,4-1,（,b,）所示的,RC,一阶电路的零输入响应和零状态响,应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路,的时间常数,。,3.,时间常数,的测定方法,:,用示波器测量零输入响应的波形如图,4-1(a),所示。,0.368,t,t,R,C,t,t,0.632,0,0,0,0,+,c,u,u,U,m,c,u,c,u,u,u,U,m,U,m,U,m,(a),零输入响应,(b)RC,一阶电路,(c),零状态响应,图,4-1,根据一阶微分方程的求解得知,uc,Ume-t/RC,Ume-t/,。,当,t,时，,Uc(),0.368Um,。此时所对应的时间就等于,。,亦可用零状态响应波形增加到,0.632Um,所对应的时间测得，,如图,4-1(c),所示。,4.,微分电路和积分电路是,RC,一阶电路中较典型的电路，,它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。,一个简单的,RC,串联电路，在方波序列脉冲的重复激,励下，当满足,RCT/2,时（,T,为方波脉冲的重复周期）,且由,R,两端的电压作为响应输出，则电路就是一个微分,电路。因为此时电路的 输出信号电压与输入信号,电压的微分成正比。如图,4-2(a),所示。利用微分电路,可以将方波转变成尖脉冲。,T,R,C,T/2,i,R,c,R,c,c,u,u,u,i,u,R,(,a),微分电路,(b),积分电路,图,4-2,若将图,4-2(a),中的,R,与,C,位置调换一下，如图,4-2(b),所示，由,C,两端的电压作为响应输出，且当电路的参数满足,RC,T/2,，则该,RC,电路称为积分电路。因为此时电路的输出信号,电压与输入信号电压的积分成正比。利用积分电路可以将方,波转变成三角波。,从输入输出波形来看，上述两个电路均起,着波形变换的作用，请在实验过程仔细观察与记录。,三、实验设备,序号,名 称,型号与规格,数量,备注,1,函数信号发生器,1,2,双踪示波器,1,自备,3,动态电路实验板,1,DGJ-03,四、实验内容,实验线路板的器件组件，如图,4-3,所示，请认清,R,、,C,元件的布局及其标称值，各开关的通断位置等。,从电路板上选,R,10K,，,C,3300pF,组成如图,4-1(b),所示的,RC,充放电电路。,ui,为脉冲信号发生器输出的,Um,1.84V,、,f,1KHz,的方波电压信号，并通过两根,同轴电缆线，将激励源,ui,和响应,uC,的信号分别连至,示波器的两个输入口,YA,和,YB,。这时可在示波器的屏,幕上观察到激励与响应的变化规律，请测算出时间,常数,，并用方格纸按,1:1,的比例描绘波形。,少量地改变电容值或电阻值，定性地观察对响应的影响，,记录观察到的现象。,2.,令,R,10K,，,C,0.01F,，观察并描绘响应的波形，,继续增大,C,之值，定性地观察对响应的影响。,3.,令,C,0.01F,，,R,1k,，组成如图,4-2(a),所示的微分电路。,在同样的方波激励信号（,Um,1.8V,，,f,1KHz,）作用下，,观测并描绘,激励与响应,的,波,形。,增减,R,之值，定性地观察对响应的影响，并作记录。,当,R,增至,1M,时，输入输出波形有何本质上的区别,激励,Ui,Uo,响应,五、实验注意事项,1.,调节电子仪器各旋钮时，动作不要过快、过猛。实验前，,需熟读双踪示波器的使用说明书。观察双踪时，要特别,注意相应开关、旋钮的操作与调节。,2.,信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起（称共地）,以防外界干扰而影响测量的准确性,3.,示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏,上不动时，应将辉度调暗，以延长示波管的使用寿命。,六、预习思考题,什么样的电信号可作为,RC,一阶电路零输入响应、零状,态响应和完全响应的激励源？,2.,已知,RC,一阶电路,R,10K,，,C,0.1F,，试计算时间常数,，,并根据,值的物理意义，拟定测量,的方案。,3.,何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？它们在,方波序列脉冲的激励下，其输出信号波形的变化规律如何？,这两种电路有何功用？,4.,预习要求：熟读仪器使用说明，回答上述问题，准备方格纸。,七、实验报告,根据实验观测结果，在方格纸上绘出,RC,一阶电路充放电时,uC,的,变化曲线，由曲线测得,值，并与参数值的计算结果作比较，,分析误差原因。,2.,根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成,条件，阐明波形变换的特征。,3.,心得体会及其他。,