1、廣州大學學生實驗報告開課學院及實驗室： 年 月 日學院 機械與電氣工程年級、專業、班姓名學號實驗課程名稱電路成績實驗項目名稱實驗八RC電路設計和特性測試指導老師一、實驗目的1掌握一階RC電路的幾種組成形式及其作用，利用不同的RC組合電路實現波形變換、信號耦合、脈沖分壓等電路功能。2研究RC電路的頻率響應特性，掌握RC電路幅頻特性和相頻特性的測試方法，并繪制頻率特性曲線。3掌握RC濾波電路，利用RC電路構成常見的低通、高通濾波器，實現對信號的濾波、選頻、移相等。二、實驗原理一、 一階RC電路的時域特性含有一個儲能元件L或C的電路，其電路方程可用一階微分方程描述，這種電路稱為一階電路。圖8-1所示

2、的RC充放電電路就是一個典型的一階電路。 圖8-1 RC充放電電路描述該電路的一階微分方程為：解得一階RC電路的全響應為： 其中稱為一階RC電路的時間常數，R的單位為歐姆，C的單位為法拉，的單位為秒。稱為電容電壓的初始值，為一階RC電路的直流激勵。1、一階RC電路的零狀態響應（階躍響應）如果電路中儲能元件沒有儲存能量，處于零狀態，即=0，當接通外電源時，電路中所產生的響應稱為零狀態響應。對于圖11-1所示的一階RC電路，在t=0時，將開關K由位置2合到位置1，直流電源向C充電，電路的零狀態響應為 ，t0 t0 零狀態響應過程中，電容電壓由零逐漸上升到US，電路時間常數=RC決定上升的快慢，當t

3、=時，uc()=0.632US ，如圖8-2所示。 圖8-2 一階RC電路的零狀態響應曲線2、一階RC電路的零輸入響應電路在無電源激勵,輸入信號為零的條件下,由儲能元件的初始狀態所產生的電路響應稱為零輸入響應。在圖11-1中，當t=0時，將開關K從位置1合到位置2，使電路脫離電源，于是電容元件經過電阻R放電，電路的零輸入響應為： t0 t0零輸入響應的輸出波形為單調下降的。當t=RC時，uc()=0.368，如圖8-3所示。 圖8-3 一階RC電路的零輸入響應曲線從圖8-2和8-3中看出，無論是零狀態響應還是零輸入響應，其響應曲線都是按照指數規律變化的，變化的快慢由時間常數決定，即電路瞬態過程

4、的長短由決定。可見，一階RC電路的時間常數，它決定充放電過程的快慢。越大，過渡過程的時間越長，反之過渡過程的時間越短。3、一階RC電路的暫態響應觀察為了能在普通示波器上觀察這些響應的波形，就必須使這些波形周期性地變化。可采用周期變化的方波（即方波序列）和周期沖激函數（即沖激序列）作為激勵。（a）一階RC電路 （b）激勵波形和響應曲線圖8-4 方波激勵下的一階RC電路充放電響應波形RC 串聯電路如圖8-4(a)所示，由方波激勵。從t=0開始，該電路相當于接通直流電源，如果T/ 2 足夠大（T/25），則在OT/2響應時間范圍內，可以達到穩定值，這樣在OT/2范圍內即為零狀態響應；而從t=T/2

5、開始，則電容C 相當于從起始電壓 向R 放電，若T/2 5，在T/2T 時間范圍內C上電荷可放完，這段時間范圍即為零輸入響應。第二周期重復第一周期，如圖8-4(c)所示，如此周而復始，這就是電容的充放電過程。三、 實驗設備序號名 稱型號與規格數量備注1函數信號發生器12雙蹤示波器13電路原理實驗箱14交流毫伏表15電阻、電容若干四、實驗步驟、實驗任務給定一頻率20KHz,幅值4V的方波激勵信號，請設計一波形轉換器，要求： a)將方波轉換為正弦波； b)轉換過程衰減足夠小。、設計方案采用RC電路，分兩步實現波形轉換：1. RC積分電路，先將給定方波轉換為三角波；2. RC低通濾波電路，再將三角波

6、轉換為正弦波；3* 兩級電路間的隔離(三種方法)。、方案說明 采用Multisim軟件進行電路設計仿真； 實驗箱上搭建硬件電路進行實測； 若仿真與實測波形參數差異較大，查找原因并重新設計及測試五、實驗過程原始記錄（數據、圖表、計算等）六、實驗結果及分析1.改變電源電壓的幅值，是否會改變過渡過程的快慢，為什么？ 不會,只和值有關 三要素法求出電容的電壓關系是: Uc = (uc0-uc()e(-t/)+uc() 顯然是一個指數的關系 變化的的快慢是由值決定的2. 積分電路、微分電路和耦合電路在方波激勵下的輸出波形是怎樣的？它們應滿足什么條件？ 其實積分點路和微分電路就是利用時間常數t=RC來控制

7、輸出的，一般積分電路中，RC電路的時間常數t遠大于脈沖寬度，其輸出信號電壓與輸入信號電壓的積分成正比，故為積分電路， 微分電路中要求t=RC時間常數遠小于脈沖寬度。通過改變電容的充放電的時間使得輸入的矩形脈沖信號變成尖脈沖。 微分電路能夠取出輸出信號中突變的成分，即取出輸入信號中的高頻成分，去掉低頻成分。而積分電路與之正好相反 積分電路：在上升沿沒到來之前，輸出為0V，當輸入脈沖出現后，輸入信號電壓通過電阻對電容充電，由于時間常數比較大，所以在C上電壓上升比較緩慢，按指數規律上升，由于時間常數大于脈沖寬度，所以對電容充電不久輸入脈沖就跳變為0，對電容充電結束。同理，在低電平階段，電容因為充電時間很