一阶电路动态过程的研究实验

来源：    作者：    发布时间：2018-9-15 22:14:31

一阶电路动态过程的研究实验

一、一阶电路动态过程的研究实验实验目的

（1）研究一阶电路的零输入响应，零状态响应及全响应的基本规律和特点。

（2）学习一阶电路时间常数τ的测量方法。

（3）熟悉微分和积分电路结构，加深对构成微分和积分电路必要条件的理解。

（4）熟悉示波器的使用方法。

二、一阶电路动态过程的研究实验原理及说明

　　（1）含有L、C元件的电路称动态电路。描述动态电路的方程是微分方程，由给定的初始条件可求得电路的响应。对线性电路其响应可分为零状态响应、零输入响应及全响应。初始状态为零，仅激励引起的响应叫零状态响应；激励为零，由初始条件引起的响应叫零输入响应；同时同激励和初始条件引起的响应叫全响应。电路中只含有一个电感或电容元件时称为一阶电路。

　　（2）一阶电路的零输入响应总是按指数规律衰减，零状态响应总是按指数规律递增或递减，衰减和递增速率的快慢，决定于电路本身参数所确定的时间常数τ。在RC电路中，τ＝RC；在RC电路中，τ＝L/R。

　　（3）动态电路的过渡过程是短暂的单次变化过程，在瞬间发生又很快消失，所以观察这一过程是有困难的，常用方法是用方波仪记录其过程。在实验室中，根据电路时间常数τ的大小不同分别采用不同的实验方法。当τ较大时（数秒），一般采用卡秒表的方法，即在“换路”的同时，既观测电压（或电流）的数值，又启动秒表记录时间，从而可以记录下电压（或电流）随时间变化的规律。当τ较小时，一般采用示波器观测。为了便于观测，必须使单次过渡过程重复出现。可以用方波的前沿代替单次接通直流电源，这样，在方波的每一个前沿和后沿，都出现一次过渡过程。

　　（4）微分电路和积分电路是脉冲数字电路中最常见的波形变换电路。如果输入是方波信号，对于微分电路，当电路时间常数τ远远小于方波的脉冲宽度Tp（20倍以上）时，电路输出与输入近似呈微分关系，即将方波变换成正负极性的尖脉冲；对于积分电路，如果电路时间常数τ远远大于方波的脉冲宽度Tp（20倍以上），电路输出与输入近似呈积分关系，即将方波变换成三角波。

三、一阶电路动态过程的研究实验电路及元器件参数

　　实验电路见电路原理实验箱《一阶电路动态过程的研究》单元，R1＝3KΩ、R2＝5.1KΩ、R3＝5.1KΩ、R4＝2.4KΩ、C1＝10μ、C2＝0.1μ、L1＝100mH、L2＝100mH。在这个单元上，可以做RC微分、RC积分、RL微分、RL积分。

四、一阶电路动态过程的研究实验内容及方法步骤

（一）微分电路与积分电路的研究

（1）RC微分电路如图1所示，调节方波仪输出频率，使方波脉冲宽度满足微分电路的必要条件，将R2、R4分别接入，观察微分电路输出有何不同，并将波形画在附表本图2中。

（2）RL微分电路如图2所示，调节方波仪输出频率，使方波脉冲宽度满足微分电路的必要条件，将R1、R3分别接入，观察微分电路输出有何不同，并将波形画在附表图2中。

（3）RC积分电路如图3所示，在方波脉冲宽度满足积分电路必要条件下将R1、R3分别接入，观察积分电路输出有何不同，并将波形画在附表图4中。

（4）RL积分电路如图4所示，在方波脉冲宽度满足积分电路必要条件下，将R2、R4分别接入，观察积分电路输出有何不同，并将波形画在附表5中。

五、一阶电路动态过程的研究实验测试记录表格

　　见附表。

六、一阶电路动态过程的研究实验注意事项

（1）电路左端为输入端，加方波信号，右端为输出端，接示波器，不要弄错。

（2）用示波器观察波形，一定要将输入信号选择开关置于“AC”位置，随被测信号幅值不同，改变幅值开关的位置，使波形清晰可测。

七、预习及思考题

（1）微分电路如图5所示，R＝5.1KΩ，C1＝0.1μF，试问对方波脉宽有什么要求？

八、一阶电路动态过程的研究实验报告要求

（1）分别画出微分电路、积分电路输出波形，并指出随电阻R值的不同，波形有何变化？

九、一阶电路动态过程的研究实验用仪器、仪表、设备

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