一階電路動態過程的研究實驗

來源：    作者：    發布時間：2018-9-15 22:14:31

一階電路動態過程的研究實驗

一、一階電路動態過程的研究實驗實驗目的

（1）研究一階電路的零輸入響應，零狀態響應及全響應的基本規律和特點。

（2）學習一階電路時間常數τ的測量方法。

（3）熟悉微分和積分電路結構，加深對構成微分和積分電路必要條件的理解。

（4）熟悉示波器的使用方法。

二、一階電路動態過程的研究實驗原理及說明

　　（1）含有L、C元件的電路稱動態電路。描述動態電路的方程是微分方程，由給定的初始條件可求得電路的響應。對線性電路其響應可分為零狀態響應、零輸入響應及全響應。初始狀態為零，僅激勵引起的響應叫零狀態響應；激勵為零，由初始條件引起的響應叫零輸入響應；同時同激勵和初始條件引起的響應叫全響應。電路中只含有一個電感或電容元件時稱為一階電路。

　　（2）一階電路的零輸入響應總是按指數規律衰減，零狀態響應總是按指數規律遞增或遞減，衰減和遞增速率的快慢，決定于電路本身參數所確定的時間常數τ。在RC電路中，τ＝RC；在RC電路中，τ＝L/R。

　　（3）動態電路的過渡過程是短暫的單次變化過程，在瞬間發生又很快消失，所以觀察這一過程是有困難的，常用方法是用方波儀記錄其過程。在實驗室中，根據電路時間常數τ的大小不同分別采用不同的實驗方法。當τ較大時（數秒），一般采用卡秒表的方法，即在“換路”的同時，既觀測電壓（或電流）的數值，又啟動秒表記錄時間，從而可以記錄下電壓（或電流）隨時間變化的規律。當τ較小時，一般采用示波器觀測。為了便于觀測，必須使單次過渡過程重復出現。可以用方波的前沿代替單次接通直流電源，這樣，在方波的每一個前沿和后沿，都出現一次過渡過程。

　　（4）微分電路和積分電路是脈沖數字電路中最常見的波形變換電路。如果輸入是方波信號，對于微分電路，當電路時間常數τ遠遠小于方波的脈沖寬度Tp（20倍以上）時，電路輸出與輸入近似呈微分關系，即將方波變換成正負極性的尖脈沖；對于積分電路，如果電路時間常數τ遠遠大于方波的脈沖寬度Tp（20倍以上），電路輸出與輸入近似呈積分關系，即將方波變換成三角波。

三、一階電路動態過程的研究實驗電路及元器件參數

　　實驗電路見電路原理實驗箱《一階電路動態過程的研究》單元，R1＝3KΩ、R2＝5.1KΩ、R3＝5.1KΩ、R4＝2.4KΩ、C1＝10μ、C2＝0.1μ、L1＝100mH、L2＝100mH。在這個單元上，可以做RC微分、RC積分、RL微分、RL積分。

四、一階電路動態過程的研究實驗內容及方法步驟

（一）微分電路與積分電路的研究

（1）RC微分電路如圖1所示，調節方波儀輸出頻率，使方波脈沖寬度滿足微分電路的必要條件，將R2、R4分別接入，觀察微分電路輸出有何不同，并將波形畫在附表本圖2中。

（2）RL微分電路如圖2所示，調節方波儀輸出頻率，使方波脈沖寬度滿足微分電路的必要條件，將R1、R3分別接入，觀察微分電路輸出有何不同，并將波形畫在附表圖2中。

（3）RC積分電路如圖3所示，在方波脈沖寬度滿足積分電路必要條件下將R1、R3分別接入，觀察積分電路輸出有何不同，并將波形畫在附表圖4中。

（4）RL積分電路如圖4所示，在方波脈沖寬度滿足積分電路必要條件下，將R2、R4分別接入，觀察積分電路輸出有何不同，并將波形畫在附表5中。

五、一階電路動態過程的研究實驗測試記錄表格

　　見附表。

六、一階電路動態過程的研究實驗注意事項

（1）電路左端為輸入端，加方波信號，右端為輸出端，接示波器，不要弄錯。

（2）用示波器觀察波形，一定要將輸入信號選擇開關置于“AC”位置，隨被測信號幅值不同，改變幅值開關的位置，使波形清晰可測。

七、預習及思考題

（1）微分電路如圖5所示，R＝5.1KΩ，C1＝0.1μF，試問對方波脈寬有什么要求？

八、一階電路動態過程的研究實驗報告要求

（1）分別畫出微分電路、積分電路輸出波形，并指出隨電阻R值的不同，波形有何變化？

九、一階電路動態過程的研究實驗用儀器、儀表、設備

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