实验报告实验十一一阶电路暂态过程的研究-一阶电路的暂态过程实验报告.doc

实验报告 实验十一 一阶电路暂态过程的研究:一阶电路的暂态过程实验报告实验一阶电路暂态过程的研究 一、实验目的 1、 研究一阶电路的零输入响应、零状态响应和全响应的规律和特点； 2、 学习一阶电路时间常数的测量方法，了解电路参数对时间常数的影响； 3、 掌握微分电路和积分电路的基本概念。 二、实验设备 1、GDS-1072-U数字示波器 2、AFG 2025函数信号发生器 （方波输出） 3、EEL-52组件（含电阻、电容） 三、实验原理 1、 一阶电路的零状态响应 一阶电路如图11-1所示，开关S在1的位置，C0，处于零状态，当开关S合向2的位置时，电源通过R向电容C充电，C（）称为零状态响应。 变化曲线如图11-2所示，当C上升到所需要的时间称为时间常数，。 2、一阶电路的零输入响应 在图11-1中，开关S在2的位置电路电源通过R向电容C充电稳定后，再合向1的位置时，电容C通过R放电，C（）称为零输入响应。 输出变化曲线如图11-3所示，当C下降到所需要的时间称为时间常数，。 3、测量一阶电路时间常数 图111电路的上述暂态过程很难观察，为了用普通示波器观察电路的暂态过程，需采用图114所示的周期性方波S作为电路的激励信号，方波信号的周期为T，只要满足 ，便可在普通示波器的荧光屏上形成稳定的响应波形。 电阻R、电容C串联与方波发生器的输出端连接，用双踪示波器观察电容电压C，便可观察到稳定的指数曲线，如图11-5所示，在荧光屏上测得电容电压最大值： 取 ，与指数曲线交点对应时间轴的点，则根据时间轴比例尺（扫描时间），该电路的时间常数。 4、 微分电路和积分电路 在方波信号S作用在电阻R、电容C串联电路中，当满足电路时间常数远远小于方波周期T的条件时，电阻两端（输出）的电压R与方波输入信号S呈微分关系，该电路称为微分电路。当满足电路时间常数远远大于方波周期T的条件时，电容C两端（输出）的电压C与方波输入信号S呈积分关系，该电路称为积分电路。 微分电路和积分电路的输出、输入关系如图116 （）、（）所示。 四、实验内容 实验电路如图11-7所示，图中电阻R、电容C从 EEL-51D组件上选取（请看懂线路板的走线，认清激励 与响应端口所在的位置；认清、元件的布局及其标称值；各开关的通断位置等），用双踪示波器观察电路激励（方波）信号和响应信号。S为方波输出信号，调节函数信号发生器输出，从示波器上观察，使方波的峰峰值和频率为：P - P2，f=1Hz。 1、 一阶电路的充、放电过程 （1）测量时间常数 选择EEL-52组件上的、元件，令=3K，0.01，用示波器观察激励S与响应C的变化规律，测量并记录时间常数。 （2）观察时间常数（即电路参数R、C）对暂态过程的影响 令5k，=0.02，通过双踪示波器观察并描绘电路激励和响应的波形，继续增大（取0.020.）或增大R（取10k），定性观察对响应波形的影响。 2、微分电路和积分电路 （1）积分电路 选择EEL-51D组件上的、元件组成如图11-8电路，令10K，0.F，用双踪示波器观察激励S与响应C的变化规律并绘出曲线图。 （2）微分电路 将图11-8实验电路中的、元件位置互换，组成如图11-9电路，令600，0.0F，用双踪示波器观察激励S与响应R的变化规律并绘出曲线图。 图11-8 积分电路示意图 图11-9 微分电路示意图 五、实验注意事项 1、调节电子仪器各旋钮时，动作不要过猛。实验前，尚需熟读双踪示波器的使用说明，特别是观察双踪时，要特别注意开关，旋钮的操作与调节。 2、信号源的接地端与示波器的接地端是连在一起的（称共地），以防外界干扰而影响测量的准确性。但由于他们内部已经“共地”，使用时要特别注意因共地使被测电路造成短路。 六、预习与思考题 1、用示波器观察一阶电路零输入响应和零状态响应时，为什么激励必须是方波信号？ 2、已知一阶电路的10K，0.01F，试计算时间常数，并根据值的物理意义，拟定测量的方案。 3、在一阶电路中，当、的大小变化时，对电路的响应有何影响？ 4、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？这两种电路有何功能？ 七、实验报告要求 1、根据实验内容1（1）观测结果，绘出阶电路充、放电时C与激励信号对应的变化曲线，由曲线测得值，并与参数值的理论计算结果作比较，分析误差原因。 2、根据实验内容2观测结果，绘出积分电路、微分电路输出信号与输入信号对应的波形。 3、回答思考题。 第 5 页 共 5 页