电工技能培训专题-一阶电路的研究.doc

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1、实验九 一阶电路的研究一、 实验目的1研究一阶电路的零输入响应和阶跃响应。2利用RC电路实现微分、积分运算及耦合电路、脉冲分压器等常用电路。二、 实验原理含有一个独立贮能元件，可以用一阶微分方程来描述的电路，称为一阶电路，如图91所示的RC一阶串联电路，输入为一个阶跃电压（u(t)为单位阶跃函数），电容电压的初始值为uc(0+)=UO，则电路的全响应为： 解得： t0图91 图921 零输入响应： 当US=0时，电容的初始电压uc(0+)=UO时，电路的响应称为零输入响应为： t0输出波形为单调下降的。当t=RC时，uc()=0.368,称为该电路的时间常数。如图92。2阶跃响应(零状态响应)

2、： 当uc(0+)=0时，而输入为一个阶跃电压=时，电路的响应称为阶跃响应（零状态响应）：电容电压由零逐渐上升到US，电路时间常数=RC决定上升的快慢，当t=时uc()=0.632US ，如图93。图933微分电路：如图91的电路，设输入为一脉冲波形P(t)，脉冲宽度为tp，当tp=RC时，则uc(t)P(t),而，即：从电阻上输出电压为输入电压P(t)的微分形式乘以。4积分电路：如图91电路，设输入为一脉冲波形P(t)，脉冲宽度为tp,当tptp时，uR(t)波形与输入波形基本一致，略有倾斜，当RC越大，倾斜误差越小，故把输入波形基本不变地耦合输出到下一级电路中去。图94为暂态波形，图95为

3、稳态，这时输入波形与输出波形的根本区别是后者的直流分量为零。6脉冲分压电路：对于一个阶跃信号，如果加到容性负载上，要求输出电压在t=0时也为阶跃电压，则必须采用如图96电路，当=时，由于的补偿作用，该电路如同一个纯电阻分压器。则有：=当为过补偿状态；当为欠补偿状态；其输出波形如图97所示。图96 图97六、实验内容1观测RC串联电路的阶跃响应和零输入响应。按图98接线。由于1641D函数信号发生器仅能提供正负交替的矩形波，故串联一个开关二极管削去负的矩形波以获得所需的方波，波形如图99，只要使，则在一个周期内就能同时观察到阶跃响应和零输入响应。电阻为信号源本身等效内阻（约为50），R1的接入是

4、为了在二极管截止时给RC串联电路提供一个闭合回路，使电容上的电压有一个放电回路，这样才能观察到电路的零输入响应。图98 图99输入方波频率取f=1kHz，方波幅值(整流后)5伏，观测阶跃响应、零输入响应。并记录下输出uC(t)波形，把它们绘在坐标纸上。2 观测由RC组成的积分电路按图98接线。输出由电容两端取得，取R=5K，C=1F ，显然，这时对于充电回路的时间常数，放电回路的时间常数，这两个时间常数均远远大于脉冲宽度0.5ms。故电容充电时不可能充满，电容放电时也不可能放完。由于输入信号的条件不变，最后一定达到动态平衡，本质上这是全响应，但输出取自电容，故为积分电路。请画出波形图，并测出有

5、关的波形参数。观测由RC组成的微分电路电路如图98，把R和C调换位置，输出由电阻两端取得。取C=0.05F,R=1K显然，这时充电回路的时间常数，放电回路的时间常数，这两个时间常数均远远小于脉冲宽度0.5ms，这本质上是零输入响应和零状态响应，但输出取自电阻两端，故为微分电路。请画出波形图，并测出有关的波形参数。观测由RC组成的耦合电路电路如图98，把R和C调换位置，输出仍然由电阻两端取得。取R=5K,C=1F，这时为耦合电路，观察并记录波形参数。脉冲分压电路： 图910 按图910接线,输入方波信号=6v ，f=1kHz 。(1) 正好补偿：R1=20K，C1=0.005F， R2=10 K

6、，C2=0.01F；(2) 欠补偿： R1=20K，C1=0.002F， R2=10K，C2=0.01F；(3) 过补偿： R1=20K，C1=0.02F ， R2=10 K，C2=0.01F；以上三种情况时，分别观测输入和输出波形，并用坐标纸绘出输入Ui(t)=P(t)和输出U2(t)波形。 四、思考题1.根据本次实验电路，讨论零输入、零状态和全响应的概念？2.R1在电路中起何作用？3.脉冲分压器电路中，有两个贮能元件C1和C2，为什么这是一阶电路？4.在图98的电路中，什么条件时要讨论的作用？什么条件时可以不考虑的作用？5.在本次实验中，能用毫伏表测电压吗？为什么？五、实验报告要求1 用电路理论计算各电路的输出理论值，与实验测出的数值进行比较，计算误差并分析误差产生的原因。2 讨论不同的值对电路响应的影响。3 请设计一个一阶全响应电路,并观测全响应波形。4 结论：一阶电路中，满足微分电路、积分电路、耦合电路、脉冲分压器的条件是什么 ？六、实验仪器1 函数信号发生器 2 双踪示波器3 可变电阻箱4 可变电容箱5 二极管电路板