PAGEPAGE18實驗四一階動態電路暫態過程的研究一．實驗目的1、研究一階RC電路的零輸入響應、零狀態響應和全響應的變化規律和特點。2、研究一階電路在階躍激勵和方波激勵情況下，響應的基本規律和特點。測定一階電路的時間常數,了解電路參數對時間常數的影響。3、掌握積分電路和微分電路的基本概念。4、研究一階動態電路階躍響應和沖激響應的關系。5、學習用示波器觀察和分析電路的響應。二．實驗原理1.含有動態元件的電路，其電路方程為微分方程。用一階微分方程描述的電路，為一階電路。圖6－1所示為一階RC電路。首先將開關S置于1使電路處于穩定狀態。在t=0時刻由1扳向2，電路對激勵Us的響應為零狀態響應，有這一暫態過程為電容充電的過程，充電曲線如圖6－2a所示。電路的零狀態響應與激勵成正比。圖6-1圖6-2（a）充電曲線圖6-2（b）放電曲線若開關S首先置于2使電路處于穩定狀態，在t=0時刻由2扳向1，電路為零輸入響應，有這一暫態過程為電容放電過程，放電曲線如圖6－2b所示。電路的零輸入響應與初始狀態成正比。動態電路的零狀態響應與零輸入響應之和稱之為全響應,全響應與激勵不存在簡單的線性關系。2.一階RC動態電路在一定的條件下，可以近似構成微分電路或積分電路。當時間常數(=RC)遠遠小于方波周期T時，圖6－3(a)所示為微分電路。輸出電壓u0(t)與方波激勵uS(t)的微分近似成比例，輸入輸出波形如6－3(b)所示。從中可見，利用微分電路可以實現從方波到尖脈沖波形的轉變。圖6－3（a）圖6－3（b）當時間常數(=RC)遠遠大于方波周期T時，圖6－4(a)所示為積分電路，輸出電壓uO(t)與方波激勵uS的積分近似成比例。輸入、輸出波形如圖6－4(b)所示。從中可見，利用積分電路可以實現從方波到三角波的轉變。圖6-4（a）積分電路圖6-4（b）積分電路輸入輸出波形3.沖激響應一階電路在t=0時，動態元件儲能為零，輸入沖激函數S(t)在電路中所引起的響應稱沖激響應。如圖6-5所示的電路,動態電路的階躍響應與沖激響應的關系可通過微分電路由示波器觀察到。沖激函數S(t)由階躍函數(方波)經過微分電路得到，沖激響應的解為該電路階躍響應解的導數。圖6-5三．實驗內容1、圖6－3(a)所示微分電路(一階電路在掛件EEL-1上)接至峰－峰值一定，周期T一定的方波信號源(VP-P=2V,f=1KHZ),選擇不同電阻元件和電容元件,觀察并描繪=T，=0.1T和=0.01T三情況下的us(t)、uc(t)和uo(t)。用示波器測出對應=0.1T的時間常數，并與理論值比較。2、圖6－4(a)所示積分電路接至峰－峰值一定，周期 T一定的方波信號源(VP-P=2V,f=1KHZ),選取合適的電阻、電容參數，觀察并描繪=T，=3T和=5T三種情況下的us(t)、uc(t)(uR(t))和uo(t)。用示波器測出對應=0.1T的時間常數，并與理論值比較。3、用電壓表、秒表測定R、C電路中電容器充電曲線；測定時間常數并對電路中給定的參數進行比較分析。利用實驗臺EEL－31掛件中的電路“RC串聯電路瞬變過程”，如圖6－6。用導線連接1與2接線柱。打開掛箱電源開關，斷開S1與S2，使電容處于放電狀態。調節RP2電阻值，選擇不同的,合上S1，電容C1處于充電過程。調節RP2，改變U3的電壓值，當U2U3時，比較器輸出端V+的指示燈亮，用秒表測量開關S1合上瞬間至V+指示燈亮的時間，即可測出電容充電到U3值時的時間，作出相應的充電曲線。圖6-6※4、對圖6－3(a),6-4(a)所示RC電路施加單脈沖激勵，由示波器觀察輸出電壓的沖激響應。記錄所觀察到的波形。※5、設計圖6－5所示的抽象一階電路為一個具體的一階動態電路，用雙蹤示波器同時觀察所設計的一階電路的階躍響應和沖激響應。記錄所觀察到的波形。四．主要儀器1、示波器2、信號源(實驗臺G區)3、實驗電路(實驗臺EEL－31掛件)（EEL-VII為模塊EEL-52）4、數字電壓表5、秒表五．預習思考1、將方波信號轉換為尖脈沖信號，可通過什么電路來實現？對電路的參數有什么要求？2、將方波信號轉換