一、實驗目的
1. 測定rc一階電路的零輸入響應、零狀態響應及完全響應。
2. 學習電路時間常數的測量方法。
3. 掌握有關微分電路和積分電路的概念。
4. 進一步學會用示波器觀測波形。
二、原理說明
1. 動態網路的過渡過程是十分短暫的單次變化過程。要用普通示波器觀察過渡過程和測量有關的引數，就必須使這種單次變化的過程重複出現。
為此，我們利用訊號發生器輸出的方波來模擬階躍激勵訊號，即利用方波輸出的上公升沿作為零狀態響應的正階躍激勵訊號；利用方波的下降沿作為零輸入響應的負階躍激勵訊號。只要選擇方波的重複週期遠大於電路的時間常數τ，那麼電路在這樣的方波序列脈衝訊號的激勵下，它的響應就和直流電接通與斷開的過渡過程是基本相同的。
2.圖7-1（b）所示的 rc 一階電路的零輸入響應和零狀態響應分別按指數規律衰減和增長，其變化的快慢決定於電路的時間常數τ。
3. 時間常數τ的測定方法:
用示波器測量零輸入響應的波形如圖7-1(a)所示。
根據一階微分方程的求解得知uc＝ume-t/rc＝ume-t/τ。當t＝τ時，uc(τ)＝0.368um。
此時所對應的時間就等於τ。亦可用零狀態響應波形增加到0.632um所對應的時間測得，如圖13-1(c)所示。
a) 零輸入響應b) rc一階電路c) 零狀態響應
圖 7-1
4. 微分電路和積分電路是rc一階電路中較典型的電路， 它對電路元件引數和輸入訊號的週期有著特定的要求。乙個簡單的 rc串聯電路， 在方波序列脈衝的重複激勵下， 當滿足τ＝rc《時（t為方波脈衝的重複週期），且由r兩端的電壓作為響應輸出，則該電路就是乙個微分電路。
因為此時電路的輸出訊號電壓與輸入訊號電壓的微分成正比。如圖7-2(a)所示。利用微分電路可以將方波轉變成尖脈衝。
(a)微分電路b) 積分電路
圖7-2
若將圖7-2(a)中的r與c位置調換一下，如圖13-2(b)所示，由 c兩端的電壓作為響應輸出，且當電路的引數滿足τ＝rc>>，則該rc電路稱為積分電路。因為此時電路的輸出訊號電壓與輸入訊號電壓的積分成正比。利用積分電路可以將方波轉變成三角波。
從輸入輸出波形來看，上述兩個電路均起著波形變換的作用，請在實驗過程仔細觀察與記錄。
三、實驗裝置
四、實驗內容
實驗線路板的器件元件，如圖7-3所示，請認清r、c元件的布局及其標稱值，各開關的通斷位置等。
1. 從電路板上選r＝10kω，c＝6800pf組成如圖13-1(b)所示的rc充放電電路。ui為脈衝訊號發生器輸出的um＝3v、f＝1khz的方波電壓訊號，並通過兩根同軸電纜線，將激勵源ui和響應uc的訊號分別連至示波器的兩個輸入口ya和yb。
這時可在示波器的螢幕上觀察到激勵與響應的變化規律，請測算出時間常數τ，並用方格紙按1:1 的比例描繪波形。
少量地改變電容值或電阻值，定性地觀察對響應的影響，記錄觀察到的現象。
● r=10kω，c=6800pf時，激勵與響應的變化規律：
（積分電路）
（圖a 變化規律）
電容先充電，為零狀態響應。後放電，為零輸入響應
時間常數τ=6.8×10-5 s
● 電阻r不變，減少電容c至3000pf,響應的影象變陡，如下圖(b)
(圖b)
● 電阻r不變，增大電容c至8000pf,響應的影象變平緩，如下圖(c)
（圖c）
● 電容c不變，電阻r減小至5kω，響應的曲線變陡峭，如下圖（d）
(圖d)
● 電容c不變，電阻r增大至20kω，響應的曲線變平緩，如下圖（e）
（圖e）
2. 令r＝10kω，c＝0.1μf，觀察並描繪響應的波形，繼續增大c 之值，定性地觀察對響應的影響。
● 令r=10kω，c=0.1μf, 激勵與響應的變化規律：
● r=10kω不變，c=0.1μf，繼續增大c值，響應曲線變平緩，當電容c大到一定值時候，響應曲線變成直線（如下圖）。
3. 令c＝0.01μf，r＝100ω，組成
如圖7-2(a)所示的微分電路。在同樣的方
波激勵訊號（um＝3v，f＝1khz）作用下，
觀測並描繪激勵與響應的波形。
● 令c=0.01μf，r=100ω，激勵與響應的變化規律如下：
（微分電路）
(激勵與響應的變化規律)
增減r之值，定性地觀察對響應的影響，
並作記錄。當r增至1mω時，輸入輸出波
形有何本質上的區別？
● 當c=0.01μf不變時，增大r值至200ω，響應曲線變化不明顯，如下圖：
● 當c=0.01μf不變時，減小r值至20ω，響應曲線變化不明顯。
● r增至1mω時，激勵與響應的變化規律如下圖：
輸入波形為方波訊號，輸出波形接近方波訊號。
五、實驗注意事項
1. 調節電子儀器各旋鈕時，動作不要過快、
過猛。實驗前，需熟讀雙蹤示波器的使用說明
書。觀察雙蹤時，要特別注意相應開關、旋鈕圖7-3 動態電路、選頻電路實驗板
的操作與調節。
2. 訊號源的接地端與示波器的接地端要連在一起（稱共地）， 以防外界干擾而影響測量的準確性。
3. 示波器的輝度不應過亮，尤其是光點長期停留在螢光屏上不動時，應將輝度調暗，以延長示波管的使用壽命。
六、預習思考題
1. 什麼樣的電訊號可作為rc一階電路零輸入響應、 零狀態響應和完全響應的激勵源？
2. 已知rc一階電路r＝10kω，c＝0.1μf，試計算時間常數τ，並根據τ值的物理意義，擬定測量τ的方案。
3. 何謂積分電路和微分電路，它們必須具備什麼條件？ 它們在方波序列脈衝的激勵下，其輸出訊號波形的變化規律如何？這兩種電路有何功用？
4. 預習要求：熟讀儀器使用說明，回答上述問題，準備方格紙。
七、實驗報告
1. 根據實驗觀測結果，在方格紙上繪出rc一階電路充放電時uc的變化曲線，由曲線測得τ值，並與引數值的計算結果作比較，分析誤差原因。
2. 根據實驗觀測結果，歸納、總結積分電路和微分電路的形成條件，闡明波形變換的特徵。
3. 心得體會及其他。
RC一階電路的響應測試實驗報告
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