RC一阶电路的响应测试实验报告.doc

Ø 实验七　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。
　　2.图7-1（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τ。
　　3. 时间常数τ的测定方法:
用示波器测量零输入响应的波形如图7-1(a)所示。
根据一阶微分方程的求解得知uc＝Ume-t/RC＝Ume-t/τ。当t＝τ时，Uc(τ)＝0.368Um。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，如图13-1(c)所示。

a) 零输入响应 (b) RC一阶电路 (c) 零状态响应
图 7-1
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τ＝RC<<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，则该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7-2(a)所示。利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。

(a)微分电路 (b) 积分电路
图7-2

若将图7-2(a)中的R与C位置调换一下，如图13-2(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τ＝RC>>，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
DG03
2
双踪示波器

1
自备
3
动态电路实验板

1
DG07
四、实验内容
实验线路板的器件组件，如图7-3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。
1. 从电路板上选R＝10KΩ，C＝6800pF组成如图13-1(b)所示的RC充放电电路。ui为脉冲信号发生器输出的Um＝3V、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τ，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。

l R=10KΩ，C=6800pF时，激励与响应的变化规律：

（积分电路）
（图a 变化规律）
电容先充电，为零状态响应。后放电，为零输入响应
时间常数τ=6.8×10-5 s
l 电阻R不变，减少电容C至3000pF,响应的图像变陡，如下图(b)

(图b)
l 电阻R不变，增大电容C至8000pF,响应的图像变平缓，如下图(c)

（图c）
l 电容C不变，电阻R减小至5KΩ，响应的曲线变陡峭，如下图（d）

(图d)
l 电容C不变，电阻R增大至20KΩ，响应的曲线变平缓，如下图（e）

（图e）

　　2. 令R＝10KΩ，C＝0.1μF，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。
l 令R=10KΩ，C=0.1μF, 激励与响应的变化规律：

l R=10KΩ不变，C=0.1μF，继续增大C值，响应曲线变平缓，当电容C大到一定值时候，响应曲线变成直线（如下图）。

3. 令C＝0.01μF，R＝100Ω，组成
如图7-2(a)所示的微分电路。在同样的方
波激励信号（Um＝3V，f＝1KHz）作用下，
观测并描绘激励与响应的波形。

l 令C=0.01μF，R=100Ω，激励与响应的变化规律如下：

（微分电路）

(激励与响应的变化规律)

增减R之值，定性地观察对响应的影响，
并作记录。当R增至1MΩ时，输入输出波
形有何本质上的区别？
l 当C=0.01μF不变时，增大R值至200Ω，响应曲线变化不明显，如下图：
l 当C=0.01μF不变时，减小R值至20Ω，响应曲线变化不明显。
l R增至1MΩ时，激励与响应的变化规律如下图：
输入波形为方波信号，输出波形接近方波信号。

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 图7-3 动态电路、选频电路实验板
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
　　1. 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＝10KΩ，C＝0.1μF，试计算时间常数τ，并根据τ值的物理意义，拟定测量τ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
　　1. 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τ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。

其中专业理论知识内容包括：保安理论知识、消防业务知识、职业道德、法律常识、保安礼仪、救护知识。作技能训练内容包括：岗位操作指引、勤务技能、消防技能、军事技能。
二．培训的及要求培训目的
安全生产目标责任书
为了进一步落实安全生产责任制，做到“责、权、利”相结合，根据我公司2015年度安全生产目标的内容，现与财务部签订如下安全生产目标：
一、目标值：
1、全年人身死亡事故为零，重伤事故为零，轻伤人数为零。
2、现金安全保管，不发生盗窃事故。
3、每月足额提取安全生产费用，保障安全生产投入资金的到位。
4、安全培训合格率为100%。
二、本单位安全工作上必须做到以下内容：
1、对本单位的安全生产负直接领导责任，必须模范遵守公司的各项安全管理制度，不发布与公司安全管理制度相抵触的指令，严格履行本人的安全职责，确保安全责任制在本单位全面落实，并全力支持安全工作。
2、保证公司各项安全管理制度和管理办法在本单位内全面实施，并自觉接受公司安全部门的监督和管理。
3、在确保安全的前提下组织生产，始终把安全工作放在首位，当“安全与交货期、质量”发生矛盾时，坚持安全第一的原则。
4、参加生产碰头会时，首先汇报本单位的安全生产情况和安全问题落实情况；在安排本单位生产任务时，必须安排安全工作内容，并写入记录。
5、在公司及政府的安全检查中杜绝各类违章现象。
6、组织本部门积极参加安全检查，做到有检查、有整改，记录全。
7、以身作则，不违章指挥、不违章操作。对发现的各类违章现象负有查禁的责任，同时要予以查处。
8、虚心接受员工提出的问题，杜绝不接受或盲目指挥；
9、发生事故，应立即报告主管领导，按照“四不放过”的原则召开事故分析会，提出整改措施和对责任者的处理意见，并填写事故登记表，严禁隐瞒不报或降低对责任者的处罚标准。
10、必须按规定对单位员工进行培训和新员工上岗教育；
11、严格执行公司安全生产十六项禁令，保证本单位所有人员不违章作业。
三、 安全奖惩：
1、对于全年实现安全目标的按照公司生产现场管理规定和工作说明书进行考核奖励；对于未实现安全目标的按照公司规定进行处罚。
2、每月接受主管领导指派人员对安全生产责任状的落