一阶动态电路的研究

1.培养学生按图连接实物电路的能力。

2.进一步掌握函数信号发生器和示波器的使用方法。

3.掌握一阶电路时间常数的实验测定方法。

4.理解时间常数对暂态响应产生的影响。

二、实验条件

函数信号发生器、示波器、九孔实验仪、电阻箱、电容箱、电感元件、及导线若干。

三、实验原理

1.一阶RC电路的零状态响应

图3.1.1给出了一阶RC电路零状态响应的原理图，图中电容电压随时间变化规律可以由式(3.1.1)  来确定，其中=RC。

图3.1.1  RC电路零状态响应电路 图3.2.1  RL的零状态响应

2.一阶RC电路的零输入相应

图3.2.1给出了一阶RC电路零输入相应的原理电路图，当 uc（t）=U时，图中电容电压随时间变化的规律可以有式 3.2.1来描述，其中=RC。

3.实验法测量一阶电路时间常数的原理

图3.3.1给出了一阶RC电路零输入曲线图，图中当电容电压由其最大值放电到最大值的36.8%时，在时间轴上的两点的时间差值即等于该一阶RC电路的时间常数。

图3.1.1  一阶RC电路电容放电曲线图 图3.4.1由RC构成的积分电路

4.由RC构成的积分电路

在图3.4.1中，当输入电压为周期变化的方波，且电路的时间常数远大于方波的脉宽时，电容电压随时间变化规律近似和电源电压的积分成正比，可以用式3.4.1来描述。

5.由RC构成的微分电路

在图3.5.1中当输入电压为周期变化的方波，且电路的时间常数远小于方波的脉宽时，电阻电压随时间的变化规律近似和电源电压的微分成正比。可以用式3.5.1来描述。

图3构成的微分电路

四、实验内容及操作步骤

1.一阶RC动态电路的工作性能研究

（1）按图 4.1.1 连接实验电路，函数信号发生器输出信号为方波，占空比为50%，频率为1.1KHz，峰峰值为3Vpp，直流偏置为1.5V。

 图4.1.1一阶RC实验电路 图4.1.2  一阶RC微分电路

（2）按表4.1.1设置电阻值和电容值，用示波器观察us和uc的波形，将观察到的波形记录到表4.1.1中。

（3）在uc的波形上读取暂态响应的时间常数及电容电压的最大值，记录到表4.1.1中的相应位置。

（4）在图4.1.1的连接状态下，函数信号发生器输出信号为方波，占空比为50%，频率为1.1KHz，峰峰值为3Vpp，直流偏置为1.5V，设置电阻和电容值，在满足积分电路的基础上，将示波器同时观察到的us和uc的波形记录到表4.12中。

（5）在图4.1.2的连接状态下，函数信号发生器输出信号为方波，占空比为50%，频率为1.1KHz，峰峰值为3Vpp，直流偏置为1.5V，设置电阻和电容值，在满足微分电路的基础上，将示波器同时观察到的us和uc的波形记录到表4.1.2中。

2.数据分析

A.一阶暂态电路

1.1K方波周期

半个周期

误差

i.R=500Ω   C=0.1uF

时间常数（理论值）

RC=50

ii.R=1KΩ   C=0.1uF

时间常数（理论值）

RC=50

iii.R=1KΩ   C=0.2uF

时间常数（理论值）

RC=50

3.结论：

根据实验曲线及实验数据可以得到，在实验允许的范围之内，时间常数与理论值基本吻合，因此可以证明电容充电曲线可以认为是一阶RC电路零输入响应的过程曲线。而电容的放电曲线可以认为是一阶RC电路的零输入响应过程曲线。

B.积分电路

RC电路的积分条件：RC≥Tk

积分电路特点

a)积分电路可以使输入方波转换成三角波或者斜波

b)积分电路电阻串联在主电路中，电容在干路中

c)积分电路的时间常数t要大于或者等于10倍输入脉冲宽度

d)积分电路输入和输出成积分关系

B．积分电路

RC电路的积分条件：RCTk

积分电路特点

a)微分分电路可以使输入方波转换成脉冲波

b)微分电路电阻串联在主电路中，电阻在干路中

c)微分电路的时间常数t要小于于或者等于10倍输入脉冲宽度

d)微分电路输入和输出成微分关系

五、心得体会

深入学习一阶RC暂态电路，并且掌握其测量方法。了解了为积分电路的工作条件及工作特点。

六、 教师评语及成绩

教师签名：

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