浙江大学实验报告：一阶rc电路的瞬态响应过程实验研究.docxVIP

三墩职业技术学院实验报告 课程名称：电子电路设计实验 指导老师： 成绩： __________________ 实验名称： 一阶 RC电路的瞬态响应过程实验研究 实验类型：探究类同组学生姓名： __ 一、实验目的 二、实验任务与要求 三、实验方案设计与实验参数计算 （ 3.1 总体设计、 3.2 各功能电路设计与计算、 3.3 完整的 实验电路??） 四、主要仪器设备 五、实验步骤与过程 六、实验调试、实验数据记录 七、实验结果和分析处理 八、讨论、心得 一、实验目的 1、熟悉一阶 RC电路的零状态响应、零输入响应过程。 2、研究一阶 RC电路在零输入、阶跃激励情况下，响应的基本规律和特点。 3、学习用示波器观察分析 RC电路的响应。 4、从响应曲线中求 RC电路的时间常数。 二、实验理论基础 1、一阶 RC电路的零输入响应（放电过程） 零输入响应： 电路在无激励情况下， 由储能元件的初始状态引起的响应， 即电路初始状态不为 线 零，输入为零所引起的电路响应。 （实际上是电容器 C 的初始电压经电阻 R 放电过程。） 图 1 在图 1 中，先让开关 K 合于位置 a，使电容 C 的初始电压值 uc (0 ) U 0 ，再将开 K 转到位置 b。 电容器开始放电，放电方程是 uC RC duC 0 (t 0) dt 可以得出电容器上的电压和电流随时间变化的规律： t t t t u (0 )e RC U uC (t ) uC (0 )e RC U 0e (t 0) C 0 e (t 0) iC (t ) R R 式中 τ=RC为时间常数，其物理意义 u C (t ) 是衰减到 1/e （36.8%） uc (0) 所需要的时间，反映了电路过渡过程的快慢程度。 τ 越大，暂态响应所持续的时间越长，即过渡过程的时间越长；反之， 过渡过程的时间越短。时间常数可以通过相应的衰减曲线来反 uC (t )  τ越小， 应 ，如 2。由于经过 5τ时间后， 已经衰减到初态的 1%以下，可以认为经过 5τ时间，电容已经放电完毕。 2 2、一阶 RC电路的零状态响应（充电过程） 所谓零状态响应是指初始状态为零， 而输入不为零所产生的电路响应。 一阶 RC电路在阶跃信号激励下的零状态响应实际上就是直流电源经电阻 R向 C充电 的过程。在图 1 所示的一阶电路中，先让开关 K 合于位置 b，当 t = 0 时，将开 关 K 转到位置 a。 uC RC du C U S (t 0) 电容器开始充电，充电方程为 dt 初始值 uc (0) =0 可以得出电压和电流随时间变化的规律： t t t t uC (t) U S 1 e RC US 1 e(t 0) iC (t ) U S e RC U S e(t 0) R R 式中 τ =RC 为时间常数，其物理意义是由初始值上升至稳态值与初始值差值的 63.2%处所需要的时间。同样可以从响应曲线中求出 τ，如图 3。 3 3．方波响应 当方波信号激励加到 RC两端时，在电路的时间常数远小于方波周期时，可 以视为零状态响应和零输入响应的多次过程。 方波的前沿相当于给电路一个阶跃 输入，其响应就是零状态响应；方波的后沿相当于在电容具有初始值 uc(0) 时， 装 把电源用短路置换，电路响应转换成零输入响应。 当方波的 1／2 周期小于电路的时间常数时，方波前后沿对应的是瞬态过程 订 的其中一小部分。 线 由于方波是周期信号， 可以用普通示波器显示出稳定的响应图形， 便于观察 和作定量分析。 三、实验仪器设备 实验电路板、示波器（电路图如图所示） 、直流稳压源（为电路板提供 12V电压） 测试信号产生部分 实验测试部分 P.4 四、实验任务与步骤 1．用示波器观察 RC电路的零输入响应、零状态响应，描绘响应曲线，求出电路 的时间常数。 2．更换电路中电阻、电容的大小，重新测量电路的各种响应，分别求出每次测 量的时间常数。 3．理论计算电路的时间常数，并与实验测量值比较。 五、实验操作要点 1、明确实验目的、实验要求与实验原理。 2、根据示波器的显示，描绘出各种 RC电路的响应波形，加以比较。 3、进行测量误差分析。 六、实验数据记录 表 1、不同接入条件、电路状态下响应波形图、幅度及时间 电路状态 接入电路 接入电容 C/pF 波形图 周期内电路响 响应时间 t/ms 装 R/ Ω 应幅度△ U/v 订 线 ① 4300 10 103 10.96 0.220 零输入 响应（放 电） ② 4300 22 104 4.60 0.524 ③ 750 10 104 11.28 0.384 零状态 响应（充 电） ④ 9100 10 104 5.04 0.5