实验八一阶动态电路的响应测试一

实验八一阶动态电路的响应测试一一、实验目的：1.学习电路时间常数的测量方法。2.熟练使用示波器的光标测量。3.了解RC电路的零输入响应和零状态响应。二、实验内容：1.研究RC电路的零输入响应和零状态响应。用示波器观察响应过程。2.电路参数：R=100K、C=10uF、Vi=2V从响应波形图中测量时间常数ζ和电容的充放电时间.三、实验环境：面包板一个，直流源，100KΩ电阻，10uF电容，示波器，导线若干。四、实验原理：1.一阶电路：在一个电路简化后（如电阻的串并联，电容的串并联，电感的串并联化为一个元件），只含有一个电容或电感元件（电阻无所谓）的电路叫一阶电路。主要是因为这样的电路的Laplace等效方程中是一个一阶的方程。2.RC电路的零输入响应和零状态响应（i）电路中某时刻的电感电流和电容电压称为该时刻的电路状态。t=0时，电容电压uc（0）称为电路的初始状态。（ii）在没有外加激励时，仅由t=0零时刻的非零初始状态引起的响应称为零输入响应，它取决于初始状态和电路特性（通过时间常数τ=RC来体现），这种响应时随时间按指数规律衰减的。（iii）在零初始状态时仅由在t0时刻施加于电路的激励引起的响应称为零状态响应，它取决于外加激励和电路特性，这种响应是由零开始随时间按指数规律增长的。.（iiii）线性动态电路的完全响应为零输入响应和零状态响应之和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τ，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。3.时间常数τ的测定方法:充电：Uc＝Um*（1-e^-t/RC）＝Um*(1-e^-t/τ),当t＝τ时，即t为电容充电时间，Uc＝Um*（1-e^-1）＝0.632Um。此时所对应的时间就等于τ。亦可用零状态响应波形增加到0.632Um所对应的时间测得，即电容充电的时间t.放电：Uc＝Um*(1-e^-t/τ),当t＝τ时，即t为电容放电时间，Uc＝0.368Um。此时所对应的时间就等于τ。亦可用0.368Um所对应的时间测得，即电容放电的时间t.五．实验数据：1.充电及放电电路图：充电时s接b端，放电时s接a端。2.充电时波形图：充电时间T=28.4s,时间常数τ=5.2s3.放电时波形图：放电时间T=22.9s,时间常数τ=4.8s六．实验总结(1)实验测得在误差范围内，充电时间T=28.4s,时间常数τ=5.2s放电时间T=22.9s,时间常数τ=4.8s,误差的存在在于与充电放电标准Uc的值存在差值。相对偏差为0.04。(2)电路连接好后方可打开电源，否则会损坏器件，产生误差。实验时应注意同示波器动态测量电容两端电压的方法，以便得到正确波形。(3)将实验数据与一阶动态电路的原理进行对比，并找出实验误差，进行改进实验。